乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料的研制

游新俠，王 莉，孔欣欣

（鄭州科技學院 食品科學與工程學院，鄭州 450064）

0 前言

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是一種能利用可發(fā)酵碳水化合物產生大量乳酸的革蘭氏陽性細菌的統(tǒng)稱［1］；是人體腸道中一種非常重要的生理菌群，具有維持人體微生態(tài)平衡的功能，與人體健康密不可分［2］；可以分解食物中的蛋白質、糖類和維生素，對脂肪的代謝也有非常重要的作用。在乳酸菌乳酸蛋白酶的作用下，蛋白質可以分解為小分子的肽和氨基酸，從而提高食物的消化和利用，可以促進胃腸對營養(yǎng)物質的吸收，也有一定改善免疫力的功效。因其豐富的保健功能和獨特的風味，所以被廣泛應用于各類食品的加工，主要應用于乳制品、果蔬和酒類等食品發(fā)酵中［3］。

目前常見的谷物加工食品有八寶粥、谷物飲料、谷物膨化食品和焙烤食品，而有關谷物發(fā)酵類的食品較少。本文主要研究以營養(yǎng)豐富的五谷為原料，研磨成漿后經乳酸菌發(fā)酵的五谷復合飲料。該飲料不僅便于保藏，風味獨特，而且營養(yǎng)豐富，更有利于消化吸收［4］，也是研發(fā)葉酸強化食品的新方向［5］。五谷主要選擇燕麥、大豆、花生和糯米等。燕麥富含蛋白質、鈣質、膳食纖維及人體必需的8種氨基酸，具有降低血糖和膽固醇的功效，多食燕麥可以提高新陳代謝，改善血液循環(huán)，美容減肥。大豆富含蛋白質、膳食纖維、異黃酮和亞油酸等［6］?；ㄉ坏胸S富的蛋白質、脂肪和膳食纖維，還含有多種微量元素［7］。糯米補中益氣、健脾止瀉。

1 材料和方法

1.1 材料

燕麥、大豆、花生、糯米、白砂糖：鄭州市中原區(qū)中原萬達沃爾瑪超市；乳酸菌菌種（嗜熱鏈球菌：保加利亞乳桿菌=1：1）：佰生優(yōu)食品旗艦店；檸檬酸（食品級）：濰坊英軒實業(yè)有限公司；硫酸銅：天津市大茂化學試劑廠；亞甲基藍、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）、苯酚：索萊寶（北京）有限公司；福林酚（分析純）：美國Sigma公司。試驗所用試劑均為分析純或生化試劑。

1.2 儀器和設備

HK-22型電磁爐（中山市振宇電器有限公司）；ZL.0724-27型不銹鋼鍋（浙江正利電器有限公司）；I-2000型電子秤（深圳市艾柯特電子有限公司）；UV-2800H型紫外可見分光光度計（上海佑科儀器儀表有限公司）；KDN-04型消化爐（上海洪紀儀器設備有限公司）；KDN-08B（04B）型自動凱式定氮儀（上海洪紀儀器設備有限公司）；DZKW-D-2型電熱恒溫水浴鍋（北京市光明醫(yī)療儀器有限公司）；SPX-250BSH-Ⅱ型恒溫培養(yǎng)箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；DW-86L490型超低溫冰箱（青島海爾股份有限公司）。

1.3 工藝流程及操作要點

谷物浸泡→打漿→過濾→煮漿→加輔料→冷卻→接種發(fā)酵→冷卻→成品［8］。

（1）打漿：將浸泡后的原料清洗干凈倒入料理機中，加入清水打漿。

（2）過濾：將打好的漿緩慢倒入濾網中，重復過濾2～3次。

（3）煮漿：不斷攪拌，加熱沸騰至完全沒有泡沫，沸騰后要繼續(xù)加熱3～5 min防止假沸。

（4）加輔料：在谷物復合漿料中加入蔗糖和檸檬酸攪拌均勻，調整其風味和口感。

（5）接種發(fā)酵：谷物復合漿料冷卻到37 ℃后，倒入乳酸菌菌種，快速攪拌，防止結塊。

1.4 試驗設計及方法

1.4.1 單因素試驗設計

以感官評價為依據，采用單因素試驗，稱量混合谷物原料100 g為基重，固定條件：料水比1：9，發(fā)酵時間7 h，發(fā)酵溫度35 ℃，加入1%乳酸菌菌種，25%蔗糖，0.05%檸檬酸；燕麥：花生：大豆：糯米（3：2：3：2）。分別單獨研究：燕麥：花生：大豆：糯米（2：3：3：2，2：3：2：3，3：2：3：2，2：2：3：3，3：3：2：2）；料水比1：11，1：10，1：9，1：8，1：7；乳酸菌菌種接種量0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%；發(fā)酵時間6，7，8，9，10 h；發(fā)酵溫度30，35，40，45，50 ℃。

1.4.2 正交試驗設計

以感官評價為依據，在單因素試驗的基礎上，選用L9（34）正交試驗進行設計，確定菌種的最佳添加量、米水的最佳比例以及最適宜的發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間。正交試驗因素水平如表1所示［9］。

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Orthogonal test factor level table

1.4.3 產品的感官評價方法

參照QB/T 4221-2011《谷物類飲料》［10］，由10位食品科學專業(yè)成員構成感官評定小組，用感官評價對復合飲料進行打分，取平均值，評價總分100分。評價方法見表2。

1.4.4 理化指標測定方法

pH值：采用pH計直接測定［11］；還原糖：采用菲林試劑法［12］；氨基酸肽氮：采用三氯乙酸沉淀法［13］。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 原料谷物配比的確定

稱量100 g混合谷物原料為基重，固定料水比1：9，發(fā)酵時間7 h，發(fā)酵溫度35 ℃，加入1%乳酸菌菌種，分別設定燕麥：花生：大豆：糯米為2：3：3：2，2：3：2：3，3：2：3：2，2：2：3：3，3：3：2：2，以感官評價為依據，研究谷物原料配比對感官評分的影響，結果如圖1所示。

圖1 谷物原料比和料水比對谷物復合飲料的影響Fig.1 Effects of ratio of raw material to grain and ratio of material to water on quality

當谷物原料配比為3：2：3：2時，感官評分最高。因為花生中豐富的油脂使成品口感更加香醇，糯米使成品口感更軟滑，大豆中豐富的蛋白質增加了成品的營養(yǎng)價值，燕麥和大豆的營養(yǎng)功能更加豐富。如果谷物原料配比不適當，加入糯米過多會使成品太過黏稠；加入花生過多會使成品入口口感變澀。

2.1.2 料水比的確定

稱量100 g混合谷物原料為基重，固定燕麥：花生：大豆：糯米配料比為3：2：3：2，發(fā)酵時間7 h，發(fā)酵溫度35 ℃，加入1%乳酸菌菌種，分別設定料水比為1：11，1：10，1：9，1：8，1：7，以感官評價為依據，研究不同料水比對感官評分的影響結果，如圖1所示。

隨著料水比的增加，乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料的品質呈先上升后下降趨勢，當料水比為1：9時，感官評分最高。當料水比過小時，飲料過于黏稠，口感不夠順滑，成品的組織狀態(tài)偏差；當料水比過大時，飲料過稀，口感不夠濃厚，成品的組織狀態(tài)不好；當料水比為1：9時，谷物復合飲料的口感爽滑，香氣濃厚，組織狀態(tài)均勻。

2.1.3 乳酸菌菌種添加量的確定

稱量100 g混合谷物原料為基重，固定燕麥：花生：大豆：糯米配料比為3：2：3：2，料水比1：9，發(fā)酵時間7 h，發(fā)酵溫度35 ℃，發(fā)酵劑添加分別為0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%，以感官評價為依據，研究發(fā)酵劑添加量對感官評分的影響，結果如圖2所示。

試驗樣品的感官評分和乳酸菌菌種的添加量存在相關性關系。前期添加乳酸菌菌種，感官評分增加；繼續(xù)添加菌種，感官評分下降。感官評分最高處是在菌種添加量1%時。菌種添加過少時，飲料的口感寡淡，沒有乳酸菌的乳酸味和酯香味；當菌種添加量過多時，飲料的口感過酸，谷物香味不足；在菌種添加量正合適時，發(fā)酵飲料的口感和谷物飲料的香味并存。乳酸菌的加入還可以延長成品的存放時間。故選擇乳酸菌菌種添加量為1%。

2.1.4 發(fā)酵時間的確定

稱量100 g混合谷物原料為基重，固定燕麥：花生：大豆：糯米配料比為3：2：3：2，料水比1：9，發(fā)酵劑添加量0.8%，發(fā)酵溫度35 ℃，以感官評價為依據，研究發(fā)酵時間對感官評分的影響，結果如圖2所示。

隨著發(fā)酵時間的增加，乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料的感官評分呈先上升后下降趨勢，當發(fā)酵時間為7 h的時候，感官評分最高。發(fā)酵時間過短，發(fā)酵條件沒有達到，乳酸菌菌種沒有充分發(fā)酵；發(fā)酵時間過長，發(fā)酵過度，谷物原料被破壞，口感風味差而且過酸，組織狀態(tài)不好；當發(fā)酵時間適當時，口感適中，組織狀態(tài)均勻，色澤明亮。

2.1.5 發(fā)酵溫度的確定

稱量100 g混合谷物原料為基重，固定燕麥：花生：大豆：糯米配料比為3：2：3：2，料水比1：9，乳酸菌發(fā)酵劑添加量0.8%，發(fā)酵溫度35 ℃，發(fā)酵時間為7 h，以感官評價為依據，研究發(fā)酵溫度對感官評分的影響，結果如圖3所示。

圖3 發(fā)酵溫度復合谷物飲料品質的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the quality of complex grain beverage

隨著發(fā)酵溫度的增加，谷物復合飲料的感官評分呈先上升后下降趨勢，當發(fā)酵溫度為35 ℃時，感官評分最高。發(fā)酵溫度過低，成品完全沒有發(fā)酵或者發(fā)酵不完全，沒有乳酸味；發(fā)酵溫度過高，乳酸菌菌種會被殺死從而使試驗失敗，或者使成品的組織狀態(tài)分層。當發(fā)酵溫度為35 ℃時，乳酸菌菌種發(fā)酵程度適中，口感好，組織狀態(tài)均勻。

2.2 正交試驗結果與分析

為確定乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料的最佳配比，在單因素試驗基礎上，以感官評價為依據，進行L9（34）正交試驗。最終試驗結果如表3所示。其中RA＞RB＞RD＞RC，即影響谷物復合飲料品質因素的主次順序為菌種的添加量、料水比、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間。最佳工藝條件為A1B3C3D1，即乳酸菌菌種的添加量0.8%，料水比1：9，發(fā)酵時間8 h，發(fā)酵溫度35 ℃。此時乳酸菌發(fā)酵的香味與谷物的香味互相融合，再加上蔗糖的甜度，既能夠提供獨特的乳酸菌發(fā)酵風味，也能提供香甜的谷物飲料味道，樣品整體呈現奶白色色澤，狀態(tài)穩(wěn)定。

表3 正交試驗結果Tab.3 Orthogonal test results

2.3 驗證試驗

正交試驗結果的加工工藝條件最優(yōu)組合為A1B3C3D1，此組合不在正交試驗因素水平的組合中，所以進行驗證試驗。設計乳酸菌菌種的添加量為0.8%，料水比為1：9，發(fā)酵時間為8 h，發(fā)酵溫度為35 ℃加工產品，以感官評價為依據，最終評分為88分，為最高分，和正交試驗結果一致。

2.4 產品質量檢測結果

2.4.1 感官檢驗結果

（1）滋味和氣味：入口香醇，豆香味濃郁。

（2）組織狀態(tài)：質構特征均一，狀態(tài)均勻細膩，無沉淀、吸水和分層現象。

（3）色澤：顏色均勻一致，有光澤。

（4）雜質：沒有肉眼可見明顯雜質。

2.4.2 理化指標檢測結果

為進一步分析發(fā)酵后谷物復合飲料的理化指標，對發(fā)酵前后漿液的pH值、還原糖含量及氨基酸態(tài)氮含量進行比較，結果見表4。

表4 理化指標檢測結果Tab.4 Test results of physical and chemical indicators

發(fā)酵后的pH值由6.01降低至4.78，同時淀粉被糊化后經益生菌代謝生成更多的還原糖，達到0.69 mg/（100 mL）。發(fā)酵可以降低抗營養(yǎng)因子含量，產生的豐富酶系可以將原料中的蛋白質分解成游離氨基酸，從而增加蛋白質的消化率，同時部分氨基酸也會增加產品的風味。經過發(fā)酵后的五谷復合飲料氨基酸態(tài)氮大大提高，達到29.32 mg/（100 mL），說明發(fā)酵可以促進蛋白降解，進而提高其營養(yǎng)價值。

3 結語

通過單因素和正交試驗研究得出乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料的最佳工藝：以100 g復合谷物原料為基重，復合谷物配比大豆：花生：燕麥：糯米為3：2：3：2，打漿料水比為1：9，發(fā)酵工藝確定乳酸菌（嗜熱鏈球菌：保加利亞乳桿菌=1：1）菌種的添加量為0.8%，發(fā)酵時間為8 h，發(fā)酵溫度為35 ℃，制出的乳酸菌發(fā)酵谷物復合飲料感官評價最高。影響谷物復合飲料品質因素的主次順序為菌種的添加量、料水比、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間。對利用最佳工藝制備的產品進行相關理化指標的檢測，發(fā)酵后谷物復合飲料的pH值由6.01降低至4.78；而且經益生菌代謝生成更多的還原糖，多達0.69 mg/（100 mL）；乳酸菌發(fā)酵劑產生的豐富酶系統(tǒng)將蛋白質分解成游離氨基酸，從而使氨基酸態(tài)氮大大提高，到29.32 mg/（100 mL）。研究不但增加了產品的風味，還能提高蛋白質的營養(yǎng)價值，更有利于消化吸收。