固定化乳酸菌发酵苹果汁饮料工艺

乳酸/％
0.688 0.625 0.591 0.411
产品外观
分层 稍微分层
无分层 无分层
产品气味
酸臭味，无香味 酸味重，奶香味 有酸味，奶香味 有酸味，无香味
2.2 载体浓度和发酵时间对发酵的影响 海藻酸钠溶液浓度直接影响着固定化乳酸菌的 机械强度大，包埋细胞不易泄漏,但细胞活性较低； 浓度低,形成凝胶的网络大,通透性较好细胞活性高, 但包埋细胞容易泄漏,凝胶颗粒易发生破损、软化等
牛奶会变性凝结，影响发酵效果。故以苹果汁与鲜牛
乳2∶1、4∶1、6∶1、8∶1的比例37 ℃发酵，结果见
表1。可知，随着苹果汁所占比例的增大，产酸量逐
渐减小。苹果汁与鲜牛乳的体积比以6∶1时能达到较
好的产酸效果又不会出现分层现象。
表1 发酵原液配比对发酵的影响
苹果汁︰鲜牛乳 （体积比）
2︰1 4︰1 6︰1 8︰1
题[3]。本研究基于固定化发酵法酿制苹果汁在品质方 面的不足以及多菌种发酵的特点，采用多菌种共固定 化技术发酵苹果汁饮料，研究既能改善苹果汁风味又 能提高生产效率的工艺条件，从而为生产应用提供一 定的技术依据，为苹果产业的发展提供动力。 1 试验材料与方法 1.1 试验材料
保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜热 链球菌(Streptococcus thermophilus)混合菌粉，由河南 花花牛乳业有限公司提供；MRS液体培养基(g/L)： 蛋白胨10.00，牛肉膏10.00，酵母浸粉5.00，葡萄糖 20.00，乙酸钠 2.00，柠檬酸氢二胺 2.00，磷酸氢二钾 2.00，MgSO4·7H2O 0.58，MnSO4·H2O 0.25，Tween 80
以接种量、海藻酸钠浓度和发酵时间做3因素3水 平L9(33)正交试验，测定不同发酵条件下产生的乳酸 量和剩余的还原糖含量，确定各因素对结果的影响大 小，并筛选出最佳发酵参数，因素水平表及试验设计 表如表3，表4所示。影响固定化乳酸菌对苹果汁发酵 的各因素主次关系为B>A>C，即接种量极差最大， 其次是海藻酸钠浓度，发酵时间极差最小。得出最优
图3 胶珠添加量对发酵产酸的影响 2.4 胶珠直径对发酵的影响
胶珠直径影响着固定化细胞的生物反应界面,从 而影响细胞的发酵能力。试验发现直径小于2.5 mm 的胶珠统一性较难控制，稳定性差。即采用直径为 2.5 mm～3 mm和3.5 mm～4 mm的固定化凝胶颗粒进 行发酵, 由图4、图5可知，2.5 mm～3 mm胶珠直径 较小，生物反应界面较大，发酵强度较大，产乳酸量
发酵苹果汁是近年来苹果综合利用开发的新产 品。这种新型饮料，营养价值高，改善了苹果汁的生 理功效和口感、增加苹果汁的货架期[1]，除用作饮料 之外，还可用于保健品、美容护肤品的生产。目前， 生产发酵苹果汁的工艺主要有游离细胞发酵法和固定 化细胞发酵法。游离细胞发酵制备时需要多次转接和 扩大培养或者高接种量乳酸菌长时间发酵会产生凝乳 现象，而固定化乳酸菌胶珠含有大量菌体可以缩短发 酵时间，可连续化生产，且不同批次产品质量能保证 较高的稳定性，但突出的缺点是发酵苹果汁的风味通 常不佳[2]。为了提高产品质量，使用多菌种进行发酵 可以有效地提高发酵苹果汁的品质。而固定化细胞发 酵法能较好的解决在发酵过程中控制多菌种比例的难
海藻酸钠溶液浓度2.0%，胶珠直径2.5 mm~3 mm， 此条件下既能保证较好的凝胶强度又能达到较高的发 酵效率，固定化后的细胞较游离微生物单位体积内菌 体浓度更大，因而发酵速率更快，比传统游离细胞发 酵具有明显优势。 3.2 固定化乳酸菌发酵苹果饮料最佳工艺条件
发酵条件组合为A2B3C2，即海藻酸钠浓度2.0%，接种 量10%，发酵时间36 h。此组合不在试验设计中，因 此需要做验证试验。按最佳条件A2B3C2，平行试验3 次，得平均乳酸含量(%)0.592±0.006,平均还原糖含 量为(6.55±0.05)g/100 mL。 3 讨论
通过试验证实固定化乳酸菌发酵苹果饮料是一种 较为理想的方法。 3.1 最佳固定化乳酸菌的方法
B 接种量/%
6
8 10
C 发酵时间/h
32
36 40
表4 正交试验数据表
试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 k1
乳酸 k2 k3
R 还原 k1 糖 k2
k3 R
A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 0.531 0.562 0.548 0.031 6.77 6.66 6.70 0.11
B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 0.516 0.556 0.568 0.052 6.82 6.67 6.64 0.18
工艺技术
固定化乳酸菌发酵苹果汁饮料工艺 陶静*，冯昕 郑州轻工业学院食品与生物工程学院（郑州 450002） 摘 要 以苹果汁和鲜牛奶为主要原料，通过用海藻酸钠包埋乳酸菌的乳酸发酵作用，混合调配成 苹果汁饮料。固定化乳酸菌发酵的工艺条件主要集中于苹果汁的比例、海藻酸钠浓度、胶珠直径、 菌种接种量等几方面，以乳酸含量，还原糖含量，产品的外观等的变化为衡量标准。结果表明，最
Tao Jing*，Feng Xin
School of Food & Biological Engineering, Zhengzhou University of Light Industry (Zhengzhou 450002)
Abstract In this paper, apple juice and fresh milk was fermented by immobilized Lactobacillus which were fermentation by sodium alginate, mixed deployment into the apple juice drink. The conditions of immobilized Lactobacillus fermentation focus on the proportion of apple juice, sodium alginate concentration, the diameter of plastic beads, inoculum, lactic acid content, reducing sugar content, and products in the appearance are the standards to measure. The results showed that optimum technology condition was 6︰1 apple juice and fresh milk, 2.0% sodium alginate, 2 mm~3 mm bead, 10% inoculum, fermentation time of 36 h. Mixed deployment into the apple juice drink with special nutritional efficacy, besides it has the unique flavor of fermented milk. At the same time it enhance the added value of agricultural products. Keywords fermentation; apple juice; immobilized; Lactobacillus
体积生理盐水配制成细胞悬液。
1.2.4 微生物细胞固定化：
取10 mL的菌悬液加入一定浓度的固定化载体溶
液中(海藻酸钠溶液)，混匀后，滴入2%的氯化钙溶
液中造粒，固定化1.5 h~2 h备用[4]。
1.2.5 发酵原液的调配：
苹果汁用饱和碳酸钠溶液调pH值至7.0，进行巴
氏消毒，待苹果汁冷却到室温后，按一定的比例混入
牛乳，制成发酵原液。
1.2.6 DNS法测定还原糖的含量。酸碱滴定法测定乳
酸的含量[5]。
2 结果与分析
2.1 苹果汁、牛奶配比对发酵的影响
苹果汁、牛奶发酵原液的配比决定着乳酸菌的发
酵效果。单用苹果汁发酵，其营养成分不能满足乳酸
菌生长需求，发酵效果较差。但牛奶含量过多，会覆
盖发酵苹果汁的风味，并且随着发酵液酸度的降低，
*通讯作者
工艺技术
高，耗糖快；3.5 mm～4 mm胶珠产乳酸量低，耗糖慢。 所以选择使用胶珠直径为2.5 mm～3 mm较为适宜。
图4 胶珠直径对微生物产酸的影响
图5 胶珠直径对发酵耗糖的影响
2.5 正交试验 表3 L9(33)因素水平表
水平因素
1 2 3
A 海藻酸钠浓度/%
1.5
2.0 2.5
[3] 卢为开.远红外辐射加热技术[M].上海:上海科技出版 杜.1983.5-6.
[4] 王俊,许乃章.远红外干燥香菇及苹果的机理研究农业机 械学报[J].1992,23(3):43-48.
[5] 王俊,许乃章,蒋生听.微波干燥香菇试验研究[J].科技通 报.1996,12(1):2l-26.
[6] 李里特.远红外技术在食品加工中应用的原理和问题.食 品工业科技,1990,6,3-7.
1.2.2 苹果原汁制备：
苹果去果核后切成约1.5 cm3的果肉丁榨汁，可加少量
VC防止褐变，用100目筛分果肉纤维和果汁，3 000 r/min
离心3 min，得澄清苹果原汁低温保存备用[3]。
1.2.3 菌种活化：
混合菌粉接种于MRS液体培养基内，37 ℃培
养，传代2~3次后，取对数生长期发酵液离心，用等
C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 0.549 0.553 0.543 0.010 6.72 6.70 6.72 0.02
乳酸/％ 0.510 0.540 0.543 0.521 0.578 0.587 0.519 0.551 0.574
还原糖/g·100ml-1 6.87 6.73 6.71 6.80 6.61 6.57 6.79 6.67 6.64
佳工艺条件为：苹果汁与鲜牛乳的比例为6︰1，海藻酸钠溶液的浓度为2.0%，胶珠直径为2 mm～3 mm，接 种量为10％，发酵时间为36 h。混合调配成的苹果汁饮料具有特殊的营养功效，同时还具有发酵乳 的独特风味，对提高农产品的附加值具有十分重要的现实意义。 关键词 发酵；苹果汁；固定化；乳酸菌
Apple Juice Fermented by Immobilized Lactobacilus
《食品工业》2011年第 9 期 20
问题。试验以1.0%，1.5%，2.0%，2.5%浓度的海藻 酸钠溶液对乳酸菌进行固定化。由表2、图1、图2可 看出，随着海藻酸钠溶液浓度的增高，胶珠机械强 度升高，发酵产乳酸量降低，最终耗糖量减少。而 在1.0%，1.5%，2.0%浓度下并没有明显区别。综合 考虑，固定化细胞使用 2.0%的海藻酸钠溶液包埋为 宜。0 h～36 h发酵产乳酸量增加幅度较大，还原糖消 耗较快，在36 h达到最高；36 h以后产乳酸量及耗糖 量变化较小，故发酵时间选取 36 h为宜。
[7] 张慜,许乃章.白蘑菇远红外干燥的研究[J].科技通报. 1993.11.
[8] 王绍林.微波加热技术的应用:干燥和杀菌机械[M].北 京:机械工业出版社,2004.
[9] 黄伟坤.食品检验与分析[M].北京:中国轻工业出版社, 1989.31-32.
[10] GB/T7949-1987:黄花菜感官指标
表2 海藻酸钠浓度对胶珠强度的影响
海藻酸钠浓度/％ 1.0% 1.50% 2%
凝胶强度 Gel strength
较小 较小 适中
2.5% 较大
图1 海藻酸钠浓度对微生物产酸的影响
图2 海藻酸钠浓度对微生物耗糖的影响 2.3 胶珠添加量对发酵产酸的影响
胶珠添加量决定着发酵体系乳酸菌的接种量，共 固定化颗粒接种量分别选取4%，8%，12%，16%对苹果 汁进行发酵。由图3可知,接种量过高会对乳酸菌的生 长产生抑制作用,接种量为 8%时,乳酸产量最高。
《食品工业》2011年第 9 期 19
工艺技术
1.00 mL, 121 ℃高压蒸汽灭菌20 min。
1.2 试验方法
1.2.1 发酵苹果汁生产工艺流程
苹果预处理→榨汁→过滤→调pH→灭菌→加入灭
菌的牛奶→接种→发酵→固液分离→发酵液→调配
↑
↓
↑
菌种→活化→固定化 固定化胶珠 白砂糖、稳定剂
→二次灭菌→成品