麥汁乳酸菌飲料發(fā)酵菌種的比較研究

孫曉昕，劉春鳳，李永仙，李 崎*

（1.江南大學 教育部工業(yè)生物技術重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2.江南大學 生物工程學院釀酒科學與工程研究室，江蘇 無錫 214122）

活性乳酸菌飲料是利用乳酸菌對乳類進行發(fā)酵后調(diào)配而成的、含有一定數(shù)量活性益生菌的健康型飲料[1]。它具有促進人體對磷、鈣、鐵的吸收，維持維生素平衡，改善腸道微生態(tài)環(huán)境、提高人體免疫力、抗疲勞、抗癌、抗衰老等多種保健作用[2]。由于獨特的風味和營養(yǎng)，乳酸菌飲料越來越受到市場的肯定和歡迎。近年來國內(nèi)外對乳酸菌類飲料的研制愈加深入和廣泛，如黃曉慶、唐維媛[3-4]等分別對乳酸飲料制備的發(fā)酵劑和無糖乳酸菌飲料的穩(wěn)定性方面做了研究，PESCUMA M等分別對一種發(fā)酵乳清飲料的研制工藝和釀造過程的優(yōu)化進行了研究[5-6]。隨著乳酸菌類飲料研發(fā)的不斷深入和對傳統(tǒng)谷物開發(fā)利用的需求提升，乳酸菌飲料的原料也從之前的鮮乳和乳制品逐漸延伸到小米、大麥、小麥等谷物[7-8]。

麥芽是啤酒釀造的原料之一，麥芽經(jīng)糖化制得的麥汁中，不僅含有豐富的糖類物質(zhì)和含氮化合物，還有含有多種人體所需的微量元素，具有開胃健脾、改善腸胃功能等功效，所以也是飲料研制的較好原料[9]。目前已有部分學者已經(jīng)利用麥芽作為原料開發(fā)發(fā)酵型飲料，但多只局限于工藝方面的研究而對菌種方面的開發(fā)利用尚不多見。

本研究以麥芽作為原料，以實驗室保藏的7株可食用乳酸菌作為出發(fā)菌種，對此7種乳酸菌在麥汁中的生長情況、發(fā)酵情況進行了考察，并結合感官品評及糖、酸、游離氨基酸、有機酸等營養(yǎng)物質(zhì)的分析最終選定副干酪乳桿菌作為麥汁乳酸菌飲料生產(chǎn)的最適發(fā)酵菌種，為谷物類乳酸菌飲料的開發(fā)研制提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 菌株

7株可食用乳桿菌：副干酪乳酸菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、瑞士乳桿菌、約氏乳桿菌、唾液乳桿菌、約氏乳桿菌，為實驗室保藏菌株。

1.1.2 培養(yǎng)基

MRS培養(yǎng)基：蛋白胨10g，牛肉浸膏8g，酵母浸膏4g，葡萄糖20g，三水合乙酸鈉5g，吐溫80 1g，磷酸氫二鉀2g，檸檬酸銨2g，七水合硫酸鎂0.2g，七水合硫酸錳0.05g，水1000mL。pH值調(diào)至6.2，121℃滅菌15min。

1.2 儀器與設備

FE20 pH計（METTLER TOLEDO）、ALL04電子天平（梅特勒）、UV-2000型紫外分光光度計（UNICO）、HHS型電熱恒溫水浴鍋（上海博訊事業(yè)有限公司）、LD4-2A臺式高速離心機（北京醫(yī)用離心機廠）、高效液相色譜儀器（Waters公司）、HPX-180BS-II恒溫箱（上海新苗）。

1.3 實驗方法

1.3.1 pH值的測定

FE20 pH計測定。

1.3.2OD值的測定

以新鮮澄清的麥汁培養(yǎng)基為空白對照，測定菌懸液在波長600nm處的OD值。

1.3.3 還原糖的測定

DNS法[10]。

1.3.4 總酸的測定

NaOH滴定法[11]。

1.3.5 有機酸的測定[12]

色譜柱：Atlantis C184.6×150mm，Waters公司，流動相：20mmol/L的磷酸二氫鈉（pH=2.7）；進樣體積：10μL；柱溫：30℃；檢測器：UV 210nm；流速：0.5mL/min。

1.3.6 乳酸菌生長曲線的繪制

用MRS液體培養(yǎng)基活化菌種，將活化的菌株以2%（v/v）接種量接種于澄清的麥汁培養(yǎng)基中，每隔3h取樣，測定菌懸液的pH值和OD值，繪制乳酸菌生長曲線。

1.3.7 還原糖消耗曲線的繪制

以1.3.6同樣方法將活化后的乳酸菌接種于澄清的麥汁培養(yǎng)基中，每隔3h取樣測定還原糖含量，繪制還原糖消耗曲線。

1.3.8 感官品評實驗[14]

選取5名國家級品評專家及35名普通消費者對麥汁乳酸菌飲料的香氣、口感、體態(tài)、色澤進行評價，口感、香氣各占35分，體態(tài)、色澤分別占20分、10分，總分100分。評分規(guī)則詳見表1。

表1 麥汁乳酸菌飲料感官品評表Table 1 The evaluation rules of wort lactic acid bacteria beverage

1.3.9 麥汁的制備

麥芽經(jīng)EBC磨粉碎得麥芽粉，以1:4.5料水比在48℃投料并保持30min，1℃/min 升溫至63℃，保溫糖化40min升溫至72℃繼續(xù)保溫20min后進行碘試，碘試正常后升溫至78℃，過濾、煮沸并調(diào)整麥汁濃度為12°Bx，0.1MPa、121℃下滅菌30min，沉降懸浮物，取上清液待用。

2 結果分析

2.1 乳酸菌在麥汁中的生長情況

實驗參照1.3.6中的研究方法，對7株乳酸菌在麥汁中的生長情況進行了跟蹤分析，結果如圖1所示。

圖1 乳酸菌在麥汁中的生長情況Fig.1 The growth of lactic acid bacteria in wort

由圖1 可以看出，植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌對麥汁的適應性最強，幾乎沒有遲緩期便直接達到了對數(shù)生長期，在15h和21h時分別達到了平穩(wěn)期。副干酪乳桿菌緊隨其后，在6h的遲緩期后迅速轉入對數(shù)生長期，18h 基本達到穩(wěn)定期，且吸光值達到2.0以上，菌體增長量為7種待測菌種中最高。而唾液乳桿菌、瑞士乳桿菌、約氏乳桿菌及加氏乳桿菌分別經(jīng)歷10h、6h、6h、11h后也達到了對數(shù)生長期，在18h 時基本達到平穩(wěn)期。而加氏乳桿菌、約氏乳桿菌對麥汁的適應性最差，在同等條件培養(yǎng)30h后，其菌體OD值并未超過1.0。

2.2 乳酸菌在麥汁中的產(chǎn)酸情況

實驗將活化后的乳酸菌接種于澄清的麥汁中，每隔3h取樣。參照1.3.4中的研究方法，對7種乳酸菌在麥汁中的產(chǎn)酸情況進行跟蹤測定，結果如圖2所示。

圖2 乳酸菌在麥汁中的產(chǎn)酸情況Fig.2 The acid production of lactic acid bacteria in wort

由圖2可以看出：副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌的平均產(chǎn)酸速率較高，發(fā)酵結束時的副干酪乳桿菌的總產(chǎn)酸量最高（6.90g/L），其次為物乳桿菌（6.41g/L）和嗜酸乳桿菌（5.52g/L）；而約氏乳桿菌、唾液乳桿菌、加氏乳桿菌產(chǎn)酸量最低，分別為2.42g/L、2.88g/L及3.39g/L。

2.3 乳酸菌在麥汁中的還原糖消耗情況

菌株對底物的利用情況可以直接反映其生產(chǎn)性能和效率的優(yōu)劣，研究對7株乳酸菌在麥汁中的糖耗情況進行了跟蹤測定，結果如圖3所示。

圖3 乳酸菌在麥汁中的還原糖消耗情況Fig.3 The sugar consumption of lactic acid bacteria in wort

由圖3可以看出，相同發(fā)酵工藝下，嗜酸乳桿菌對麥汁中糖分的利用效率最高，達到14.0g/L，約氏乳桿菌和副干酪乳桿菌次之，分別為11.9g/L和11.0g/L。而瑞士乳桿菌、加氏乳桿菌還原糖消耗速率較低，說明其并不善于利用麥汁中的糖類組分。

結合上面的實驗，7株乳酸菌在麥汁中的生長發(fā)酵性能數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 7株可食用乳酸菌在麥汁生長發(fā)酵的統(tǒng)計數(shù)據(jù)Table 2 The growth and fermentation statistic data of 7 lactic acid bacteria

綜上所述，在靜置發(fā)酵條件下副干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌在麥汁中生長良好，其平均生長速率、平均產(chǎn)酸速率、總產(chǎn)酸量均高于其他菌株；且副干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌的還原糖利用能力也明顯強于其他菌株，其還原糖消耗速率分別為0.23g/（L·h）和0.29g/（L·h）。因此選擇副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌進行下一步考察。

2.4 乳酸菌飲料的感官品評結果

本實驗采用品評專家與普通消費者結合的方式對副干酪乳桿菌、植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌3種乳酸菌釀造的麥汁乳酸菌飲料進行了感官品評，品評項目包括香氣、口感、體態(tài)、色澤4個部分。參照表1的評分規(guī)則進行感官品評，結果見表3。

表3 乳酸菌飲料的感官品評結果Table 3 The evaluation results of lactic acid bacteria beverage

由表3可以看出，副干酪乳桿菌的品評得分最高，為77.57，其次為植物乳桿菌71.46和嗜酸乳桿菌60.45。在體態(tài)和色澤方面三者相差并不是很多，而在口感方面三者差異較大。感官品評結果顯示用副干酪乳桿菌釀造的麥汁乳飲料酸甜適中，發(fā)酵乳香味濃郁且風味協(xié)調(diào)，而用嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌釀造的麥汁乳飲料或有雜味或酸味突兀、香味不足。

2.5 3種乳酸菌飲料的有機酸測定結果

有機酸不僅是乳酸菌飲料中的營養(yǎng)物質(zhì)，同時也是影響口感的重要因素。本實驗對副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌釀制的麥汁乳飲料中的7種有機酸進行了測定，測定結果如表4所示。

表4 3種乳酸菌有機酸產(chǎn)生情況Table 4 The organic acid production of 3 lactic acid bacteria

由表4可以看出，3種乳酸菌飲料有機酸中乳酸含量最多，均達到3.6g/L以上，其次為乙酸、檸檬酸和酒石酸，分別在136.4mg/L～408.31mg/L、30.03mg/L～78.9mg/L和23.08mg/L～126.29mg/L之間；而丙酮酸含量最少，不超過5mg/L。副干酪乳桿菌釀造的麥汁乳飲料中除了具有乳酸、乙酸外，其蘋果酸、檸檬酸的含量也相對較高，分別為25.23mg/L和78.9mg/L而豐富的有機酸種類和含量對提高飲料的口感有著不小的貢獻。琥珀酸是啤酒中重要的呈味物質(zhì)，其閾值較低且具有咸味苦味。嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌釀制的乳酸菌飲料中琥珀酸含量分別達到205.7mg/L和132.25mg/L，而過高的琥珀酸含量會對口感有一定負面作用。

3 結論

3.1 副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌在麥汁中生長良好，其產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量、還原糖消耗量均高于測定的其他4種菌株。

3.2 感官品評結果顯示用副干酪乳桿菌釀造的麥汁乳飲料具有酸甜適中，發(fā)酵乳香味濃郁且風味協(xié)調(diào)等優(yōu)點。

3.3 對用3種乳桿菌釀制的麥汁乳飲料進行了有機酸分析，結果顯示乳酸為有機酸中含量最多的有機酸，其次為乙酸、檸檬酸和酒石酸，而丙酮酸含量最少。豐富的有機酸種類和含量對提高乳酸菌飲料的口感具有重要作用。

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