全 文 ：现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2011, Vol.27, No.12
1503
香芋发酵饮料的工艺研究
周志英
(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510641)
摘要：通过对乳酸菌发酵香芋浆工艺的初步研究，探讨了香芋的护色，香芋浆的糊化、糖化、发酵等工艺过程。实验结果表明，
去皮香芋用 0.1%柠檬酸溶液护色效果明显；用沸水热烫 5 min 即可有效钝化酶，防止褐变；糊化时间为 60 min，还原糖含量有明显
增加；香芋浆最佳糖化工艺条件：糖化时间 4 h、糖化酶用量为 1 g 香芋/50 U 酶，糖化 pH 值为 4.5；发酵最佳条件为发酵温度 42 ℃、
发酵时间 6 h、蔗糖量 8%、香芋浆 12%，发酵出香芋味浓厚的香芋浆乳酸发酵饮料。
关键词：香芋；发酵；饮料；最佳工艺
文章篇号：1673-9078(2011)12-1503-1506
Study on the Process of Fermented Taro Juice Drinks
ZHOU Zhi-ying
(College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
Abstract: The process of a Lactobacillus-fermented taro juice drink was investigated including taro color protection, inactivate enzymes,
dextrinization, saccharification. The test result showed that, the best process was using 0.1% citric acid solutions to protect the color, boiling for
5 min to prevent browning by inactivating the enzymes, dextrinization for 60 min, saccharification by 50 U enzyme per gram of taro for 4 hours
at pH 4.5, and fermentation of the mixture of 8% cane sugar and 12% taro juice at 42 ℃ for 6 hours.
Key words: taro; fermentation; drinks; best process
香芋（Colocasia esciclenta (L.) Schosrtt）又名芋
头或芋艿，学名为，属天南星科[1]，多年生草本植物，
草叶、叶柄、花和块茎均可人药。香芋能舒筋活络，
祛风湿，止痛，消炎散肿，治疗跌打损伤，风湿，胃
痛，胃肠炎等，是集蔬菜、粮食、药膳于一体的稀有
名贵食物[2]。乳酸菌能维持动物体内正常菌群，调节
生物体的生理机能和增强机体免疫力，并在发酵过程
中产生大量的乳酸等有机酸、多种氨基酸和酶等成分，
开成多种新的呈味物质[3]。国内外对香芋饮料研究不
多，国内有报道芋头糊和芋头饮料的研制以及香芋乳
酸菌发酵饮料，国外有学者对巴布几新内亚的一种传
统发酵食品 sapal 做了研究，这种食品主要是经煮制
的香芋浆与椰子浆以 5:1 的比例混合在常温下（26 ℃
~33 ℃）自然发酵而成的一种食品，其中发酵作用主
要是乳酸菌发酵。国内曾有文献报道香芋乳酸菌发酵
酸奶的研究，采用发酵剂（保加利亚乳杆菌、嗜热链
菌），最佳配方为 50%香芋浆、50%牛奶、6%蔗糖[4]，
得到色、香、味及组织状态都较好的饮料。在目前的
乳酸菌发酵饮料中，以牛奶为发酵基料较多，而纯香
芋的很少。香芋含有丰富的淀粉，经酶解后可产生葡
萄糖，适宜于微生物发酵利用。本研究拟在以香芋作
为主要原料经打浆、糊化、糖化后，利用乳酸菌进行
收稿日期：2011-08-29
发酵，并针对香芋的护色，香芋浆的糊化、糖化、发
酵进行研究。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
香芋：市售；保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌：丹
尼斯克（中国）有限公司；糖化酶：诺维信（中国）
投资有限公司（Novozyme）；无水柠檬酸（食品级）。
1.2 仪器与设备
FA1004 型 电子天平（上海精科天平），ART.
NO.ES-0820 型 ELECTRIC STOVE 电炉(MADE IN
CHINA)，PHILIPS 牌 打浆机（荷兰皇家飞利浦电子
公司），电热恒温水浴锅（广州市星恒科学仪器有限公
司），SevenEasy S20 型 pH 计（梅特勒-托利多国际股
份有限公司），YX280A 型 手提式不锈钢蒸汽消毒器
（上海三申医疗器械有限公司），LRH-150-S 型 恒温
恒湿培养箱（广东省医疗器械厂）
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
香芋→原料选择→清洗→去皮→护色→切片→热烫灭酶
→打浆→糊化→冷却→糖化→灭酶→调配→灭菌→冷却→发
酵
1.3.2 工艺操作要点
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2011.12.032
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1.3.2.1 原料选择：选取无腐烂、无霉变、无虫害和
损伤的香芋。
1.3.2.2 清洗、去皮：用清水洗净泥沙和毛须，用刀
除去外皮和芽眼。
1.3.2.3 护色：去皮后的香芋马上浸于 0.1%柠檬酸溶
液中护色。
1.3.2.4 切片、热烫：护色后的香芋切成薄片后马上
放进沸水里热烫 5 min。
1.3.2.5 打浆：热烫后的香芋，马上以香芋:水=1:2 于
打浆机中打成均匀的浆状。
1.3.2.6 糊化：香芋浆于 90~95 ℃水浴中糊化 60 min，
间或搅拌。
1.3.2.7 冷却、糖化：糊化后冷却至 60 ℃，加糖化酶
（1 g 香芋/50 U 糖化酶），用柠檬酸溶液调 pH 为 4.5，
在 60 ℃水浴中恒温糖化 4 h。
1.3.2.8 灭酶：升温至 80 ℃，水浴 20 min，酶活力
全部消失。
1.3.2.9 调配：按设计添加蔗糖、香芋浆。
1.3.2.10 灭菌：调配后的香芋浆 121 ℃灭菌 5 min。
1.3.2.11 接菌种：接种量按照乳酸菌种供应商建议添
加量。
1.4 工艺优化试验说明
先进行单因素实验，然后在单因素的基础上进行
正交试验，确定实验较优工艺参数。
2 结果与分析
2.1 护色液浓度对成品的影响
去皮后的香芋，极易褐变，不仅影响其外观，而
且降低其营养价值，甚至败坏不堪食用。褐变主要原
因是香芋中含有多酚类物质，在多酚氧化酶的作用下
发生褐变，Vc 也会在抗坏血酸氧化酶或过氧化酶类作
用下氧化褐变[5]。
采用用柠檬酸溶液进行护色，通过不同浓度的柠
檬酸溶液进行护色，发酵后进行感官比较，以感官最
佳剂量最少为准则确定护色液浓度。
表1 香芋护色液浓度对成品的影响
Table 1 Influence of citric acid concentration on the sensory
quality of product
柠檬酸溶液浓度/% 色泽 滋味和气味
0.0 明显褐变，颜色较深 香芋味稍差
0.1 轻微褐变，颜色适中 香芋味正常
0.2 轻微褐变，颜色适中 香芋味正常
0.3 轻微褐变，颜色适中 香芋味正常
由表 1 可知，香芋在清水中浸泡会明显褐变直接
影响成品感官，而在不同浓度柠檬酸溶液中浸泡护色
后，轻微褐变，成品色泽均适中, 差异不大，因此护
色柠檬酸溶液浓度定为 0.1%。
2.2 热烫灭酶时间对成品的影响
将护色后的香芋切片，并立即用沸水热烫，使多
酚氧化酶、过氧化酶和抗坏血酸氧化酶失活，从而防
止多酚物质和 Vc 引起的褐变。
表2 热烫灭酶时间对成品的影响
Table 2 Influence of boiling time on the sensory quality of the
product
热烫灭酶时间/min 色泽 滋味和气味
0 明显褐变，颜色较深 香芋味差
2 褐变，颜色深 香芋味稍差
5 轻微褐变，颜色适中 香芋味正常
7 轻微褐变，颜色适中 稍过熟的香芋味
10 轻微褐变，颜色适中 过熟的香芋味
由表 2 可知，不经热烫的香芋褐变明显，滋味和
气味差，对成品影响较大；考虑色泽、滋味和气味，
热烫时间确定为 5 min。热烫时间短，灭酶效果不明
显；热烫时间长，容易出现过熟味，同时，缩短热烫
时间也可避免香芋中水溶性成分粘液质，糖类，维生
素的丢失[6]。
2.3 打浆工艺的确定
香芋片经过沸水热烫处理后，组织变软、淀粉颗
粒充分吸水，有利于搅拌粉碎，组织状态均匀、颗粒
小，有利于糊化处理，淀粉颗粒能更快地吸水胀润。
而生香芋片质构较硬，不易打碎打细，不利于淀粉颗
粒充分吸湿膨胀。热烫后再打浆的香芋糖化产生的还
原糖含量高于不热烫直接打浆的香芋。因此采用热烫
后再打浆的工艺。
2.4 糊化时间的确定
淀粉颗粒的糊化过程可分为三个阶段。第一个阶
段：当淀粉粒在水中加热逐升温，水分子由淀粉的孔
隙进入淀粉粒内，颗粒吸收少量水分，淀粉通过氢键
作用结合部分水分子而分散，体积膨胀很小，淀粉乳
黏度只有缓慢增加，淀粉粒发生可逆溶胀，其性质与
原来本质上无区别，淀粉粒内部晶体结构也没有发生
改变。第二阶段：水温继续上升，达到开始糊化温度
时，淀粉粒的周边迅速伸长，大量吸水，偏光十字开
始在脐点处变暗，淀粉分子间的氢键破坏，从无定形
区扩展到有秩序的辐射状胶束组织区，结晶区氢键开
始裂解，分子结构开始发生伸展，其后颗粒继续扩展
至巨大的膨胀性网状结构，偏光十字彻底消失，这一
过程属不可逆润胀。这时由于胶束没有断裂，所以颗
粒仍然聚集在一起，但已有部分直链淀粉分子从颗粒
中被沥滤出来成为水溶性物质。当颗粒膨胀体积至最
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大时，淀粉分子之间的缔合状态已被拆散，淀粉分子
或其聚集体经高度水化形成胶体体系，黏度也增至最
大。可以说糊化本质是高能量的热和水破坏了淀粉分
子内部彼此间氢键结合，使分子混乱度增大，糊化后
的淀粉-水体系的行为直接表现为黏度增加。第三阶
段：淀粉糊化后，继续加热膨胀到极限的淀粉颗粒开
始破碎支解，最终生成胶状分散物，糊黏度也升至最
高值。因此，可以认为糊化过程是淀粉粒晶体区熔化，
分子水解，颗粒不可逆润胀的过程[7]。因此，糊化时
间长，糊化充分，有利于下一步的糖化作用，有利于
提高还原糖生成量。所以把糊化时间定为 60 min。
表3 糊化时间对糖化效果的影响（糖化时间：24h）
Table 3 Influence of dextrinization time on the saccharification
(Saccharification 24h)
糊化时间/min 还原糖含量/%
30 8.91
60 11.36
2.5 糖化条件的确定
表4 糖化正交实验结果
Table 4 Orthogonal test result of saccharification
试验号
A（pH
值）
B[酶用量/(U
酶/g 香芋)]
C（时间
/h）
还原糖
含量/%
1 4.0 40 2 5.022
2 4.0 50 3 7.344
3 4.0 60 4 6.031
4 4.5 40 3 6.005
5 4.5 50 4 7.833
6 4.5 60 2 5.578
7 5.0 40 4 4.581
8 5.0 50 2 4.466
9 5.0 60 3 4.351
K1 18.397 15.608 15.066
K2 19.416 19.643 17.700
K3 13.398 15.960 18.445
K 1 6.132 5.203 5.022
K 2 6.472 6.548 5.900
K 3 4.466 5.320 6.148
极差 2.006 1.345 1.126
优方案 A2 B2 C3
∑=51.211
主次顺充 ABC
糖化是利用糖化酶对淀粉的水解作用。糖化酶是
一类外切酶，它只从淀粉的非还原性末端逐个切开
α-1,4 葡萄糖苷键，生成葡萄糖。它也能切开 α-1,6 葡
萄糖苷键，生成葡萄糖[8]。它也能将淀粉的水解初产
物如糊精、麦芽糖和低聚糖等水解产生 β-葡萄糖。对
香芋浆进行糖化，主要目的是让香芋的淀粉在糖化酶
的作用下水解，生成更多的葡萄糖，以供乳酸菌生长
利用，达到更佳的乳酸菌的发酵条件。糖化主要产物
是葡萄糖，以还原糖生成量作为一个指标以糖化效果。
大量关于淀粉制糖和酶制剂在食品中应用的研究表
明：糖化酶用量、糖化 pH 值、糖化时间对糖化效果
均有影响，基于这三个单因素进行糖化正交实验。
由表 4 的极差可知，各因素对糖化效果的影响为
A>B>C，即 pH 值对糖化影响最大，其次是酶用量，
糖化时间影响力度最小。
通过 L9(33)正交试验分析得出糖化最佳工艺条件
为 pH 值 4.5、酶用量 50 μ/1 g 香芋、糖化时间 4 hr，
即 A2B2C3为最优糖化工艺。
2.6 发酵条件的确定
表5 L9(34)正交试验因素水平表
Table 5 Factors and levels of orthogonal test L9(34)
因素 水平
A(发酵温度/℃) B(发酵时间/h) C(蔗糖量/%) D(香芋浆/%)
1 38 5.5 7.5 8.0
2 40 6.0 8.0 10.0
3 42 6.5 8.5 12.0
表6 发酵条件L9(34)正交试验结果
Table 6 Orthogonal test result of fermentation process
试验号 A B C D
感官评价
(总分)
1 1 1 1 1 60
2 1 2 2 2 80
3 1 3 3 3 75
4 2 1 2 3 75
5 2 2 3 1 80
6 2 3 1 2 65
7 3 1 3 2 70
8 3 2 1 3 95
9 3 3 2 1 90
K1 215 205 220 230
K2 220 255 245 215
K3 255 230 225 245
K 1 71.7 68.3 73.3 76.7
K 2 73.3 85.0 81.7 71.7
K 3 85 76.7 75.0 81.7
极差 13.3 16.7 8.3 10.0
优方案 A3 B2 C2 D3
∑=690
主次顺序 BADC
以 碳 水 化 合 物 为 发 酵 原 料 产 生 乳 酸
（CH3CHOHCOOH）的过程称为乳酸发酵。乳酸菌是
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一类能利用可发酵性碳水化合物（主要是葡萄糖）产
生大量乳酸的细菌的通称。乳杆菌属最适生长温度为
30~40 ℃，链球菌属最适生长温度为 37 ℃[9]；发酵终
点为 4.2 时，根据保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌混合
菌种的供应商提供经验数据可得，发酵时间大约在
5.5~6.5 h。现基于发酵温度、发酵时间、蔗糖量及香
芋浆量进行正交试验。
由表 6 的极差可知，各因素对发酵效果的影响为
B>A>D>C，即发酵时间对发酵影响最大，其次是发
酵温度和香芋浆用量，蔗糖量影响力度最小。
通过 L9(34)正交试验分析得出发酵最佳条件为发
酵温度 42 ℃、发酵时间 6 h、蔗糖量 8%、香芋浆 12%，
即 A3B2C2D3为最优发酵条件。
3 结论
3.1 香芋在加工过程中容易发生褐变，从而影响食品
的感官质量，故香芋在去皮后应及时护色。常温下用
0.1%柠檬酸溶液护色效果明显。
3.2 香芋经护色后，热烫煮熟，可彻底灭酶，使多酚
氧化酶、过氧化酶和抗坏血酸氧化酶失活，而防止了
多酚物质和 Vc 的褐变。热烫时间选 5 min 较合适。
3.3 香芋片热烫处理后组织变软、淀粉颗粒充分吸
水，更容易打成状态均一、淀粉颗粒小的浆，香芋粒
与水混合得更均匀，有利于下一步的糊化处理时淀粉
颗粒更快地吸水胀润。糊化时间为 60 min。
3.4 香芋浆糖化最佳条件确定为：pH=4.5，水浴温度
60 ℃，糖化酶添加量 50 U/g 香芋，糖化时间 4 hr。
3.5 香芋浆发酵最佳条件确定为：发酵温度 42 ℃，
发酵时间 6 h、蔗糖量 8%、香芋浆 12%，发酵出香芋
味浓厚的香芋浆乳酸发酵饮料。
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