CN105942087A - 马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法，包括如下步骤：进行复合菌种的活化和扩大培养；马铃薯的清洗去皮、切块烫漂、打浆和糊化处理后，加入0.4％的α‑淀粉酶，在温度为55℃、pH值为6.8的条件下液化50min，加入0.2％的糖化酶，在温度为55℃、pH值为4.5的条件下糖化3h，过滤，调节马铃薯清汁pH值至7.0，加入3％的蔗糖和0.09％的海藻酸钠，混合均匀后，经115℃灭菌15min，冷却至40℃，在无菌条件下接种活化好的复合菌种，发酵，发酵结束后置于4℃冰箱后熟冷。本发明所得饮料为营养价值高、口感好，且具有一定益生功能的保健饮料，对于开阔马铃薯加工途径有着积极意义。

Description

马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法

技术领域

本发明涉及农产品加工领域，具体涉及一种马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法。

背景技术

马铃薯营养丰富而且全面，有学者表明，仅马铃薯和全脂牛奶就可以提供人体所需的全部营养，可称作是“十全十美的食物”。其含有丰富的膳食纤维，膳食纤维是酯在人体小肠内，不能被消化吸收的碳水化合物和木质素，包括有纤维素、半纤维素、木质素、果胶、菊粉等。研究表明，其在营养学和临床上有重要作用：吸收消化系统中水份；促进肠胃蠕动，舒解便秘；吸附肠道中有害物质；为益生菌提供能量和营养，改善肠道菌群。而马铃薯细胞壁多糖的组成为：纤维素30％、果胶多糖56％，木葡聚糖11％，异甘露聚糖3％，膳食纤维含量较高。

马铃薯蛋白质含量约为1.7％-3.1％，含量较低，但因其必须氨基酸含量高而属于高品质蛋白。

钾在调节体液和酸碱平衡中起着重要作用，也是肌肉、肾脏、心脏、神经等的必需元素。摄取足够的钾可以降低低钾血症、高血压、中风等疾病的风险。而马铃薯是总所周知的饮食中钾的重要来源，心血管疾病患者和老年人适宜多吃。

马铃薯中还含有多种维生素和矿物质，如维生素C、维生素B6、叶酸、钾等，而胡萝卜素和抗坏血酸是禾谷类粮食所没有的。其维生素C含量是苹果的10倍，B族维生素是苹果的4倍。

中医学认为马铃薯有和胃、健脾的功效，可以预防治疗慢性胃炎、消化不良、习惯性便秘等疾病。马铃薯含有的粘体蛋白质，有预防心血管系统脂肪沉积、保持动脉血管弹性、保持呼吸道和消化道润滑、预防粥样动脉硬化等多种功能。

我国马铃薯加工产业虽然发展迅速，但由于起步较晚，仍远低于发达国家的发展水平，目前精深加工产品的产量少且品种单一，不能满足加工行业和消费者的需求，也未能合理发掘马铃薯的附加价值。马铃薯的丰富营养和食疗作用已经得到人们的一致认可，研究表明，马铃薯可以加工生产2000多种产品，在食品、化工、石油、医药等行业具有广泛用途，其开发应用前景十分广阔。作为世界最大的马铃薯生产国，如何完善马铃薯加工技术，开发新型马铃薯产品，提升马铃薯的附加价值，是我们当前的重要课题。

乳酸菌(Lactic acid bacteria)，是能发酵糖类、主要产物为乳酸的一类细菌的总称。乳酸菌在自然界中分布十分广泛，种类众多，其中大部分都是人体必需的菌群且具有重要的生理功能。乳酸菌因其独特的生理特性和生物学功能而被大量应用在食品行业，乳酸菌发酵食品具有天然、营养、健康的特点，而受到人们的喜爱和追捧。目前常用于发酵食品的乳酸菌主要有乳杆菌属(Lactobacillus)、链球菌属(Streptococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、乳球菌属(Lactococcus)等。

乳杆菌属耐酸性较强，代表种有保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌。保加利亚乳杆菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，发酵乳中可以产生香味物质乙醛常用于发酵酸奶；嗜酸乳杆菌能进行同型发酵，产生DL型乳酸，生长繁殖需要维生素等生长因子，能在人体肠道内定植，在改善乳糖不耐症、治疗便秘结肠炎、抗肿瘤、降低胆固醇方面都具有一定功效；干酪乳杆菌耐酸耐胆盐，能进入肠道并大量存活，具有调节肠内菌群平衡、促进消化、增强免疫力、高效降低血压和胆固醇、预防癌症等益生功效。

诸多研究表明，乳酸菌发酵不仅不会对植物细胞中的营养物质造成破坏，还能使产品的营养、风味和保健功能得到进一步提升。乳酸菌发酵果蔬饮料结合了果蔬的营养与乳酸菌的益生功能，而逐渐成为新的热门食品。

乳酸菌发酵的果蔬汁的普遍具有以下生理功能：

(1)调节体内微生态平衡

乳酸发酵过程中产生的代谢产物如一些酶类物质、有机酸、细菌素等，对抑制病原菌和维持胃肠道菌群平衡有一定作用，与饮料中能定植于体内的益生乳酸菌共同促进肠道健康。

(2)延缓衰老

乳酸菌在发酵中产生的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)，果蔬中多酚、Vc、花色苷等抗氧化物质，都能有效清除体内过量的自由基，从而起到延缓机体衰老的作用。研究表明，乳酸菌发酵后的果蔬汁，其抗氧化活性有所增强。

(3)降低胆固醇

乳酸菌的一些代谢产物可以抑制体内胆固醇的合成或减少胆固醇的吸收，乳酸菌能将胆固醇转变为胆酸盐以排出体外。

新鲜水果和蔬菜中富含多种维生素、矿物质和膳食纤维，具有消除疲劳、防止身体老化、提高免疫力、预防骨质疏松等功能。

(4)提高免疫能力

部分乳酸杆菌具有诱导自身产生抗菌素，刺激巨噬细胞，促进细胞分裂、细胞免疫，提高特异性和非特异性免疫，从而提高机体的免疫力。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法，所得饮料为营养价值高、口感好，且具有一定益生功能的保健饮料，对于开阔马铃薯加工途径也有着积极意义，也为开发马铃薯功能性饮料提供理论依据。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将质量分数为10％的脱脂乳粉溶液分装于试管，在温度121℃灭菌7min，冷却后无菌条件下接入复合菌种，置于40℃的恒温培养箱中培养至凝固，取出置于4℃冰箱中保藏备用，按上述方法反复传代2-3次；

S2、在已被灭菌、装有质量分数为10％脱脂乳粉溶液的三角瓶中，接种已活化菌种，在温度40℃条件下培养，凝乳后在4℃条件下保存备用。

S3、挑选无霉变、出芽及机械损伤的新鲜马铃薯，清洗去皮后切成小块(约5mm)，于沸水中预煮3min，以达到钝化酶活性防止褐变并软化组织的目的；捞出，以料水比1∶2的比例打浆，在90℃下糊化15min；糊化可以起到护色、去除生马铃薯不良气味、提高汁液透明度、糊化淀粉以利于酶解等作用。

S4、在所得的马铃薯在糊中加入0.4％的α-淀粉酶，在温度为55℃、pH值为6.8的条件下液化50min；

S5、完成液化后，加入0.2％的糖化酶，在温度为55℃、pH值为4.5的条件下糖化3h；

S6、糖化结束后，经四层纱布过滤汁液中的不溶性物质，得马铃薯清汁；

S7、调节马铃薯清汁pH值至7.0，加入3％的蔗糖和0.09％的海藻酸钠，混合均匀后，经115℃灭菌15min，得马铃薯汁；

S8、将所得的马铃薯汁冷却至40℃，在无菌条件下接种活化好的复合菌种，接种量6％，置于恒温培养箱中，40℃发酵10h，发酵结束后置于4℃冰箱后熟冷，发酵后酸度达到50.73°T，活菌数达到14.77×10⁸cfu/mL，其中，所述复合菌种由保加利亚乳杆菌∶干酪乳杆菌∶双歧杆菌按质量比为1∶1∶1混合所得。

本发明具有以下有益效果：

所得饮料为营养价值高、口感好，且具有一定益生功能的保健饮料，对于开阔马铃薯加工途径也有着积极意义，也为开发马铃薯功能性饮料提供理论依据。

附图说明

图1为本发明实施例中α-淀粉酶用量对还原糖含量的影响示意图。

图2为本发明实施例中液化温度对还原糖含量的影响示意图。

图3为本发明实施例中液化时间对还原糖含量的影响示意图。

图4为本发明实施例中液化pH值对还原糖含量的影响示意图。

图5为本发明实施例中糖化酶用量对还原糖含量的影响示意图。

图6为本发明实施例中糖化温度对还原糖含量的影响示意图。

图7为本发明实施例中糖化时间对还原糖含量的影响示意图。

图8为本发明实施例中糖化pH值对还原糖含量的影响示意图。

图9为本发明实施例中不同菌种配比对马铃薯汁乳酸发酵的影响示意图。

图10为本发明实施例中不同接种量对马铃薯汁乳酸发酵的影响示意图。

图11为本发明实施例中不同蔗糖添加量对马铃薯汁乳酸发酵的影响示意图。

图12为本发明实施例中不同发酵温度对马铃薯汁乳酸发酵的影响示意图。

图13为本发明实施例中马铃薯发酵饮料GC-MS总离子流色谱示意图。

图14为本发明实施例中马铃薯汁GC-MS总离子流色谱示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，所使用的

马铃薯：大西洋品种，市售

脱脂乳粉，蔗糖：市售

柠檬酸：食品级

α-淀粉酶：酶活力3700U/g，北京奥博星生物技术有限责任公司

糖化酶：酶活力100000U/g，北京中生瑞泰科技有限公司

稳定剂：果胶、黄原胶、海藻酸丙二醇酯(PGA)、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂，均为食品级；二氯甲烷：色谱纯；无水硫酸钠：分析纯；

嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus，简称St)；保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus，简称Lb)；干酪乳杆菌(Lactobacillus casei，简称Lc)；动物双歧杆菌乳酸亚种(Bifidobacterium animals subsp.lactisBb12，简称B)均购于丹麦Chr.Hansen公司。

MRS固体培养基：MRS肉汤培养基(广东环凯微生物科技有限公司)54g，琼脂12g，蒸馏水1000mL，高压蒸汽121℃灭菌15min；

脱脂乳(NFM)培养基：脱脂乳粉10g，蒸馏水100mL，自然pH值，高压蒸汽121℃灭菌7min。

实施例

步骤一、将质量分数为10％的脱脂乳粉溶液分装于试管，在温度121℃灭菌7min，冷却后无菌条件下接入试验菌种，置于40℃的恒温培养箱中培养至凝固，取出置于4℃冰箱中保藏备用，按上述方法反复传代2-3次；

步骤二、在已被灭菌、装有质量分数为10％脱脂乳粉溶液的三角瓶中，接种已活化菌种，在温度40℃条件下培养，凝乳后在4℃条件下保存备用。

步骤三、挑选无霉变、出芽及机械损伤的新鲜马铃薯，清洗去皮后切成小块(约5mm)，于沸水中预煮3min，以料水比1∶2的比例打浆，在90℃下糊化15min；

步骤四、在中温α-淀粉酶的作用下对所得马铃薯糊进行液化处理；

步骤五、液化结束后，添加适量糖化酶进行糖化处理；

步骤六、经四层纱布过滤以汁液中的不溶性物质，得马铃薯清汁。

步骤七、调节马铃薯清汁pH值至7.0，加入一定量的蔗糖和稳定剂，混合均匀后，经115℃灭菌15min，得马铃薯汁；

步骤八、将所得的马铃薯汁冷却至40℃，在无菌条件下接种活化好的菌种，置于恒温培养箱中发酵，发酵结束后置于4℃冰箱后熟冷藏。

液化和糖化工艺条件优化

以柠檬酸和碳酸钠调节马铃薯浆的pH值至6.5，分别添加不同量的α-淀粉酶(g/100g鲜重)，于60℃下酶解40min，测定还原糖含量，结果见图1。

由图1可以看出，在0.1％-0.3％用量范围内，随着酶用量的增大，马铃薯浆的还原糖含量显著提高；当酶用量为0.3％时，还原糖含量达到最大；继续增大酶用量，还原糖含量变化不显著(P＞0.05)。说明马铃薯浆中的淀粉已经基本被水解完全，因此α-淀粉酶的适宜添加量为0.3％。

调节马铃薯浆的pH值至6.5，分别添加0.3％的α-淀粉酶，于不同温度下酶解40min，测定还原糖含量，结果见图2。

由图2可以看出，随着温度的升高，还原糖含量呈先增大后减少趋势，当液化温度为65℃时，还原糖含量达到最大。酶活性受到温度的影响，适宜的温度可以提高酶解效率，温度过高或过低都会使酶的活性减弱。实验中液化温度为60℃和65℃时，马铃薯液化液中的还原糖含量差异不显著(P＞0.05)，因此液化适宜温度取60-65℃。

调节马铃薯浆的pH值至6.5，分别添加0.3％的α-淀粉酶，于60℃下酶解不同时间，测定还原糖含量，结果见图3。

由图3可以看出，液化时间在10-40min时，还原糖含量随反应时间的增加显著提高，当液化时间为40min时，还原糖含量达到最大值，之后随着时间的增加，还原糖含量变化不显著(P＞0.05)。因此选择适宜液化时间为40min。

调节马铃薯浆至不同pH值，分别加入0.3％的α-淀粉酶，于60℃下酶解40min，测定还原糖含量，结果见图4。

如图4所示，α-淀粉酶活力受到pH环境的影响，随着pH值的增大还原糖含量呈先增大后减小趋势，当液化pH值为6.5时，还原糖含量达到最大值。因此选择适宜液化pH值为6.5。

在单因素试验的基础上，以加酶量、液化温度、液化时间、pH值作为4因素，以还原糖含量为指标，选用L₉(3⁴)正交试验表，筛选出最佳液化条件，液化正交试验结果见表1，方差分析结果见表2。

由表8可知，影响马铃薯浆液化效果的主次因素为：加酶量＞液化时间＞pH值＞液化温度。由表9的方差分析结果可知，α-淀粉酶加酶量、液化时间、pH值对马铃薯浆液化效果都有极显著的影响(P＜0.01)，液化温度对液化效果影响不显著(P＞0.05)。

综上所述，马铃薯浆液化的最优条件为A₃B₁C₃D₃，即加酶量0.4％，液化温度55℃，液化时间50min，pH值6.8。进行验证试验，依此条件对马铃薯浆进行液化反应，最终还原糖含量为19.07g/L，优于其他试验结果，可确定为是液化的最优条件。

表1 液化试验L₉(3⁴)正交试验结果与分析

表2 液化试验方差分析表

调节马铃薯液化液的pH值至4.5，分别添加不同量的糖化酶(g/100g鲜重)，于60℃下酶解2h，测定还原糖含量，结果见图5。

由图5可以看出，在一定范围内增大酶用量，马铃薯糖化液中的还原糖含量显著提高；当酶用量为0.2％时，还原糖含量达到最大；继续增大酶用量，还原糖含量变化不显著(P＞0.05)。因此选择糖化酶的适宜添加量为0.2％。

调节马铃薯液化液的pH值至4.5，分别添加0.2％的糖化酶，于不同温度下酶解2h，测定还原糖含量，结果见图6。

由图6可以看出，糖化酶活性受温度影响，随着温度的升高，还原糖含量呈先增大后减少趋势，当糖化温度为60℃时，还原糖含量达到最大，因此选择糖化温度为60℃。

调节马铃薯液化液的pH值至4.5，分别添加0.2％的糖化酶，于60℃下酶解不同时间，测定还原糖含量，结果见图7。

由图7可以看出，随糖化时间的增加，还原糖含量呈先显著提高后变化平缓趋势，当液化时间为2.5h时，还原糖含量达到最大值，之后延长糖化时间，还原糖含量变化不显著(P＞0.05)。因此选择适宜糖化时间为2.5h。

调节马铃薯液化液至不同pH值，分别加入0.2％的糖化酶，于60℃下酶解2.5h，测定还原糖含量，结果见图8。

如图8所示，糖化酶活力受到pH环境的影响，随着pH值的增大还原糖含量呈先增大后减小趋势，当液化pH值为6.5时，还原糖含量达到最大值。因此选择适宜糖化pH值为6.5。

在单因素试验的基础上，以加酶量、糖化温度、糖化时间、pH值作为4因素，以还原糖含量为指标，选用L₉(3⁴)正交试验表，筛选出最佳糖化条件，糖化正交试验结果见表3，方差分析结果见表4。

由表10可知，影响马铃薯浆糖化效果的主次因素为：加酶量＞pH值＞糖化时间＞糖化温度。由表11的方差分析结果可知，糖化酶添加量、糖化时间时间、pH值及糖化温度对马铃薯浆糖化效果都有极显著的影响(P＜0.01)。

表3 L₉(3⁴)正交试验结果与分析

表4 糖化试验方差分析表

综上所述，马铃薯浆糖化的最优条件为A₂B₁C₃D₂，即加酶量0.2％，液化温度55℃，糖化时间3h，pH值4.5。进行验证试验，在此条件下进行糖化，测得还原糖含量为48.15g/L，由于试验组结果，可确定为是糖化的最佳条件。

菌种条件优化

将菌种Lb、St、Lc、B分别进行复合，以5％的接种量接种，40℃条件下发酵至终点后于4℃后熟1d。不同发酵菌种组合发酵马铃薯的pH值和酸度变化见表5和表6。

由表5和表6可知，发酵过程中各复合菌种发酵马铃薯汁的pH值显著下降(P＜0.05)，滴定酸度显著升高(P＜0.05)。不同菌种组合中，Lb∶St、St∶Lc、Lc∶B、Lb∶St∶Lc、Lb∶Lc∶B和Lb∶St∶Lc∶B发酵的产酸速率要高于其中任何一种菌种单独发酵的产酸速率。其中组合Lb∶St、Lb∶St∶Lc和Lb∶Lc∶B发酵9.5h到达终点，发酵期间pH下降速率为0.25(pH/h)，产酸速率高于其他菌种组合，分别为4.13°T/h、4.06°T/h和3.98°T/h；St∶Lc、Lc∶B和Lb∶St∶Lc∶B复合发酵10h到达终点；Lb∶Lc发酵10.5h到达终点；St∶Lc∶B发酵11.5h到达终点；Lb∶B、Lb∶St∶B发酵12.5h到达终点；St∶B复合发酵16h到达终点。发酵用时短，可以降低生产成本、节约能源、降低产品污染几率、保证产品质量。

后熟1d后，各复合菌种发酵马铃薯汁pH值变化趋缓，不同组合之间pH值差异不显著。这可能是由于，发酵过程中乳酸菌增殖速度快，乳酸生成速度较快，导致pH值快速下降；后熟期间，马铃薯汁随着pH值的变化转为酸性，乳酸菌的增殖受到抑制，而且低温环境下乳酸菌生长缓慢，限制了pH值进一步降低，使pH值保持相对稳定。各菌种组合发酵马铃薯汁到达终点时，滴定酸度在42-46°T之间，在后熟1d的过程中滴定酸度显著升高，这可能是因为酸度反应了所有酸性基团的总和，包括肽段和游离氨基酸残基。

表5 不同复合菌种发酵马铃薯汁pH值的变化

表6 不同菌种组合发酵马铃薯汁滴定酸度的变化(°T)

复合菌种发酵活菌数

将菌种Lb、St、Lc、B分别进行复合，以5％的接种量接种，40℃条件下发酵至终点后于4℃后熟1d。不同菌种组合发酵马铃薯汁活菌数的测定结果如表7所示。

表7 各组复合菌种发酵马铃薯汁活菌数的变化(cfu/mL)

由表7可以看出，复合菌种发酵与单菌种发酵的活菌数变化趋势相同。发酵结束后各复合菌种发酵产品活菌数显著增加(P＜0.05)，后熟1d后各菌种组合的活菌数变化均不显著。研究表明，菌种复合发酵过程中，若菌种间存在协调共生机制，则发酵活菌数要明显高于单菌种发酵的活菌数^[59]。组合Lb∶Lc、St∶Lc、B∶Lc和Lb∶B∶Lc发酵活菌数与单一菌种发酵相比显著增加，以上菌种组合各菌种之间可能存在共生作用。其中组合Lb∶Lc和Lb∶B∶Lc发酵活菌数显著高于其他组合(P＜0.05)，后熟1d后其活菌数分别达到8.80×10⁸cfu/mL和9.47×10⁸cfu/mL。

以Lb、St、Lc、B为试验菌种，进行单一菌种和复合菌种发酵试验，对马铃薯汁进行发酵。结果表明：在单菌种发酵试验中，Lb的产酸速度最快，发酵至终点所需时间最短，为10.5h；Lc发酵活菌数最高，后熟1d后活菌数为5.97×10⁸cfu/mL。复合菌种发酵试验中，菌种组合Lb∶St、Lb∶St∶Lc和Lb∶Lc∶B发酵时间低于其他组合，Lb∶Lc和Lb∶B∶Lc发酵活菌数显著高于其他组合，表明各菌种组合中以Lb、Lc、B三菌种复合发酵效果最佳，并且该组合产酸速率和活菌数均高于其中任意单一菌种发酵产品，说明这三种菌共同发酵时有一定的共生作用，所以确定以Lb、Lc、B三菌种作为发酵马铃薯饮料的复合菌种，以进行下一步的发酵工艺条件研究。

马铃薯乳酸发酵条件的优化

向马铃薯清汁中加入3％的蔗糖，混匀后灭菌冷却，将菌种Lb、Lc、B按不同比例复合接入，在接种量为5％，发酵温度为40℃，发酵时间为10h的条件下，采用不同菌种配比对马铃薯汁进行发酵，以发酵液的滴定酸度和活菌数为指标，确定最佳菌种配比，结果见图9。

由图9可以看出，保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌的比例为1∶1∶1时，酸度达到最大值，为45.5°T；菌种比例为1∶1∶2、1∶2∶2时，酸度略低于1∶1∶1，显著高于其他菌种配比的酸度(P＜0.05)。菌种比例为1∶1∶1、1∶1∶2、2∶1∶1、1∶2∶2时，活菌数差异不显著，而显著高于其他比例的发酵酸度(P＜0.05)。因此选取菌种比例1∶1∶1、1∶1∶2、1∶2∶2进行正交试验最优发酵条件的研究。

适当增加接种量，可以加快产酸速度，缩短甚至消除延滞期。向马铃薯清汁中加入3％的蔗糖，混匀后灭菌冷却，采用不同接种量，在菌种配比为1∶1∶1、发酵温度40℃、发酵时间为10h的条件下对马铃薯汁进行发酵，根据产酸量和乳酸菌数确定适宜接种量。试验结果如图10所示。

从图10可以看出，随着接种量的增大产酸量也逐渐增加，接种量为6％、7％时酸度最高，产酸速度显著高于其他接种量，接种量6％、7％之间酸度差异不显著(P＞0.05)。活菌数随着接种量的增加显著提高，在接种量为6％时达到最大值，继续加大接种量活菌数反而降低。因此选取6％为乳酸发酵适宜接种量。

分别向马铃薯清汁中添加1％、2％、3％、4％、5％的蔗糖，混匀后灭菌冷却，在在菌种配比为1∶1∶1、接种量5％、发酵温度40℃、发酵时间10h的条件下，根据产酸量和乳酸菌数确定适宜发酵温度。试验结果见图11。

从图11可以看出，以酸度为评价指标，随着蔗糖添加量的增大酸度变化不显著(P＞0.05)；以活菌数为指标，不同加糖量试验组之间活菌数差异不显著(P＞0.05)，即加糖量对发酵酸度和活菌数均无显著影响，因此在正交试验中，此因素不予考虑。

向马铃薯清汁中加入3％的蔗糖，混匀后灭菌冷却，在菌种配比为1∶1∶1、接种量5％、发酵时间10h的条件下，采用不同温度对马铃薯汁进行发酵，根据产酸量和乳酸菌数确定适宜发酵温度。试验结果见图12。

从图12可以看出，不同发酵温度下乳酸发酵的的产酸速度不同。发酵温度为38℃时发酵活菌数达到最大值；发酵温度在38℃、40℃之间酸度差异不显著，且显著高于其他温度。保加利亚乳杆菌适宜生长温度为44℃左右，在44℃时保加利亚乳杆菌生长、产酸速度较快，发酵液能达到较高酸度，但因为温度不适宜其他菌的生长，活菌数较低。干酪乳杆菌和双歧杆菌适宜生长温度在37-38℃，本文发酵菌种研究部分结果表明，干酪乳杆菌在马铃薯汁中生长速度快、产酸速率高，且与双歧杆菌存在一定共生作用，因而在38℃下发酵酸度及活菌数均能达到较大值。在36℃下发酵，酸度、活菌数均较低。因此选取38-40℃为适宜发酵温度。

在单因素试验的基础上，以菌种配比、接种量、发酵温度值作为3因素，以发酵酸度和活菌数为指标，选用L₉(3⁴)正交试验表，筛选出最佳发酵条件，发酵正交试验结果见表8，方差分析结果见表9、表10。

由表8可知，以发酵液酸度为指标，则主次因素为：发酵温度＞接种量＞菌种配比。发酵温度与接种量对酸度的影响极显著(P＜0.01)，菌种配比影响显著(P＜0.05)。由表16可知，乳酸发酵的较优条件为菌种配比1∶1∶2，接种量7％，发酵温度40℃。

由表9可知，若以发酵活菌数为指标，则因素主次顺序为：酵温度＞菌种配比＞接种量，三因素对发酵活菌数都有极显著的影响(P＜0.01)。由表16可知，发酵较优水平为菌种配比1∶1∶1，接种量6％，发酵温度40℃。

综上所述，影响马铃薯发酵的最主要因素为发酵温度，对比酸度和活菌数的较优条件，确定发酵最优条件为A₁B₂C₂，即菌种配比1∶1∶1，接种量6％，发酵温度40℃，此时发酵液酸度酸度为50.73°T，活菌数为14.77×10⁸cfu/mL。

表8 发酵条件L₉(3⁴)正交试验结果与分析

表9 酸度的方差分析表

表10 活菌数的方差分析表

马铃薯乳酸发酵饮料的调配

本试验选用CMC、海藻酸钠、黄原胶、PGA、果胶、琼脂、卡拉胶等七种常用稳定剂，以离心沉淀率为稳定性的评价指标，分析稳定剂的种类和用量对马铃薯饮料稳定性的影响，结果见表11。

由表11可知，卡拉胶和琼脂在较低添加量时，发酵饮料离心沉淀率有所降低，但继续加大用量，则出现凝胶现象，说明卡拉胶和琼脂不适合用于马铃薯发酵饮料体系中。在添加量为0.01％-0.3％之间，海藻酸钠、CMC、果胶、PGA随着添加量的增大，沉淀率呈先增大后减小趋势。黄原胶形成的溶液，不容易产生沉淀和分层，随着用量的增大，饮料离心沉淀率越低，但用量过大会增加液体粘度而影响口感。对比不同添加稳定剂时饮料的沉淀率，以海藻酸钠用量为0.07％时，沉淀率最低，而饮料稳定性最好。因此选择海藻酸钠作为马铃薯乳酸发酵饮料的稳定剂，适宜使用量为0.07％。

表12 不同稳定剂对发酵饮料稳定性的影响

注：*表示饮料体系中出现凝胶现象

马铃薯乳酸发酵饮料配方的优化

研究表明，发酵后添加酸味剂会导致饮料中活菌数下降，可以通过控制发酵时间调节饮料酸度。发酵条件优化试验结果表明，蔗糖添加量对发酵产酸速率和活菌数影响不显著，因此可以在发酵前改变蔗糖添加量来调节甜度，同时可以避免饮料的二次污染。配方优化正交试验结果见表13，方差分析结果见表14、表15。

由表13、表14可知，以感官评分为指标，则主次因素为：蔗糖添加量＞发酵时间＞海藻酸钠用量。蔗糖添加量对感官评分有显著影响(P＜0.05)，发酵时间、海藻酸钠用量均影响不显著(P＞0.05)。发酵时间与饮料的酸度直接相关，酸度是影响饮料感官品质的重要因素，试验中发酵时间影响不显著的原因可能是试验设计的水平范围较窄，在范围内影响较弱。此时，饮料调配的较优条件为蔗糖添加量3％，发酵时间11h，海藻酸钠用量0.09％。

由表13、表15可知，若稳定性为指标，则因素主次顺序为：海藻酸钠用量＞发酵时间＞蔗糖添加量，三因素对发酵活菌数都有极显著的影响。发酵较优水平为蔗糖添加量3％，发酵时间10h，海藻酸钠用量0.09％。

综上所述，因发酵时间对感官评分影响不显著，综合考虑感官评分和稳定性，确定马铃薯乳酸发酵饮料的最优配方为A₂B₂C₃，即蔗糖添加量3％，发酵时间10h，海藻酸钠用量0.09％，此时发酵饮料感官评分为86.2，离心沉淀率为0.99％。

表13 配方L₉(3⁴)正交试验结果与分析

表14 感官评分的方差分析表

表15 离心沉淀率的方差分析表

马铃薯乳酸发酵饮料挥发性风味物质的测定

香气成分是构成发酵饮料风味的主要指标，是由多种挥发性物质共同作用的结果。乳酸菌饮料发酵后在4-5℃左右贮藏1d有助于风味物质的累积，风味会更纯正。以最优工艺制备马铃薯乳酸发酵饮料，于4℃冷藏后熟1d。分别检测马铃薯发酵饮料和马铃薯汁的挥发性成分，样品的总离子流色谱图见图13、图14。

表16 不同样品中的主要挥发性成分含量

注：样品A为马铃薯乳酸发酵饮料；样品B为马铃薯汁

由表16可以看出，共检测出27种成分，马铃薯乳酸发酵饮料、马铃薯汁分别检测到24种、15种，其中包括9种烃类、2种酸类、2种醛类、2种醇类、3种酮类、6种酯类、1种酚类和2种杂环化合物。

检测到9种烷烃类物质，是检测到的种类最多的物质，马铃薯发酵饮料、马铃薯汁中各检测到7种。烷烃类一般香气较弱，对产品整体风味贡献不大。

检测到2种酸类物质，发酵前后样品中都有检出，高级脂肪酸可以使产品具有酸味感。

检测到壬醛和E-2，4-癸二烯醛2种醛类物质，壬醛是三种样品共有的成分，E-2，4-癸二烯醛在发酵饮料中未检测到。

共检测到酮类物质3种，马铃薯汁中未检出，马铃薯饮料经乳酸发酵增加了3种酮。检测出2种醇类物质，马铃薯汁发酵后增加1种醇类物质。

共检测出酯类物质7种，马铃薯汁经乳酸发酵增加了3种酯类，马铃薯汁经过乳酸发酵，产生了新的酮类、酯类物质，乳酸菌发酵产生酸和醇在后熟阶段结合生产羧酸酯类，是香气成分的重要组成。

乳酸发酵改变了马铃薯汁中风味物质的成分与含量，产生了新的酮类和酯类化合物，形成更多样的风味体系。

经检测，随贮藏时间的延长，马铃薯乳酸发酵饮料中酸度呈增大趋势，活菌数持续减少，冷藏28d后仍保持在10⁷cfu/mL以上。结合饮料的感官品质，确定其货架期在14-21d。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.马铃薯乳酸发酵益生饮料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将质量分数为10％的脱脂乳粉溶液分装于试管，在温度121℃灭菌7min，冷却后无菌条件下接入复合菌种，置于40℃的恒温培养箱中培养至凝固，取出置于4℃冰箱中保藏备用，按上述方法反复传代2-3次；

S2、在已被灭菌、装有质量分数为10％脱脂乳粉溶液的三角瓶中，接种已活化菌种，在温度40℃条件下培养，凝乳后在4℃条件下保存备用；

S3、挑选无霉变、出芽及机械损伤的新鲜马铃薯，清洗去皮后切成小块，于沸水中预煮3min，；捞出，以料水比1∶2的比例打浆，在90℃下糊化15min；

S4、在所得的马铃薯在糊中加入0.4％的α-淀粉酶，在温度为55℃、pH值为6.8的条件下液化50min；

S5、完成液化后，加入0.2％的糖化酶，在温度为55℃、pH值为4.5的条件下糖化3h；

S6、糖化结束后，经四层纱布过滤汁液中的不溶性物质，得马铃薯清汁；

S7、调节马铃薯清汁pH值至7.0，加入3％的蔗糖和0.09％的海藻酸钠，混合均匀后，经115℃灭菌15min，得马铃薯汁；

S8、将所得的马铃薯汁冷却至40℃，在无菌条件下接种活化好的复合菌种，接种量6％，置于恒温培养箱中，40℃发酵10h，发酵结束后置于4℃冰箱后熟冷，发酵后酸度达到50.73°T，活菌数达到14.77×10⁸cfu/mL，其中，所述复合菌种由保加利亚乳杆菌∶干酪乳杆菌∶双歧杆菌按质量比为1∶1∶1混合所得。