复合果蔬皮乳酸发酵清凉乳饮料

孔令姝，赵家乐，吴虹艳，谭思敏，孙立艳，任静, *

1. 东北农业大学食品学院（哈尔滨 150030）；2. 黑龙江摇篮乳业股份有限公司（哈尔滨 150036）

西瓜皮，别名西瓜翠衣，含有丰富的蜡质、糖等成分，具有消暑利尿的功效；冬瓜皮中含有三萜类化合物、维生素B1、维生素C、烟酸、胡萝卜素等营养物质，具有清热利水、消肿的功效；黄瓜皮利于维生素C的吸收，并具有抗菌消炎、排毒的功效[1-2]。这3种果蔬皮作为食用或工业生产废弃物，没有得到合理利用。因此，对其进行深加工处理、提升其附加值、资源合理化具有重要意义。试验以果蔬皮汁、脱脂牛乳和薄荷叶浸取液为主要原料，利用乳酸菌对其发酵制作清凉的乳饮料到具有诱人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感细腻。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

西瓜皮、冬瓜皮、黄瓜皮（市售，新鲜无腐败、无病虫害）；薄荷叶（市售，新鲜无病虫害）；脱脂牛奶（深圳市德立安食品有限公司）；保加利亚螺杆菌、嗜热链球菌（广东环凯微生物科技有限公司）；白砂糖（食品级，上海浦仕联食品销售有限公司）；柠檬酸（食品级，河南吉鑫化工产品有限公司）；羧甲基纤维素（食品级，海申光食用化学品有限公司）；黄原胶（食品级，鄂尔多斯市中轩生化股份有限公司）；单硬脂酸甘油酯（食品级，成都市科龙化工试剂厂）；海藻酸钠（食品级，天津市大茂化学试剂厂）。

1.1.2 仪器与设备

BS-224 S电子天平（德国Sartorius公司）；DNP-9272型电热恒温培养箱（上海精宏实验设备有限公司）；MJ-BL 25 B 26多功能榨汁机榨汁机（美的集团有限公司）；ZX 22-ST 2010电磁炉（中山市海瑜生活电器有限公司）；YA1-DYML-S50J高压灭菌锅（北京中西远大科技有限公司）；HHS 21-8电热恒温水浴锅（南京威美特科学仪器有限公司）；PHS-3C pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；G 10-WY 035 Y手持折光计（北京中西远大科技有限公司）；TGC-16C型台式离心机（上海精密科学仪器有限公司产品）；JY 96-IIN型超声波细胞破碎仪（宁波生物科技有限公司）。

1.2 工艺流程

1.3 操作要点

1.3.1 菌种活化

菌种活化：在试管中添加10 mL脱脂牛奶，经110℃杀菌20 min，冷却至40 ℃，接入2%的菌种，41 ℃恒温培养至凝乳，重复几次，直至充分活化后置于0～4 ℃的冰箱内保存[3]。

1.3.2 原料处理

用清水清洗西瓜、冬瓜、黄瓜，再分离果皮与果肉，取皮切块备用。

1.3.3 蒸煮

将切块后的果皮置入沸水中，烫煮3～4 min后捞出，沥干并冷却至室温。

1.3.4 榨汁

向榨汁机中加入西瓜皮、冬瓜皮、黄瓜皮，比例3︰2︰1，并加入与果蔬皮比例1︰1的饮用水，榨汁后用200目筛网过滤。

1.3.5 薄荷叶浸取

新鲜的薄荷叶分选、洗净，于105 ℃条件下烘干至恒质量，粉碎过60目筛；按料液比1︰6（g/mL），称取薄荷叶分于250 mL锥形瓶中，加95%乙醇，超声波提取时间20 min；过滤，合并滤液，减压蒸馏得薄荷叶提取液，备用[4]。

1.3.6 调配

向果蔬皮汁中加入14%脱脂牛乳，5%薄荷叶浸取液，4%白砂糖，0.06%柠檬酸。

1.3.7 添加稳定剂

添加稳定剂0.2% CMC、0.01%黄原胶、0.09%单硬脂甘油酯、0.08%海藻酸钠，搅拌均匀。

1.3.8 灭菌

将新鲜的蔬皮汁在80 ℃下巴氏消毒60 s，并放置于4 ℃[5]。

1.3.9 接种发酵

混合液冷却到41 ℃左右，接入4%菌种，在41 ℃恒温培养箱中发酵1.5 h。

1.3.10 后熟

发酵结束后，将产品冷却至10 ℃以下，再放进冰箱中，在2～4 ℃下存放12～24 h。

1.3.11 均质装瓶

在200～300 kg/cm2的压力下均质2次后装瓶[6]。

1.4 发酵条件优化

以发酵后产品的可溶性固形物含量、pH、香气、滋味等感观指标作为综合评价体系，进行单因素和L9(33)的正交试验，控制白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.06%、脱脂牛乳含量14%、薄荷叶浸取液含量5%，对发酵的温度、菌种添加量、时间进行发酵条件优化，以确定最佳发酵条件工艺。

发酵温度的影响：控制接种量4%，发酵时间1.5 h。探究发酵温度分别为37，39，41，43和45 ℃时对果蔬皮汁发酵的影响。

接种量的影响：控制发酵温度41 ℃、发酵时间1.5 h，探究接种量分别为2%，3%，4%，5%和6%时对果蔬皮汁发酵的影响。

发酵时间的影响：控制发酵温度41 ℃、接种量4%，探究发酵时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h时对果蔬皮汁发酵的影响。

发酵条件的正交试验，在单因素试验基础上，对发酵温度、接种量、发酵时间进行L9(33)的正交试验设计，各因素水平见表1。

表1 发酵条件正交试验因素水平表

1.5 发酵配方优化

以发酵后产品的感官评分作为评价标准，进行单因素和L9(34)的正交试验，控制发酵的温度41 ℃、菌种添加量4%、发酵时间1.5 h。对白砂糖添加量、柠檬酸添加量、脱脂牛乳添加量、薄荷叶浸取液添加量进行发酵配方优化，以确定最佳发酵配方工艺。

白砂糖添加量的影响：控制柠檬酸添加量0.06%、脱脂牛乳含量14%、薄荷叶浸取液含量5%，探究白砂糖添加量分别为1%，2%，3%，4%和5%时对产品的影响。

柠檬酸添加量的影响：控制白砂糖添加量4%、脱脂牛乳含量14%、薄荷叶浸取液含量5%，探究柠檬酸添加量分别为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.10%时对产品的影响。

脱脂牛乳添加量的影响：控制白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.06%、薄荷叶浸取液含量5%，探究脱脂牛乳含量分别为8%，10%，12%，14%和16%时对产品的影响。

薄荷叶浸取液添加量的影响：控制白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.06%、脱脂牛乳含量14%。探究薄荷叶浸取液含量分别为3%，4%，5%，6%和7%时对产品的影响。

发酵配方的正交试验，在单因素试验的基础上，对白砂糖添加量、柠檬酸添加量、脱脂牛乳添加量，薄荷叶浸取液添加量进行L9(34)的正交试验设计，各因素水平见表2。

表2 发酵配方正交试验因素水平表 %

1.6 复配稳定剂的选择

在相关文献及前期单因素试验的基础上，选择CMC、黄原胶、单硬脂甘油酯、海藻酸钠为考察因素，进行L9(34)正交试验。充分乳化后，置于4 ℃冰箱冷藏24 h[7]。以4 000 r/min冷冻离心15 min，测定离心沉淀率，以沉淀率为评价指标，优化复合稳定剂的配比[8]。离心率计算见下式，稳定剂配方因素水平表见表3。

表3 复合稳定剂正交试验因素水平表 %

1.7 感官评价

选10人对成品饮料的色泽、风味、口感、组织状态进行综合评分，取其平均值，得出饮料的感官评分。评分标准见表4。

表4 感官评价标准

1.8 产品指标测定

pH，用pH计直接测定；可溶性固形物，用手持折光仪直接测定；总糖，用铁氰化钾法测定[9]；蛋白质，用凯氏定氮法测定[10]；微生物，用平板菌落计数法[11]。

1.9 数据处理

每个样品平行测定3次，单因素试验及正交试验数据采用SPSS 19.0软件进行分析，采用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 发酵温度对发酵结果的影响

发酵过程中温度是影响微生物生长和繁殖的重要因素。发酵过程中温度过高，会抑制菌体生长，产生刺激性较强的酸味[12]；温度过低，微生物生长缓慢，产酸量少，不能达到预期的风味。试验考察发酵温度对果蔬皮汁发酵的影响，结果见图1和表5。

由图1可知，随着温度上升，pH下降明显；由表5可知，在温度41 ℃和43 ℃条件下，发酵效果都较为理想，考虑到能耗，故最佳发酵温度为41 ℃。

2.2 发酵菌种添加量对发酵结果的影响

菌种的添加量在菌种发酵过程中决定其生长和繁殖的速度。菌种量过高，会导致营养物质不足，产生过多的代谢废物，影响产品感官；菌种量过低，发酵过程缓慢且产品风味不足。故菌种量过高过低都会对产品产生影响。结果见图2和表6。

由图2可知，随着菌种量的增加，pH逐渐下降；由表6可知，当菌种量为4%时，发酵效果较为理想，产品风味口感最佳。

图1 发酵温度对发酵饮料可溶性固形物及pH的影响

表5 发酵温度对产品感官的影响

图2 菌种添加量对发酵饮料可溶性固形物及pH的影响

表6 菌种添加量对产品感官的影响

2.3 发酵时间对发酵结果的影响

发酵时间的长短对产品品质会有影响。发酵时间过短，菌种产酸量过少且风味物质不够；发酵时间过长，产品中菌量会增多，而一定时间后，活菌死亡会产生其他次级代谢产物，引起分层现象，且糖分会随着时间的增加而不断累积，使产品变得黏稠，影响产品口感[13-15]。试验考察发酵时间对果蔬皮汁发酵的影响，结果见图3和表7。

由图3可知，随着发酵时间增加，pH明显下降；综合考虑口感和pH，确定最佳发酵时间为1.5 h。

图3 发酵时间对发酵饮料可溶性固形物及pH的影响

表7 发酵时间对产品感官的影响

2.4 发酵条件正交试验

试验选用发酵温度、菌种添加量和发酵时间作为研究对象，进行L9(33)正交试验，以感官评分表4为评分指标，结果见表8。

影响产品品质因素主次分别为C＞A＞B，即菌种添加量影响最大，其次是发酵温度，最后是发酵时间。最优的组合为A2B2C2，即发酵温度41 ℃、菌种添加量4%、发酵时间1.5 h。

表8 发酵条件正交试验结果

2.5 发酵配方的优化结果

由图4～图7可知，当白砂糖添加量、柠檬酸添加量、脱脂牛乳添加量和薄荷叶浸取液添加量分别为4%，0.06%，14%和5%时，感官评价分值最高。

图4 不同白砂糖添加量的感官评分

图5 不同柠檬酸添加量的感官评分

图6 不同脱脂牛乳添加量的感官评分

图7 不同薄荷叶浸取液添加量的感官评分

2.6 发酵配方正交试验

试验选用白砂糖添加量、柠檬酸添加量、脱脂牛乳添加量和薄荷叶浸取液添加量作为研究对象，进行L9(34)正交试验，以感官评分表4为评分指标，结果见表9。

影响产品质量因素主次分别为C＞A＞B＞D，即柠檬酸添加量影响最大，其次是脱脂牛乳添加量，再次是白砂糖添加量，最后是薄荷叶浸取液添加量，最优组合为A2B2C2D2，即白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.06%、脱脂牛乳添加量14%、薄荷叶浸取液添加量5%。

表9 发酵配方正交试验结果

2.7 复合稳定剂配方的确定

添加适量的稳定剂可以使产品长期保持稳定的状态，延长产品的货架期。然而单体稳定剂很难达到理想效果，需采用多种稳定剂复合，才能使产品稳定性能增加[16]。如过量添加稳定剂，会使发酵饮料的稠度太高，口感变差，出现糊口感等不良风味[17]。通过试验发现CMC、黄原胶、单硬脂甘油酯、海藻酸钠对产品具有稳定作用，并对其进行L9(34)的正交试验，试验对稳定剂配方优化的结果见表10。

结果表明，2，3和5号样品在试验过程中沉淀率较低，稳定效果好，其稳定剂种类和用量配方为A1B2C2D2、A2B1C2D3和A2B2C3D1，根据方差分析可得知优水平配方为A2B1C3D2，从极差分析中可见，影响果蔬皮发酵饮料稳定性因素的主次分别为A＞C＞D＞B，即CMC＞单硬脂酸甘油酯＞海藻酸钠＞黄原胶。为得到最佳稳定剂种类和用量配方，将4个配方做重复试验，试验结果见表11。

通过重复试验，K号沉淀率最小，稳定效果最好，因此选择K号样品为最佳稳定剂种类和用量，即A2B1C3D2，即CMC 0.2%，黄原胶0.01%，单硬脂甘油酯0.09%，海藻酸钠0.08%。

2.8 产品指标

复合果蔬皮乳酸发酵清凉饮料呈颜色均匀的乳青色，具有诱人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感细腻。可溶性固形物＞20%，pH 4.0左右，蛋白质含量5%，总糖含量6.5%，细菌总数≤12 CFU/mL，大肠杆菌、致病菌未检出。

表10 复合稳定剂正交试验结果

表11 沉淀率良好的复合稳定剂的重复试验

3 讨论

以西瓜皮、冬瓜皮、黄瓜皮为原料，开发新的果蔬皮发酵乳饮料，对其发酵工艺进行研究，可为其他产业化发展提供新思路，并在果蔬发酵饮料的基础上进行低成本、高营养的研究[18-19]。在发酵后期，采用醋酸菌对发酵期间产生的一定量乙醇进行转化，以确保饮料质量[20]。

4 结论

结果表明，复合果蔬皮乳酸发酵清凉乳饮料的最佳发酵工艺为：发酵温度41 ℃、接种量4%、发酵时间1.5 h。最佳发酵配方为：白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.06%、脱脂牛乳添加量14%、薄荷叶浸取液添加量5%。最佳稳定剂配方为：CMC 0.2%、黄原胶0.01%、单硬脂甘油酯0.09%、海藻酸钠0.08%。此条件得到的产品呈颜色均匀的乳青色，具有诱人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感细腻。