張愛霞，劉敬科，趙　巍，任素芬，張玉宗（河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所，國(guó)家谷子改良中心，河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北　石家莊　050035）

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無醇小米飲料的研制與營(yíng)養(yǎng)分析

張愛霞，劉敬科，趙巍，任素芬，張玉宗*
（河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所，國(guó)家谷子改良中心，河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050035）

摘要：發(fā)酵糖化條件是決定無醇小米飲料產(chǎn)品最終品質(zhì)的重要因素。在生產(chǎn)工藝流程為“小米寅除雜寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷卻寅發(fā)酵糖化寅高速離心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅過濾寅裝瓶寅高溫滅菌（100℃，20 min）寅成品”條件下，采用L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)無醇小米飲料生產(chǎn)過程中的3個(gè)發(fā)酵糖化工藝參數(shù)（糖化曲用量、糖化時(shí)間和糖化溫度）進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示，生產(chǎn)無醇小米飲料的最佳發(fā)酵糖化工藝參數(shù)為糖化曲用量0.4%、糖化溫度30℃、糖化時(shí)間50 h。在最佳發(fā)酵糖化工藝條件下進(jìn)行了無醇小米營(yíng)養(yǎng)飲料的生產(chǎn)，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了感官品質(zhì)評(píng)價(jià)和營(yíng)養(yǎng)成分分析，結(jié)果顯示，該小米飲料產(chǎn)品得率逸150%（即：1 kg小米能生產(chǎn)出1.5 kg以上的飲料）；pH值3.7～3.8，澄清透明，芳香純正，酸甜可口，口感醇厚；不含脂肪和酒精；含有豐富的小分子碳水化合物和多種氨基酸，且含有人體所需要的8種必需氨基酸，除了賴氨酸外多數(shù)必需氨基酸的AAS接近或大于100，更利于人體消化吸收。

關(guān)鍵詞：小米；飲料；L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)；糖化；氨基酸

谷子（Setaria Italica）原產(chǎn)于中國(guó)，距今已有7000 a以上的栽培歷史，在眾多新石器時(shí)代的遺址中均發(fā)現(xiàn)了谷粒、谷穗和米粒等碳化物[1，2]，其脫殼后的產(chǎn)品為小米。小米富含人體所需的七大營(yíng)養(yǎng)素，營(yíng)養(yǎng)豐富位居百谷之首；而且相對(duì)于小麥、水稻和玉米，其所含的各種營(yíng)養(yǎng)成分與人體需求更為適宜，即營(yíng)養(yǎng)最均衡[3]。目前谷子以原糧小米形式消費(fèi)為主，深加工比較落后，在一定程度上阻礙了谷子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。國(guó)外學(xué)者利用生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)小米進(jìn)行了深加工研究，發(fā)現(xiàn)小米經(jīng)發(fā)酵后其中的纖維、植酸、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等大分子物質(zhì)會(huì)分解生成小分子成分，更有利于人體利用[4～6]。研究顯示，采用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)小米酒釀?lì)愶嬃?，由于發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)（60 h或更長(zhǎng)），因此，產(chǎn)品的酒精含量較高，一般為10%或更高[7，8]。作者試圖通過選擇合適的工藝和發(fā)酵方法，制作一種芳香純正、口味酸甜、營(yíng)養(yǎng)豐富、適合大眾消費(fèi)的低醇或無醇型功能飲料。將小米深加工成小米營(yíng)養(yǎng)飲料，不僅會(huì)豐富飲料種類，而且會(huì)加快小米的市場(chǎng)消化和深加工增值，促進(jìn)小米產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

主要試材為小米（由河北金谷農(nóng)業(yè)科技有限公司提供）和糖化酒曲（安琪酵母股份有限公司）；其他試劑均為分析純。

主要設(shè)備有冷凍離心機(jī)（Heraeus Biofuge Stratos型，德國(guó)賀利氏控股集團(tuán)）、電熱恒溫培養(yǎng)箱（DH4000B域型，天津泰斯特儀器有限公司）、pH計(jì)（S20型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）、糖度計(jì)（RHB32型，天津泰斯特儀器有限公司）、電子天平（AG285型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）、凱氏定氮儀（Kjeltec8400型，德國(guó)Foss公司）和氨基酸全自動(dòng)分析儀〔塞卡姆S433D/S433型，德國(guó)sykam（賽卡姆）公司〕。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1小米飲料的生產(chǎn)工藝流程參考傳統(tǒng)的釀酒工藝和甜酒釀制作過程[7～10]，根據(jù)作者前期的試驗(yàn)結(jié)果，確定發(fā)酵型無醇小米飲料的生產(chǎn)工藝流程為：小米寅除雜寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷卻寅發(fā)酵糖化寅高速離心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅過濾寅裝瓶寅高溫滅菌（100℃，20 min）寅成品。

1.3.2小米飲料發(fā)酵糖化條件的優(yōu)化在前期大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，明確了發(fā)酵糖化條件（糖化曲用量、糖化時(shí)間、糖化溫度）影響飲料的最終品質(zhì)。為了明確小米營(yíng)養(yǎng)飲料發(fā)酵糖化工藝的最佳參數(shù)，參考糖化酒曲使用說明，進(jìn)行了發(fā)酵糖化工藝參數(shù)的L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）。

表1　發(fā)酵糖化工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 The orthogonal experiment design of saccharification technology parameters

1.3.3小米飲料的生產(chǎn)與品質(zhì)評(píng)價(jià)在最佳發(fā)酵糖化工藝條件下，進(jìn)行發(fā)酵型無醇小米營(yíng)養(yǎng)飲料的生產(chǎn)。然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)評(píng)價(jià)。

1.3.3.1感官品質(zhì)評(píng)價(jià)。發(fā)酵糖化條件主要影響最終產(chǎn)品的風(fēng)味和口感，而對(duì)產(chǎn)品色澤和組織狀態(tài)無明顯影響。本研究中挑選了11名評(píng)價(jià)員，依據(jù)無醇小米飲料感官品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2），對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味和口感進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果取平均值。感官品質(zhì)評(píng)分總分為20分，其中，風(fēng)味和口感各占10分。

表2　無醇小米飲料感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory quality evaluation standard of nonalcoholic millet beverage

1.3.3.2內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。酸度測(cè)定采用pH計(jì)法；可溶性固形物含量（總糖度）測(cè)定采用折光計(jì)法[11]；蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用凱氏定氮法[12]；氨基酸含量測(cè)定采用氨基酸自動(dòng)分析儀[13]；非蛋白態(tài)氮含量測(cè)定采用甲醛值法[14]；脂肪含量測(cè)定采用索氏抽提法[15]；灰分含量測(cè)定采用灼燒法[16]；酒精含量測(cè)定采用蒸餾法[14]。能量根據(jù)公式計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

能量（kJ）=17×蛋白質(zhì)含量+17×碳水化合物含量+37×脂肪含量

2　結(jié)果與分析

2.1無醇小米飲料發(fā)酵糖化條件的確定

在正交試驗(yàn)中，可以通過各試驗(yàn)因素的R（極差）判斷不同因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度，R越大，表明影響越大。3個(gè)因素的R順序?yàn)镽C躍RB躍RA（表3），表明糖化溫度對(duì)小米飲料的感官品質(zhì)影響最大，其次是糖化時(shí)間，糖化曲用量的影響最小。

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，因素A、B、C的最佳水平分別為1、2、2，由此認(rèn)為，發(fā)酵糖化最適宜的因素組合為A1B2C2。而試驗(yàn)的9個(gè)組合所制產(chǎn)品，感官評(píng)分也以A1B2C2組合最高。最終確定無醇小米飲料發(fā)酵糖化的最佳工藝參數(shù)為糖化曲用量0.4%、糖化時(shí)間50 h、糖化溫度30℃。

2.2無醇小米飲料的生產(chǎn)與品質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1產(chǎn)品得率在最佳工藝條件下，發(fā)酵型無醇小米營(yíng)養(yǎng)飲料的產(chǎn)品得率逸150%，即：1 kg小米能生產(chǎn)出1.5 kg以上的飲料產(chǎn)品。

表3　無醇小米飲料正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The orthogonal experiment results of nonalcoholic millet beverage

2.2.2感官品質(zhì)該產(chǎn)品pH值3.7～3.8，酸甜比適宜，口感柔和。

2.2.3內(nèi)在品質(zhì)

2.2.3.1產(chǎn)品歸類。該產(chǎn)品酒精未檢出。根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲料酒的定義“酒精度在0.5%以上的酒精飲料為飲料酒”[18]，該產(chǎn)品不屬于飲料酒的范疇，而是屬于飲料系列。

2.2.3.2營(yíng)養(yǎng)成分含量。該產(chǎn)品脂肪未檢出，總糖（可溶性固形物）含量為18.5%，總蛋白質(zhì)含量為0.20%，非蛋白態(tài)氮含量為0.18%（表4）。表明該飲料的產(chǎn)能物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)和糖類，且其蛋白質(zhì)主要是小分子量的氨基酸和小肽。發(fā)酵會(huì)使部分氨基酸游離出來，這與姚世聰?shù)萚17]的研究結(jié)果相一致。100 g小米該產(chǎn)品的能量為317.9 kJ。該產(chǎn)品灰分含量為0.10%，表明該飲料中保留了小米中較高含量的礦物質(zhì)元素。

表4　無醇小米飲料的營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 4 Nutrient content of noalcoholic millet beverage

表5　小米和無醇小米飲料的氨基酸含量與必需氨基酸評(píng)分Table 5 Amino acid content and AAS of millet and nonalcoholic millet beverage

2.2.3.3氨基酸組成。文 氨酸[19，20]，色氨酸具有鎮(zhèn)定和催眠作用，而且社會(huì)上也有“喝小米粥助于睡眠”的說法。但由于色氨酸在酸解條件下全部被破壞，所以本研究結(jié)果缺少色氨酸含量。

對(duì)小米和小米飲料中的16種氨基酸含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果（表5）顯示，雖然該飲料中的氨基酸含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)約小米，但是其含有小米中的所有氨基酸種類，其中，8種必需氨基酸含量為0.782 g/kg（不包括色氨酸），占其總氨基酸含量的40.25%。根據(jù)1973年FAO/WHO提出的必需氨基酸計(jì)分模式[21]計(jì)算小米和飲料的必需氨基酸評(píng)分（Amino Acid Score，簡(jiǎn)稱AAS），發(fā)現(xiàn)二者除賴氨酸AAS較低（小米44.76，飲料67.36）外，多數(shù)必需氨基酸的AAS接近或躍100，表明小米和飲料中的蛋白質(zhì)均為優(yōu)質(zhì)蛋白。而且飲料中的蛋白質(zhì)均為小分子的氨基酸和肽類，較小米更利于人體消化吸收。

3　結(jié)論與討論

在無醇小米飲料的生產(chǎn)過程中，發(fā)酵糖化工藝至關(guān)重要，其中，糖化溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響最大，其次是糖化時(shí)間，糖化曲用量影響最小。感官品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，隨著糖化溫度的升高和糖化時(shí)間的延長(zhǎng)，飲料的酸度增大，并伴隨有酒精味產(chǎn)生。因此，在無醇小米飲料生產(chǎn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制發(fā)酵糖化條件處于最佳水平，即：糖化曲用量0.4%，糖化溫度30℃，糖化時(shí)間50 h。

本研究制得的小米飲料總糖（可溶性固形物）含量為18.5%，明顯高于相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的10%[7，8]。分析原因可能與發(fā)酵方式有關(guān)，本研究采用的是短時(shí)（50 h）一次發(fā)酵法，而其他研究采用的是60 h的長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵[7]或數(shù)天的二次發(fā)酵法[8]。正是由于發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)或酵母菌的添加促使部分糖轉(zhuǎn)化為酒精、二氧化碳和其他有機(jī)物質(zhì)，這也是本研究所制飲料不含有酒精的緣故。營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果顯示，無醇小米飲料含有的糖主要是易于被人體消化吸收的葡萄糖、麥芽糖等小分子碳水化合物，氨基酸含量豐富（1.942 9g/kg），且含有人體所需的8種必需氨基酸（0.782 g/kg），但不含脂肪和酒精。

本研究制作的無醇小米飲料清亮透明，呈均勻的淡黃綠色；有純正的米香味和濃郁的發(fā)酵芳香，無其他異味；酸甜度適當(dāng)，口感爽滑、柔和純正。

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Development and Nutrition Analysis of Nonalcoholic Millet Beverage

ZHANG Ai-xia，LIU Jing-ke，ZHAO Wei，REN Su-fen，ZHANG Yu-zong*
（Institute of Millet Crops of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，National Foxtail Millet Improvement Center，Minor Cereal Crops Laboratory of Hebei Province，Shijiazhuang 050035，China）

Abstract：Fermented saccharification is an important factor in determining the ultimate quality of millet beverage. The technological process of nonalcoholic millet beverage is as follows，millet→screening→soak-ing→cooking→cooling→fermented saccharification→centrifugal separation（2 000 rpm，10 min）→super-natant→filtration→bottled→sterilization（100℃，20 min）→product. The optimum saccharification process is determined based on L9（33）orthogonal experiments，including starter cultures are 0.4%，temperature is 30℃，the time is 50 h. The organoleptic characteristics and nutritional components of millet beverage under the optimum process are as follows，the millet beverage yields are greater than 150%，that is to say，more than 1.5 kg beverage can be gotten by 1 kg millet. The pH of the millet beverage is from 3.7 to 3.8. It is clear and transparent，pure flavor，sweet and sour，and mouth filling.It is fat-free and ethanol zero. It is rich in small molecule carbohydrate and amino acids for human health，and the AAS of essential amino acid is equal or above 100% except lysine.

Key words：Millet；Beverage；L9（33）orthogonal experiment desigh；Saccharification；Amino acids

中圖分類號(hào)：TS275.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-1631（2016）01-0008-04

收稿日期：2015-06-16

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD34B08-08）；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（14227110D）

作者簡(jiǎn)介：張愛霞（1977-），女，河北盧龍人，工程師，博士，主要從事食品營(yíng)養(yǎng)和食品加工研究。

通訊作者：張玉宗（1958-），男，河北保定人，研究員，主要從事谷物加工技術(shù)研究。