納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料工藝

王繼偉，吉亞力，葛英亮，劉 晶

(1.哈爾濱學(xué)院工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料工藝

王繼偉1，吉亞力2，葛英亮1，劉 晶3

(1.哈爾濱學(xué)院工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

選用東北優(yōu)質(zhì)甜玉米，制作玉米漿飲料，采用納豆芽孢桿菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵研究，通過(guò)正交試驗(yàn)，初步確定納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料的工藝：玉米汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、發(fā)酵時(shí)間24h、發(fā)酵溫度31℃；調(diào)配參數(shù)為添加蔗糖3%、β-環(huán)糊精量0.03%、檸檬酸0.05%，此時(shí)飲料在4℃冷藏7d內(nèi)口感最佳。納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料消除了納豆飲料的不良風(fēng)味，富含納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物，具有一定的營(yíng)養(yǎng)和保健功能。

納豆芽孢桿菌；發(fā)酵；玉米漿；工藝

Abstract：To develop aBacillus natto-fermented corn steep liquor beverage, sweet corn from the northeast of China was processed into corn steep liquor, followed byBacillus nattofermentation and blending. Orthogonal array optimization showed that the optimal conditions for fermenting corn steep liquor were as follows:material concentration 30%; fermentation temperature 31 ℃; and fermentation duration 24 h and that the fermentation product with additions of 3% sucrose, 0.03%β- cyclodextrin and 0.05% citric acid had the best mouthfeel. Moreover, the developed beverage should be stored at 4 ℃ for less than 7 days.

Key words：Bacillus natto；fermentation；corn steep liquor；technology

玉米是一種分布廣泛、營(yíng)養(yǎng)豐富的糧食作物，甜玉米是其較為優(yōu)良的品種，甜玉米中含有大量的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)及揮發(fā)性芳香成分[1-2]，包括2-乙酰-1-吡咯琳和2-乙酰-2-噻唑琳、二甲基硫醚、1-羥基-2-丙酮、2-羥基-3-丁酮及2,3-丁二醇等[3]，氣味芳香濃郁。胚乳中含有一定的水溶性多糖WSP[4]，使得甜玉米口感嫩滑、柔軟、香味濃郁，甜玉米中含有多種功能性成分，如谷胱甘肽、甾醇等具有一定的抗癌功能[5]。

納豆芽孢桿菌(Bacillus natto)[6]是枯草芽孢桿菌的一個(gè)亞種，最初是從納豆中分離出來(lái)的主要發(fā)酵菌，研究認(rèn)為納豆芽孢桿菌能夠激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑，促使腸道上皮細(xì)胞合成分泌IL-6和IL-8等細(xì)胞因子，從而增強(qiáng)腸道抵抗病原菌的能力[7]，而納豆芽孢桿菌次生代謝產(chǎn)物中的功能性物質(zhì)如納豆激酶[8]，不僅具有類(lèi)似纖溶酶的作用，并且還有穩(wěn)定腸道溫度和pH值的作用[9]，Urano等[10]也證實(shí)納豆激酶能將纖溶酶原激活物抑制物裂解為小分子量片可作為治療血栓的理想替代藥品，目前研究廣泛[11-12]，納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物可以促進(jìn)腸道酸化而有利于鐵、鈣及VD等的吸收[13]。

納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物往往具有一種惡臭的氣味，與大豆腐敗后的氣味極其相似，本研究以甜玉米漿為基料，采用納豆芽孢桿菌發(fā)酵，甜玉米的香氣可以掩蓋發(fā)酵產(chǎn)物中納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物的異味，使其更易為人們所接受，以此為基礎(chǔ)調(diào)配出一種營(yíng)養(yǎng)豐富、氣味芳香、具有納豆保健功能的玉米漿發(fā)酵飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速凍甜玉米 綠山川食品廠(chǎng)；納豆 哈爾濱日尚食品有限公司；白砂糖、檸檬酸、β-環(huán)糊精 市售。

1.2 儀器與設(shè)備

WMK-02型恒溫培養(yǎng)箱 上海醫(yī)療器械廠(chǎng)；SWCJ-1F型無(wú)菌操作臺(tái) 蘇州佳寶凈化工程設(shè)備有限公司；HZQ-X100A型恒溫?fù)u床 上海達(dá)平儀器有限公司；DL-718型多功能食物攪拌機(jī) 多樂(lè)公司；DJM-50型膠體磨上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠(chǎng)；UV-2802型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米漿前處理工藝流程

選料→去苞衣、去須→清洗→滅酶→冷卻→刮粒、取?！驖{→細(xì)磨→糊化→過(guò)濾→滅菌→玉米漿

1.3.2 納豆芽孢桿菌的培養(yǎng)工藝流程

納豆→無(wú)菌生理鹽水浸泡→分區(qū)劃線(xiàn)→分離菌種→二次分離純化→擴(kuò)大培養(yǎng)→發(fā)酵菌

1.3.3 飲料生產(chǎn)基本工藝流程

玉米漿→接種→發(fā)酵→過(guò)濾(無(wú)菌)→二次無(wú)菌調(diào)配→罐裝→成品→冷藏

1.3.4 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.3.5 發(fā)酵條件確定

根據(jù)1.3.1節(jié)和1.3.2節(jié)所設(shè)定的工藝流程，經(jīng)多次試驗(yàn)，納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料生產(chǎn)工藝的主要影響因素：玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度。每個(gè)因素選取3個(gè)水平進(jìn)行L9(34)的正交試驗(yàn)。

料(黏玉米)水比為1:3的條件下，對(duì)黏玉米進(jìn)行打漿、破碎、在溫度為75℃進(jìn)行糊化，過(guò)濾，分別稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、40%、50%、60%、70%，在121℃、10min滅菌后，冷卻至70℃左右接入納豆芽孢桿菌31℃恒溫培養(yǎng)24h，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

根據(jù)上述試驗(yàn)獲得的結(jié)果，采用相同工藝，調(diào)整發(fā)酵時(shí)間為18、24、30、36、42h，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

根據(jù)上述試驗(yàn)獲得的條件，改變發(fā)酵溫度為27、29、31、33、35℃，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

建立因素水平表，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，以確定最優(yōu)的納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿的工藝條件。

1.3.6 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料調(diào)配與儲(chǔ)存

發(fā)酵后的玉米漿飲料存在部分渾濁物質(zhì)，影響感官，需進(jìn)行無(wú)菌過(guò)濾，其氣味且不易為大眾接受，需對(duì)其進(jìn)行二次調(diào)配，在二次調(diào)配同時(shí)確定存儲(chǔ)最佳的條件，因此，以蔗糖、β-環(huán)糊精、檸檬酸添加量和冷卻時(shí)間4因素先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在添加β-環(huán)糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%、儲(chǔ)存時(shí)間7d的條件下，改變蔗糖添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%進(jìn)行調(diào)配，并對(duì)所得飲料進(jìn)行感官評(píng)定，選取較優(yōu)的3個(gè)水平。

根據(jù)上述試驗(yàn)得到最優(yōu)砂糖添加量改變?chǔ)?環(huán)糊精添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%，進(jìn)行感官評(píng)定，選取較優(yōu)水平。

根據(jù)上述試驗(yàn)獲得的條件，改變檸檬酸添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.11%，進(jìn)行感官評(píng)定，選取較優(yōu)水平。

選取上述試驗(yàn)獲得的參數(shù)，改變4℃冷藏時(shí)間后保藏3、5、7、9、11 d后進(jìn)行感官評(píng)定，在未改變總體性狀的前提下，選取較優(yōu)水平。

1.3.7 飲料成分的檢測(cè)

對(duì)發(fā)酵后的飲料成份進(jìn)行檢測(cè)，VK2采用反向高效液相色譜法測(cè)定(借鑒GB 7294—87《飼料添加劑維生素K》)；大豆異黃酮采用高效液相色譜法測(cè)定(GB/T 23788—2009《保健食品中大豆異黃酮的測(cè)定方法》)；VB2采用熒光分光光度法進(jìn)行測(cè)定(GB/T 7629—2008《谷物中維生素B2測(cè)定》)；納豆激酶采用纖維蛋白平板法進(jìn)行測(cè)定[14-15]；總脂肪含量采用水解提取-氣相色譜法進(jìn)行測(cè)定(GB/T 22223—2008《總脂肪、飽和脂肪(酸)、不飽和脂肪(酸)的測(cè)定：水解提取-氣相色譜法》)；蛋白質(zhì)測(cè)定采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定(GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》)。

2 結(jié)果與分析

2.1 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料工藝正交試驗(yàn)

經(jīng)單因素試驗(yàn)，確定納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料的正交試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表2，結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料的感官評(píng)審表Table 1 Sensory evaluation standards forBacillus natto-fermented corn steep liquor beverage

表2 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in the orthogonal array design for optimizing material fermentation

表3 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Orthogonal array design layout for optimizing material fermentation and experimental results

由表3可知，納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料發(fā)酵溫度是主要因素。影響納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料因素為發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時(shí)間＞玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確定納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料的最優(yōu)條件為玉米汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、發(fā)酵時(shí)間24h、發(fā)酵溫度31℃。

此時(shí)獲得發(fā)酵溶液較為清澈透明，呈淡乳白色，具有較為濃郁的黏玉米香氣，納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)生氣味可以很好為其所掩蓋，經(jīng)測(cè)定，在100g玉米漿發(fā)酵液中測(cè)定VK2含量為126μg、異黃酮含量為13000μ g，以及VB2、納豆激酶等大部分納豆芽孢桿菌發(fā)酵納豆時(shí)具有的功能性次生代謝產(chǎn)物都有一定的存在，相比下，飲料中脂肪及蛋白的含量顯著降低。

2.2 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料調(diào)配參數(shù)的確定

采用2.1節(jié)獲得工藝條件，根據(jù)1.3.6節(jié)確定的參數(shù)建立納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料調(diào)配參數(shù)的L9(34)正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表4，結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料調(diào)配參數(shù)L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 4 Factors and levels in the orthogonal array design for optimizing beverage formulation

確定納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料最優(yōu)調(diào)配參數(shù)為添加蔗糖3%、檸檬酸0.05%、β-環(huán)糊精量0.03%、4℃冷藏時(shí)間7d內(nèi)飲用口味最佳。此時(shí)獲得納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料，口感酸甜適中，納豆發(fā)酵氣味掩蓋良好，適宜日常飲用。

表5 納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料配方的L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 5 Orthogonal array design layout for optimizing beverage formulation and experimental results

3 結(jié) 論

經(jīng)正交試驗(yàn)及后期的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)確定納豆孢桿菌發(fā)酵玉米漿飲料的發(fā)酵條件為玉米汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、發(fā)酵時(shí)間24h、發(fā)酵溫度31℃，并確定調(diào)配工藝參數(shù)為添加蔗糖3%、β-環(huán)糊精量0.03%、檸檬酸0.05%，建議本飲料在4℃冷藏7d內(nèi)飲用。

本實(shí)驗(yàn)主要研究了采用納豆芽孢桿菌發(fā)酵玉米漿活菌飲料的發(fā)酵工藝及調(diào)配參數(shù)，確定了采用新型菌種發(fā)酵玉米漿飲料，使之并含玉米營(yíng)養(yǎng)及納豆芽孢桿菌代謝產(chǎn)物功能，為研制新型玉米漿發(fā)酵活菌飲料提供一定參考。

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Optimizing the Production Process ofBacillus natto-fermented Corn Steep Liquor Beverage

WANG Ji-wei1，JI Ya-li2，GE Ying-liang1，LIU Jing3
(1. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China；2. School of Management, Harbin Normal University, Harbin 150025, China；3. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

TS275.4

B

1002-6630(2010)18-0480-03

2010-06-23

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C200945)

王繼偉(1959—)，男，教授，本科，研究方向?yàn)轱嬃瞎に?、食品營(yíng)養(yǎng)。E-mail：wjw782@163.com