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基于益生菌发酵的甘蔗汁浓缩工艺2023-08-19

甘蔗是温带和热带农作物，其味甘、性寒，归肺、胃经；拥有清热解毒、生津止渴、和胃止呕、滋阴润燥等功效；主治口干舌燥，津液不及，幼便不利，大便燥结，消化不良，反胃呕吐，呃逆，高热烦渴等。甘蔗中含有丰硕的糖分、水分，还含有各类维生素、脂肪、蛋白质、有机酸、钙、铁等物质。现代医学批注，甘蔗拥有较强的抗炎、抗氧化、降血糖、正向调节血脂水平等功效。近年来甘蔗产业面对诸多瓶颈问题，如蔗糖产能降落市场行情低迷，全球蔗糖产业普遍不景气，不足精湛加工链等，甘蔗深加工成为国内表近年来加工钻研的热点。甘蔗汁营养丰硕，含有微生物成长所需的所有营养成分，是优良发酵原料，蔗汁经发酵加工后可造备职能饮料、果酒、果醋等产品，不仅拓宽甘蔗深加工多样化产品开发，还丰硕发酵饮品品种类型。

试验前期利用复合益生菌协同发酵技术，阐扬微生物协同效应，优化饮品韵味，出产兼具保健职能和怪异韵味的高端职能饮品。但是由于甘蔗汁拥有季节性，这造约着甘蔗汁发酵饮品的出产。为突破甘蔗汁原料的局限性，以甘蔗浓缩汁或红糖为原料，经过复原后评价其发酵机能。由于市面上部门甘蔗浓缩汁增长抗菌成分，这导致复原蔗汁发酵机能受到影响，红糖加工过程经过高温熬煮等工艺，复原后红糖水与甘蔗汁差距较大，显著影响发酵机能。因而以甘蔗复原果汁的抗氧化活性和总酚含量为指标，钻研甘蔗汁的浓缩工艺，以及浓缩蔗汁复原后的发酵机能评价，以期得到发酵机能优良的甘蔗浓缩汁，解决甘蔗果汁受季节性影响的局限性问题。

1 资料与步骤

1.1 资料与试剂

新鲜甘蔗；植物乳杆菌；酵母菌；醋酸菌；没食子酸、芦丁、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）等分析尺度品；无水乙醇、硝酸铝、醋酸钾、碳酸钠，福林酚等（均为分析纯试剂）。

1.2 步骤

1.2.1 黄酮含量测定

黄酮含量参照SN/T 4592—2016《出口食品中总黄酮的测定》，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘造尺度曲线y=0.41x+0.030 6,R2=0.99。样品处置：将甘蔗浓缩汁稀释到与原甘蔗汁可溶性固形物一致（13.8%）后，按尺度曲线步骤进行总酚含量测定。

1.2.2 总酚含量测定

总酚含量参照集体尺度T/AHFIA 005—2018《植物提取物及其制品中总多酚含量的测定》，并做相应批改。正确汲取没食子酸尺度储蓄液，用60%乙醇溶液配造成质量浓度为0,20,50,100,200和300 mg/L的没食子酸工作液。别离移取1.0 m L没食子酸工作液于10 m L比色管中，参与2.5 m L福林酚试剂，摇匀，参与2.5 m L 15%Na2CO3溶液，加水定容至刻度，摇匀，在40℃水浴60 min，测定其吸光度。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘造尺度曲线y=0.005 7x+0.105,R2=0.996。样品处置：将甘蔗浓缩汁稀释到与原甘蔗汁可溶性固形物含量一致后，按尺度曲线步骤进行总酚含量测定。

1.2.3 抗氧化活性评价

1.2.3. 1 DPPH自由基断根率

将甘蔗浓缩汁稀释到与原甘蔗汁可溶性固形物含量一致（13.8%）后，取0.2 m L的样品加水至1.0 m L，与1.0 m L 0.4 mmol/L DPPH溶液、2 m L 60%乙醇混合均匀，室温下静置30 min，测定波长517 nm处的吸光度Ai。以等体积无水乙醇包办DPPH溶液测定样品本底吸光度Aj，以等体积蒸馏水包办样品溶液测定空缺对照吸光度A0。按式（1）推算DPPH自由基断根率。

1.2.3. 2·OH自由基断根率

将甘蔗浓缩汁稀释到与原甘蔗汁可溶性固形物含量一致（13.8%）后，取0.2 m L的样品加水至1.0 m L，参与2.0 m L 1.0 mmol/L Fe SO4溶液、2.0 m L 1.0 mmol/L H2O2溶液、2.0 m L蒸馏水、2.0 m L 1.0 mmol/L水杨酸-乙醇溶液，混合均匀，室温下静置30 min，测定波长510 nm处的吸光度Ai，以等体积蒸馏水包办H2O2溶液测定样品本底吸光度Aj，以等体积蒸馏水包办多糖样品溶液测定空缺对照吸光度A0。按式（1）推算·OH断根率。

1.2.3. 3 还原力

通过铁氰化钾法对还原力进行测定。将甘蔗浓缩汁稀释到与原甘蔗汁可溶性固形物含量一致（13.8%）后，取0.2 m L样品加水至1.0 m L，与1.0 m L 1%铁氰化钾溶液、1.0 m L 0.2 mol/L p H 6.6的磷酸缓冲液混合均匀，在50℃水浴反映20 min，参与2.0 m L 10%三氯乙酸，按3 000 r/min离心10 min，取2.0 m L上清液参与2.0m L蒸馏水、0.4 m L 0.3%三氯化铁，混合均匀，在50℃水浴反映10 min，测定700 nm波利益的吸光度A1，以等体积蒸馏水包办三氯化铁溶液测定空缺对照吸光度A2，还原力=A1-A2。

1.2.4 单成分试验

新鲜的甘蔗，洗净，榨汁，经孔径0.48 mm滤网过滤，以去除较大颗粒，获得的甘蔗果汁在真空度0.05 MPa下进行真空浓缩。钻研分歧浓缩温度、浓缩转速和浓缩产品可溶性固形物含量对浓缩汁总酚含量和DPPH自由基断根率的影响。各成分参数别离为浓缩温度（50,60,70,80和90℃）、转速（30,40,50,60和70 r/min），浓缩汁可溶性固形物含量（40%,50%,60%,70%和80%）。

1.2.5 正交试验

在单成分试验的基础上，选取L9(33)正交试验设计，以黄酮含量（Y1）、总酚含量（Y2）和抗氧化活性（Y3）为综合评价指标，成分水平表如表1所示。

选取甘蔗汁浓缩产品的总黄酮含量、总酚含量和抗氧化活性3个指标综合加权评分法进行正交试验分析，由于3个评价指标对甘蔗浓缩汁的贡献不一样，因而，将黄酮含量、总酚含量和抗氧化机能的权沉系数别离设定为30%,30%和40%，综合评分=（总黄酮含量/甘蔗浓缩汁最高总黄酮含量）×30%+（总酚含量/甘蔗浓缩汁最高总酚含量）×30%+（断根率/甘蔗浓缩汁最高断根率）×40%，以综合评分进行统计分析。

表1 正交试验成分水平表

1.2.6 甘蔗浓缩汁对益生菌发酵机能的影响

将甘蔗浓缩汁和甘蔗原汁稀释至可溶性固形物含量8%,p H天然（p H 5.15～5.45），在115℃灭菌30min，即得浓缩汁造就基和原汁造就基。将植物乳杆菌以1%的接种量别离接种浓缩汁和原汁造就基中。植物乳杆菌组置于暗处，在37℃静置发酵12 h，酵母菌置于30℃，以120 r/min，振荡造就12 h。别离在浓缩汁和原汁造就基中增长4%无水乙醇（0.22μm过滤器过滤除菌），接入1%醋酸菌种子液，在30℃，以120 r/min，振荡造就24 h。通过检测发酵产品的菌落总数、总酸和抗氧化机能指标，比力甘蔗浓缩汁与甘蔗原汁的发酵机能。

1.2.7 菌落总数测定

菌落总数测定参照GB 4789.2—2022《食品安全国度尺度食品微生物学检验菌落总数测定》。其中，植物乳杆菌选取MRS琼脂造就基涂平板，酵母菌选取YPD琼脂造就基涂平板，醋酸菌选取醋酸菌造就基涂平板（葡萄糖10 g、酵母粉10 g、碳酸钙5 g、琼脂粉20 g、水1 L、p H 5.5）。

1.3 数据处置

试验数据以均匀值±尺度差暗示，选取Excel推算并作图。选取SPSS 20.0数据处置软件系统进行方差分析。

2 了局与分析

2.1 单成分试验了局

由图1(A）浓缩温度对甘蔗浓缩汁抗氧化和总酚含量的影响了局得出，温度大于60℃时，甘蔗浓缩汁的多酚含量和抗氧化活性越来越低，浓缩温度在50℃和60℃时总酚含量没有显著变动，但是选取50℃进行浓缩，浓缩功夫显著耽搁。由图1(B）浓缩转速对甘蔗浓缩汁抗氧化和总酚含量的影响了局显示，随着转速的提高，总酚含量和抗氧化随之提高，转速达到60 r/min时，总酚含量最高，抗氧化活性在60 r/min时最好，提高转速略有所降低。图1(C）显示，浓缩汁可溶性固形物含量从40%～80%，按比例复原后蔗汁总酚含量没有显著变动，抗氧化活性则在可溶性固形物含量60%时达到最高。因而，凭据单成分了局得出，最适浓缩温度60℃、最适浓缩转速60 r/min、最适浓缩汁可溶性固形物含量60%。

图1 单成分试验了局

2.2 正交试验了局

在单成分的基础上拔取浓缩温度、浓缩转速、浓缩汁可溶性固形物含量3个成分，选取浓缩汁产品复原到原甘蔗汁可溶性固形物含量一致的黄酮、总酚含量和DPPH抗氧化活性评价3个指标综合加权评分法进行正交试验分析。由表2可知，综合评分最高的组合是A2B3C3，即浓缩温度60℃、转速70 r/min、浓缩汁可溶性固形物含量70%。由极差能够看出，成分A浓缩温度的极差最大是重要影响成分，其次是成分C可溶性固形物含量，成分B浓缩转速影响最幼，故各成分对甘蔗浓缩汁综合评分的影响水平顺次为A>C>B。由表3方差分析可知，浓缩温度对甘蔗浓缩汁综合评分有显著影响（P<0.05），浓缩转速与浓缩汁可溶性固形物对评分没有显著性差距。这可能是由于温度匹敌氧化成分蕴含VC、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）含量及活性变动影响较大而导致。

表2 正交试验了局

表3 方差分析表

2.3 浓缩汁与甘蔗原汁成分比力

凭据正交试验了局，选取最优工艺，即浓缩温度60℃、转速70 r/min、浓缩至可溶性固形物含量70%，将浓缩汁和甘蔗汁稀释至可溶性固形物含量为8%，比力浓缩汁和甘蔗汁的成分含量及抗氧化活性，了局如表4所示。甘蔗浓缩汁的总黄酮含量比力高，但是总酚含量却低于甘蔗汁�？寡趸钚粤司窒允�，浓缩汁对DPPH自由基的断根率显著高于甘蔗汁，而羟自由基的断根能力和还原力却无显著差距。经过浓缩加工后，浓缩汁的抗氧化活性高于甘蔗汁，可能是甘蔗汁在浓缩过程糖类与氨基酸产生美拉德反映，得到抗氧化活性较强的美拉德反映产品。

表4 浓缩汁与甘蔗原汁成分与抗氧化机能比力了局

2.4 益生菌发酵机能评价

将经过益生菌发酵后发酵产品10倍系列稀释后，将肯定浓度的稀释液定量地接种到琼脂平板造就基上造就48 h，推算菌落总数，了局如表5所示。甘蔗浓缩汁和甘蔗原汁发酵植物乳杆菌活菌总数别离为（2.71±0.13）×1010 CFU/m L和（2.65±0.09）×1010CFU/m L；酵母菌存活数别离为（2.33±0.07）×108CFU/m L和（2.36±0.09）×108 CFU/m L；醋酸菌存活数别离为（4.21±0.15）×107 CFU/m L和（4.17±0.19）×107 CFU/m L。通过统计发现甘蔗浓缩汁与甘蔗原汁对益生菌的发酵机能没有显著性差距，注明该工艺浓缩得到的甘蔗浓缩汁可代替甘蔗原汁进行益生菌发酵。

表5 浓缩汁与甘蔗原汁发酵机能评价

3 结论

选取甘蔗汁浓缩产品的总黄酮含量、总酚含量和抗氧化活性3个指标综合加权评分法进行正交试验分析优化，确定最佳提取前提：浓缩温度60℃、转速70r/min、浓缩汁可溶性固形物含量70%。此工艺得到的浓缩汁按比例复原后，其总黄酮含量比甘蔗原汁高，但是总酚含量却低于甘蔗汁，浓缩汁对DPPH自由基的断根率显著高于甘蔗汁，而羟自由基的断根能力和还原力却无显著差距。通过统计发现甘蔗浓缩汁与甘蔗原汁对益生菌的发酵机能没有显著性差距。该步骤为甘蔗汁发酵产业提供原料支持，为进一步开发职能性益生菌发酵果蔬产品提供保险。

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