賈慶超,朱 玲
(鄭州科技學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院,河南 鄭州 450064)
百香果(Passionis fructum)含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類和多種維生素及氨基酸等,營養(yǎng)豐富,具有“果汁之王”美稱,含有豐富的膳食纖維和豐富的維生素,具有通便潤腸,清熱解毒,提高身體的免疫力以及美容養(yǎng)顏等功效[1-3]。百香果在食用后,給人一種飽腹感,可以幫助減肥,同時(shí)含有很多的超纖維,具有幫助人體排除毒素,防治胃腸炎以及痔瘡等疾病的效果,所以百香果具有一定的藥用價(jià)值[4]。黑枸杞(Nigrum wolfberry),屬茄科是中國西部的一種藥用植物,味甘,性平和,有豐富的脂肪、糖類、生物堿和維生素等各種成分,以及豐富的天然水溶性的原花青素,具有較強(qiáng)的抗氧化性,并被譽(yù)名為野生的“藍(lán)色妖姬”[5-6]。它可以延緩衰老,防治糖尿病,易溶于水,屬于天然的水溶性黃酮類降血脂,還可以作滋補(bǔ)身體、降血壓和藥用,并富含多種蛋白質(zhì)[7]。發(fā)酵乳是以生牛乳或乳粉為原料,經(jīng)殺菌、發(fā)酵后制成的pH值降低的產(chǎn)品[8],牛乳發(fā)酵后,牛奶中的鈣被轉(zhuǎn)化為水溶性鈣,很容易被機(jī)體所吸收利用,具有增強(qiáng)人體免疫力,調(diào)節(jié)機(jī)體生理,預(yù)防疾病等保健功效。另外,由于生物體代謝可產(chǎn)生大量自由基,自由基可攻擊正常細(xì)胞甚至使細(xì)胞癌變,還會(huì)引起老年癡呆、動(dòng)脈粥樣硬化和癌癥等近百種疾病,是導(dǎo)致人體衰老的主要因素,而抗氧化劑在一定程度上可清除自由基,具有自由基清除活性的抗氧化活性物質(zhì)已成為研究熱點(diǎn)[9]。
該研究以黑枸杞、百香果為主要原料制備乳飲料,采用單因素、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)和響應(yīng)面相結(jié)合的方法,以感官評(píng)價(jià)和蛋白質(zhì)含量為標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化黑枸杞百香果乳飲料的工藝條件,測(cè)定其抗氧化性能及理化、微生物指標(biāo),可為黑枸杞發(fā)酵型乳飲料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
百香果:市售;寧安堡黑果枸杞:寧夏寧安堡土特產(chǎn)品有限公司;新鮮牧場純牛奶:江蘇光明銀寶乳業(yè)公司;蔗糖(一級(jí)):廣西都安永鑫糖業(yè)有限公司;復(fù)配增稠劑(食品級(jí))BDS1005:丹尼斯克(中國)有限公司:菌種ABY-10(200 U/袋):科漢森(北京)貿(mào)易有限公司;MRS、MC培養(yǎng)基:海博生物技術(shù);孟加拉紅、平板計(jì)數(shù)瓊脂:北京陸橋技術(shù)股份有限公司;氫氧化鈉、乙酸鉛、磷酸氫二鈉、濃硫酸、硫酸銅、氨水、鹽酸萘乙二胺、亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品、硫酸鉀、乙醚、石油醚、甲醇、乙腈、辛烷磺酸鈉(分析純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)品(色譜純):武漢中昌國研標(biāo)物科技;氯化鐵、硫酸亞鐵、雙氧水、抗壞血酸、Tris、鄰苯三酚(分析純):天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)(分析純):福州飛凈生物科技有限公司。
UV1800紫外分光光度計(jì):南京科捷分析儀器有限公司;Kjeltec8400全自動(dòng)凱式定氮儀:丹麥福斯分析儀器有限公司;1260高效液相色譜儀、7890B氣相色譜儀:美國安捷倫有限公司;PHB-4型pH計(jì):上海精科儀器有限公司;XG1.CD-300M臥式滅菌鍋:山東新華醫(yī)療器械有限公司;XPE205DR分析天平:瑞士梅特勒公司;N1-50全自動(dòng)氮吹濃縮儀:廣州儀德精密科學(xué)儀器股份有限公司;SPX-250B-Z生化培養(yǎng)箱:上海博訊醫(yī)療生物器械有限公司;FT1乳品快速分析儀:丹麥福斯公司;DH3600B Ⅱ電熱恒溫培養(yǎng)箱:天津市泰斯特儀器有限公司;BX53F顯微鏡:德國蔡司股份有限公司。
1.3.1 黑枸杞百香果乳飲料的制備工藝及操作要點(diǎn)[10]
黑枸杞汁的制備[11-12]:選取果實(shí)比較豐富飽滿、外表無損壞的優(yōu)質(zhì)黑枸杞,將準(zhǔn)備好的黑枸杞放入純水中清洗,清洗完去除表面的灰塵。然后按照料液比1∶15(g∶mL)的比例稱質(zhì)量后煮沸,然后將料液放入破碎打漿機(jī)中打碎成漿。80目過濾塞過濾,得到枸杞汁。
百香果汁的制備:應(yīng)挑選個(gè)頭大、果實(shí)飽滿、香味濃郁、光滑,皮薄、成熟度高的果實(shí);將選好的果實(shí)用清水反復(fù)清洗干凈,并瀝去果皮表面殘留的水分,去掉外殼;將果肉放入打漿機(jī)中打碎成漿,并放入離心機(jī)中3 000 r/min離心20 min,80目過濾塞過濾,得到百香果汁
乳飲料的制備:以乳飲料的總質(zhì)量為基準(zhǔn),加入蔗糖和黑枸杞汁以及百香果汁,原料混勻后,將混合液在70 ℃水浴鍋中滅菌20 min,并冷卻至35~40 ℃,加入菌種ABY-10,攪拌均勻,覆蓋保鮮膜隔氧,將混合液置于40 ℃恒溫條件下發(fā)酵,待混合液由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)凝乳,滴定酸度達(dá)到70 T°結(jié)束發(fā)酵。將發(fā)酵后的乳飲料放于4 ℃的冰箱中后熟24 h即得黑枸杞百香果乳飲料成品。
1.3.2 黑枸杞百香果乳飲料的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
邀請(qǐng)10個(gè)專業(yè)感官評(píng)價(jià)人員對(duì)于乳飲料的氣味、滋味、狀態(tài)和色澤四個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià),滿分10分,感官評(píng)價(jià)參考國標(biāo)GB 7101—2015《飲料》的方法對(duì)乳飲料進(jìn)行評(píng)價(jià)。黑枸杞百香果乳飲料感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 黑枸杞百香果乳飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of black wolfberry passion fruit milk beverage
1.3.3 工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)
設(shè)置總添加量為100%,純牛奶添加量隨其他因素添加量的改變而改變,基本條件為增稠劑的添加量均為0.06%[13],百香果添加量為8%,蔗糖添加量為5%,菌種添加量為0.002%,發(fā)酵時(shí)間5 h,黑枸杞汁添加量為7%。
黑枸杞汁添加量分別為5%、7%、9%、11%、13%;百香果汁添加量分別為4%、6%、8%、10%、12%;蔗糖添加量分別為3%、4%、5%、6%、7%;菌種添加量分別為0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%;發(fā)酵時(shí)間分別為4 h、5 h、6 h、7 h、8 h。
1.3.4 工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)
依據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,固定黑枸杞汁的添加量為11%,選擇百香果汁添加量(A)、蔗糖添加量(B)、接種量(C)以及發(fā)酵時(shí)間(D)作為主要影響因素,以感官評(píng)分R1和蛋白質(zhì)含量R2作為主要響應(yīng)值,根據(jù)Box-behnken基本原理,運(yùn)用Design-Expert 10.0.7軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表2。
表2 黑枸杞百香果乳飲料工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 2 Response surface test factors and levels of black wolfberry passion fruit milk beverage
1.3.5 黑枸杞百香果乳飲料感官品質(zhì)的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法
(1)因素集和評(píng)語集的建立
以氣味、滋味、狀態(tài)和色澤為因素集,以優(yōu)、良、中、差為評(píng)語集,因素集F=(氣味,滋味,狀態(tài),色澤),評(píng)語集為V=(優(yōu),良,中,差)。模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法模型為Mi=W*Fi,其中Mi是模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)集,W是權(quán)重系數(shù),F(xiàn)i是模糊矩陣。
(2)權(quán)重集的確定
權(quán)重系數(shù)的確定由10位感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行,首先是用戶調(diào)查法,然后由感官評(píng)價(jià)人員根據(jù)因素的重要性采用二元對(duì)比法[14-15],權(quán)重分布見表3。
表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)Table 3 Weight coefficient of evaluation index
1.3.6 抗氧化性的測(cè)定
DPPH·清除率的測(cè)定:待測(cè)樣液的配制參考李靜等[9]的方法,將發(fā)酵前和發(fā)酵后樣液分別稀釋至原濃度的5%、25%、50%、75%、100%(即待測(cè)樣液體積分?jǐn)?shù)分別為0.05 mL/mL、0.25 mL/mL、0.50 mL/mL、0.75 mL/mL、1.00 mL/mL),檢測(cè)及計(jì)算方法參考王文瓊等[16-17]的方法。
1.3.7 理化指標(biāo)以及微生物指標(biāo)的測(cè)定
脂肪的測(cè)定:參考GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測(cè)定第三法堿水解法》;乳飲料中蛋白質(zhì)的測(cè)定:參考GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定第一法凱氏定氮法》;乳飲料中乳糖、蔗糖的測(cè)定:參考GB 5413.5—2016《嬰幼兒食品和乳品中蔗糖、乳糖含量的測(cè)定第二法萊茵-埃農(nóng)氏法》;乳飲料中酸度的測(cè)定:參考GB 5009.239—2016《食品酸度的測(cè)定第一法酚酞指示劑法》;乳飲料中水分的測(cè)定:參考GB 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定第一法直接干燥法》;乳飲料中脂肪非脂乳固體的測(cè)定:參考GB 5413.39—2010《乳和乳制品中非脂乳固體的測(cè)定》;乳飲料中亞硝酸鹽的測(cè)定:參考GB 5009.33—2016《食品硝酸鹽與亞硝酸鹽的測(cè)定第二法分光光度計(jì)法》;三聚氰胺的檢測(cè):參考GB/T 22388—2008《原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測(cè)方法第一法高效液相色譜法》。微生物、乳酸菌測(cè)定:參考GB 4789.35—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢測(cè)》;霉菌及酵母計(jì)數(shù):參考GB 4789.15—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)霉菌與酵母計(jì)數(shù)》。
1.3.8 數(shù)據(jù)處理
單因素試驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”來表示,SPSS21.0用于數(shù)據(jù)方差分析及誤差值的結(jié)果計(jì)算,Excel 2013用于誤差折線圖的繪制,以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖1。如圖1a所示,隨著黑枸杞汁添加量的增加,感官評(píng)分變化不大,蛋白質(zhì)的含量稍有降低,但變化不大。當(dāng)黑枸杞添加量為5%時(shí),乳飲料色澤較差,呈暗灰色,隨著黑枸杞汁的增加色澤逐漸改善,當(dāng)黑枸杞汁的添加量為11%時(shí),感官評(píng)分最高,呈誘人的淺咖啡色,有枸杞和百香果清淡的香味,香氣協(xié)調(diào);當(dāng)黑枸杞汁添加量>11%時(shí),顏色較深,色澤不佳。綜上所述,黑枸杞汁添加量對(duì)乳飲料的影響不大,綜合選擇黑枸杞汁添加量為11%。如圖1b所示,隨著百香果汁添加量的增加,蛋白質(zhì)的含量逐漸降低。感官評(píng)分先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)百香果汁添加量為4%時(shí),百香果風(fēng)味較淡;當(dāng)百香果添加量為6%時(shí),有百香果的清香味,感官評(píng)分最高;當(dāng)百香果汁添加量>6%時(shí),乳飲料呈酸澀味,且隨著百香果汁的增加,澀味增加,光澤也逐漸降低,故選擇百香果汁添加量為6%。如圖1c所示,隨著蔗糖量的增加,感官評(píng)價(jià)先增加后降低,當(dāng)蔗糖量達(dá)到6%時(shí),乳飲料的感官評(píng)價(jià)達(dá)到最高,此時(shí)蛋白質(zhì)的含量相對(duì)較高,當(dāng)蔗糖的含量低于或高于6%時(shí),乳飲料的甜味不協(xié)調(diào),感官評(píng)價(jià)相對(duì)偏低??赡苁翘怯昧窟^多,產(chǎn)品甜感明顯,百香果味易被掩蓋,百香果特點(diǎn)不突出[18-19]。綜合選擇蔗糖添加量為6%。如圖1d所示,隨著接種量的增加,感官評(píng)價(jià)先增加后降低,當(dāng)接種量達(dá)到0.003%時(shí),其感官評(píng)價(jià)達(dá)到最大,蛋白質(zhì)含量此時(shí)也相對(duì)偏高一些。當(dāng)添加量少于這個(gè)添加量時(shí),乳飲料狀態(tài)不好,稍有乳清析出,添加量大于這個(gè)數(shù)值時(shí),乳飲料偏酸,影響感官評(píng)價(jià)。接種量過低時(shí),由于其基數(shù)少,菌的數(shù)量增加相對(duì)緩慢;接種量過高時(shí),由于較高酸度又會(huì)抑制乳酸菌的繼續(xù)繁殖與生長[20-21]。選擇的接種量為0.003%。如圖1e所示,隨著產(chǎn)品發(fā)酵時(shí)間的延長,感官評(píng)價(jià)先增加后降低,發(fā)酵時(shí)間過短,乳酸菌生長繁殖不充分[21],長時(shí)間的發(fā)酵使乳飲料的酸度增高[22],其影響乳飲料的口感,當(dāng)乳飲料的發(fā)酵時(shí)間到達(dá)6 h時(shí),感官評(píng)價(jià)達(dá)到最高值,發(fā)酵時(shí)間5 h、6 h、7 h時(shí),蛋白質(zhì)含量變化較小。綜合選擇,最佳發(fā)酵時(shí)間為6 h。
圖1 工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果Fig .1 Results of single factor tests for technology conditions optimization
根據(jù)1.3.4進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),感官評(píng)價(jià)人員對(duì)各因素投票數(shù)見表4,響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表5。
表4 感官評(píng)價(jià)票數(shù)結(jié)果分布Table 4 Distribution of vote results of sensory evaluation
續(xù)表
將表4中的數(shù)據(jù)建立模糊評(píng)價(jià)矩陣,以1號(hào)產(chǎn)品為例,其模糊矩陣為:
將1號(hào)樣品各因素的得票數(shù)除以10,比如滋味優(yōu)、良、中、差得票數(shù)分別為5、3、1、1,即可得矩陣中第一行滋味為(0.5,0.3,0.1,0.1),同理,第二、三、四行氣味、色澤和狀態(tài)分別為(0.4,0.3,0.2,0.1)、(0.4,0.5,0.1,0)、(0.6,0.2,0.1,0.1),由此可得到上矩陣F1。同理,可以依次得到F2-F29。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)計(jì)算原理,按照前1.3.5中模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法,1號(hào)樣品感官評(píng)分結(jié)果根據(jù)矩陣乘法計(jì)算M1=W×F1=(0.478,0.317,0.125,0.08),將優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)分別賦值為9分、8分、7分、6分,M1中計(jì)算出來的各個(gè)數(shù)值分別乘以相應(yīng)賦值,再相加,即1號(hào)樣品感官評(píng)分為0.478×9+0.317×8+0.125×7+0.08×6=8.193,同理可以計(jì)算出2~29號(hào)樣品的感官得分。
利用響應(yīng)面軟件Design-Expert 10.0.7對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了多元回歸擬合,結(jié)果見表5。所獲得的響應(yīng)值R1感官評(píng)價(jià)和R2蛋白質(zhì)含量的回歸模型方程分別是:
表5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 5 Design and results of response surface experiments
對(duì)以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表6。
表6 以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸模型方差分析結(jié)果Table 6 Variance analysis results of regression model with sensory score as evaluation index
由表6可知,模型的P<0.000 1且其失逆項(xiàng)P=0.155 9>0.05,說明此模型是極顯著且數(shù)據(jù)具有較高的可靠性[19-20];R2=0.999 7,說明此模型的可信度極高,擬合度較好,且R2Adj=0.999 4,說明有99.94%的試驗(yàn)符合該模型[23-24],CV%=0.15,遠(yuǎn)小于5%,說明此模型的重現(xiàn)性極好[24],綜合以上說明,此模型完全可以用來評(píng)價(jià)此次試驗(yàn)結(jié)果且較合理。根據(jù)P值大小,同時(shí)由表中F值的大小可知,A、B、C、D對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響大小順序?yàn)镈>A>B>C。一次項(xiàng)A、B、C、D和二次項(xiàng)AB、AC、AD、BC、BD、A2、C2、D2均影響極顯著,二次項(xiàng)B2影響顯著,響應(yīng)面圖如圖2所示。
響應(yīng)面越陡峭,表明該因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響越顯著[25]。由圖2可知,CD、AD響應(yīng)面最陡峭,影響最顯著,同時(shí)在任意二者的交互響應(yīng)面圖上也可以看出,響應(yīng)值均存在一個(gè)極大值,說明此模型數(shù)據(jù)合理。等高線呈現(xiàn)橢圓形,二者存在交互作用。從等高線以看出,任意二者之間均存在一定的交互作用,且交互作用顯著(P<0.05)。該結(jié)果與方差分析結(jié)果一致。
圖2 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on sensory evaluation
經(jīng)過Design-Expert 10.0.7綜合優(yōu)化,黑枸杞百香果乳飲料的最佳工藝條件為:百香果汁添加量4.70%,蔗糖添加量6.90%,菌種接種量0.002 8%,發(fā)酵時(shí)間6.52 h。在此優(yōu)化條件下,感官評(píng)分理論值為8.999分,蛋白質(zhì)含量理論值為3.09 g/100 g。考慮到實(shí)際操作可行性,將優(yōu)化工藝條件調(diào)整為:百香果汁添加量5%,蔗糖添加量7%,菌種接種量0.003%,發(fā)酵時(shí)間6.5 h。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn),感官評(píng)分實(shí)際值為8.96;蛋白質(zhì)含量實(shí)際為3.08 g/100 g,與預(yù)測(cè)值接近,說明該模型可以用于優(yōu)化此乳飲料工藝條件。
乳飲料發(fā)酵前后的抗氧化性測(cè)定結(jié)果見圖3。由圖3可知,黑枸杞百香果乳飲料在發(fā)酵前和發(fā)酵后對(duì)DPPH·清除率均隨著體積分?jǐn)?shù)的增大而增大,呈現(xiàn)正相關(guān)的量效關(guān)系,原紅霞等[26]提煉花青素的抗氧化性與濃度之間亦是線性的量效關(guān)系。由圖3還可以看出,發(fā)酵后對(duì)DPPH·清除率比發(fā)酵前有提升,這是因?yàn)榘l(fā)酵過程花青素含量雖然沒有變化[27],但是發(fā)酵卻引起了異黃酮和酚類物質(zhì)的增加[28],因此發(fā)酵促使乳飲料對(duì)DPPH·清除率提升,發(fā)酵液發(fā)酵前和發(fā)酵后對(duì)DPPH·的清除率分別達(dá)到71.5%和73.7%。
圖3 黑枸杞百香果乳飲料對(duì)DPPH自由基清除率的清除效果Fig.3 DPPH free radical scavenging effect of black wolfberry passion fruit milk beverage
感官品質(zhì):黑枸杞百香果乳飲料有百香果和黑枸杞的清香,并且有乳飲料特有的風(fēng)味,有均勻的淡黃色,有光澤,酸甜合適,入口有黑枸杞百香果清香,質(zhì)地均勻,良好,無乳清。符合國標(biāo)要求。
理化指標(biāo):脂肪3.35 g/100 g蛋白質(zhì)3.08 g/100 g,酸度75.5 T°,亞硝酸鹽0.003 86 g/100 g,乳酸菌1.36×109CFU/mL,乳糖4.86 g/100 g,非脂乳固體7.8 g/100 g,灰分0.623 g/100 g,總固形物含量18.23 g/100 g。三聚氰胺未檢出。
微生物指標(biāo):大腸菌群及致病菌未檢出。
黑枸杞百香果乳飲料的感官、理化及微生物指標(biāo)均符合國標(biāo)GB 19302—2010《飲料》的要求。
以百香果、黑枸杞和純牛奶為原料制備乳飲料,利用單因素、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)和響應(yīng)面法,優(yōu)化黑枸杞百香果乳飲料的工藝條件,并測(cè)定其抗氧化性。黑枸杞百香果風(fēng)味乳飲料的最佳工藝條件為:純牛奶77%,百香果汁5%,黑枸杞汁11%,蔗糖7%,增稠劑0.06%,菌種0.003%,發(fā)酵時(shí)間6.5 h。此優(yōu)化條件下,乳飲料感官評(píng)分8.96分,蛋白質(zhì)含量3.08 g/100 g。抗氧化性結(jié)果表明,黑枸杞百香果乳飲料發(fā)酵后對(duì)DPPH·的清除率為73.7%,具有一定的抗氧化性能。微生物和理化檢測(cè)結(jié)果為均符合國標(biāo)相關(guān)要求。此配方得到的乳飲料呈淡黃色,具有良好的組織狀態(tài),無乳清析出,不分層,具有百香果和黑枸杞的清香,并具有乳飲料特有的風(fēng)味,酸甜比例合適。