酸汤-蓝莓饮料发酵工艺优化及品质测定

刘国华，李永霞，祝 婷，谢小林，罗丽平，李冰晶，贺红早

（1.贵州省生物研究所，贵阳 550009；2.贵州省植物园，贵阳 550004；3.麻江县明洋食品有限公司，贵州凯里 556000）

0 引言

苗族白酸汤流行于中国贵州省，具有开胃健脾、增进食欲和清热解暑等功效［1］。传统白酸汤以贵州省黔东南地区盛产的富硒大米为主要原料［2］，长期食用可预防人体缺硒带来的甲状腺功能减退、免疫功能障碍等疾病［3］。目前对于白酸汤的研究主要集中在营养物质，发酵过程中风味物质的变化，发酵工艺，菌种筛选及微生物对酸汤品质的影响等方面［4-8］。对于白酸汤原料选择的多样性，尤其是不同原料发酵白酸汤饮料的工艺方面尚未见相关报道。蓝莓是含有丰富花色苷的浆果，其耐贮性不如传统水果，但加工适应性好［9］，开发产品有果汁饮料、果干和果酒等，复合产品的开发更是不计其数，而结合地方特色产业综合开发产品的研究较少。

因此，为丰富酸汤、蓝莓2 个产业的产品类型，开发水果谷物发酵饮料，促进产业融合发展，本文以大米（硒米）与蓝莓为原材料，通过对发酵工艺进行单因素及响应面优化试验，以期筛选出最佳的酸汤-蓝莓饮料发酵工艺参数，为酸汤产品的开发提供新思路，为地方传统发酵食品行业的发展提供新方法和新模式。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大米（硒米），购于黔东南州麻江县贤昌镇；蓝莓，购于黔东南州凯里市碧波镇瑞蓝果业有限公司；发酵剂菌种，取自麻江县明洋食品有限公司；山泉水，取自黔东南州凯里市下司镇。

1.2 主要试验仪器

LDZX-50L 型高压蒸汽灭菌锅（上海申安医疗器械厂）；L18-Y915S 型榨汁机（九阳股份有限公司）；DHP-9012 型电热恒温培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）；SW-CJ-1FD 型单人超净工作台（上海仙象仪器仪表有限公司）；L5S 型紫外可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）；Testo205 便携式PH 计（上海伊测电子科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

工艺流程如图1 所示。

图1 酸汤-蓝莓饮料发酵工艺流程Fig.1 Fermentation process flow of sour soup - blueberry beverage

1.3.2 操作要点

（1）蓝莓果浆制备：挑选成熟无病虫的蓝莓，清洗，加水打浆（蓝莓与水质量比为1：0.5）；米浆制备：挑选优质无虫害的普通大米与硒米（质量比1：1），清洗后粉碎，过80 目筛备用，使用时按比例加入山泉水，搅拌均匀。

（2）煮沸：分别把已备好的蓝莓果浆及米浆进行加热煮沸。

（3）糊化：将加热煮沸后的蓝莓果浆与米浆放在水浴锅中进行糊化，适时搅拌。

（4）接种发酵剂：待糊化好的蓝莓果浆与米浆冷却至室温，按一定比例添加发酵剂，装坛。

（5）发酵：置于恒温培养箱中控温发酵。

（6）发酵终点：跟踪测定混合果浆pH 值至3.0～3.5［10］，即发酵完成。

（7）杀菌：对发酵完成的混合果浆进行过滤，并采用巴氏杀菌处理（温度为85 ℃，时间10 min）。

1.4 单因素试验

选取蓝莓果浆与米浆质量比、发酵剂接种量、发酵温度及发酵时间进行单因素试验，根据表1设定各试验因素与水平。根据评分结果考察上述因素对酸汤-蓝莓饮料感官特性的影响。

表1 单因素试验因素与水平Tab.1 Single factor test factors and levels

1.5 工艺优化

根据单因素试验结果，按照Box-Behnken 中心组合试验设计原理，设计4 因素3 水平响应面试验，以蓝莓与米浆质量比（A）、发酵剂接种量（B）、发酵温度（C）及发酵时间（D）为自变量，以发酵完成后的酸汤-蓝莓饮料的感官评分作为响应值，对酸汤-蓝莓饮料的发酵工艺进行优化及验证。

1.6 产品品质分析

1.6.1 感官评价

根据GB/T 10220-2012《感官分析 方法学 总论》的要求进行产品感官评价试验的方案设计与实施。挑选10 位从事食品生产的专业技术人员从色泽、气味、澄清度及口感4 个方面对酸汤-蓝莓发酵产品进行感官评价［11］，产品评分标准见表2。

表2 酸汤-蓝莓产品感官评分标准Tab.2 Sensory rating standards for sour soup blueberry products 分

1.6.2 酸汤-蓝莓饮料品质测定

使用GB 5009.239-2016《食品安全国家标准 食品酸度测定》方法测定酸度，含量以乳酸计；使用GB 4789.3-2016《食品微生物学检验 大肠菌群计数》方法测定大肠菌群；使用GB 4789.4-2016《食品微生物学检验 沙门氏菌检验》方法测定致病菌。参考pH 示差法测定花色苷［12］；参考苯酚-硫酸法测定总糖［13］；参考福林酚法测定总酚［14］；参考稀释平皿计数法测定菌落总数；参考JEFFREY 等［15］的方法测定亚硝酸盐含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 蓝莓与米浆质量比的影响

蓝莓与米浆质量比对饮料品质的影响如图2所示。随着蓝莓比例的增加，酸汤-蓝莓复合饮料的感官评分逐渐增加。当蓝莓与米浆质量比为1：1 时，感官评分达最高，为88.5 分。然而当蓝莓比例再增加时，感官评分反而下降。分析原因可能是蓝莓添加量增加导致发酵体系中糖分和有机酸的含量增加，随着发酵的进行，微生物分解糖类导致酸度进一步上升，产品酸度太高，使得风味口感不协调［16］。因此，选择0.5：1，0.75：1，1：1 三个比例作为响应面优化的水平。

图2 米浆与蓝莓质量比及发酵剂接种量对饮料感官评分的影响Fig.2 The influence of the quality ratio of rice milk to blueberry and the inoculation amount of fermentation agent on the sensory score of beverages

2.1.2 发酵剂接种量的影响

不同发酵剂接种量对饮料品质影响如图2 所示。当接种量在5%～20%时，酸汤-蓝莓复合饮料的感官评分呈上升趋势。接种量在20%时评分最高，为88.6 分。当发酵剂接种量为25%时反而降低。原因可能是发酵剂的接种量较少时发酵不充分，而接种量过高时发酵速度加快，酸度过高，影响感官评分。综合考虑，选择发酵剂接种量15%，20%，25%进行响应面优化试验。

2.1.3 发酵温度的影响

不同发酵温度对饮料品质的影响如图3 所示。

图3 发酵温度及发酵时间对饮料感官评分的影响Fig.3 The influence of fermentation temperature and time on sensory evaluation of beverage

随着发酵温度的增加，感官评分逐渐提高。在28～36 ℃时，感官评分增加较缓慢；36 ℃时达到最高值，是88.4 分；当发酵温度到40 ℃时，感官评分反而更低。原因可能是温度过低影响菌种的生长繁殖［17］，发酵不彻底，酸度不够，导致评分较低；而36 ℃可能是优势菌种的最适生长温度，评分也最高；继续增加发酵温度抑制优势有益菌种的繁殖，部分耐高温的有害菌生长快速，代谢产物影响产品的口感及风味。因此，选择32，36，40 ℃进行响应面优化试验。

2.1.4 发酵时间的影响

不同发酵时间对饮料品质的影响如图3所示。发酵时间在4～10 d 时，发酵时长与酸汤-蓝莓饮料的感官评分呈正相关。在发酵时间10 d 时评分最高，是88.6 分，发酵至12 d 时评分降低。所以选择发酵时间为8，10，12 d 作为响应面优化的水平。

2.2 响应面优化酸汤-蓝莓发酵产品

2.2.1 响应面试验方案及结果

基于单因素的试验结果，设计4 因素3 水平响应面优化试验，试验因素与水平见表3。

表3 复合饮料发酵条件响应面试验因素及水平Tab.3 Response surface test factors and levels for fermentation conditions of compound beverages

对响应面试验结果数据进行拟合，得到4 个因素与酸汤-蓝莓饮料感官评分的回归方程：Y=87.46+0.70A+1.95B+4.00C+0.68D+0.85AB+0.75AC+0.20AD+0.13BC+0.68BD-1.07CD-9.13A2-8.16B2-4.61C2-9.16D2。

对回归模型进行方差分析，结果见表4。P 值能够反映出模型中每个系数的显著性，P 值越大，对应的模型越不显著；P 值越小，对应的模型越显著［18］。由表4 可知，模型极显著（P ＜0.000 1），失拟项不显著（P ＞0.05）；模型的决定系数R2=99.67%，矫正决定系数R2Adj=99.42%，表明拟合度良好，能较好地预测结果。

表4 回归模型方差分析Tab.4 Analysis of variance for regression model

从P 值可以看出一次项A，B，C，D 均对模型有极显著影响；再观察F 值变化，得到影响感官评分的各因素主次为C ＞B ＞A ＞D。从响应值P 值变化得出，各因素的二次项均对模型有极显著影响，交互项中只有AD，BC 对模型没有影响，说明蓝莓与米浆质量比和发酵时间之间、发酵剂接种量和发酵温度之间交互作用不会影响酸汤-蓝莓复合饮料的感官评分，其他交互项均对模型有显著影响。

2.2.2 响应面中各因素交互作用的影响

响应面分析是利用函数化的方法将体系的响应值与影响因素联系起来的一种分析方法［19］。响应曲面的坡度反映各因素对结果影响的程度，若坡度平缓则研究因素对结果影响程度较小，即响应值变化不明显；若坡度越陡则影响程度越大，即响应值在该条件下非常灵敏［20］。而等高线的情况则反映出研究因素交互作用的强弱，椭圆形表示研究因素的交互作用显著，圆形则相反，等高线中最小椭圆中心点为响应面的最高点［21］。试验的响应曲面如图4 所示。

随着各因素的增加，响应值均呈现先增加后减少的趋势，在试验范围内存在稳定点。等高线呈圆形，说明研究因素的交互作用不强，即发酵剂用量和发酵温度、发酵时间和蓝莓与米浆质量比对酸汤-蓝莓饮料感官评分的影响不显著；等高线呈椭圆形，则研究因素的交互作用较强，即发酵剂接种量和发酵时间、发酵温度和蓝莓与米浆质量比、发酵剂接种量和蓝莓与米浆质量比、发酵时间和发酵温度对酸汤-蓝莓饮料感官评分的影响显著，与表4 的方差分析结果相符。

2.2.3 最佳工艺参数确定与验证

采用Design-Expert 8.0.6 软件进行分析，综合考虑响应面试验结果，结合回归模型，得到酸汤-蓝莓发酵饮料的最佳工艺条件为蓝莓与米浆质量比0.78：1、发酵剂接种量23.25%、发酵温度37.17 ℃、发酵时间10.96 d，模型预测的感官评分最高为89.3 分。考虑工厂生产实际的可操作性，调整发酵工艺参数：蓝莓与米浆质量比0.80：1、发酵剂接种量23%、发酵温度37 ℃、发酵时间11 d，取3 次试验结果的平均值，得到酸汤-蓝莓饮料的感官评分为89.1 分，相对误差仅为0.22%，验证响应面模型与实际情况得到良好拟合，说明结果具有可行性，可以指导生产。

2.3 酸汤-蓝莓饮料品质分析

以优化条件发酵得到的酸汤-蓝莓饮料为对象，相关指标测定结果如表5 所示。

含有花色苷与多酚可使酸汤-蓝莓饮料呈现独特的紫红色，并具有一定抗氧化功效；少量的蛋白质、总糖及总酸可使产品口味醇正协调，拥有独特的风味及口感；亚硝酸盐含量远低于国标酱腌菜限量标准（20 mg/kg）；微生物指标符合国家标准。说明酸汤-蓝莓发酵饮料属于健康安全产品，可以进行推广。

3 结语

本文采用响应面法对酸汤-蓝莓饮料发酵工艺进行优化，以感官评分为评价标准，得到最佳发酵工艺为蓝莓与酸汤质量比0.80：1、发酵剂接种量23%、发酵温度37 ℃、发酵时间11 d，在此条件下得到的酸汤-蓝莓饮料口感细腻、风味协调醇正、色泽呈紫红色，感官评分达89.1 分，其常规理化指标总糖及总酸含量分别为8.65，4.35 mg/L，功能性物质花色苷、多酚含量分别为9.18，17.17 mg/L，蛋白质含量8.38 g/L；有害成分亚硝酸盐含量低，微生物指标符合国家标准。产品的开发及生产可以为蓝莓、酸汤产业发展开辟新路径，也为其他植物基发酵食品的研发拓宽思路。