◎ 陳 娟,冉軍艦
(1.中央儲備糧鄭州直屬庫有限公司,河南 鄭州 450000;2.河南科技學院 食品學院,河南 新鄉(xiāng) 453003)
隨著人們對食物要求的不斷變化,食品行業(yè)為適應消費者需求,各領域分布也要作出相應改變[1]。谷物,作為人們所熟知的養(yǎng)生之物,又重新回到了大眾的視野,谷物飲料也成為軟飲料行業(yè)發(fā)展的新方向[2]。在我國歷史上,有關谷物的飲食文化從未間斷,究其原因是谷物中含有人類成長中不可缺少的元素[3],同時表明,人們已經(jīng)適應谷物類食材所呈現(xiàn)出的營養(yǎng)價值,因此,開發(fā)研制新型谷物類產品有很大的社會意義。谷物飲料是通過一系列自動化工藝加工制得的產品,不僅在品質方面做到了讓消費者放心,更極大地降低了營養(yǎng)成分的流失,制作更加精細,適合各類人群食用[4-5]。谷物作為粗糧,富含膳食纖維,可增強人們的飽腹感[6]。
將益生菌運用于谷物飲料的制作中,可以提高腸胃動力,調節(jié)體內菌群分布,促進人體對有益物質的吸收[7]。益生菌發(fā)酵谷物飲料,提高了谷物的食用價值,同時延長了益生菌存活時間,使谷物食品打破了難長期儲藏的局面,增加了谷物的儲藏手段[8]。益生菌發(fā)酵谷物飲料采用多種乳酸菌按比例混合作為復合發(fā)酵劑,發(fā)酵經(jīng)過糖化處理后的多種谷物,再通過調節(jié)溫度等因素,進行工藝優(yōu)化,最終獲得消費者滿意的谷物飲品[9-10]。
本試驗以燕麥、糙米、黑米3中谷物為原料,利用嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌復合發(fā)酵劑發(fā)酵谷物,利用響應面試驗優(yōu)化工藝條件,以期得到狀態(tài)均勻、谷香濃郁、酸甜可口的發(fā)酵谷物飲料,為益生菌發(fā)酵飲料的研究奠定基礎。
谷物:燕麥、糙米、黑米;發(fā)酵劑:嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌4種乳酸菌構成;蒙牛袋裝牛奶;MRS培養(yǎng)基;M17培養(yǎng)基。
1.2.1 原料處理
取干凈燒杯1個,稱取原料各50 g,清洗干凈后晾干,研磨粉碎,量取8倍谷物體積的水,煮至沸騰,加入粉碎后的混合谷物,煮5 min,為避免焦糊,需不斷攪拌。結束后冷卻至65 ℃,用檸檬酸調節(jié)酸堿度為pH 6.2,加入0.8%的3 700 U·g-1中溫淀粉酶,谷物淀粉與碘液不發(fā)生顏色反應時,則表明液化結束,經(jīng)過沸水浴5 min使酶滅活后冷卻至65 ℃,Na2CO3調pH至4.2,在62 ℃條件下加入1%的500 U·g-1糖化酶,利用無水乙醇鑒定糖化是否反應完全。再次沸水浴使糖化酶失去活性,冷卻后經(jīng)過粗過濾獲得試驗樣品[11]。
1.2.2 菌種活化
從菌種庫中取出4種菌種,用稀釋涂布平板法將4種菌先進行初步的鑒定與篩選[12]。嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌用MRS固體培養(yǎng)基37 ℃培養(yǎng),嗜熱鏈球菌選用M17固體培養(yǎng)基在42 ℃下培養(yǎng),待培養(yǎng)基中可清楚看到有菌落生成后,觀察菌落的形態(tài)、大小、顏色等,初步判斷是否有雜菌進入,再通過鏡檢進一步判斷菌株是否被污染[13];確定無誤后,挑出單菌落在液體培養(yǎng)基中進一步活化,活化2次后,測定其生長曲線如圖1所示。
圖1 不同菌種生長曲線圖
1.2.3 發(fā)酵劑的制備
由于菌種無法在純谷物溶液中生長,因此將4種菌種馴化后以3%的比例均勻接種到處理好的樣品原液中,置于37 ℃培養(yǎng)12 h。
1.2.4 感官評分
根據(jù)相關評定標準,選10個評定人員(5位男生,5位女生),按照表1對產品3方面(色澤、氣味、狀態(tài))打分。
表1 復合漿料感官評價標準表
1.2.5 單因素試驗
(1)發(fā)酵溫度單因素試驗。固定發(fā)酵劑接種量3%和發(fā)酵時間11 h,依次按照33 ℃、36 ℃、39 ℃、42 ℃和45 ℃條件下進行試驗,對產品進行感官評定。
(2)發(fā)酵時間單因素試驗。固定發(fā)酵溫度39 ℃,發(fā)酵劑接種量3%,分別在發(fā)酵時間為時間7 h、9 h、11 h、13 h和15 h條件下進行試驗,對產品進行感官評定。
(3)發(fā)酵劑接種量單因素試驗。固定發(fā)酵時間11 h,發(fā)酵溫度39 ℃,分別在接種量1%、2%、3%、4%、和5%條件下進行試驗,對產品進行感官評定。
1.2.6 響應面試驗設計
在單因素試驗結果的基礎上,以發(fā)酵溫度(A)、發(fā)酵時間(B)、接種量(C)作為考察因素,以感官評定得分為試驗指標,利用Design-Expert 8.0軟件設計響應面試驗,優(yōu)化工藝條件。試驗因素水平如表2所示。
表2 響應面試驗因素水平表
2.1.1 發(fā)酵溫度對益生菌發(fā)酵谷物飲料的影響
該谷物產品發(fā)酵劑菌種豐富,溫度影響菌種生長以至于直接影響產品風味。由圖2可知,發(fā)酵溫度對谷物飲料感官評分影響存在顯著影響,當發(fā)酵溫度低于39 ℃時,感官評定得分呈上升趨勢,當發(fā)酵溫度到達39 ℃時達到峰值,在高于39 ℃條件下發(fā)酵的產品得分呈下降趨勢。
圖2 溫度對發(fā)酵谷物飲料感官評分的影響圖
2.1.2 發(fā)酵時間對益生菌發(fā)酵谷物飲料的影響
由圖3可知,感官評定得分隨時間的延長呈上升趨勢,當發(fā)酵時間大于11 h,感官評定得分呈持續(xù)下降趨勢,這是因為乳酸菌在發(fā)酵過程中使發(fā)酵液pH值下降,過度發(fā)酵會使谷物飲料酸度上升,影響產品口感。
圖3 發(fā)酵時間對發(fā)酵谷物飲料感官評分的影響圖
2.1.3 接種量對益生菌發(fā)酵谷物飲料的影響
由圖4可知,當接種量為3%時,產品感官評分處于最高點,當接種量低于或高于3%時,評分都呈下降趨勢,說明接種量過高或過低直接對產品風味帶來不利影響,接種量過少,菌種生長緩慢,發(fā)酵時間長;接種量過多,營養(yǎng)損耗快,酸度上升影響產品口感。
圖4 接種量對發(fā)酵谷物飲料感官評分的影響圖
利用Design Expert 8.0軟件,在單因素試驗基礎上,感官評分作為響應值優(yōu)化工藝條件,最后對最優(yōu)組合進行驗證試驗。
2.2.1 響應面設計
通過Design-Expert 8.0軟件分析,試驗設計方案及結果見表3,方差分析見表4。
表3 響應面試驗結果表
表4 響應面法方差分析表
通過軟件對3個變量(接種量、發(fā)酵溫度、時間)分析得到回歸方程:Y=-1 910.94+76.78A+56.93B+115.85C-0.42AB-1.17AC-2.00BC-0.87A2-1.59B2-8.35C2。
由表4可得,模型P值<0.000 1,表明影響顯著。失擬項影響不顯著,即無關因素影響不顯著。模型決定系數(shù)R2為0.984 1,即實際與預測相差不大,可以對益生菌發(fā)酵谷物飲料的最優(yōu)工藝條件進行分析預測。由分析可得,A、C、AB、AC、BC、A2、B2和C2影響顯著,其他項影響不顯著。由F得出,溫度對感官評分影響最大,接種量次之,時間最小。
2.2.2 響應面交互作用
(1)發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間的交互作用對感官評分的影響。當發(fā)酵溫度確定為某一值時,感官評分會受到發(fā)酵時間長短的影響,當達到一定時間后即下降。發(fā)酵時間確定,自變量為溫度時,溫度較低時感官評分逐漸升高,當溫度到達某一值繼續(xù)升高,感官評分反而越來越低,由此可知一定存在某一發(fā)酵時間和溫度下的產品評分是最優(yōu)值。根據(jù)圖5可得,發(fā)酵條件為37 ℃、11 h時有評分最優(yōu)值85分。
圖5 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間交互作用圖
(2)發(fā)酵溫度和接種量的交互作用對感官評分的影響。發(fā)酵時間一定,感官評分隨著發(fā)酵溫度的增加先增高后降低,同時隨著接種量的增加感官評分也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,根據(jù)圖6可知發(fā)酵溫度37 ℃、接種量3%,感官評分最優(yōu)值85分。
圖6 接種量和發(fā)酵溫度的交互作用圖
(3)接種量與發(fā)酵時間的交互作用對感官評定得分的影響。接種量一定,感官評分會在溫度升高至某值得到最高分,確定發(fā)酵溫度,感官評分會隨接種量增加出現(xiàn)峰值。由圖7可知,當條件為接種量3%,發(fā)酵11 h時有評分最優(yōu)值85分。
由響應面法分析可得益生菌發(fā)酵谷物產品的最佳條件:接種量3%、發(fā)酵時間11 h、發(fā)酵溫度39 ℃。由回歸方程得出此條件下發(fā)酵的產品感官評分84.84分,實際試驗得到的感官評分84.67分,理論與實際數(shù)值誤差0.2%,驗證試驗說明響應面法得到的最優(yōu)工藝條件可行。
圖7 接種量與發(fā)酵時間的交互作用圖
本研究利用酶制劑對燕麥、糙米、黑米混合谷物糖化后,利用嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌混合發(fā)酵,通過單因素試驗初步得到產品適宜的發(fā)酵條件,利用響應面設計對發(fā)酵時間、溫度和接種量進行優(yōu)化試驗,得到優(yōu)化工藝條件為:發(fā)酵溫度39 ℃、發(fā)酵時間11 h、接種量3%,此條件工藝穩(wěn)定,能制得狀態(tài)均勻、谷香濃郁、酸甜可口的發(fā)酵谷物飲料。