荸荠乳酸发酵饮料研发

周文斌，常海军

(重庆工商大学，环境与生物工程学院，重庆400067)

荸荠(Water chestnut)又名马蹄、地栗、乌芋等，为莎草科植物，呈扁圆形，表面光滑，老熟后为深栗色或枣红褐色［1］。荸荠既可作为水果，又可算作蔬菜，是大众喜爱的时令之品。据测定:每100g鲜品中，含水分68g，碳水化合物21.8g，蛋白质1.5g，脂肪0.1g，粗纤维 0.5g，钙 5mg，磷 68mg，铁 0.5mg，胡萝卜素 0.01mg，维生素 B10.04mg，维生素 B20.02mg，维生素C 3mg，尼克酸0.4mg等［2］。荸荠淀粉含量很高，加上低聚糖和单糖，占干重86%以上，鲜荸荠淀粉含量高达18.8%［3－4］。本研究根据营养学原理和乳酸菌发酵工艺，以荸荠汁为主要原料，辅以适量蔗糖和奶粉，经乳酸菌发酵可制成营养价值高、口感好的荸荠乳酸饮料，具有广阔的市场前景。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

荸荠 购于重庆南岸四公里农贸市场。选择个体饱满，表皮完好，无腐烂或虫蛀;奶粉 市售奶粉;保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgarlcus)、嗜热链球菌(Streptococllus thermophilus)北京川秀科技有限公司。

YQX－Ⅱ厌氧培养箱 上海跃进医疗器械有限公司;GHP－9080型隔水式恒温培养箱 上海齐欣科学仪器有限公司;GYB60－6s高压均质机 上海东华高压匀浆泵厂;DMXS显微镜 宁波舜宇仪器有限公司。

1.2 研究方法

1.2.1 荸荠乳酸发酵饮料工艺流程［5－6］:

1.2.2 操作要点 选择无病虫害、新鲜的成熟荸荠清洗、去皮，在沸水中煮制，打浆过滤，按比例调成水溶液;加入蔗糖和乳粉，混匀，进行两次均质。灌装在酸奶玻璃瓶中，保温，然后冷却，接种发酵;菌种活化［7－8］，驯化及扩大培养:在脱脂乳液和荸荠汁比例为 8∶2、6∶4、4∶6、2∶8 的培养基中依次转接培养，每次培养后其乳酸菌数达到1.0×107cfu/mL以上为止。

1.3 单因素实验

1.3.1 原料配比单因素实验 在荸荠原汁与水的质量比分别为 1∶9、2∶8、3∶7 条件下，蔗糖 1.5g/100mL、乳粉0.2g/100mL混合，按1.2.1确定荸荠汁添加较好水平;以荸荠原汁与水质量比为2∶8，乳粉添加量分别为0、0.2、0.4、0.6g/100mL，蔗糖 1.5g/100mL 混合，按1.2.1确定乳粉的较好水平;以荸荠原汁与水质量比为2∶8，乳粉添加量0.2g/100mL，蔗糖分别为0.6、1.2、1.8、2.4g/100mL混合，按1.2.1确定蔗糖的较好水平;以此做为原料配方正交因素水平。

1.3.2 发酵控制单因素实验 以荸荠汁原汁∶水为1∶3、蔗糖1.8g/100mL、乳粉0.2g/100mL 混合，在接种量分别为3%、6%、9%、12%，时间12h，温度42℃将得到的产品进行感官比较，确定接种量的较好水平;在接种量为6%，发酵时间6、12、24h下，发酵温度42℃，将得到的产品进行感官比较，确定发酵时间的较好水平;在接种量为6%，发酵时间12h，温度分别为30、35、40、45℃下，确定发酵温度的较好水平;以此做为发酵参数正交因素水平。

1.4 正交实验因素水平设计

正交实验因素水平设计见表1和表2。

表1 原料配方因素水平表Table 1 The factors and levels of raw materials formulation

表2 发酵控制因素水平表Table 2 The factors and levels of fermentation control

1.5 分析方法

总糖测定:菲林试剂法 GB/T5009.7－2008［9］;酸度测定:酸碱滴定法 GB/T12456－2008［10］;活菌数测定:镜检法［11］。

感官分析方法:组织10名(5男5女)专业人员对产品进行品评，采用10分制评分法［12］，评分标准按表3规定执行，最终得分为10人的平均分。

2 结果与分析

2.1 荸荠原料预煮对产品风味的影响

生鲜荸荠在打浆、过滤过程中，易发生酶促反应，给产品带来异味。因此，将荸荠清洗去皮后进行预煮钝化酶活性，同时，蒸煮软化组织，便于破碎取汁。荸荠汁与水的质量比为2∶8，蔗糖和乳粉的添加量分别为1.5、0.2g/100mL，发酵接种量为6%，发酵温度42℃，发酵时间12h。将得到的产品进行感官比较结果见表4。

由表4可知，荸荠的预煮时间控制在30min左右为宜。加热处理使荸荠的色泽及组织状态得到明显改善，使其风味物质更利于打浆溶出，使汁液中荸荠风味得到了显著提升，从而提高了产品的感官品质。但长时间的煮制会使荸荠汁带有蒸煮味，汁液色泽偏黄，对感官品质带来不利影响。

表3 荸荠乳酸发酵饮料评分标准Table 3 The sensory grades of the water chestnut lactate beverage

2.2 发酵荸荠汁浓度的确定

过滤后的荸荠汁液与水混合的比例不同，发酵后口感不同，颜色、香气等也有所差异。几组不同浓度的荸荠汁，发酵后进行感官比较结果见表5，荸荠汁浓度过低会使得汁液色泽偏白，荸荠风味欠缺，且发酵所得产品酸味不足。而荸荠汁浓度过高则会使汁液色泽偏黄，产品口味偏酸，从而导致感官品质的下降，以荸荠原汁与水的质量2∶8为宜。

2.3 乳粉添加量的确定

在荸荠汁中添加少量牛乳更利于乳酸菌发酵，同时增加乳脂含量，通过接入相应菌种量可提高乙醛和双乙酰含量，从而使产品增香，使发酵饮料产生良好的风味(表6)。但过量牛乳的添加会使产品香味及滋味倾向一般的酸奶，失去荸荠的风味。本实验中添加0.2g/100mL的乳粉比较适宜。

表4 荸荠不同时间煮制后发酵产品的感官比较Table 4 The sensory comparison of fermented products from water chestnut boiled with different time

表5 不同浓度荸荠发酵后的感官比较Table 5 The sensory comparison of fermented products from water chestnut with different concentration

表6 添加不同量乳粉的荸荠汁发酵后的感官比较Table 6 The sensory comparison of fermentation products from water chestnut with different milk powder addition amount

2.4 蔗糖添加量的确定

适量蔗糖的添加有助于提升产品风味，使其酸甜适中。一部分的蔗糖可被乳酸菌在发酵中利用，提高产品的产酸能力，同时也会因利于乳酸菌的发酵作用而提升产品的独特风味，增加了其耐贮性及营养保健价值。但过量蔗糖的添加会引起产品香味及滋味的改变，影响饮料品质。本实验中1.8g/100mL浓度的蔗糖比较适宜(见表7)。

表7 添加不同质量蔗糖的荸荠汁发酵后的感官比较Table 7 The sensory comparison of fermentation products from water chestnut with different sucrose addition amount

2.5 发酵原料配比正交实验

实验结果表明:在以上3个因素中，荸荠汁中蔗糖的添加量对产品品质影响最大，其次是乳粉的添加量和荸荠汁的比例。直观分析得发酵最佳原料配比为A2B2C3，与实验5号重合。故最佳原料配方为:荸荠汁中蔗糖的添加量为1.8g/100mL、乳粉的添加量为0.2g/100mL、荸荠原汁与水的质量比为1∶3。

2.6 接种量的确定

接种量对产品品质的影响主要体现在发酵产酸对口感的影响上。从表9看出，随接种量的增加，酸味增加，造成口味偏酸，感官品质下降。接种量少，会造成产酸不足，发酵风味缺乏。以6%的接种量适宜。

2.7 发酵时间的确定

从表10看出荸荠的发酵时间以12h最为适宜。发酵时间不足，会导致产品发酵风味较淡，酸味不足。而发酵时间过长，则会使得产品因产酸过多而导致口感过酸，降低感官质量。

表8 发酵原料配比L9(34)正交实验结果Table 8 The L9(34)orthogonal experiment results of raw materials formulation

表9 不同接种量的荸荠汁发酵后的感官比较Table 9 The sensory comparison of fermentation products from water chestnut with different inoculation amount

2.8 发酵温度的确定

从表11中可以看出，发酵温度以40℃最为适宜。温度低，产酸不足，发酵风味很淡。总体口味偏甜。温度高产酸偏多，风味偏向酸味。

表10 不同发酵时间的荸荠汁发酵后的感官比较Table 10 The sensory comparison of fermentation products from water chestnut with different fermentation time

表11 不同发酵温度发酵后荸荠汁的感官比较Table 11 The sensory comparison of fermentation products from water chestnut with different fermentation temperature

2.9 发酵过程正交实验

表12 发酵过程L9(34)正交实验结果Table 12 The L9(34)orthogonal experiment results of fermentation process

实验结果表明:在以上3个因素中，发酵菌种的接种量对产品品质影响最大，其次是发酵温度和发酵时间。直观分析得到的发酵最佳工艺条件为A1B3C2，而在正交实验过程中并未出现此项配比，进行验证实验，经A1B3C2条件下发酵得到的产品感官评分为9.5分，从而得到最佳发酵条件组合。即:接种量为5%、发酵温度为40℃、发酵时间为12h。

2.10 荸荠乳酸发酵产品的质量指标［13］

2.1 0.1 感官指标 色泽:呈乳白色，半透明，有光泽;香味:既具有荸荠香味，又有发酵乳香味;风味:口感细腻、饱满、均匀，酸甜适口、柔和爽口、无异味，具有荸荠的香味及乳酸菌饮料特有的滋味。

2.1 0.2 理化指标 酸度:以乳酸计0.16g/100mL;总糖:2.33g/100mL。2.10.3 微生物指标 乳酸菌数:12.33×107cfu/mL;致病菌:不得检出。

3 结论

荸荠乳酸发酵饮料以新鲜荸荠为原料，经清洗、去皮、煮制、打浆、过滤、原料调配、均质、灭菌和发酵而成。在单因素实验的基础上，通过正交实验确定了发酵最佳原料配方为:蔗糖1.8g/100mL、乳粉0.2g/100mL、荸荠汁与水的质量比为1∶3;最优发酵条件为:接种量为5%、发酵温度为40℃、发酵时间为12h。在此工艺条件下得到产品呈乳白色，口感细腻、饱满、组织均匀，酸甜适口、柔和爽口、无异味，具有荸荠的香味和乳酸菌发酵饮料特有的滋味。

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［4］李树立，郝秋娟，薛胜平，等.荸荠果肉型酸奶生产工艺研究［J］.中国酿造，2008(12):91－93.

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［6］都凤华，田兰英，崔永华，等.黑木耳乳酸发酵饮料的研制［J］.食品工业科技，2011，32(5):266－269.

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［9］GB/T5009.7－2008 食品中还原糖的测定［S］.北京:中华人民共和国卫生部，2008.

［10］GB/T12456－2008 食品中总酸的测定［S］.北京:中华人民共和国卫生部，2008.

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［12］王栋，李崎，华兆哲，等.食品感官评价原理与技术［M］.北京:中国轻工业出版社，2001.

［13］GB16321－2003 乳酸菌饮料卫生标准［S］.北京:中华人民共和国卫生部，2003.