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响应面法优化益生菌发酵青稞饮料配方的工艺开发
2021-7-9 11:14:16

青稞是禾本科大麦属的一种作物,主要分布在我国的青藏高寒地区"。青裸除含有丰富的碳水化合物、蛋白质和人体必需氨基酸外,还含有多种维生素,铜、锌、锰等20余种矿物元素23,是谷类作物中的佳品。它不仅是藏族人民重要的粮食,还具有其独到的药效,如除湿、止泻等,可用于治疗相关的疾病49,同时,由于青稞具有较高含量的B-葡聚糖,对降胆固醇、降血糖贡献巨大67。因此,也成为食品加工的一个新的研究方向。

益生菌能促进宿主肠道菌群的生态平衡,其发酵所产生的乳酸是一种天然的防腐保鲜剂,可保持活性益生菌的稳定性、安全性,并能赋予产品酸爽的口感;同时,益生菌发酵所产生的乳酸菌素能有效地抑制病原菌和腐败菌;另外,益生菌发酵过程中产生的种种生物活性物质具有降低胆固醇、降血糖、改善肝功能、提高免疫力等多重保健功能,对身体健康发挥着积极的作用10,目前青裸除用作口粮、焙烤食品和酿酒的原料外,青裸发酵饮料鲜有报道,国内仅马长中等(采用单一乳酸菌LAB00S证明了乳酸菌发酵青稞饮料是可行的,而采用益生菌(保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌)发酵青裸饮料的研究国内外尚鲜见报道。

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以青稞为原料,利用酶工程技术得到含有适量碳源和氮源的青稞酶解液,本研究以该青稞酶解液为原料,研究不同的发酵时间、发酵起始pH、发酵温度、益生菌接种量等因素对发酵的影响;并以发酵酸度为响应值,采用响应面法对益生菌发酵青裸饮料的发酵工艺进行优化,以期为青稞饮料的研发提供参考,对青稞的有效开发及产业的发展起到积极的推动作用。

操作要点

接种:将试验所需的器材在0.1 MPa(121~126℃)条件下灭菌15 min:取青裸酶解液,用10%的碳酸钠溶液调节pH,每组分装50mL后在沸水浴中杀菌10 min,冷却至40℃左右,在无菌操作台上接种直投式益生菌发酵剂,振荡均匀。

恒温发酵:按照单因素试验设计的方案,将接种后的青裸酶解液置于恒温培养箱中,发酵一定时间后,测定发酵液的酸度。

调配:按照本实验室研究得出的工艺配方,加入蔗糖进行调味,并加入复配稳定剂得到成品。

结果与分析

单因素试验结果

发酵时间的确定:发酵时间的长短直接影响益生菌发酵生成乳酸的量以及发酵的完全程度。在发酵起始pH 7.0,接种量4.5%,发酵温度40℃的条件下,探讨了不同发酵时间对发酵液酸度的影响,其结果发酵液的酸度随着发酵时间的增加而增大,当达到72 h后,虽然酸度有所增加,但增幅不大,基本趋于稳定,故确定最适发酵时间为72h,此时发酵液的酸度达到64.6 т.

发酵起始pH的确定:益生菌的生长需要特定的pH来维系细胞内各种生物活性分子的结构稳定,同时胞内酶也需要一个最适的pH值来维持其活性10。益生菌生长pH范围一般为5.0~7.5,且随着发酵的进行,pH值不断降低,将对益生菌的生长更加不利,因此需要确定一个起始pH使益生菌更好地生长和发酵,在接种量4.5%,发酵温度40℃,发酵时间72h的条件下,探讨了不同发酵起始pH对发酵液酸度的影响,其结果在其他发酵条件一定的情况下,起始pH在6.0~7.0时发酵液的酸度随着起始pH值的增加而呈现上升趋势,当起始pH在7.0-8.0时发酵液的酸度随着起姑pH值的增加而减小,在起始pH值为7.时发酵液酸度达到最大(65.0 T)。当环境偏酸或偏碱,使益生菌内的活力降低,生长能力变弱,产酸的能力也就变弱0,因此确定pH值7.0为益生菌生长的最适发酵起始pH.

接种量的确定

接种量大小不仅直接影响到益生菌发酵青稞饮料的发酵速率,而且对最终产品的风味也会产生决定性的影响。在发酵起始pH 7.0,发酵温度40 ℃,发酵时间72h的条件下,探讨了不同接种量对益生菌发酵液酸度的影响,其结果在其他发酵条件一定的情况下,当接种量在3.5%~4.5%时,发酵液酸度随着接种量的增大而增大,当接种量在4.5%~5.0%时,发酵液酸度随着接种量的增大而减小,接种量继续增加到5.5%时,发酵液酸度不再变化,在接种量为4.5%时发酵液酸度达到最大值(63.0TD。此时底物浓度与益生菌的比例达到最佳,发酵酸度达到最大;当接种量低于或高于4.5%时,均会影响乳酸的生成。因此确定4.5%为最适接种量。

发酵温度的确定

发酵温度影响到益生菌的生长进而影响发酵的速度和乳酸的积累。在发酵起始pH7.0,接种量4.5%,发酵时间72h的条件下,探讨了不同发酵温度对益生菌发酵液酸度的影响,其结果在其他发酵条件一定的情况下,发酵温度在36~40 ℃时,发酵液的酸度随着发酵温度的升高而增大,当发酵温度在40~44 ℃时,发酵液的酸度随着发酵温度的升高反而减小,当发酵温度为40℃时,酸度达到最大(66.0 T),发酵温度过低或过高均会抑制益生菌的生长,从而产酸能力降低,产酸量也就小。因此确定40 ℃为最适发酵温度。

结论

本研究以青稞酶解液为原料,采用响应面法对益生菌发酵青稞饮料的工艺条件进行了优化,结果表明,3个因素对产酸的影响顺序为发酵起始pH值>发酵温度>接种量:3个因素两两间的交互作用对产酸的影响分别是:发酵温度与发酵起始pH值极显著(P<0.01),发酵温度与接种量显著(P<0.05),发酵起始pH与接种量不显著(P>0.05)。益生菌发酵青裸饮料的最佳工艺条件为:发酵起始pH值7.3,直投式益生菌发酵剂(保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌)接种量4.7%,发酵温度41 ℃,发酵时间72 h,发酵液的酸度可达到68.67T.发酵液经加入蔗糖和复配稳定剂调制后,得到颜色呈乳白色,性状稳定,口感宜人,且含有活菌的益生菌发酵青稞饮料,是一款营养丰富、品质优良的保健饮料。本文只采取了饮料配方及工艺研究中的某部分研究内容,如需得到完整的饮料配方技术及工艺流程可联系成都市佳味添成饮料科技研究所,作为专业的饮料配方研发公司,提供饮料配方研发整体方案,饮料配方调味整体方案,饮料配方技术整体方案,饮料配方专家咨询整体方案,饮料配方生产技术指导等饮料行业所需的各类技术和资源的饮料开发整体解决方案服务,联系电话:13518183030  13518182323



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