理论与实践:利用Minitab优化桑葚发酵低醇饮料的工艺条件

作者：郑晓敏

    发酵低醇饮料是以水果汁、果蔬汁为原料，通过特殊菌种适当发酵而成的一种酒精度一般在0.5%~7.0%左右的低度饮品。用产香芽孢杆菌和啤酒酵母混合发酵桑葚全汁生产具有果酒营养成分和口感品质而低乙醇、甲醇等有害成分的新型桑葚发酵饮料，与现行桑葚果酒相比，有害成分低，工艺简化，发酵周期短，成降低，用产香芽孢杆菌和啤酒酵母混合发酵低醇饮料相关研究仍鲜见报道。用分离自白酒的产香芽孢杆菌和啤酒酵母进行摇瓶发酵，利用

Mirutab 15软件探讨最佳生产工艺条件。

1  材料与方法

1.1材料

    新鲜桑葚全汁；供试菌株菌种代号：H3，由贵州习酒高温大曲中分离，初步鉴定为地衣芽抱杆菌（Bacillus licheniformis），亦为兼性嗜热性细菌。上面发酵啤酒酵母303号，实验室提供。

1.2方法

1.2.1桑葚发酵低醇饮料的制备

    新鲜桑葚全汁按照0.025%的量添加果胶酶，40oC作用2h;调节桑葚全汁的浓度，添加柠檬酸至果汁初始pH，接种适量芽孢杆菌H3和啤酒酵母303号，最适温度下发酵7 d；添加0.10%的皂土对桑葚发酵饮料澄清处理，再经过后发酵、陈酿、调配、杀菌工艺，最后得到含量在4%的低醇优质、果香浓郁、色泽深红、澄清透明的优质桑葚发酵低醇饮料。

1.2.2响应面试验

    采用单次单因素法，假设各因素间不存在交互作用，逐个进行考察优化。然后进行Plackett-Burman试验和响应面试验，最终确定最佳双菌混合发酵菌种接种比例、最适转速、最适初始糖度和最佳接种量、最适温度、初始pH等。

2结果与分析

2.1 Plackett-Burman设计筛选主因素

根据单因素试验结果，利用Minitab 15软件创建Plackett-Burman试验，每个因素取2个水平。在前期单因素试验获得结果的基础上，试验选取影响较大的6个因素，即最佳双菌混合发酵菌种接种比例、最适转速、最适初始糖度和最佳接种量、最适温度和初始pH。选用变量个数N=12的Plackett-Burman设计表，各因素所代表参数、水平见表1，试验设计及结果见表2。

从图l可见，A、B和F3个因素对桑葚发酵低醇饮料感官评分的影响较小。C、D和E在高、低水平值下感官评分值分别相差较大，是影响感官评分的主要因素。试验结果与理论分析一致，表明用Minitab15筛选主因素是可行的。

2.2响应面试验

响应面试验的各个因素水平安排见表3。对影响桑葚发酵低醇饮料品质的初始糖度、接种量和温度进行3因素3水平的响应面分析试验。

根据响应面分析，试验安排15次试验，15个试验点可分为2类：一类是析因点，自变量取值在对X1、X2、X3所构成的三维顶点，共有12个析因点；另一类是零点，为区域的中心点，零点试验重复3次，用以估计试验误差，试验结果见表4。

    对表4进行多元回归分析，得到桑葚发酵低醇饮抖感官评分对初始糖度、接种量、温度的二次多项回归模型为：

    Y =96.366 7-0.875 0X1-1.475 0X2-0.475 0X3-2.408 3X12-1.958 3X22-2.608 3X32-0.650 0XIX2+0.700 0XIX3-1.050 0X2X3

2.3两两因素交互对桑葚发酵低醇饮料品质的影响

应用Mintab15软件进行分析作响应曲面图，对任何2因素交互影响桑葚发酵低醇饮料品质进行分析，见图2。由图2可见，3幅图的曲面均在中间向上突起，由此可以得出，3个影响因素中任意2个因素以适当的浓度组合后均能提高桑葚发酵低醇饮料品质。

对回归模型进行回归模型的方差分析及显著性检验，结果见表5。

     经显著性检验可以看出，回归模型高度显著，复相关系数R=96.66%，说明拟合程度良好，试验误差小。因此该回归方程确定最佳提取工艺条件。

2.4最佳工艺参数的确定和验证

    分别对方程各自变量（X1、X2、X3）求极值，得到极值点为X1=0.141 48，X2=-0.797 6，X3=1.482 87，相当于初始糖度为12.50 g/100 mL，接种量为0.467%，温度为19.12℃。在此最优条件下，预测桑葚发酵低醇饮料感官评分为96.555。用以上得到的最优培养基进行3次重复试验，所得平均感官评分为94.82，与预测值相差1.83%，证实了模型的有效性。

3结论

    鲜桑葚全汁发酵低醇饮料经酶解，采用一次加糖法将糖浓度调至12.50 g/100 mL，通气量为180 r/min，采用产香地衣芽孢杆菌H3和上面发酵啤酒酵母303号双菌混合发酵，菌株接种量为0.467%，添加柠檬酸调节果汁初始pH，主发酵温度控制在19.12 0C；添加皂土对桑葚发酵饮料澄清处理，再经过后发酵、陈酿、调配、杀菌工艺，最后得到含量在4.O%vol的低醇优质、果香浓郁、浅棕红色、澄清透明的优质桑葚发酵低醇饮料。

4展望

桑葚发酵低醇饮料研制的过程中采用出产香抗菌地衣芽孢杆菌H3和上面发酵酵母啤酒酵母303号两株菌株，两株菌按1:1比例混合双菌共酵同时适用于其他水果全汁，蔬菜汁，新鲜米浆等低醇饮料的发酵，发酵的低醇饮料成品外观清亮透明，果香醇厚浓郁，度低，便于人体消化吸收，同时推动了低醇饮料产业的更大发展。

5摘要 

 以新鲜桑葚全汁为原料，采用产香地衣芽孢杆菌H3和上面发酵啤酒酵303号双菌混合发酵，以单因素试验为基础，用Minitab i5软件响应面分析法对桑葚发酵低醇饮料工艺进行优化，最后得到含量在4%低醇优质、果香浓郁、浅棕红色、澄清透明的优质桑葚发酵低醇饮料。