乳酸菌发酵冬枣冷冻干燥工艺优化及产品特性研究

石 勇，石 训，纵 伟，张 琪，裴彤彤，焦瑞婷

（1.好想你健康食品股份有限公司，郑州 450000；2.河南省国德科果蔬研究院有限公司，郑州 450000；3.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，郑州 450000）

冬枣（Ziziphus jujubeMill.）为鼠李科枣属刺枣树的一个优质鲜食品种，其皮薄而脆，肉质细嫩［1，2］。冬枣含有丰富的多糖、黄酮类、环磷酸腺苷等功能成分［3-5］，具有较高的开发利用价值。近年来，果蔬乳酸菌发酵受到关注，果蔬通过发酵，不仅可以改善果蔬风味，还可以合成多种维生素、生物活性酶［6-8］。将发酵后的果蔬加工为发酵枣干，是一种受到消费者喜爱的休闲食品。目前，对果蔬的干燥方法有热风干燥［9，10］和真空干燥［8］等方法，但这些方法得到的产品品质有待进一步提高。近年来，真空冷冻干燥技术在植物干燥领域得到应用［11-13］，具有活性成分保持率高、产品品质好的优点。

本研究采用复水率为指标，采用正交试验优化冷冻干燥乳酸菌发酵冬枣的工艺条件，并将干燥产品和热风干燥、真空干燥等方法干燥的产品进行比较，为冬枣的开发和利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

冬枣采自好想你健康食品股份有限公司枣园；植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）（CICC.20022）购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。蔗糖、食盐为食品用，购自郑州丹尼斯超市；芦丁标准品、环磷酸腺苷标准品，购自郑州正用试剂公司；甲醇、磷酸二氢钾均为色谱纯；其他试剂均为分析纯。

TFDS0.25 型真空冷冻干燥机，烟台中孚冷链设备有限公司；DZF-62100 型真空干燥箱，上海雷韵试验仪器制造有限公司；DHG 9240A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；T6 型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；LC-10ATVP 型高效液相色谱仪，日本岛津公司；LDZX-50KBS 型立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；SW-CJ-IBV 型超净工作台，上海浦东荣丰科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 冬枣乳酸菌发酵 将配好的糖盐溶液（糖度为10%（m/V），盐浓度为1%（m/V））于121 ℃灭菌20 min 后冷却，在无菌条件下，接入4%（V/V）植物乳杆菌。冬枣清洗、去核，切成2 mm 厚薄片，在溶液中按1∶1（m/V）的比例加入处理好的冬枣片。在37 ℃条件下发酵7 d 取出，沥干水分备用。

1.2.2 单因素试验

1）根据前期研究，设置-40 ℃为物料预冻温度，冷冻不同的时间（0、1、2、3、4、5 h）后，在铺放厚度3 cm、隔板温度50 ℃、真空压强60 Pa 下干燥到水分为8%，分析冷冻时间对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响。冷冻后的冬枣用于冷冻干燥。

2）将乳酸菌发酵冬枣-40 ℃冷冻后，在隔板温度50 ℃、真空压强60 Pa 条件下，选取不同铺放厚度（1、2、3、4、5 cm），干燥到水分为8%，分析不同铺放厚度对乳酸菌发酵冬枣复水比的影响。

3）将乳酸菌发酵冬枣-40 ℃冷冻后，在真空压强60 Pa 条件下，铺放厚度3 cm 条件下，选取不同的隔板温度（40、45、50、55、60 ℃）干燥到水分为8%，分析隔板温度对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响。

4）将乳酸菌发酵冬枣-40 ℃冷冻后，在铺放厚度3 cm、隔板温度50 ℃条件下，选取不同真空压强（30、40、50、60、70、80 Pa）干燥到水分为8%，分析真空压强对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响。

1.2.3 热风干燥制备乳酸菌发酵冬枣果干 将一定质量的乳酸菌发酵冬枣置于干燥箱中，在100 ℃下干燥到产品的水分为8%，用于产品质量指标的测定。

1.2.4 真空干燥制备乳酸菌发酵冬枣果干 将一定质量的金花葵花置于真空干燥箱中，在真空度-0.03～-0.05 MPa，65～70 ℃下干燥到产品水分为8%，用于产品质量指标的测定。

1.2.5 冷冻干燥制备乳酸菌发酵冬枣果干的正交试验 在单因素试验的基础上，采用L9（3）4正交试验表，以复水率为指标，选取冷冻时间（A）、铺放厚度（B）、隔板温度（C）、真空压强（D）4 个因素在3 个水平上进行正交试验，因素和水平见表1。

表1 正交试验因素与水平

1.2.6 水分含量测定 采用干燥称重法测定，取样后在105 ℃烘箱中干燥至恒重，计算水分含量。

1.2.7 复水比的测定 称取Mg 干制品放于烧杯中，在25 ℃室温下加入50 ℃水中进行浸泡，浸泡一段时间后取出沥干，用滤纸吸去表面水分，待质量不再增加为止，其质量为G。按下式计算复水比。

1.2.8 产品理化指标的测定 维生素C 的测定采用GB 5009.86—2016 方法［14］，总黄酮含量的测定采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 比色法［15］，多糖含量采用苯酚-硫酸法测定［16］，cAMP 含量的测定采用高效液相色谱法，色谱柱为ODS-C18（4.6 mm×250 mm，10 μm），流动相采用0.02 mol/L 磷酸二氢钾-甲醇溶液（80∶20），柱温为30 ℃，检测波长为259 nm，体积流量为1.0 mL/min，进样量为20 μL。

1.2.9 乳酸菌活菌数的测定 取干燥后的枣片，以料液比1∶10 接入无菌生理盐水中，37 ℃，50 r/min 振荡2 h 后对活菌数进行测定。计数方法参考GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验 乳酸菌检验》［17］。

1.2.10 感官评价 由10 名评价员根据表2 评分标准打分，取平均得分。

表2 乳酸菌发酵枣片干燥后的感官评价

2 结果和分析

2.1 冷冻时间对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

通过预冻，可将乳酸菌发酵冬枣果干中所有自由水和部分多分子层水完全冻结，要冻结完全，预冻温度一般比其共晶点低5～10 ℃，-40 ℃预冻温度满足此要求。冻结后产生的冰晶对果品内部形成多孔网络骨架，在水分升华后，冰晶占据的区域形成空隙，赋予产品多孔结构，在复水过程中，易于水分子的进入，提高复水比。从图1 可以看出，3 h 时水分已充分冻结，因此，采用3 h 为冻结的适宜时间。

图1 冷冻时间对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

2.2 铺放厚度对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

由图2 可见，复水比随着物料铺放厚度的增加而降低。这是因为物料铺放厚度越大，传热效率越低，冰升华为水蒸气受到的空间阻碍越大，物料中水分去除较慢，导致物料中难以形成多孔性结构，复水时复水比降低。在保证复水比的基础上，尽可能增加铺放厚度，因此，3 cm 为适宜的铺放厚度。

图2 铺放厚度对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

2.3 隔板温度对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

由图3 可知，随着隔板温度的增加，水分升华的逸散速率增加，复水比增加，但当隔板温度达到50 ℃后，继续增加隔板温度，快速扩散的水分造成传温效率降低，复水比反而降低。因此，50 ℃是适宜的隔板温度。

图3 隔板温度对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

2.4 真空压强对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

由图4 可知，压强的变化影响水的沸点，较高的真空度下，水的沸点低，水蒸气的逸散速率增加，容易形成多孔性结构，有利于复水比增加，但真空度过高，快速扩散的水分造成传温效率降低，复水率降低。同时，真空度过高，气体分子容易被电场电离产生等离子体，产生击穿放电造成枣片焦化。因此，选择真空压强60 Pa 作为适宜的压强。

图4 真空压强对乳酸菌发酵冬枣果干复水比的影响

2.5 工艺条件的优化

在单因素试验基础上，采用L9（3）4正交试验表，以复水比为指标进行正交试验，正交试验方案及结果见表3，方差分析见表4。由极差R分析可发现，影响复水比的各因素作用主次顺序是冷冻时间（A）＞真空压强（D）＞隔板温度（C）＞铺放厚度（B），最佳的工艺条件是A2B2C2D2，即冷冻时间3.0 h，铺放厚度3 cm，隔板温度50 ℃，真空压强60 Pa。在此条件下进行3 次平行验证试验，复水比为3.25 g/g。

表3 正交试验方案及结果

由表4 可见，冷冻时间、真空压强对乳酸菌发酵冬枣果复水比的影响显著，铺放厚度、隔板温度对复水比的影响不显著。

表4 方差分析结果

2.6 不同方法对乳酸菌发酵冬枣干燥后指标的影响

分别将乳酸菌发酵冬枣采用冷冻干燥、热风干燥、真空干燥方法进行干燥，比较干燥后的指标，结果见表5。冷冻干燥的产品，复水比、活菌数、维生素C 含量、环磷酸腺苷含量、总黄酮含量和感官评价均高于热风干燥和真空干燥，但多糖含量少于热风干燥和真空干燥处理，与热风干燥处理差异不显著（P＞0.05）。

表5 不同方法对乳酸菌发酵冬枣干燥后指标的影响

3 小结

冷冻干燥乳酸菌发酵冬枣的工艺条件为冷冻时间3 h，铺放厚度3 cm，隔板温度50 ℃，真空压强60 Pa，乳酸菌发酵冬枣干复水比达3.25 g/g，冷冻干燥产品色泽金黄色、疏脆，枣香气浓郁，酸甜可口，品质优于热风干燥和真空干燥处理，表明冷冻干燥是一种乳酸菌发酵冬枣适宜的干燥方法。