糙米酵素發(fā)酵工藝的中試研究

牛廣財(cái)，朱 丹，左 鋒，魏文毅，王憲青，關(guān) 琛，岳麗雅

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；3.黑龍江省杜爾伯特蒙古族自治縣琳代悅源食品有限公司，黑龍江 杜爾伯特 166200）

稻谷經(jīng)礱谷機(jī)脫去穎殼后即可得到糙米，它由米糠層、胚芽和胚乳組成。糙米再加工脫皮即可得到精白米，傳統(tǒng)的精白米加工方法造成的食物資源浪費(fèi)達(dá)10%～20%。因此，糙米的營養(yǎng)價(jià)值比精白米高[1-3]。此外，糙米中還含有γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷維醇、米糠纖維、植酸等多種生理活性成分[4]。但糙米外圍被一層密度極高的粗纖維組織和糠蠟包裹，其吸水性和膨脹性很差，直接食用時(shí)口感粗糙，有一種糠的不愉快氣味，蒸煮性、口感和吸收性較差[5-6]。

鑒于此，利用糙米制成糙米酵素，可以改善糙米食用品質(zhì)，增加糙米的營養(yǎng)價(jià)值，提高糙米的保健功能。糙米酵素是在糙米中加入蜂蜜，采用酵母菌發(fā)酵而成的。酵母菌通過本身的中間代謝，使底物產(chǎn)生一系列的生物化學(xué)變化，實(shí)現(xiàn)糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，并為產(chǎn)生新的生理物質(zhì)提供前體物。因此，用酵母菌將糙米發(fā)酵后，其營養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了糙米本身，可以產(chǎn)生50多種酵素以及谷胱甘肽和γ-氨基丁酸[7-11]，另一方面也使糙米營養(yǎng)物質(zhì)微細(xì)化，改善糙米食用品質(zhì)[12]。目前，評價(jià)糙米酵素功效的指標(biāo)有γ-氨基丁酸含量、谷胱甘肽含量、淀粉酶活力等[4，7，8，13]，前兩種實(shí)際上是以其重要營養(yǎng)成分的含量為指標(biāo)，即它們的含量能在一定程度反映出糙米酵素的營養(yǎng)價(jià)值。但是糙米酵素的本質(zhì)是生物酶，而酶活力是酶最重要的一個指標(biāo)，特別是在糙米發(fā)酵過程中，其淀粉酶變化較大。因此，本研究是在以往小試試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用酵母菌發(fā)酵法進(jìn)行中試試驗(yàn)，用以檢驗(yàn)小試試驗(yàn)研究結(jié)果的可行性，選用用比色法測定淀粉酶活力，并將其作為考察指標(biāo)。以期為糙米酵素發(fā)酵的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙米粉：黑龍江省杜爾伯特蒙古族自治縣琳代悅源食品有限公司；活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。大麥芽：北大荒龍墾麥芽有限公司；蜂蜜、食鹽：市購食用級；γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）標(biāo)準(zhǔn)品（純度99.99%）：美國Sigma公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DRP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；HD-1360型超凈工作臺：哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；LDZX-50KBS型高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；730型紫外-可見分光光度計(jì)：上海光學(xué)儀器有限公司；AR2140電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；微量移液器：上海熱電儀器有限公司；TD5A臺式多管架離心機(jī)：長沙英泰儀器有限公司；DA-650/2S真空包裝機(jī)：山東諸城市興源包裝機(jī)械廠；838-50型氨基酸自動分析儀：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米酵素加工工藝流程

糙米粉、酵母活化液、蜂蜜等→混合調(diào)配→接種→控溫發(fā)酵→干燥→糙米酵素

操作說明：以糙米粉質(zhì)量（10g）為100%，分別添加蜂蜜8%，大麥芽粉1%，食鹽1%等輔料，按150%比例加水配制培養(yǎng)基，并于121 ℃滅菌20 min，冷卻后，分別在接種量3%～5%，發(fā)酵時(shí)間2～6 h，發(fā)酵溫度27～33 ℃的條件下，發(fā)酵生產(chǎn)糙米酵素。發(fā)酵結(jié)束后，在50～55 ℃條件下干燥得產(chǎn)品。

1.3.2 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

根據(jù)以往的單因素試驗(yàn)研究結(jié)果，以淀粉酶活力為考察指標(biāo)，選取接種量、發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度等因素，采用L9（33）正交方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)[14]，優(yōu)化酵母接種量、發(fā)酵時(shí)間及溫度等工藝參數(shù)，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。該優(yōu)化研究中每次試驗(yàn)原料用量為100 kg，用于確定中試生產(chǎn)的工藝參數(shù)。

表1 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

1.3.3 檢測指標(biāo)

淀粉酶活力測定采用比色法[15]；γ-氨基丁酸含量參照李常鈺[16]的比色法測定；氨基酸含量測定采用838-50型氨基酸自動分析儀方法；微生物檢驗(yàn)參照GB 4789.2—2010《菌落總數(shù)測定》、GB 4789.3—2010《大腸菌群計(jì)數(shù)》、GB 4789.15—2010《霉菌計(jì)數(shù)方法》中方法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以淀粉酶活力為考察指標(biāo)，選取接種量、發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度等因素，采用L9（33）正交設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)[14]，優(yōu)化酵母接種量、發(fā)酵時(shí)間及溫度等工藝參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表2 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

由表2可知，對各因素的K、k及R的大小進(jìn)行計(jì)算，可以得出，A因素以A2水平最佳；B因素以B3水平最佳；C因素以C2水平最佳。從R值可以判斷出各因素對淀粉酶活力指標(biāo)影響的主次順序?yàn)锳（接種量）＞B（發(fā)酵時(shí)間）＞C（發(fā)酵溫度）。故糙米酵素發(fā)酵的最佳中試工藝條件為A2B3C2，即接種量4%，發(fā)酵時(shí)間6 h，發(fā)酵溫度30 ℃。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由正交試驗(yàn)方差分析（表3）可知，接種量在糙米酵素發(fā)酵過程中對結(jié)果有顯著性影響（P＜0.05），發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度對試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著性影響。

2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

稱取同批次糙米粉3份各100 kg，按照優(yōu)選的中試工藝進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果見表4。從表4可以看出，各重復(fù)的淀粉酶活力穩(wěn)定，平均值為442.2 U/g，重復(fù)性好，變異系數(shù)（coefficientofvariation，CV）8.7%，說明該中試工藝穩(wěn)定可行。

表4 最佳中試工藝的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of proven experiment under the optimal condition

2.3 產(chǎn)品的氨基酸含量

從表5可知，糙米酵素的天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸的含量要明顯高于糙米，分別為糙米的1.27、1.22和1.55倍。無論是糙米還是糙米酵素，其中的谷氨酸（Glu）都占主要地位。與糙米相比較，糙米酵素的必需氨基酸（essential amino acid，EAA）含量增加，特別是其中的限制性氨基酸增加較明顯。氨基酸總量（10.99%）顯著高于對照（8.94%）。通過酵母菌發(fā)酵，不僅使淀粉酶活力升高，還使氨基酸含量不同程度的升高。在發(fā)酵過程中，蛋白質(zhì)水解為低分子肽和氨基酸，這些產(chǎn)物又參與分解代謝或合成新的氨基酸，因此，氨基酸的種類及數(shù)量會發(fā)生變化[5，17]。

表5 糙米酵素的氨基酸的含量Table 5 Contents of amino acids in brown rice leaven %

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

2.4.1 感官指標(biāo)

色澤：乳白色、色澤均勻；氣味：醇香、有發(fā)酵香氣、無異味；酸度：酸甜適口；組織形態(tài)：狀態(tài)均勻，80～120目粉狀；雜質(zhì)：無肉眼可見的外來雜質(zhì)。

2.4.2 理化指標(biāo)

淀粉酶活力≥442.2 U/g；氨基酸總量≥10%；γ-氨基丁酸含量≥120 mg/100 g。

2.4.3 微生物指標(biāo)

菌落總數(shù)≤10 000 CFU/g；大腸菌群≤90 MPN/g；霉菌≤50 CFU/g；致病菌（沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄酒菌）：不得檢出。

3 結(jié)論

正交試驗(yàn)優(yōu)選出糙米酵素發(fā)酵的最佳中試工藝，即每100 kg原料，接種量4%，發(fā)酵時(shí)間6 h，發(fā)酵溫度30 ℃。該最佳條件下，產(chǎn)品呈乳白色，氣味醇香，酸甜適口，組織狀態(tài)均勻，淀粉酶活力穩(wěn)定，平均值為442.2 U/g，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)合格。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明該工藝穩(wěn)定可行，為糙米酵素的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。糙米酵素是具有很強(qiáng)水溶性的粉末，既可以直接食用，又可以將它與其他食品配合食用。通過發(fā)酵工藝提高了糙米的功能特性，使糙米營養(yǎng)物質(zhì)微細(xì)化。今后可將糙米酵素作為食品基料及保健成分應(yīng)用到傳統(tǒng)食品生產(chǎn)中，也可用于開發(fā)新型富含糙米酵素的功能性食品。

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