Box-Behnken响应面法优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺.pdf

Food and Fermentation Science&Food and Fermentation Science&TechnologyTechnology收稿日期：2023-07-16基金项目：贵州省科技计划重大专项课题（黔科合平台人才 2017 5411-06）；国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心建设项目（2012FU125X13）；贵州省中药材现代产业技术体系建设项目（GZCYTX-02）作者简介：张琦（1997-），女，硕士。研究方向：发酵工程。*通信作者：张明生（1963-），男，博士，教授，博士生导师。研究方向：植物生理化学与分子生物学研究。引用格式：张琦，黄海东，谢国芳，等.Box-Behnken响应面法优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺 J.食品与发酵科技，2023，59（4）：28-3670.Box-Behnken响应面法优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺张琦，黄海东，谢国芳，张明生*（贵州大学生命科学学院/山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室，贵州贵阳 550025）摘要：以假酸浆（Nicandra physaloides（L.）Gaertn.）籽胶质为原料，牛奶和蔗糖为辅料，通过乳酸菌发酵制作发酵型果冻。应用单因素实验与Box-Behnken响应面法联用，从料液比、牛奶与蔗糖添加量、发酵温度、发酵时间等因素水平上优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺。结果表明在工艺参数：料液比1 18g/mL、蔗糖添加量7%、牛奶添加量5%、发酵温度38时果冻品质最佳。以此工艺参数制作的假酸浆果冻所含活性物质总黄酮与总多酚含量分别是市售乳酸菌果冻的1.13和1.24倍，且DPPH 和ABTS 清除率分别是市售乳酸菌果冻的1.80和2.42倍，大肠杆菌、霉菌、酵母菌均符合国家标准要求。关键词：假酸浆果冻；乳酸菌发酵；制作工艺；理化指标中图分类号：Q815文献标识码：A文章编号：1674-506X（2023）04-0028-0010Box-Behnken Response Surface Methodology to Optimize the ProductionProcess of Nicandra physaloides Jelly Fermentedby Lactic Acid BacteriaZHANG Qi，HUANG Haidong，XIE Guofang，ZHANG Mingsheng*（Key Laboratory of Plant Resource Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region（Ministry of Education），School of Life Sciences，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550025，China）Abstract：The seed gum of Nicandra physaloides（L.）Gaertn.was used as raw material，milk and sucrose asauxiliary materials，and fermented jelly was prepared by lactic acid bacteria.The single factor experiment andBox-Behnken response surface method were used to optimize the production process of lactic acid bacteriafermentation N.Physaloides jelly from the aspects of solid-liquid ratio，milk and sucrose content，fermentationtemperature and fermentation time.The results showed that the quality of N.Physaloides jelly was the bestwhen the process parameters were：solid-liquid ratio 1 18 g/mL，sucrose content 7%，milk content 5%andfermentation temperature 38.The content of total flavonoids and total polyphenols in the N.physaloidesjelly prepared by this process parameter is 1.13 and 1.24 times of that of the commercially available lacticacid bacteria jelly，and the clearance rate of DPPH and ABTS is 1.80 and 2.42 times of that of the commerciallyavailable lactic acid bacteria jelly，respectively.E.coli，mold and yeast all meet the requirements of thenational standard.Keywords：Nicandra Physaloides jelly；lactic acid bacteria fermentation；producing technology；phychemical indexesdoi：10.3969/j.issn.1674-506X.2023.04-005张琦等：Box-Behnken响应面法优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺第59卷（总第236期）张琦等：Box-Behnken响应面法优化乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺假酸浆（Nicandra physaloides（L.）Gaertn.）为茄科（Solanaceae）假酸浆属（Nicandra）一年生草本植物，在我国四川、贵州、陕西和云南等地都有种植或野生分布1。假酸浆具有繁殖速度快、生长周期短、产籽量大、适应性广、价格低廉等优点2，全草、根、叶含大量生物活性成分，具有抗肿瘤、抗炎、镇静等药理作用3-4。假酸浆籽富含胶质和微量元素，民间常用于制作冰粉，广泛食用，且具有消炎利尿、消暑解渴等作用5-6。目前，国内外对假酸浆的研究主要集中于化学成分及药理作用上，而忽略其胶质在食品生产中的应用，造成胶质资源浪费7。因此，充分开发假酸浆胶质在食品加工等方面的实用功能，对充分利用假酸浆资源具有重要的实际价值。果冻因其外观晶莹剔透和口感爽滑而深受大众喜爱8。然而，为追求风味特别和长保质期，市售果冻添加了大量的人工合成色素和防腐剂，长期食用易对消费者健康造成不利影响9-10。乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是一类可利用碳水化合物发酵产生有机酸的微生物11，不仅对人体有益生作用12-13，且因其在发酵过程中能提高维生素含量，产生乙醛、双乙酰等风味物质而被广泛应用于食品工业 14-15。随着经济水平的提高和保健意识的增强，美味可口且兼具营养保健的休闲食品更受消费者的青睐。因此，本研究以假酸浆籽胶质为原料，采用Box-Behnken响应面法优化一套乳酸菌发酵假酸浆果冻的制作工艺。以期丰富果冻生产原料、增加果冻品种的同时也为假酸浆资源的开发利用提供新途径。1材料与方法1.1材料与试剂假酸浆由本实验室科研基地提供，将其当年成熟种子（假酸浆籽）晾干、过筛、除杂后用于本实验；保 加 利 亚 乳 杆 菌（Lactobacillus bulgaricus CICC6045）、嗜 热 链 球 菌（StreptococcusthermophilusCICC 6038），上海保藏生物技术中心；嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus），贵州大学酿酒与食品工程学院微生物实验室；莫匹罗星锂盐和半胱氨酸盐酸盐改良MRS培养基，上海博微生物科技有限公司；标准乳酸链球菌M17培养基，海博生物技术有限公司；ABTS法试剂盒（紫外分光光度法），生工生物工程（上海）股份有限公司；牛奶、蔗糖、CaO（食品级），市售。1.2仪器与设备TA.GEL质构仪，苏州保曼精密仪器有限公司；PHSJ-3F pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；H4-20KR冷冻离心机，湖南可成仪器设备有限公司；THZ-Q台式冷冻恒温振荡器，太仓华大实验仪器科技有限公司；YXQ-100SII立式压力蒸汽灭菌器，上海东亚压力容器制造有限公司；H4-20KR冷冻离心机，湖南可成仪器设备有限公司；600目尼龙袋，市售。1.3实验方法1.3.1假酸浆果冻的工艺流程水、蔗糖煮沸冷却牛奶假酸浆胶质杀菌接种乳酸菌二次活化乳酸菌发酵剂成品冷藏石灰水装瓶发酵1.3.2假酸浆果冻的制作工艺乳酸菌发酵剂的制备16：（1）无菌操作按1%接种量分别将保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌接种于莫匹罗星锂盐和半胱氨酸盐酸盐改良MRS培养基，将嗜热链球菌接种于标准乳酸链球菌M17培养基，37静止培养12h，此为一次活化。再将一次活化的菌液按上述相同条件接种进行二次活化，嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌培养至8h、保加利亚乳杆菌培养至10h后取出放入4冰箱备用。（2）活化后的乳酸菌发酵液以7 000 r/min离心5 min，倒去上清液，再用无菌生理盐水重悬离心3次后于无菌条件下加入经115、15min灭菌的脱脂牛奶中，37培养至凝乳，用于果冻混合发酵。假酸浆果冻的制作：（1）400 mL纯净水添加一定量蔗糖煮沸、冷却至80，加入一定量牛奶，此为混合液。（2）以M假酸浆 V纯净水1 20g/mL称取假酸浆籽装入600目尼龙袋，扎紧袋口并浸入混合液中，待尼龙袋表面渗出白色胶质后，反复挤压揉搓7min，再用600目尼龙袋滤去气泡，获得胶质悬液经巴氏灭菌（90、15s）后分装于100mL发酵瓶中。（3）无菌条件下，将混合菌种（V嗜热链球菌 V保加利亚乳杆菌 V嗜酸乳杆菌1 1 2）以2%接种量接种到100 mL发酵瓶中，再添加7%的石灰水（石灰水由CaO与水按1 40配制，静置20min）密封发酵一定时间，冷藏。1.3.3假酸浆果冻的单因素实验设计根据预实验，设计假酸浆料液比（1 10、1 15、1 20、1 25、1 30 g/mL）、牛奶添加量（2%、4%、6%、8%、10%）、蔗糖添加量（2%、4%、6%、8%、10%）、发酵时间（6、8、10、12、14h）、发酵温度（37、39、41、43、45）进行单因素实验，以质构参数、感官评价、乳292023年第4期酸菌数量和持水力加权后综合得分为评定标准。1.3.4假酸浆果冻的Box-Behnken响应面实验设计基于单因素实验结果，以料液比、牛奶添加量、蔗糖添加量、发酵温度为自变量，通过Box-Behnken设计4因素3水平的响应面实验（见表1），以假酸浆果冻综合得分为响应值，考查各个因素对于响应值的影响程度，以得出假酸浆果冻的最优制作工艺。表1Box-Behnken响应面实验设计因素与水平Tab.1Factors and levels of Box Behnken design水平101因素A 料液比/（g/mL）1：151：201：25B 蔗糖添加量/%6810C 牛奶添加量/%468D 发酵温度/3739411.3.5假酸浆果冻的指标测定乳酸菌测定参考GB 4789.352016 食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验；大肠杆菌测定参考GB 4789.32016 食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数、霉菌与酵母菌测定参考GB 4789.152016 食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数；质构参数测定参考胡永正等17方法；持水率测定参考孙静等18方法：将