燕麥全谷微發(fā)酵飲品的研究

申瑞玲，李佳瑤，朱瑩瑩，董吉林

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

燕麥作為一種全價(jià)營養(yǎng)谷物，滿足了當(dāng)代居民對膳食“天然、綠色、健康”的更高追求[1]。有報(bào)道稱具有特殊組織結(jié)構(gòu)的皮層是谷物中難消化的成分，但卻富含膳食纖維、維生素、植酸和β-葡聚糖[2]，燕麥全谷正是如此。近年來，國內(nèi)外對燕麥的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能的研究日益增多，燕麥產(chǎn)品的開發(fā)隨之受到更多的關(guān)注[3-6]。國內(nèi)市場的燕麥產(chǎn)品以初加工食品為主，如燕麥粉、燕麥片、燕麥面條等，但燕麥的深加工產(chǎn)品研究較少，亟需增強(qiáng)對燕麥產(chǎn)品的開發(fā)，以此來提高燕麥的利用率[1，7]。有研究表明，酶解后進(jìn)行微發(fā)酵不僅能使燕麥中的營養(yǎng)成分得到充分的利用[2]，還可以增加燕麥的附加值。一方面，酶解可提高燕麥中的可溶性膳食纖維和游離酚的含量，降低燕麥溶解的稠度[8]。另一方面，在微發(fā)酵過程中通過菌種代謝產(chǎn)生新的活性物質(zhì)，如氨基酸、酶、維生素、酚類等，促進(jìn)燕麥抗氧化、調(diào)節(jié)腸道平衡、增強(qiáng)免疫等功能，除此以外還可產(chǎn)生豐富的風(fēng)味物質(zhì)[9]。

目前，微發(fā)酵是開發(fā)谷物產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)[10-12]，且乳酸菌在食品領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值極高[13]。由于單一菌種發(fā)酵的產(chǎn)品通常風(fēng)味較單一[14]，故采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌協(xié)同作用。李鳳林等[15]以玉米籽粒為主要原料制備澄清型玉米發(fā)酵飲料，通過試驗(yàn)確定出玉米水解液乳酸（德氏乳桿菌保加利亞種與嗜熱乳酸鏈球菌按1∶1混合）發(fā)酵最佳條件。謝小瑜[16]以黑米和紅棗為主要原料，通過乳酸菌（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌體積比3∶2）發(fā)酵制成含有活菌的發(fā)酵飲品。再者，穩(wěn)定劑的添加對飲品的穩(wěn)定性至關(guān)重要，且穩(wěn)定劑復(fù)合使用的效果更佳[17]。本試驗(yàn)在酶解后，添加適量穩(wěn)定劑調(diào)配，而后進(jìn)行微發(fā)酵工藝，得到了營養(yǎng)豐富、口感優(yōu)良的燕麥全谷微發(fā)酵飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粒：張家口萬綠田園燕麥?zhǔn)称酚邢薰?；高溫?淀粉酶（3 000 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（3 500 U/mL）、羥甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠（食品級）：上海源葉生物科技有限公司；保加利亞乳桿菌（CICC6032）、嗜熱鏈球菌（BZW23104）：南京便診生物科技有限公司；葡萄糖、苯酚、酒石酸鉀鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、無水乙醇（分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸（分析純）：上?？曝S實(shí)業(yè)有限公司；酚酞（分析純）：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TD5A-WS低速離心機(jī)：杭州三永德儀器儀表有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；FXB303-1電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海樹立儀器儀表有限公司；FJ200高速分散均質(zhì)機(jī)：上海索映儀器設(shè)備有限公司；TGL-16M臺式高速離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；JS-500雙目生物顯微鏡：北京京昊永成商貿(mào)有限公司；ORION 3STARpH計(jì)：廣州市博泰科技儀器有限公司；MN-2000自動(dòng)門尼黏度計(jì)：上海德杰儀器設(shè)備有限公司；YC7000離子色譜儀：青島埃侖通用科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 燕麥酶解液的制備

取燕麥全谷，粉碎過篩，加水使得料液比為1∶12（g/mL），磨漿；加 0.2%高溫 α-淀粉酶 90℃反應(yīng)60 min，使淀粉水解為糊精、麥芽糖以及低聚糖等；滅酶后，加0.25%葡萄糖淀粉酶60℃反應(yīng)5 h，使淀粉和麥芽糖等分解為葡萄糖；均質(zhì)后添加0.10%羥甲基纖維素鈉，0.04%海藻酸鈉，0.06%黃原膠。

1.3.3 發(fā)酵

將燕麥酶解液均質(zhì)后，115℃高壓滅菌15 min。滅菌后將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌以1∶1的體積比混合。以100 mL糖化處理后的燕麥酶解液為發(fā)酵基質(zhì)，接種量為3%，蔗糖添加量為9%，發(fā)酵溫度為37℃，發(fā)酵5 h。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 單因素試驗(yàn)

以沉淀率和感官評分為評價(jià)指標(biāo)，分別考察羥甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠的添加量對燕麥全谷微發(fā)酵飲品穩(wěn)定性和口感的影響。

以pH值和感官評分為評價(jià)指標(biāo)，分別考察乳酸菌接種量、蔗糖添加量、發(fā)酵時(shí)間對燕麥全谷微發(fā)酵飲品酸度和口感的影響。

1.4.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用L9（34）正交試驗(yàn)對工藝進(jìn)行研究，通過正交優(yōu)化工藝，以期獲得最佳的工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)因素水平分別見表1和表2。

表1 穩(wěn)定劑因素水平表Table 1 Stabilizer factor level table

表2 微發(fā)酵工藝因素水平表Table 2 Microfermentation process factor level table

1.5 感官評定

參照張雪等[18]的方法稍作修改：對發(fā)酵好的燕麥飲品進(jìn)行感官評定，由20名專業(yè)人員進(jìn)行品嘗，分別從產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)進(jìn)行打分，作出綜合感官評價(jià)，滿分100分，感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard

續(xù)表3 感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Continue table 3 Sensory evaluation standard

1.6 穩(wěn)定性評價(jià)

穩(wěn)定性評價(jià)用離心法測定，將飲品2 500 r/min離心20 min，棄上清液，稱取下面沉淀物質(zhì)量，從而計(jì)算沉淀率。

沉淀率/%=沉淀物質(zhì)量/燕麥全谷微發(fā)酵飲品質(zhì)量×100

1.7 pH值的測定

將發(fā)酵液2 500 r/min離心20 min后，取出上清液，使用pH計(jì)進(jìn)行測量。

1.8 飲品質(zhì)量指標(biāo)分析方法

乳酸菌活菌數(shù)，采用MRS培養(yǎng)基稀釋平板法；黏度采用黏度計(jì)進(jìn)行測定；糖含量采用離子色譜進(jìn)行測定；總酚含量采用福林酚法進(jìn)行測定。

1.9 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)分析，Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 穩(wěn)定劑的優(yōu)化

2.1.1 羥甲基纖維素鈉添加量的影響

羥甲基纖維素鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖1。

圖1 羥甲基纖維素鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.1 Effect of sodium hydroxymethyl cellulose addition on precipitation rate and sensory score

由圖1可知，隨著羥甲基纖維素鈉添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩(wěn)定效果越好[19]。結(jié)合圖1的感官評分，最佳添加量在0.10%左右。所以，選取0.08%、0.10%、0.12%為羥甲基纖維素鈉添加量的3個(gè)水平。

2.1.2 海藻酸鈉添加量的影響

海藻酸鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖2。

圖2 海藻酸鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.2 Effect of sodium alginate addition on precipitation rate and sensory score

由圖2可知，隨著海藻酸鈉添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩(wěn)定效果越好。結(jié)合圖2的感官評分，最佳添加量在0.04%左右。所以，選取0.03%、0.04%、0.05%為海藻酸鈉添加量的3個(gè)水平。

2.1.3 黃原膠添加量的影響

黃原膠添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖3。

圖3 黃原膠添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.3 Effect of xanthan gum addition on precipitation rate and sensory score

由圖3可知，隨著黃原膠添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩(wěn)定效果越好。結(jié)合圖3的感官評分，最佳添加量在0.04%左右。所以，選取0.02%、0.04%、0.06%為黃原膠添加量的3個(gè)水平。

2.1.4 正交試驗(yàn)

穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表4；并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表5。

表4 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 4 Analysis table of stabilizer orthogonal test results

表5 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)方差分析Table 5 Analysis of variance of stabilizer orthogonal test

由表4可知，穩(wěn)定劑的最佳因素組合為A2B2C3，即穩(wěn)定劑的最佳工藝為羥甲基纖維素鈉添加量0.10%，海藻酸鈉添加量0.04%，黃原膠添加量0.06%。由極差分析可知，穩(wěn)定劑的主次順序?yàn)榱u甲基纖維素鈉添加量>黃原膠添加量>海藻酸鈉添加量。由表5可知，海藻酸鈉添加量和黃原膠添加量的影響達(dá)到了顯著水平，而羥甲基纖維素鈉添加量達(dá)到了極顯著的水平。

2.2 微發(fā)酵工藝的優(yōu)化

2.2.1 乳酸菌接種量的影響

乳酸菌接種量對pH值和感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，隨著乳酸菌接種量的增加，發(fā)酵液的pH值在不斷地減小。這是由于隨著接種量的增加，發(fā)酵液中乳酸逐漸增多，導(dǎo)致pH值不斷下降。結(jié)合圖4的感官評分，最佳的接種量在3%左右。所以，選取2%、3%、4%為乳酸菌接種量的3個(gè)水平。

圖4 乳酸菌接種量對pH值和感官評分的影響Fig.4 Effect of inoculation amount of lactic acid bacteria on pH value and sensory score

2.2.2 蔗糖添加量的影響

蔗糖添加量對pH值和感官評分的影響見圖5。

圖5 蔗糖添加量對pH值和感官評分的影響Fig.5 Effect of added sucrose on pH value and sensory score

由圖5可知，隨著蔗糖添加量的增多，pH值逐漸減小，與唐思煜等[9]研究的變化趨勢一致。乳酸菌在發(fā)酵的過程中利用了蔗糖來產(chǎn)生乳酸[20]，當(dāng)蔗糖添加量達(dá)到8%時(shí)，利用量減小或不再利用。結(jié)合圖5的感官評分，適度甜味增加口感和風(fēng)味，最佳的蔗糖添加量在9%左右。所以，選取8%、9%、10%為蔗糖添加量的3個(gè)水平。

2.2.3 發(fā)酵時(shí)間的影響

發(fā)酵時(shí)間對pH值和感官評分的影響見圖6。

由圖6可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，發(fā)酵液的pH值不斷下降。結(jié)合圖6的感官評分，最佳的發(fā)酵時(shí)間在5 h左右。所以，選取4、5、6 h為發(fā)酵時(shí)間的3個(gè)水平。

2.2.4 正交試驗(yàn)

微發(fā)酵工藝正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表6；并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表7。

圖6 發(fā)酵時(shí)間對pH值和感官評分的影響Fig.6 Effect of fermentation time on pH value and sensory score

表6 微發(fā)酵工藝正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 6 Analysis of orthogonal test results of microfermentation process

表7 微發(fā)酵正交試驗(yàn)方差分析表Table 7 Analysis of variance of orthogonal test of microfermentation

由表6可知，微發(fā)酵工藝的最佳因素組合為A2B2C2。即微發(fā)酵的最佳工藝為乳酸菌接種量3%，蔗糖添加量9%，發(fā)酵時(shí)間5 h。由極差分析可知，對微發(fā)酵影響的主次順序?yàn)槿樗峋臃N量>發(fā)酵時(shí)間>蔗糖添加量。由表7可知，蔗糖添加量和發(fā)酵時(shí)間的影響達(dá)到了顯著水平，而乳酸菌接種量達(dá)到了極顯著的水平。

2.3 發(fā)酵前后有關(guān)物質(zhì)含量的變化

發(fā)酵前后有關(guān)物質(zhì)含量的變化見表8。

表8 物質(zhì)含量的變化Table 8 Changes in substance content

如表8所示，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵5 h后，活菌數(shù)明顯增加了100倍以上，這說明在此條件下乳酸菌生長良好。同時(shí)酚類在微發(fā)酵過程中有一定的提高，其抗氧化能力隨之增強(qiáng)。然而，黏度卻有明顯地降低，這可能是由于在發(fā)酵過程中燕麥中β-葡聚糖被微生物降解為小分子物質(zhì)，使高分子聚合物含量減少，從而交聯(lián)作用降低，黏度也相應(yīng)降低[21]。因?yàn)槿樗峋云咸烟牵ㄌ峁┨荚矗橹饕獱I養(yǎng)物質(zhì)，故利用較多，而對蔗糖的利用相對較少，剩余蔗糖可提供一定的甜味。

3 結(jié)論

本文研究了燕麥全谷粉生產(chǎn)益生菌飲料的最佳工藝。在酶解的基礎(chǔ)上，添加適量穩(wěn)定劑，以增加飲品的穩(wěn)定性，通過單因素試驗(yàn)結(jié)合正交試驗(yàn)得到穩(wěn)定劑的最佳工藝：羥甲基纖維素鈉添加量0.10%，海藻酸鈉添加量0.04%，黃原膠添加量0.06%。利用酶解產(chǎn)物葡萄糖和添加的蔗糖進(jìn)行乳酸菌（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌體積比1∶1）發(fā)酵，通過單因素試驗(yàn)結(jié)合正交試驗(yàn)得到最佳的發(fā)酵工藝：乳酸菌接種量3%，蔗糖添加量為9%，發(fā)酵時(shí)間為5 h。最終開發(fā)出一款富含活菌且抗氧化能力強(qiáng)的新型燕麥全谷微發(fā)酵飲品。