焦香稻芽發(fā)酵飲料的研制及分析

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。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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。

1.2 儀器與設(shè)備

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 試驗(yàn)方法

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 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

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

2.2 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

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 焦香稻芽發(fā)酵飲料品質(zhì)分析

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。

3 結(jié)論

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。