發(fā)酵米乳飲料米漿制備工藝條件優(yōu)化

鄒秀容，鄭征，朱建華

(韶關(guān)學(xué)院 英東食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān)，512005)

乳酸菌發(fā)酵米乳飲料是以大米為主要原料，輔以奶粉、蔗糖、果蔬汁等，接種乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵制備成營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的益生菌飲品。國內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)發(fā)酵米乳飲料的發(fā)酵工藝和營養(yǎng)特性進(jìn)行了研究。傅亮[1]、黃亮[2]、余穩(wěn)穩(wěn)[3]，鄒秀容[4]等對(duì)影響米乳發(fā)酵的各因素如菌種、料水比、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、輔料添加等因素進(jìn)行了研究并進(jìn)行工藝優(yōu)化。GHOSH K等[5-6]對(duì)印度傳統(tǒng)大米發(fā)酵飲料發(fā)酵過程中的菌落及營養(yǎng)素變化進(jìn)行研究,朱力杰[7]對(duì)乳酸菌在發(fā)芽糙米中的發(fā)酵特性進(jìn)行研究。SHORI[8]分別對(duì)乳飲料和非乳飲料中的基質(zhì)對(duì)益生菌貯藏期間的活性影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不同的基質(zhì)原料對(duì)貯藏期間的乳酸菌活菌數(shù)影響不同。RATHORE等[9]研究對(duì)比了原料組成對(duì)發(fā)酵參數(shù)的影響，結(jié)果顯示谷物原料基質(zhì)顯著影響谷物發(fā)酵飲料的功能和感官性質(zhì)。大米中的主要成分是淀粉，其含量因品種不同可達(dá)67.72%～73.48%[10]。而發(fā)酵米乳所用菌種乳酸菌主要以單糖和雙糖為碳源，不能直接利用淀粉。另外，當(dāng)?shù)矸凼軣岚l(fā)生糊化時(shí)會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的黏度大幅增加而抑制微生物的生長[11]。因此為了使乳酸菌能有效利用大米中的碳水化合物，制作米漿時(shí)可采用液化和糖化工藝，使大米中的淀粉經(jīng)淀粉酶水解成糊精和麥芽糖，再經(jīng)糖化酶糖化為葡萄糖，為乳酸菌生長提供快速利用碳源，促進(jìn)乳酸菌生長；另外，焙烤大米形成的米香有利于成品保有大米特殊香味。因此，米漿制備直接影響到乳酸菌發(fā)酵米乳飲料乳酸菌的生長和感官品質(zhì)。本文對(duì)米漿制備過程中的3個(gè)重要工序即：焙烤、液化和糖化進(jìn)行研究，探討焙烤時(shí)間和溫度對(duì)大米品質(zhì)的影響，時(shí)間、溫度和加酶量對(duì)液化和糖化工藝的影響，優(yōu)化出最佳工藝參數(shù)，為發(fā)酵米乳的研制提供優(yōu)質(zhì)的原料基質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

粳米，市售；耐高溫α-淀粉酶(40 000 U/g)，江蘇銳陽生物科技有限公司；糖化酶(100 000 U/mL)，江蘇銳陽生物科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸、NaOH、葡萄糖、丙三醇等試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

膠體磨(JM80-1A)，溫州市膠體磨廠；萬能粉碎機(jī)(DFY-500)，浙江溫嶺市林大機(jī)械有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱(101AB-2)，上海申光儀器儀表有限公司；恒溫水浴鍋(HH-S28S)，金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；手持折光儀(NDJ-1)，上海越平科學(xué)儀器有限公司；電子分析天平(BS210S)：北京賽多利斯天平有限公司；電子天平(T500)，常熟雙杰測試儀器廠；分光光度計(jì)(721G)，上海精科儀器公司。

1.3 米漿制備工藝流程

大米烘焙→粉碎→稱量(1∶9的料水比)→30 ℃浸泡2 h→膠體磨磨漿3 min→70 ℃水浴下糊化30 min→耐高溫α-淀粉酶液化→糖化酶糖化→煮沸5 min滅酶→過濾→米漿

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 大米焙烤條件的優(yōu)化

取100.0 g大米原料置于不銹鋼托盤中分散均勻,再把托盤放置于鼓風(fēng)干燥箱中。焙烤溫度設(shè)定為 140、160、170、180、200 ℃，分別烘烤5、10、15、20、25 min進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)烘烤后的米粒進(jìn)行感官評(píng)定，確定最佳烘焙時(shí)間和溫度。

1.4.2 米漿液化工藝條件的優(yōu)化

(1)液化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響: 固定液化時(shí)間80 min，加酶量10 U/g米粉，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別在75、80、85、90、95 ℃條件下液化，測定DE值和可溶性固形物含量(soluble solid content，TSS)，比較液化溫度對(duì)酶解效果的影響。

(2)液化時(shí)間對(duì)米漿酶解效果的影響: 固定液化溫度85 ℃，加酶量10 U/g米粉，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別液化20、40、60、80、100、120、140、160 min，測定DE值和TSS，比較液化時(shí)間對(duì)酶解效果的影響。

(3)液化加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響: 固定液化溫度85 ℃，時(shí)間80 min，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別添加5、10、15、20、25、30、35 U/g米粉的耐高溫α-淀粉酶，測定DE值和TSS，比較加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響。

(4)米漿液化正交試驗(yàn)：根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以液化溫度、液化時(shí)間、加酶量為因素，采用L9(33)正交試驗(yàn)，確定最佳的液化工藝條件。

1.4.3 米漿糖化工藝條件的優(yōu)化

(1)糖化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響: 固定糖化時(shí)間3 h、加酶量200 U/g米粉, pH值4.2。取液化后的米漿分別在50、55、60、65、70℃條件下糖化，測定DE值和TSS，比較糖化溫度對(duì)酶解效果的影響。

(2)固定糖化溫度65 ℃、加酶量200 U/g米粉, pH值4.2。取液化后的米漿分別糖化1、3、5、7、9 h，測定DE值和TSS，比較糖化時(shí)間對(duì)酶解效果的影響。

(3)糖化加酶量米漿酶解效果的影響: 固定糖化時(shí)間7 h、溫度65 ℃, pH值4.2。取液化后的米漿進(jìn)行糖化，加酶量分別為100、150、200、250、300、350 U/g米粉，測定DE值和TSS，比較加酶量對(duì)酶解效果的影響。

(4)米漿糖化正交試驗(yàn)：根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以糖化溫度、糖化時(shí)間、加酶量為因素，采用L9(33)正交試驗(yàn)，確定最佳的糖化工藝條件。

1.5 指標(biāo)測定

1.5.1 大米焙烤感官評(píng)分

大米經(jīng)過焙烤后發(fā)生褐變產(chǎn)生的香味可以賦予發(fā)酵米乳特別的米香味，焙烤形成的色澤亦對(duì)成品的色澤有影響，以顏色和香味為評(píng)分項(xiàng)目制定大米焙烤感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。由6名有食品專業(yè)背景的學(xué)生組成評(píng)分小組，根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焙烤大米的色澤和氣味進(jìn)行評(píng)分，取平均分作為最終評(píng)分。

表1 大米焙烤感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5.2 DE值的測定[12]

工業(yè)上用DE值(也稱葡萄糖值)表示淀粉的水解水平或糖化程度。糖化液中還原性糖全部當(dāng)作葡萄糖計(jì)算，占干物質(zhì)的百分比稱為DE值。計(jì)算公式為：

(1)

還原糖含量的測定：3, 5-二硝基水楊酸(DNS試劑)比色法[13]。

大米總固形物的測定采用105 ℃恒重法[14]。本試驗(yàn)所測大米總固形物含量為87.50%。

1.5.3 可溶性固形物含量的測定

使用手持式折光儀來測定米漿樣品中的總可溶性固形物含量[15]。

2 分析與討論

2.1 大米烘焙時(shí)間和溫度的確定

大米經(jīng)烘焙后能夠產(chǎn)生宜人的風(fēng)味和色澤，這主要是由于大米中各種成分發(fā)生焦糖化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)和降解反應(yīng)產(chǎn)物所致。大米經(jīng)高溫烘焙，色澤隨處理溫度和時(shí)間的增加而逐漸加深，并伴隨著不同程度的炒米香味。在本實(shí)驗(yàn)中，大米外形均無明顯變化；米粒兩頭由于比較薄而很快變色，但對(duì)大米粉碎成米粉并無影響。焙烤溫度和時(shí)間對(duì)大米感官評(píng)分的影響如圖1所示。140 ℃焙烤時(shí)，大米顏色隨時(shí)間變化不大，呈原有色澤，米香很淡。160 ℃烘烤時(shí)，隨著時(shí)間的延長，大米顏色逐漸加深，但仍為淡黃色，且米香較淡。當(dāng)溫度提高到170 ℃時(shí)，大米顏色逐漸變成金黃色，米香味越來越濃郁，烘烤25 min的大米感官評(píng)分達(dá)9分。當(dāng)溫度提高到180℃時(shí)，大米能在短時(shí)間內(nèi)具有炒米香，顏色呈現(xiàn)金黃色，烘烤15 min時(shí)，感官評(píng)分達(dá)最高分11分。隨時(shí)間的延長，感官評(píng)分降低，當(dāng)烘烤25 min時(shí)，大米變焦黃色，且米香變淡，感官評(píng)分為2分。焙烤溫度為200 ℃時(shí)，大米在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)變焦，隨著時(shí)間延長，逐漸變?yōu)楹稚?，并出現(xiàn)焦味，感官評(píng)分由8分降至-1分。綜上所述，大米在180 ℃烘烤15 min的條件下獲得最佳的色澤和香味。

圖1 焙烤溫度和時(shí)間對(duì)大米感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of baking temperature and time on sensory score of rice

2.2 米漿液化最佳工藝條件的確定

2.2.1 液化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響

液化溫度對(duì)DE值和TSS的影響如圖2所示。耐高溫α-淀粉酶使糊化淀粉水解生成糊精、低聚糖、麥芽糖和少量葡萄糖，黏度迅速下降。DE值反映淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原糖的轉(zhuǎn)化率的高低。隨著液化溫度的升高，DE值和TSS呈上升趨勢，當(dāng)溫度達(dá)85 ℃時(shí)均達(dá)到最大值，分別為37.61%和7.2%，隨后隨著溫度的升高而下降。酶水解作用受溫度的影響，在最適溫度時(shí)，酶的水解能力最強(qiáng)。溫度低于最適溫度時(shí)，隨著溫度的增加，酶的水解作用增強(qiáng)，溫度高于最適溫度時(shí)，酶的活性受到鈍化，水解能力下降。因此，耐高溫α-淀粉酶的最適作用溫度為85 ℃。

圖2 液化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.2 Effect of liquefaction temperature on enzymolysis of rice slurry

2.2.2 液化時(shí)間對(duì)米漿酶解效果的影響

液化時(shí)間對(duì)DE值和TSS的影響如圖3所示。隨著液化時(shí)間的延長，耐高溫α-淀粉酶與米漿中的淀粉充分反應(yīng)，米漿的DE值、TSS呈快速的上升趨勢；在 120 min時(shí)，DE值達(dá)到最大值42.19%，TSS為8.0%。接著隨著時(shí)間的延長，DE值小幅下降。TSS的變化趨勢與DE值大致相同，呈先升高后下降趨勢。因此，耐高溫α-淀粉酶的最適作用時(shí)間為120 min。

圖3 液化時(shí)間對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.3 Effect of liquefaction time on enzymolysis of rice slurry

2.2.3 耐高溫α-淀粉酶加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響

耐高溫α-淀粉酶加酶量對(duì)DE值和TSS的影響如圖4所示。隨著酶的增加，DE值和TSS呈快速上升趨勢，加酶量達(dá)到25 U/g米粉時(shí)，DE值和TSS達(dá)到最大值，其值分別為48.87%，8.0%，隨著酶量的增加，DE值和TSS含量變化不大，說明酶量達(dá)到一定值時(shí)，催化效果達(dá)到飽和，酶量進(jìn)一步增加對(duì)液化效果的影響并不大。耐高溫α-淀粉酶的添加量為25 U/g米粉有較好的液化效果。

圖4 耐高溫α-淀粉酶加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.4 Effect of thermostable α-amylase enzyme dosage on enzymolysis of rice slurry

2.2.4 米漿液化正交試驗(yàn)結(jié)果

米漿液化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。以DE值為指標(biāo)，影響米漿液化的因素從主到次順序?yàn)锽(液化溫度)、A(液化時(shí)間)、C(加酶量)。最優(yōu)配方為A3B1C3，即各因素優(yōu)水平為液化時(shí)間140 min，液化溫度80 ℃，加酶量30 U/g。

表2 米漿液化參數(shù) L9(33)正交設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.3 米漿糖化最佳工藝條件的確定

2.3.1 糖化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響

將經(jīng)液化的米漿進(jìn)行糖化的作用是進(jìn)一步把糊精、麥芽糖轉(zhuǎn)化為乳酸菌可直接利用的葡萄糖，增加米漿甜度。糖化溫度對(duì)DE值和TSS的影響如圖5所示。米漿的DE值、TSS隨著糖化溫度的升高均呈上升趨勢，溫度65 ℃時(shí)達(dá)到最大值，接著隨溫度的升高呈下降趨勢。因此，糖化酶的最適溫度為65 ℃。

圖5 糖化溫度對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.5 Effect of saccharification temperature on enzymolysis of rice slurry

2.3.2 糖化時(shí)間對(duì)米漿酶解效果的影響

糖化時(shí)間對(duì)DE值和TSS的影響如圖6所示。隨著糖化時(shí)間的增加，糊精被水解成更小的分子，直至葡萄糖，米漿的DE值、TSS均呈上升趨勢。但高濃度葡萄糖發(fā)生的聚合反應(yīng)會(huì)隨著糖化時(shí)間的延長而使DE值慢慢下降。DE值、TSS在7 h達(dá)最大值，其值分別為93.51%、9.0%。因此，糖化時(shí)間5 h～7 h有較好的效果。

圖6 糖化時(shí)間對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.6 Effect of saccharification time on enzymolysis of rice slurry

2.3.3 糖化酶加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響

加酶量對(duì)DE值和TSS的影響如圖7所示。米漿的DE值、TSS隨著加酶量的增加均呈上升趨勢，加酶量達(dá)250 U/g原料時(shí)達(dá)到最大值，分別為98.68%、8.3%。接著隨加酶量的增加，DE值和TSS呈小幅下降趨勢。因此，加酶量200～300 U/g有較好的糖化效果。

圖7 糖化酶加酶量對(duì)米漿酶解效果的影響Fig.7 Effect of glucoamylase dosage on enzymolysis of rice slurry

2.3.4 米漿糖化正交試驗(yàn)結(jié)果

米漿糖化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3所示。以DE值為指標(biāo)，影響米漿糖化的因素從主到次順序?yàn)锽(糖化溫度)、A(糖化時(shí)間)、C(加酶量)。最優(yōu)配方為A1B1C3，即各因素優(yōu)水平為糖化時(shí)間6 h，糖化溫度60 ℃，加酶量300 U/g。但這一組合在上述的9組試驗(yàn)中未出現(xiàn)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到DE值為99.86%，TSS為9.4%。

表3 米漿糖化參數(shù) L9(33)DE值正交設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

大米在180 ℃的溫度下烘烤15 min后，能在短時(shí)間內(nèi)具有濃郁炒米香味，大米外觀變成金黃色，此條件下的大米經(jīng)粉碎后制得的米漿具有淡淡的米香味。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定米漿最佳的酶解工藝條件為：耐高溫α-淀粉酶加酶量為30 U/g米粉，80 ℃條件下液化140 min，經(jīng)液化后的米漿添加300 U/g米粉的糖化酶，60 ℃條件下糖化6 h，此條件下制得的米漿DE值為99.86%，TSS為9.4%。即米漿制備工藝流程為：大米180 ℃烘烤15 min→粉碎→30 ℃恒溫水浴浸泡2 h→膠體磨磨漿3 min→70 ℃水浴下糊化30 min→80 ℃、耐高溫α-淀粉酶加酶量30 U/g米粉液化140 min→60 ℃、糖化酶加酶量為300 U/g原料糖化6 h→過濾→米漿。

本研究對(duì)米漿的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)乳酸菌發(fā)酵的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但采用DE值和TSS指標(biāo)考察米漿酶解效果，指標(biāo)單一，后續(xù)將進(jìn)一步研究酶解對(duì)乳酸菌的生長及發(fā)酵乳的感官和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。

[1] 傅亮，王麗麗，田利春. 發(fā)酵型營養(yǎng)米乳的研制[J]. 食品與機(jī)械，2006，22(5)：103-105.

[2] 黃亮，林親錄，王在亮，等. 發(fā)酵型功能早秈米乳飲料的制備[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2009，24(7)：116-119.

[3] 余穩(wěn)穩(wěn)，吳暉，郭亞鵬，等. 乳酸菌種混合發(fā)酵研制大米飲料的工藝研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2012，28(1)：69-73.

[4] 鄒秀容，朱建華，周敏玲. 姜汁發(fā)酵米乳飲料的研制[J]. 食品研究與開發(fā)，2016，37(20)：76-80.

[5] GHOSH K, RAY M, ADAK A, et al. Microbial, saccharifying and antioxidant properties of an Indian rice based fermented beverage [J]. Food Chemistry, 2015, 168(2):196-202.

[6] GHOSH K, RAY M, ADAK A, et al. Role of probiotic lactobacillus fermentum KKL1 in the preparation of a rice based fermented beverage [J]. Bioresource technology, 2015, 188(7):161-168.

[7] 朱力杰，陳寧，陳妍婕，等. 復(fù)合乳酸菌在發(fā)芽糙米乳中的發(fā)酵特性[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(08): 80-85.

[8] SHORI A B. Influence of food matrix on the viability of probiotic bacteria: A review based on dairy and non-dairy beverages[J]. Food Bioscience, 2015, 13: 1-8.

[9] RATHORE S, SALMERON I, PANDIELLA S S. Production of potentially probiotic beverages using single and mixed cereal substrates fermented with lactic acid bacteria cultures[J]. Food Microbiology, 2012, 30(1): 39-44.

[10] DEVINDRA S, LONGVAH T. Analysis of digestible carbohydrates in different varieties of basmati rice and other popular cereal samples by using HPLC-RI[J]. World Journal of Dairy & Food Sciences, 2011, 14 (22): 6 457-6 469.

[11] NARANONG N, POOCHAROEN D. Production of L-lactic acid from raw cassava starch byRhizopusoryzaeNRRL 395[J]. Kasetsart Journal(Natural Sciences)， 2001,35(2):164-170.

[12] 涂清榮. 米乳飲料的制備及其穩(wěn)定性的研究[D]. 無錫：江南大學(xué), 2005.

[13] 趙凱,許鵬舉,谷廣燁. 3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量的研究[J]. 食品科學(xué),2008, 29(08):534-536.

[14] 趙希雷. 谷物水分測定方法比較與分析[D].鄭州：河南工業(yè)大學(xué), 2015.

[15] 彭姍姍. 食品分析檢測及其實(shí)訓(xùn)教程[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社, 2011: 64.