龙眼发酵饮料的工艺优化及其对DPPH的清除效果研究

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(1.广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所,广西南宁 530007; 2.广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室,广西南宁 530007; 3.广西壮族自治区农业科学院园艺研究所,广西南宁 530007)

龙眼(DimocarpuslonganLour.)是无患子科植物的果实,原产于中国华南地区,是广西、广东、福建、海南等省的主要栽培水果之一。随着我国种植面积的增加(占世界总面积的70%,居世界第一位),龙眼年产量迅速增长,在中国达到一百万吨以上。龙眼果实呈圆形或扁圆形,果皮为黄棕色,果肉细腻甜美且富含膳食纤维、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素C、蛋白质、多糖和矿物质,具有清除自由基[1]、降血糖[2]以及调节免疫系统、神经系统和内分泌系统等良好的保健功能[3]。龙眼果实因其较高的营养和保健价值,在中国被誉为“南国人参”。

表1 各种发酵剂成分及编码Table 1 Composition and coding of various fermentation agents

龙眼果实在病原菌侵染率高的高温季节成熟,收获后极易变质和褐变。采后果实不宜贮运的特点严重阻碍龙眼产业的发展。因此,迫切需要进行果品加工,以解决大量原材料的腐烂和滞销问题,提高龙眼产业的效益。果蔬发酵饮料是以水果或蔬菜经过发酵后制成的汁液、水为原料,添加或不添加其他原辅料和添加剂的制品[4]。当前果蔬发酵饮料主要是通过乳酸菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、肠膜明串珠菌肠膜亚种、双歧杆菌BB-12、乳酸乳球菌双乙酰亚种、干酪乳杆菌、乳酸乳球菌乳酸亚种、酵母菌单独或混合发酵的方式获得[5-13]。大量的研究表明,果蔬发酵饮料可以起到调节胃肠道菌群[14-15]、提高免疫力[16-18]、抗肿瘤[19-21]、抗氧化[22-24]、降低胆固醇[25-26]、抗疲劳[27]等功效,因此越来越受到广大消费者的青睐。本研究对广西大宗主流龙眼品种“石硖”进行发酵饮料加工工艺优化及其抗氧化活性研究,为龙眼深加工及产业的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

龙眼鲜果 采自广西桂平的石硖品种;白砂糖 南宁糖业股份有限公司;乳酸菌 烟台帝伯仕自酿机有限公司;益生菌发酵剂、俄罗斯酸奶发酵粉、经典老酸奶酸奶发酵粉、开菲尔酸奶发酵粉、双歧杆菌酸奶发酵粉、儿童营养酸奶发酵剂(表1) 北京川秀科技有限公司;DPPH 默克生命科学(上海)有限公司。

SalvisLAB CN118恒温生物培养箱 瑞士 Salvis 公司;ATX124电子天平 日本岛津商贸有限公司;PAL-1糖度计 维欣仪奥康科技公司;PHS-3C酸度计 上海雷磁仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 采用成熟度高、新鲜的石硖龙眼去皮、去核后进行打浆,打浆后再进行过滤,得到纯龙眼果汁后添加蒸馏水和白砂糖至实验设计值,在65 ℃水浴加热灭菌30 min,待温度降至40 ℃时加入发酵剂(用量0.1%),在适宜的温度下进行恒温发酵。发酵结束后降温至4 ℃进行冷藏。具体流程如下:

龙眼→清洗、去皮、去核→打浆→过滤→调配→灭菌→降温→发酵→冷藏(4 ℃)→成品

1.2.2 龙眼发酵饮料工艺优化

1.2.2.1 发酵时间的确定 将发酵剂在平板计数琼脂培养基、37 ℃培养箱中培养,每天取样测定益生菌菌落总数直至数量急剧减小,以益生菌菌落总数最大时的发酵时间,作为龙眼发酵饮料实验的发酵时间。

1.2.2.2 不同发酵剂的影响 在龙眼果汁含量为50%,白砂糖添加量8%,发酵温度37 ℃,发酵剂添加量为0.1%,发酵时间4 d的条件下,选用7种不同的商业发酵剂:发酵剂A～G进行发酵。当发酵结束后,放入4 ℃冰柜进行冷藏后进行感官品评,以感官评分为指标考察不同发酵剂对龙眼发酵饮料的影响。

1.2.2.3 果汁含量的影响 在发酵剂选用发酵剂G,白砂糖添加量8%,发酵温度37 ℃,发酵剂添加量为0.1%,发酵时间4 d的条件下,取果汁含量分别为:10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%进行发酵。当发酵结束后,放入4 ℃冰柜进行冷藏后进行感官品评,以感官评分为指标考察不同果汁含量对龙眼发酵饮料的影响。

1.2.2.4 加糖量的影响 在发酵剂选用发酵剂G,果汁添加量50%,发酵温度37 ℃,发酵剂添加量为0.1%,发酵时间4 d的条件下,分别添加白砂糖5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%进行发酵。当发酵结束后,放入4 ℃冰柜进行冷藏后进行感官品评,以感官评分为指标考察不同加糖量对龙眼发酵饮料的影响。

1.2.2.5 发酵温度的影响 在发酵剂选用发酵剂G,果汁添加量50%,白砂糖添加量8%,发酵剂添加量为0.1%,发酵时间4 d的条件下,分别选择不同温度33、35、37、39、41、43、45 ℃进行发酵。当发酵结束后,放入4 ℃冰柜进行冷藏后进行感官品评,以感官评分为指标考察不同发酵温度对龙眼发酵饮料的影响。

进入11月，京津冀三地空气污染严重，污染物PM2.5浓度（微克/立方米）较去年同期均大幅反弹，雾霾反复出现。

1.2.2.6 龙眼发酵饮料正交实验

表2 正交实验因素水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.2.7 感官评价 感官评定由10人组成的评定小组,其中5名男生5名女生,25～35岁,长期从事果汁饮料感官评定工作。通过视觉、嗅觉、味觉三方面对样品进行描述,并根据表3打分。

表3 龙眼发酵饮料感官评定标准Table 3 Sensory evaluation standard of longan fermented beverage

1.2.3 抗氧化活性评价 称取0.02652 g DPPH,用无水乙醇定容至1000 mL。即浓度为6.5×10-5mol/L的DPPH溶液。取0.2～2.0 mL体积的试样,蒸馏水补足至2 mL,加入2 mL的6.5×10-5mol/L的DPPH溶液,混匀后避光静置30 min后,于517 nm处测定相应吸光值为Ai。用无水乙醇代替DPPH溶液,相同的反应条件下,测得吸光值为Aj。2 mL无水乙醇加2 mL DPPH溶液测得吸光值为Ao,其中用无水乙醇调零。

DPPH清除率(%)=[1-(Ai-Aj)/Ao]×100

1.2.4 其他指标的检测 总酸的检测:参考GB/T 12456-2008食品中总酸的测定;铅的检测:参考GB 5009.12-2017食品中铅的测定;总砷的检测:参考GB 5009.11-2014食品中总砷及无机砷的测定;甲醛的检测:参考GB/T 5009.49-2008发酵酒及其配制酒卫生标准的分析方法;总糖的检测:参考GB/T 23780-2009糕点质量检验方法;菌落总数的检测:参考GB 4789.2-2016食品微生物学检验 菌落总数测定;大肠菌群的检测:参考GB 4789.3-2016食品微生物学检验 大肠菌群计数;霉菌、酵母的检测:参考GB 4789.15-2016食品微生物学检验 霉菌和酵母计数;沙门氏菌的检测:参考GB 4789.4-2016食品微生物学检验 沙门氏菌检验;志贺氏菌的检测:参考GB 4789.5-2012食品微生物学检验 志贺氏菌检验;金黄色葡萄球菌的检测:参考GB 4789.10-2016食品微生物学检验 金黄色葡萄球菌检验。

1.3 数据处理

试验数据采用SPSS 19.0软件进行处理并分析,采用Origin 8.1作图。

2 结果与分析

2.1 龙眼发酵饮料工艺优化结果

2.1.1 发酵时间的确定 如图1所示,发酵剂在培养基中培养,每天取样测定益生菌菌落总数,结果表明益生菌菌落总数最大值基本出现在发酵的第4 d,因此后续实验的发酵时间统一定为4 d。

图1 菌落总数图Fig.1 Total plate count

2.1.2 龙眼发酵饮料单因素实验结果

2.1.2.1 发酵剂对感官评分的影响 由图2可知,当发酵结束后,各不同发酵剂发酵所得的龙眼发酵饮料感官得分具有较大差异。发酵剂G得分最高,可达88.1分;发酵剂D得分第二,为81.9分;发酵剂C得分第三,为77.8分;发酵剂B得分最低,仅有61.9分。这是由于不同的发酵剂发酵产生的物质种类及含量各不相同,所表现出的味道、香气与龙眼汁的协调性都不相同,最终影响感官得分。上述结果表明,发酵剂对龙眼发酵饮料的感官评分具有重要影响,因此选取相对得分最高的3种菌种进行后续的正交实验。

图2 不同发酵剂对感官评分的影响Fig.2 Effect of different fermentation agents on sensory evaluation

2.1.2.2 果汁含量对感官评分的影响 由图3可知,随着龙眼果汁含量的持续增大,感官评分呈缓慢增大后逐渐减小的趋势。当果汁含量达到50%时,发酵结束后所得的龙眼发酵饮料感官评分最高,为86.4分。得分第二高的为龙眼果汁含量40%,第三高的龙眼果汁含量30%。而龙眼汁含量过低或过高发酵所得的龙眼发酵饮料的感官得分相对都不高,因为当龙眼汁含量过低时,发酵饮料缺乏龙眼的特征香气;龙眼汁含量过高时,龙眼的特征香气过于浓郁而掩盖了其它发酵香气,最终造成感官评分偏低。因此,选择龙眼果汁含量适中的30%、40%、50%作为影响因素进行后续的正交实验。

图3 果汁含量对感官评分的影响Fig.3 Effect of juice contents on sensory evaluation score

2.1.2.3 加糖量对感官评分的影响 从图4可知,不同的白砂糖添加量发酵所得的龙眼发酵饮料感官得分存在明显区别。总体来看,感官得分随着加糖量的增加呈先微增后不断减小的趋势。当加糖量在7%～9%范围内时,发酵饮料的感官评分相对较高;当加糖量低于或高于此范围内时,发酵饮料的感官评分相对较低。原因在于过低或过高的加糖量都会造成发酵饮料的酸甜比例失衡,使得感官得分减低。因此,选取加糖量为7%、8%、9%进行后续正交实验。

图4 加糖量对感官评分的影响Fig.4 Effect of sugar contents on sensory evaluation score

2.1.2.4 发酵温度对感官评分的影响 从图5可知,在相同条件下当发酵结束后,感官得分随着发酵温度的升高呈先缓慢增大后缓慢减小的趋势。当发酵温度在35～39 ℃范围内时,发酵饮料的感官得分相对较高,且区别不大。因此,选取发酵温度为35、37、39 ℃进行后续正交实验。

图5 发酵温度对感官评分的影响Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation score

2.1.3 龙眼发酵饮料正交实验结果 由表4可知,各组合的极差分别为:发酵剂为12.000,果汁含量为9.233,加糖量为2.767,发酵温度为1.933,四个因素极差关系为RA>RB>RC>RD。可以看出发酵剂是影响龙眼发酵饮料感官评分的最主要因素,果汁含量次之,加糖量第三,发酵温度影响最小。最佳组合为A1B2C3D2,即发酵剂采用发酵剂G,果汁含量为40%,加糖量为9%,发酵温度为37 ℃。在此最优条件下进行验证试验,结果表明感官评分为88.5分,符合优化结果。

表4 龙眼发酵饮料正交实验结果Table 4 Orthogonal experimental results of longan fermented beverage

表6 龙眼发酵饮料各项检测结果Table 6 Detection results of longan fermented beverage

注:/表示无规定;n表示同一批次产品应采集的样品件数;c表示最大可允许超出m值的样品数;m表示微生物指标可接受水平的限量值;M表示微生物指标的最高安全限量值。

由表5可知,发酵菌种对龙眼发酵饮料感官得分的影响最大,达到显著的程度;果汁含量对龙眼发酵饮料感官得分的影响次之,同样为显著程度;加糖量以及发酵温度对龙眼发酵饮料感官得分也有影响,但影响程度未达到显著程度。

表5 龙眼发酵饮料方差分析结果Table 5 Variance analysis of longan fermented beverage

2.2 龙眼发酵饮料抗氧化活性

图6的实验结果表明,随着龙眼发酵饮料量的增加,对于自由基DPPH的清除率快速提高并最终趋于平缓。当龙眼发酵饮料量在0.2～0.8 mL范围内时,龙眼发酵饮料等量增加的同时,其对于DPPH的清除率呈极速增大的趋势,从18.5%快速提高到84.6%;而当龙眼发酵饮料量在1.0～2.0 mL范围内时,龙眼发酵饮料量的持续增加,其对DPPH的清除率增加缓慢,仅从88.1%提高到了91.4%。

图6 龙眼发酵饮料抗氧化活性Fig.6 Antioxidant activity of longan fermented beverage

2.3 龙眼发酵饮料各项指标检测结果

由表6可知,龙眼发酵饮料的总酸含量为1.41 mL/100 mL,总糖含量为152 g/L,甲醛含量为6.2 mg/L;重金属铅、砷的含量均为未检出,达到国标要求;微生物检测指标中的大肠菌群、霉菌、酵母、沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌的含量都在相关国标的要求范围内。

3 结论

以“石硖”品种龙眼果肉为原料,研究确定了发酵剂、果汁含量、加糖量、发酵温度对龙眼发酵饮料感官得分的影响。在此基础上进行了四因素三水平的正交实验,实验结果表明发酵剂和果汁含量为最主要的因素,都达到显著程度。最优发酵工艺条件为:发酵剂采发酵剂G,果汁含量为40%,加糖量为9%,发酵温度为37 ℃,感官评分可达88.5分。

通过对最优发酵条件下发酵所得的龙眼发酵饮料进行DPPH自由基的清除实验,结果表明,随着龙眼发酵饮料量的增加,对于自由基DPPH的清除率快速提高并最终趋于平缓。当龙眼发酵饮料量在0.2～0.8 mL范围内时,其对于DPPH的清除率极速上升;而当龙眼发酵饮料量在1.0～2.0 mL范围内时,其对DPPH的清除率增速却变得缓慢;龙眼发酵饮料对自由基DPPH的清除率最高可达91.4%。

根据相关国标检测了龙眼发酵饮料的各项指标,检测结果表明龙眼发酵饮料的总酸含量为1.41 mL/100 mL,总糖含量为152 g/L,甲醛含量为6.2 mg/L;重金属铅、砷的含量均为未检出,达到国标要求;微生物检测指标中的大肠菌群、霉菌、酵母、沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌的含量都在相关国标的要求范围内。