韓 楊,蘭 彪,孫廣仁*
(北華大學(xué) 林學(xué)院,吉林 吉林 132013)
水稻又稱稻,為一年生禾本科稻屬植物,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,種植地廣泛,是五谷之首,人們食用最多谷物之一[1],也是人類飲食中主要淀粉質(zhì)食品之一[2]。現(xiàn)有研究表明,稻米富含70%~80%淀粉,并含約8%蛋白質(zhì)和約2%脂肪,含硫胺、煙酸、核黃素、鐵和鈣[3]?!吨腥A人民共和國藥典2010版》正式把稻芽和谷芽區(qū)分,定義為本品為禾本科的植物稻的成熟果實(shí)通過發(fā)芽和干燥后的炮制加工品,將稻谷用水浸泡后,保持適合的溫濕度,待須根長(zhǎng)至約10 mm時(shí),干燥得到稻芽[4]。作為中藥材,稻芽具有強(qiáng)健脾胃的功效,可以單用,更多和麥芽、陳皮等一起使用[5]。隨著人們對(duì)健康意識(shí)的提高,稻谷發(fā)芽產(chǎn)品,除用作主食之外,還被開發(fā)加工成多系列食品,如發(fā)芽糙米糕、糙米芽醬汁、發(fā)芽糙米藥膳等[6]。
稻芽含有蛋白質(zhì)、脂肪油、腺嘌呤、膽堿以及多種糖類物質(zhì)和氨基酸[7]。稻谷在發(fā)芽的過程中,米體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生了變化,休眠的酶活力被激活大大釋放出來[8],大分子物質(zhì)開始轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)如蛋白質(zhì)開始降解為氨基酸及多肽,淀粉開始轉(zhuǎn)化為可溶性多糖、還原糖等,維生素、礦物質(zhì)也大大增加[9];吳鳳鳳[10]研究發(fā)現(xiàn),隨著發(fā)芽糙米時(shí)間的延長(zhǎng),其體外抗氧化活性及免疫功能明顯提高;劉雅晴等[11]研究表明,稻谷在發(fā)芽時(shí)隨著時(shí)間增長(zhǎng),其體外抗氧化活性逐漸增強(qiáng);胡玲玲等[12]研究發(fā)現(xiàn),發(fā)芽糙米蛋白具有一定的抗氧化活性。
西方國家對(duì)稻芽產(chǎn)品研究已經(jīng)開展了幾十年,有力地促進(jìn)了工業(yè)化生產(chǎn)[13]。但是,在我國無論是在市場(chǎng)上還是在網(wǎng)絡(luò)媒體中,很少報(bào)道焦香稻芽發(fā)酵飲料的工藝研究。因此,本研究以稻芽為原料,經(jīng)過發(fā)芽、焙烤、復(fù)配、糖化、利用自制發(fā)酵劑發(fā)酵等工藝,研制出一款具有特殊香氣和口感適宜的焦香稻芽發(fā)酵飲料。并采用單因素及響應(yīng)面試驗(yàn),優(yōu)化焦香稻芽發(fā)酵飲料工藝條件,并對(duì)其理化指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),旨在增加稻芽飲料新品種,為稻芽的加工提供新方法,也為谷物發(fā)酵飲料的產(chǎn)品創(chuàng)新等方面的研究提供理論參考。
水稻(品種由吉林市昌邑區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心陳俸鑒定為“小町”)、基礎(chǔ)麥芽(4-7EBC,原產(chǎn)地為澳洲):市售;自制發(fā)酵劑(庫德畢赤酵母∶東方伊薩酵母∶20菌型川秀乳酸發(fā)酵劑=1∶1∶0.15):北華大學(xué)食品開發(fā)與檢測(cè)研究院提供。
BSD-100振蕩培養(yǎng)箱:上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;SAINMATE SEC 3Y三層六盤商用電烤箱:廣州粵盟廚具有限公司;BPG-9240A電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;2WAJ阿貝折光儀:上海精科實(shí)業(yè)有限公司;JYL-CO2OE破壁機(jī):九陽股份有限公司;37 L厭氧發(fā)酵罐:齊河縣浩德設(shè)備有限公司。
1.3.1 焦香稻芽發(fā)酵飲料工藝流程及操作要點(diǎn)[14-17]
復(fù)配稻芽粉碎→蛋白休止→糖化→煮沸→懸沉→原汁(上清液)→發(fā)酵→焦香稻芽飲料
①復(fù)配稻芽的制備:稱取水稻發(fā)芽后的綠稻芽3.0 kg裝盤平鋪厚度1.5 cm,用濕紗布包裹,設(shè)置電熱鼓風(fēng)干燥箱的溫度:一階段為60 ℃、時(shí)間為12 h,二階段為70 ℃、時(shí)間為6 h,得到基礎(chǔ)稻芽;稱取2.0 kg基礎(chǔ)稻芽經(jīng)過升溫,在112 ℃條件下保溫4 h,焙烤成淺色焦香稻芽;稱取1.0 kg淺色焦香稻芽快速升溫至135 ℃,此溫度條件下焙烤2 h成深色焦香稻芽。設(shè)定底物原料復(fù)配配比為基礎(chǔ)稻芽55%、淺色焦香稻芽20%、深色焦香稻芽15%,并添加10%基礎(chǔ)麥芽。用破壁機(jī)將底物原料破碎,要求破而不碎,同時(shí)借鑒啤酒加工工藝,確定料液比為1∶5(g∶mL);
②蛋白休止:設(shè)定蛋白水解時(shí)間為50 min、水解溫度55 ℃;
③糖化:設(shè)定糖化工藝為69 ℃水浴60 min;
④煮沸:將糖化后所得醪液加熱至沸騰保溫60 min,停止加熱,冷卻至室溫;
⑤懸沉:采用懸沉沉降法過濾糖化液,懸沉30 min,取上層清液;
⑥發(fā)酵:在37 L厭氧發(fā)酵罐中,接種一定量的自制發(fā)酵劑,通入純氧,待發(fā)酵罐壓力表升至0.005 kPa,停止輸氧,通入二氧化碳,待發(fā)酵罐壓力表升至0.020 kPa停止輸送二氧化碳,封閉發(fā)酵罐,進(jìn)行恒溫(18 ℃)靜置發(fā)酵18 h,得到焦香稻芽發(fā)酵飲料。
1.3.2 焦香稻芽發(fā)酵飲料發(fā)酵工藝優(yōu)化
焦香稻芽發(fā)酵飲料工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn):分別設(shè)定發(fā)酵溫度為16 ℃、20 ℃、24 ℃、28 ℃、32 ℃,發(fā)酵時(shí)間為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h,發(fā)酵劑接種量為2%、4%、6%、8%、10%,進(jìn)行單因素試驗(yàn),考察不同因素對(duì)發(fā)酵效果的影響。以發(fā)酵后焦香稻芽飲料的感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)確定最佳工藝。
響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化焦香稻芽發(fā)酵飲料發(fā)酵工藝[18-22]:在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以發(fā)酵溫度(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)和發(fā)酵劑接種量(C)3個(gè)因素為自變量,以產(chǎn)品感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值,采用Design-Expert V.8.0.5進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)酵工藝,響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1。
表1 焦香稻芽發(fā)酵飲料發(fā)酵條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for fermentation conditions optimization of burnt rice sprouts fermented beverage
1.3.3 測(cè)定方法
總酸(以乳酸計(jì)):按照GB 5009.239—2016《食品酸度的測(cè)定》測(cè)定;固形物含量:以阿貝折光儀測(cè)定;蛋白質(zhì):按照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定;還原糖:斐林試劑法;氨基酸態(tài)氮:按照GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態(tài)氮的測(cè)定》測(cè)定;產(chǎn)氣量:按照GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》測(cè)定。
細(xì)菌總數(shù):稀釋平皿計(jì)數(shù)法;大腸菌群:按照GB4789.3—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》測(cè)定;乳酸菌活菌數(shù):按照GB 4789.35—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》測(cè)定;酵母菌數(shù):按照GB 4789.15—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)霉菌和酵母計(jì)數(shù)》測(cè)定;致病菌:按照GB 4789.4—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門氏菌檢驗(yàn)》測(cè)定。
感官評(píng)價(jià):經(jīng)過感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)的人員10人對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料進(jìn)行打分,滿分為100分。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2 焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of fermented beverage with burnt rice sprouts
續(xù)表
2.1.1 發(fā)酵溫度對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響
由圖1可知,隨著發(fā)酵溫度的升高,焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),在發(fā)酵溫度為24℃時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最高為96.5分??赡苁且?yàn)榘l(fā)酵劑的活性受到影響,在發(fā)酵溫度過低或過高時(shí),酶活性都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),發(fā)酵劑的活性也隨之下降,發(fā)酵效果不好,口感一般。發(fā)酵溫度為24 ℃,飲料的口感和味道最好。因此,選擇發(fā)酵溫度為24 ℃。
圖1 發(fā)酵溫度對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts
2.1.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響
由圖2可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),在發(fā)酵時(shí)間為18 h條件下,感官評(píng)分達(dá)到最高為97分。由于前期發(fā)酵時(shí)間較短,發(fā)酵劑發(fā)酵不充分,酸味不足,口感清淡;發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng),產(chǎn)酸過多,口感不協(xié)調(diào);而發(fā)酵時(shí)間在18 h時(shí),酸味適中,口感好,發(fā)酵效果最好。因此,選擇發(fā)酵時(shí)間為18 h。
圖2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of fermentation time on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts
2.1.3 接種量對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響
由圖3可知,隨著發(fā)酵劑接種量的增加,焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),接種量為4%時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最高為95分。接種量較少時(shí)發(fā)酵不充分,組織狀態(tài)不穩(wěn)定,味道稍差;接種量過多時(shí),酸的生成量過多,味道不協(xié)調(diào)。接種量為4%時(shí),發(fā)酵適宜,酸度適度,飲料的口感和味道最好。因此,選擇發(fā)酵劑接種量為4%。
圖3 接種量對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of inoculum on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以發(fā)酵溫度(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)及發(fā)酵劑接種量(C)為自變量,感官評(píng)分(Y)為因變量進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),結(jié)果與分析見表3,方差分析見表4。
表3 焦香稻芽發(fā)酵飲料發(fā)酵條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for fermentation conditions optimization of fermented beverage with burnt rice sprouts
表4 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology
利用軟件Design-Expert.V.8.0.5對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合,獲得發(fā)酵時(shí)間(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵劑接種量(C)對(duì)感官評(píng)分(Y)影響的多元回歸方程為:Y=95.960-2.212A-1.575B-2.787C-20.268A2-3.942B2-23.768C2+5.150AB-8.275AC+1.850BC
由表4可知,模型極顯著(P=0.000<0.01),失擬項(xiàng)不顯著(P=0.113>0.05)?;貧w模型的決定系數(shù)R2=0.997 3,說明該模型能夠很好地描述試驗(yàn)結(jié)果。變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)為89%,說明模型的準(zhǔn)確度及可靠性較高[23-24]。從表4中P值和回歸方程中各因素的一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值大小可知,影響焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)因素主次順序?yàn)榘l(fā)酵劑接種量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時(shí)間[25]。一次項(xiàng)A、C,二次項(xiàng)A2、B2、C2和交互項(xiàng)AB、AC對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01),一次項(xiàng)B和交互項(xiàng)BC對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)。
利用Design-Expert.V.8.0.5軟件對(duì)影響焦香稻芽發(fā)酵飲料的3個(gè)因素進(jìn)行交互分析,結(jié)果見圖4。
由圖4可知,發(fā)酵時(shí)間(A)與發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時(shí)間(A)與發(fā)酵劑接種量(C)、發(fā)酵溫度(B)與發(fā)酵劑接種量(C)與對(duì)飲料的感官評(píng)分(Y)影響均達(dá)到顯著水平(P<0.05),與方差分析結(jié)果一致。
圖4 發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度和發(fā)酵劑添加量交互作用對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分影響的等高線及響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between fermentation time,temperature and starter addition on sensory score of fermented beverage with burnt rice sprouts
借助回歸模型的數(shù)學(xué)分析結(jié)果得到焦香稻芽發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵條件為發(fā)酵時(shí)間17.5 h、發(fā)酵溫度23.5 ℃、發(fā)酵劑接種量3.9%,在此條件下,焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分理論值為94.7分。為了便于實(shí)際操作,修改發(fā)酵條件為發(fā)酵時(shí)間18 h、發(fā)酵溫度24 ℃、發(fā)酵劑接種量4%,此條件下焦香稻芽發(fā)酵飲料的感官評(píng)分實(shí)際值為95.0分,與預(yù)測(cè)理論值差別不大,說明該模型可以較好地模擬和預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。
2.3.1 理化指標(biāo)
對(duì)焦香稻芽發(fā)酵飲料的基本理化指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)果見表5。
表5 焦香稻芽發(fā)酵飲料的理化指標(biāo)分析結(jié)果Table 5 Analysis results of physical and chemical indexes of fermentation beverage with burnt rice sprouts
由表5可知,焦香稻芽發(fā)酵飲料的蛋白質(zhì)含量為2.42%,這是由于稻芽中的蛋白只有部分能溶于水中。氨基酸態(tài)氮含量為732 mg/100 mL,說明焦香稻芽在焙烤后美拉德反應(yīng)釋放更多的風(fēng)味物質(zhì),使飲料有特殊的焦香味。
2.3.2 微生物指標(biāo)
經(jīng)測(cè)定,焦香稻芽發(fā)酵飲料的乳酸菌活菌為(5.04±0.22)×107CFU/mL,酵母菌為(3.25±0.41)×107CFU/mL,細(xì)菌總數(shù)<1 000 CFU/mL,大腸菌群<10 CFU/mL,未檢出致病菌。
2.3.3 感官指標(biāo)
焦香稻芽發(fā)酵飲料感官評(píng)分達(dá)95分,產(chǎn)品清澈透明的黃棕色、稻芽焦香香氣濃郁、口味柔和協(xié)調(diào),飲料風(fēng)味飽滿突出。
經(jīng)單因素及響應(yīng)面試驗(yàn)確定焦香稻芽發(fā)酵飲料的最優(yōu)發(fā)酵條件為發(fā)酵時(shí)間18 h、發(fā)酵溫度24 ℃、發(fā)酵劑接種量4%,此條件下飲料的總酸含量為1.98 mL/100 mL,還原糖含量為8.25%,可溶性固形物含量為1.30%,蛋白質(zhì)含量為2.42%,氨基酸態(tài)氮含量為732 mg/100 mL,產(chǎn)氣量為0.46%,感官評(píng)分為95.0分。焦香稻芽發(fā)酵飲料色澤透亮、顏色偏深、無懸浮物,口感清爽醇厚、味道均衡,具有獨(dú)特的焦香風(fēng)味、無異味。