论文部分内容阅读
摘要[目的]研究并优化牛蒡乳酸菌发酵饮料的工艺条件，为牛蒡的深加工利用提供参考。[方法]以牛蒡为原料，经去皮、切片、护色、烫漂、匀浆、酶解、抽滤、发酵、调配、灭菌等工序加工牛蒡发酵饮料，采用单因素和正交试验优化牛蒡乳酸菌发酵饮料的最佳工艺条件。[结果]试验得到制作牛蒡乳酸菌发酵饮料的最优工艺条件：白砂糖为牛蒡原汁的8%，酸奶（乳酸菌）为牛蒡原汁的15%，发酵时间为8 h，发酵温度为45 ℃。[结论]在该试验工艺下研制出的牛蒡乳酸菌发酵饮料营养丰富，风味独特。
关键词牛蒡；乳酸菌发酵；饮料
中图分类号TS275.4文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）14-111-03
牛蒡是我国古老的药食两用的蔬菜，具有非常高的营养价值。牛蒡肉质具有比较特殊的香味，并且含有丰富的蛋白质、纤维素、黄酮以及钙、铁、磷等一些人体所需要的矿物质、氨基酸，牛蒡中胡萝卜素的含量比胡萝卜高出200多倍，并且还具有较丰富的维生素B、维生素C以及菊科类植物所特有的菊糖[1]。
牛蒡在日本可以与人参相媲美，所以它有“蔬菜之王”的美誉[2]。牛蒡具有明显的降血脂、降血糖、润肠通便、补肾壮阳和抑制癌细胞滋生、扩散及移弃水中重金属的作用，是一种非常理想的天然型保健食品[3]。欧美地区对牛蒡的研究较少，但在日本、韩国等地区，牛蒡非常受欢迎。据了解，在日本，人们认为牛蒡是能延年益寿的食品，有“东洋参”的美誉，因此在日本牛蒡在很多情况下被加工成牛蒡片、牛蒡条等休闲食品[4-5]。
乳酸菌具有重要的生理功能，它不仅可以维持肠道中菌群的生态平衡、抑制病原菌、抗感染、改善乳糖不耐症，以及促进胃肠蠕动，还可以消除致癌因子、提高机体的免疫能力。
将牛蒡预处理后用乳酸菌发酵加工成为牛蒡乳酸菌饮料，更有利于胃肠道菌群的生态平衡，且具有降血脂、降血糖、润肠通便的作用。笔者以牛蒡为原料，经预处理、护色、烫漂、匀浆、酶解、抽滤、乳酸菌发酵、调配、灭菌等工序加工牛蒡乳酸菌发酵饮料，使其兼具营养与保健功能。
1材料与方法
1.1材料
原料：牛蒡，产自江苏徐州，购于当地超市。主要仪器设备：
BS323S型电子天平，赛多利斯科学仪器北京有限公司；HW.SY型电热恒温水浴锅，浙江舟山市定海区海源仪器厂；SPX-250B-Z 型生化培养箱，上海博远实业有限公司医疗设备厂；AF-06A 超微高速粉碎机，温岭市奥力中药机械有限公司。
1.2制备方法
1.2.1制备工艺流程。新鲜牛蒡→去皮→切片→护色→烫漂→湿法粉碎→酶解→过滤→发酵→调配→装罐→灭菌→冷却→成品。
1.2.2工艺操作要点。
1.2.2.1牛蒡去皮、切片。新鲜牛蒡除去皮的方法有2种，刨子和钢丝球处理，用刨子的优点是纯度很高，用钢丝球的优点是节省材料，该试验选择的是刨子去皮。将去皮的牛蒡迅速（防止褐变）切片，不要太厚，差不多为1 mm。
1.2.2.2牛蒡护色、烫漂。因为新鲜的牛蒡在去皮、切片之后肉质会产生褐变，所以必须将去皮切好的牛蒡立刻放入护色液中进行护色。查阅文献资料可得，护色剂使用柠檬酸、抗坏血比较好，护色液调配时两者的加入量分别为1.00%、0.25%，护色液和原料的比为1∶4，护色的时间为30 min[6]。将护色液中的牛蒡切片捞出，将其放进牛蒡片质量5倍的开水中蒸煮10 min，牛蒡和水的比例为1∶5。烫漂能够使牛蒡发酵饮料不产生褐变，颜色保持良好的状态；同时烫漂还能软化牛蒡，更能使水溶性的营养物质更多地溶在饮料中。
1.2.2.3粉碎、酶解。将牛蒡片放入粉碎机中粉碎，在牛蒡浆汁中加入复合提取酶进行酶解。然后用柠檬酸和碳酸氢钠将pH调至4.8，浆汁中的复合提取用酶，加酶量为底物质量的0.5%，在50 ℃水浴锅中进行恒温加热酶解，酶解时间为1.5 h。酶解能够使牛蒡汁中的可溶性固形物和黄酮等物质更多地溶入牛蒡发酵饮料中。
1.2.2.4过滤。使用循环水式真空泵将牛蒡浆汁分离，可抽滤2次，以得到更纯净的牛蒡清液。
1.2.2.5发酵。发酵的菌种为酵母菌和乳酸菌。首先乳酸菌的试验条件：白砂糖为牛蒡原汁的4%～8%，酸奶为牛蒡原汁的5%～15%，发酵时间为6～10 h，发酵温度为35～45 ℃。酵母菌发酵的条件：白砂糖为牛蒡原汁的4%～8%，发酵酵母为牛蒡原汁的0.5%～1.5%，发酵时间为10～30 h，发酵温度为20～28 ℃。
1.3分析方法
1.3.1牛蒡原汁中可溶性固形物的测定。
取干燥后培养皿，称量其重量为M1，再用移液管移取10 mL的牛蒡原汁放入培养皿中，称量其质量为M2，然后将盛有牛蒡原汁的培养皿放入电热恒温鼓风培养箱中在60 ℃条件下干燥12 h，取出冷却后称其质量为M3。
可溶性固形物=（M3-M1）/（M2-M2）
1.3.2牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的测定。总酸度的测定采用滴定法。
1.3.3感官评价。由10人组成品评小组对产品的口感、外观形态、风味等进行评价计分，评分标准见表1。
2结果与分析
2.1蔗糖浓度对乳酸菌发酵液酸度和感官质量的影响
取酸奶加入量为牛蒡原汁的10%，发酵时间为8 h，发酵温度为40 ℃，改变蔗糖的加入量，测定牛蒡发酵饮料的酸度，并进行感官评价。
由表2可以看出，糖分的浓度8%时的酸度是最高的，通过感官指标的评定在此浓度下的口感最好，外观的形态没有浓度为12%的好，3组试验风味相差不多。综合得出，糖浓度为8%时酸度最高，感官评分也最高，得出发酵最优蔗糖浓度为8%。
2.2酸奶（菌种）加入量对发酵液酸度和感官质量的影响 在蔗糖浓度为8%，发酵时间为8 h，发酵温度为40 ℃，选择酸奶菌种加入量分别为5%、10%、15%，测定牛蒡发酵饮料酸度，并进行感官评价。
由表3可知，酸奶（菌种）的加入量越大酸度越高，而且感官评价得分也越高，可以确定酸奶（菌种）的加入量和牛蒡发酵饮料酸度是正相关的，所以得出最优的酸奶（菌种）的加入量为15%。
2.3发酵时间对发酵液酸度和感官质量的影响
在蔗糖浓度8%和酸奶菌种加入量为15%，控制发酵温度为40 ℃，测定不同发酵时间的牛蒡发酵饮料酸度，并进行感官评价。
由表4可知，发酵时间8 h，牛蒡发酵饮料酸度最高，而发酵时间5、15 h酸度是较低的。因此，在发酵8 h感官评分和酸度达到最优。
2.4发酵温度对发酵液酸度和感官质量的影响
在蔗糖的浓度8%，酸奶（菌种）加入量15%，发酵时间8 h，不同发酵温度下测定牛蒡发酵饮料的酸度，并进行感官评价。
由表5可知，在发酵温度为40 ℃的时候，牛蒡发酵饮料发酵的最好，综合得分也最高，酸度也最高。所以，牛蒡发酵饮料发酵（乳酸菌）的最优温度是40 ℃。
2.5牛蒡乳酸菌饮料发酵条件的确定
通过对单因素试验的研究发现，影响牛蒡乳酸菌发酵的主要因素有蔗糖浓度、酸奶（菌种）加入量、发酵温度、发酵时间。所以正交试验选取以上4个因素的3个水平，共有9组试验，试验水平取值见表6，试验设计及结果见表7。
2.5.1发酵条件对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响。
根据表7中酸度数据可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是A3>A2>A1，B3>B2>B1，C2>C3>C1，D3>D1>D2， B因素的极差值最大，C因素次之，极差值不太明显的是D因素和A因素，即D因素和A因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响不太显著。所以根据直观分析可以看出，各种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响因素由大到小分别为B、C、D、A。
所以综合以上4个因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的分析可知A3B3C2D3的工艺最优，此工艺条件下，制备的牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度最高。
2.5.2发酵条件对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响。
根据表7的感官评分数据可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是A3=A2>A1，B3>B2>B1，C2>C3>C1，D3>D1>
D2， B因素的极差值最大，A因素次之，极差值不太明显的是C因素和D因素，即C因素和D因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响不太显著。所以根据直观分析可以看出，各种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响因素由大到小分别为B、A、C、D。
所以综合以上4种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的分析可知，A3B3C2D3的工艺最优，此工艺条件下，制备的牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量最好。
2.5.3综合分析
根据以上4个因素对牛蒡乳酸菌饮料发酵条件对饮料酸度和感官质量影响的直观分析和极差分析，综合考虑，各种试验方法中A3B3C2D3试验组合为最佳工艺条件，即蔗糖浓度为8%，酸奶（菌种）加入量为15%，发酵时间8 h，发酵温度45 ℃，此时牛蒡乳酸菌发酵饮料发酵条件为最佳优化条件。
44卷14期香 花等牛蒡乳酸菌发酵饮料研究
3结论与讨论
通过对牛蒡乳酸菌发酵饮料发酵条件的单因素试验和正交试验的研究，表明乳酸菌发酵的最佳工艺条件：白砂糖为牛蒡原汁的8%，酸奶（乳酸菌）为牛蒡原汁的15%，发酵时间为8 h，发酵温度为45 ℃。在此条件下研制出的牛蒡乳酸菌发酵饮料营养丰富，风味独特。该研究是对牛蒡乳酸菌饮料的初步研究，下一步将在此试验条件下进行小试、中试，若能投入产业化生产，则能有效利用牛蒡资源，并且为大众提供具有一定保健功能的食品，所以该研究具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]
蒋淑敏.牛蒡化学成分和药理作用的研究现状[J].时珍国医国药，2001，12（10）：941-942.
[2] 胡献国.蔬菜之王说牛蒡[J].科学养生，2011（5）：15.
[3] 张晓伟，孙爱东，宫玮.牛蒡的营养价值及其开发现状[J].中国食物与营养，2006（1）：25-27.
[4] 黄秀锦.牛蒡保健饮料的研制[J].食品科技，2001（3）：42.
[5] 孟秀梅.牛蒡的加工利用现状[J].食品与药品，2006，8（1）：65-68.
关键词牛蒡；乳酸菌发酵；饮料
中图分类号TS275.4文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）14-111-03
牛蒡是我国古老的药食两用的蔬菜，具有非常高的营养价值。牛蒡肉质具有比较特殊的香味，并且含有丰富的蛋白质、纤维素、黄酮以及钙、铁、磷等一些人体所需要的矿物质、氨基酸，牛蒡中胡萝卜素的含量比胡萝卜高出200多倍，并且还具有较丰富的维生素B、维生素C以及菊科类植物所特有的菊糖[1]。
牛蒡在日本可以与人参相媲美，所以它有“蔬菜之王”的美誉[2]。牛蒡具有明显的降血脂、降血糖、润肠通便、补肾壮阳和抑制癌细胞滋生、扩散及移弃水中重金属的作用，是一种非常理想的天然型保健食品[3]。欧美地区对牛蒡的研究较少，但在日本、韩国等地区，牛蒡非常受欢迎。据了解，在日本，人们认为牛蒡是能延年益寿的食品，有“东洋参”的美誉，因此在日本牛蒡在很多情况下被加工成牛蒡片、牛蒡条等休闲食品[4-5]。
乳酸菌具有重要的生理功能，它不仅可以维持肠道中菌群的生态平衡、抑制病原菌、抗感染、改善乳糖不耐症，以及促进胃肠蠕动，还可以消除致癌因子、提高机体的免疫能力。
将牛蒡预处理后用乳酸菌发酵加工成为牛蒡乳酸菌饮料，更有利于胃肠道菌群的生态平衡，且具有降血脂、降血糖、润肠通便的作用。笔者以牛蒡为原料，经预处理、护色、烫漂、匀浆、酶解、抽滤、乳酸菌发酵、调配、灭菌等工序加工牛蒡乳酸菌发酵饮料，使其兼具营养与保健功能。
1材料与方法
1.1材料
原料：牛蒡，产自江苏徐州，购于当地超市。主要仪器设备：
BS323S型电子天平，赛多利斯科学仪器北京有限公司；HW.SY型电热恒温水浴锅，浙江舟山市定海区海源仪器厂；SPX-250B-Z 型生化培养箱，上海博远实业有限公司医疗设备厂；AF-06A 超微高速粉碎机，温岭市奥力中药机械有限公司。
1.2制备方法
1.2.1制备工艺流程。新鲜牛蒡→去皮→切片→护色→烫漂→湿法粉碎→酶解→过滤→发酵→调配→装罐→灭菌→冷却→成品。
1.2.2工艺操作要点。
1.2.2.1牛蒡去皮、切片。新鲜牛蒡除去皮的方法有2种，刨子和钢丝球处理，用刨子的优点是纯度很高，用钢丝球的优点是节省材料，该试验选择的是刨子去皮。将去皮的牛蒡迅速（防止褐变）切片，不要太厚，差不多为1 mm。
1.2.2.2牛蒡护色、烫漂。因为新鲜的牛蒡在去皮、切片之后肉质会产生褐变，所以必须将去皮切好的牛蒡立刻放入护色液中进行护色。查阅文献资料可得，护色剂使用柠檬酸、抗坏血比较好，护色液调配时两者的加入量分别为1.00%、0.25%，护色液和原料的比为1∶4，护色的时间为30 min[6]。将护色液中的牛蒡切片捞出，将其放进牛蒡片质量5倍的开水中蒸煮10 min，牛蒡和水的比例为1∶5。烫漂能够使牛蒡发酵饮料不产生褐变，颜色保持良好的状态；同时烫漂还能软化牛蒡，更能使水溶性的营养物质更多地溶在饮料中。
1.2.2.3粉碎、酶解。将牛蒡片放入粉碎机中粉碎，在牛蒡浆汁中加入复合提取酶进行酶解。然后用柠檬酸和碳酸氢钠将pH调至4.8，浆汁中的复合提取用酶，加酶量为底物质量的0.5%，在50 ℃水浴锅中进行恒温加热酶解，酶解时间为1.5 h。酶解能够使牛蒡汁中的可溶性固形物和黄酮等物质更多地溶入牛蒡发酵饮料中。
1.2.2.4过滤。使用循环水式真空泵将牛蒡浆汁分离，可抽滤2次，以得到更纯净的牛蒡清液。
1.2.2.5发酵。发酵的菌种为酵母菌和乳酸菌。首先乳酸菌的试验条件：白砂糖为牛蒡原汁的4%～8%，酸奶为牛蒡原汁的5%～15%，发酵时间为6～10 h，发酵温度为35～45 ℃。酵母菌发酵的条件：白砂糖为牛蒡原汁的4%～8%，发酵酵母为牛蒡原汁的0.5%～1.5%，发酵时间为10～30 h，发酵温度为20～28 ℃。
1.3分析方法
1.3.1牛蒡原汁中可溶性固形物的测定。
取干燥后培养皿，称量其重量为M1，再用移液管移取10 mL的牛蒡原汁放入培养皿中，称量其质量为M2，然后将盛有牛蒡原汁的培养皿放入电热恒温鼓风培养箱中在60 ℃条件下干燥12 h，取出冷却后称其质量为M3。
可溶性固形物=（M3-M1）/（M2-M2）
1.3.2牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的测定。总酸度的测定采用滴定法。
1.3.3感官评价。由10人组成品评小组对产品的口感、外观形态、风味等进行评价计分，评分标准见表1。
2结果与分析
2.1蔗糖浓度对乳酸菌发酵液酸度和感官质量的影响
取酸奶加入量为牛蒡原汁的10%，发酵时间为8 h，发酵温度为40 ℃，改变蔗糖的加入量，测定牛蒡发酵饮料的酸度，并进行感官评价。
由表2可以看出，糖分的浓度8%时的酸度是最高的，通过感官指标的评定在此浓度下的口感最好，外观的形态没有浓度为12%的好，3组试验风味相差不多。综合得出，糖浓度为8%时酸度最高，感官评分也最高，得出发酵最优蔗糖浓度为8%。
2.2酸奶（菌种）加入量对发酵液酸度和感官质量的影响 在蔗糖浓度为8%，发酵时间为8 h，发酵温度为40 ℃，选择酸奶菌种加入量分别为5%、10%、15%，测定牛蒡发酵饮料酸度，并进行感官评价。
由表3可知，酸奶（菌种）的加入量越大酸度越高，而且感官评价得分也越高，可以确定酸奶（菌种）的加入量和牛蒡发酵饮料酸度是正相关的，所以得出最优的酸奶（菌种）的加入量为15%。
2.3发酵时间对发酵液酸度和感官质量的影响
在蔗糖浓度8%和酸奶菌种加入量为15%，控制发酵温度为40 ℃，测定不同发酵时间的牛蒡发酵饮料酸度，并进行感官评价。
由表4可知，发酵时间8 h，牛蒡发酵饮料酸度最高，而发酵时间5、15 h酸度是较低的。因此，在发酵8 h感官评分和酸度达到最优。
2.4发酵温度对发酵液酸度和感官质量的影响
在蔗糖的浓度8%，酸奶（菌种）加入量15%，发酵时间8 h，不同发酵温度下测定牛蒡发酵饮料的酸度，并进行感官评价。
由表5可知，在发酵温度为40 ℃的时候，牛蒡发酵饮料发酵的最好，综合得分也最高，酸度也最高。所以，牛蒡发酵饮料发酵（乳酸菌）的最优温度是40 ℃。
2.5牛蒡乳酸菌饮料发酵条件的确定
通过对单因素试验的研究发现，影响牛蒡乳酸菌发酵的主要因素有蔗糖浓度、酸奶（菌种）加入量、发酵温度、发酵时间。所以正交试验选取以上4个因素的3个水平，共有9组试验，试验水平取值见表6，试验设计及结果见表7。
2.5.1发酵条件对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响。
根据表7中酸度数据可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是A3>A2>A1，B3>B2>B1，C2>C3>C1，D3>D1>D2， B因素的极差值最大，C因素次之，极差值不太明显的是D因素和A因素，即D因素和A因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响不太显著。所以根据直观分析可以看出，各种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的影响因素由大到小分别为B、C、D、A。
所以综合以上4个因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度的分析可知A3B3C2D3的工艺最优，此工艺条件下，制备的牛蒡乳酸菌发酵饮料酸度最高。
2.5.2发酵条件对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响。
根据表7的感官评分数据可知，各因素水平对结果影响的强弱顺序是A3=A2>A1，B3>B2>B1，C2>C3>C1，D3>D1>
D2， B因素的极差值最大，A因素次之，极差值不太明显的是C因素和D因素，即C因素和D因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响不太显著。所以根据直观分析可以看出，各种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的影响因素由大到小分别为B、A、C、D。
所以综合以上4种因素对牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量的分析可知，A3B3C2D3的工艺最优，此工艺条件下，制备的牛蒡乳酸菌发酵饮料感官质量最好。
2.5.3综合分析
根据以上4个因素对牛蒡乳酸菌饮料发酵条件对饮料酸度和感官质量影响的直观分析和极差分析，综合考虑，各种试验方法中A3B3C2D3试验组合为最佳工艺条件，即蔗糖浓度为8%，酸奶（菌种）加入量为15%，发酵时间8 h，发酵温度45 ℃，此时牛蒡乳酸菌发酵饮料发酵条件为最佳优化条件。
44卷14期香 花等牛蒡乳酸菌发酵饮料研究
3结论与讨论
通过对牛蒡乳酸菌发酵饮料发酵条件的单因素试验和正交试验的研究，表明乳酸菌发酵的最佳工艺条件：白砂糖为牛蒡原汁的8%，酸奶（乳酸菌）为牛蒡原汁的15%，发酵时间为8 h，发酵温度为45 ℃。在此条件下研制出的牛蒡乳酸菌发酵饮料营养丰富，风味独特。该研究是对牛蒡乳酸菌饮料的初步研究，下一步将在此试验条件下进行小试、中试，若能投入产业化生产，则能有效利用牛蒡资源，并且为大众提供具有一定保健功能的食品，所以该研究具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]
蒋淑敏.牛蒡化学成分和药理作用的研究现状[J].时珍国医国药，2001，12（10）：941-942.
[2] 胡献国.蔬菜之王说牛蒡[J].科学养生，2011（5）：15.
[3] 张晓伟，孙爱东，宫玮.牛蒡的营养价值及其开发现状[J].中国食物与营养，2006（1）：25-27.
[4] 黄秀锦.牛蒡保健饮料的研制[J].食品科技，2001（3）：42.
[5] 孟秀梅.牛蒡的加工利用现状[J].食品与药品，2006，8（1）：65-68.