王付轉，陳姝彤，崔夢蝶

河南工業(yè)大學 生物工程學院，河南 鄭州 450001

益生菌食品具有全球最大的功能性食品市場[1]，產值已占世界功能性食品市場份額的65%，這一數(shù)值仍在不斷提高[2],功能性發(fā)酵食品和飲料正成為全球一大消費趨勢。與動物蛋白相比，植物蛋白具有脂肪低、熱量低和無膽固醇等特點[3]，來源于植物本身的植物性乳酸菌飲料有更顯著的益生功能。

小麥胚芽是面粉加工業(yè)的副產品，是整個麥粒營養(yǎng)價值最高的部分，含有極其豐富且優(yōu)質的蛋白質、脂肪、糖類物質、纖維素和半纖維素、多種維生素、礦物質及一些微量生理活性成分[4]，小麥胚芽被營養(yǎng)學家譽為“人類天然營養(yǎng)寶庫”[5]。甜糯玉米是由 su1、su2 等基因控制的胚乳突變體[6]，其富含亞油酸、VA、VB1、VB2、VC、礦物質及游離氨基酸等，易于人體消化吸收[7]。

本研究以小麥胚芽和乳熟期甜糯玉米為主要原料，經(jīng)乳酸菌混合發(fā)酵制成發(fā)酵飲料，不僅具有小麥和甜糯玉米的風味和營養(yǎng)價值，而且發(fā)酵后營養(yǎng)價值得到進一步提升，有著很好的市場發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 菌種及其培養(yǎng)

保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、乳雙歧桿菌和植物乳桿菌，均為河南工業(yè)大學研究室保藏菌種。

將脫脂奶粉按10%比例加入水中，115 ℃滅菌15 min，冷卻至室溫，制成種子培養(yǎng)基。把保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、乳雙歧桿菌和植物乳桿菌菌種接入種子培養(yǎng)基中，于37 ℃培養(yǎng)箱中純種培養(yǎng)12 h，制成種子液。各種子液按1∶1或1∶1∶1比例接入發(fā)酵液中，每種發(fā)酵液中種子液的接種量共計3%。

活菌平板計數(shù)用MRS培養(yǎng)基[8]。

1.2 發(fā)酵飲料的制作工藝和操作要點

1.2.1 制作工藝

甜糯玉米?！驖{→糖化→浸泡→過濾→加入脫脂乳 →用檸檬酸調pH值→均質 →滅菌→發(fā)酵 →殺菌→后熟→調配→成品。

1.2.2 操作要點

(1)甜糯玉米的糖化：料液比1∶3，加入0.2%糖化酶，pH 4.0，于60 ℃酶解3 h，每克糖化酶5萬單位。

(2)小麥胚芽的粉碎：新鮮的小麥胚芽粉碎后，過100目篩。

(3)浸泡：將麥胚和甜糯玉米按一定比例加水，85 ℃水浴30 min，室溫放置12 h，其間搖勻3～4次，然后用4層紗布過濾，濾液備用。

(4)均質：壓力25 MPa，55 ℃條件下，均質2次，115 ℃滅菌20 min。

(5)發(fā)酵：按要求比例接入不同菌種的種子液，37 ℃發(fā)酵，發(fā)酵時間根據(jù)要求而定。

(6)殺菌：發(fā)酵結束后85 ℃水浴15 min。

(7)后熟：冷卻至室溫后，置2～4 ℃冰箱中12 h。

(8)調配：用蜂蜜、白砂糖、檸檬酸調口味，用羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉和黃原膠增加組織穩(wěn)定性。

1.3 測定方法

可溶性固形物：按照NY/T 2637—2014測定[9]；pH值：用pH計測定；酸度：按照GB 5009.239—2016測定[10]；細菌總數(shù)：按照GB/T 4789.2—2010 測定[11]；大腸桿菌數(shù)：按照GB/T 4789.3—2010 測定[12]。

1.4 感官評分標準

1.4.1 未調配發(fā)酵液的感官評分標準

10位評價人進行各項感官評分，再取平均分作為最終得分。

為了不掩蓋發(fā)酵液的真實味道，在菌種組合和原料配比試驗結束時不進行口味和組織狀態(tài)的調配，發(fā)酵液后熟后即進行感官評價。評分標準如表1所示。

表1 未調配發(fā)酵液的感官評分標準

1.4.2 調配后成品的感官評分標準

調配后的成品，其感官評分標準如表2所示。

表2 調配后成品的感官評分標準

2 結果與分析

2.1 菌種組合的確定

將保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、乳雙歧桿菌和植物乳桿菌，按8個試驗組進行對比發(fā)酵試驗。菌種組合如下：(1)保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌；(2)保加利亞乳桿菌+乳雙歧桿菌；(3)保加利亞乳桿菌+植物乳桿菌；(4)嗜熱鏈球菌+乳雙歧桿菌；(5)嗜熱鏈球菌+植物乳桿菌；(6)保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌+乳雙歧桿菌；(7)保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌+植物乳桿菌；(8)嗜熱鏈球菌+乳雙歧桿菌+植物乳桿菌。發(fā)酵液為麥胚∶玉米∶水按1∶1∶6的質量比配制，脫脂奶粉加入量為2%。8組發(fā)酵液不進行口味和組織狀態(tài)調配，感官評價結果如圖1所示。

圖1 菌種組合對發(fā)酵飲料感官評價的影響

由圖1可以看出，第6組感官評分優(yōu)于其余7組，第1、2組評分較低。因此，第6組即保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和乳雙歧桿菌3種菌種組合，是這8組中最佳菌種組合。本研究后續(xù)試驗，均用這3種菌種進行發(fā)酵。

2.2 發(fā)酵原料的配比

2.2.1 麥胚、甜糯玉米和水的配比

將麥胚、甜糯玉米和水按照不同比例設計7種組合進行發(fā)酵試驗，7種配比組合m(麥胚)∶m(玉米)∶m(水)分別為1∶1∶6、1∶1∶9、1∶1∶12、1∶2∶12、1∶2∶16、2∶1∶12、2∶1∶16。發(fā)酵結束時依然不進行調配。7組試驗飲料色澤都呈淺黃色，感官評分結果如圖2所示。

由感官評價可知，第4組口感光滑，酸甜可口，最有特色。第3組和第5組的感官評價也很好，但稍遜于第4組。其余4組沒有酸味，口感也較為潤滑，口味較為平淡。

2.2.2 脫脂奶粉的添加量

脫脂奶粉添加量按0%、1%、2%、3%、4%設計5組試驗，試驗結果如圖3所示。由圖3可以看出，脫脂奶粉添加量為1%和2%時，感官評分都比較好，2%最為突出。不加脫脂奶粉，口感不夠潤滑；添加量為3%時，會有較重的牛奶氣味；添加量為4%時，發(fā)酵乳品的口感就掩蓋了小麥和甜糯玉米的清香味道。因此，脫脂奶粉不加或加入太多都不合適。

圖3 脫脂奶粉添加量對發(fā)酵飲料感官評價的影響

2.3 發(fā)酵條件的優(yōu)化

在以上原料配比確定的基礎上，進一步研究麥胚和甜糯玉米發(fā)酵飲料制作的接種量、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時間和初始pH值等發(fā)酵條件。按照四因素三水平設計正交試驗，因素與水平見表3，試驗結果見表4。

表3 正交試驗因素與水平

表4 正交試驗結果

由表4可以看出，根據(jù)極差R的大小，各因素按影響大小排序為D>B>C>A，初始pH值是影響發(fā)酵飲料感官評價的關鍵因子；根據(jù)k值推算出最優(yōu)接種量為2%，培養(yǎng)溫度38 ℃，培養(yǎng)時間24 h，pH 7.0。把推算出的最佳發(fā)酵條件和4號試驗條件進行發(fā)酵飲料制作比對，感官評價結果表明，推算出的最佳發(fā)酵條件優(yōu)于4號試驗條件。因此確定飲料的發(fā)酵條件為接種量2%、培養(yǎng)溫度38 ℃、培養(yǎng)時間24 h及初始pH 7.0。

利用益生菌發(fā)酵生產飲料，主發(fā)酵溫度不宜過高，控制在30～38 ℃之間較為適宜[13-16]，這也是大多益生菌最適宜的生長溫度，過高溫度可能會引起代謝產物合成和貨架期風味的變化。

2.4 口味調配

選用檸檬酸、白砂糖和蜂蜜進行口味調配，設計以下5組試驗：(1)蜂蜜0.5%、白砂糖0.5%、檸檬酸0.2%；(2)蜂蜜1.0%、白砂糖0.5%、檸檬酸0.1%；(3)蜂蜜1.5%、白砂糖1.0%、檸檬酸0.0%；(4)蜂蜜1.0%、白砂糖1.5%、檸檬酸0.1%；(5)蜂蜜1.5%、白砂糖2.0%、檸檬酸0.2%。調配后進行感官評價，結果如圖4所示。由圖4可以看出，第3組試驗感官評分最高。蜂蜜和白砂糖含量過低或過高，甜度都不合適。因為乳酸菌發(fā)酵后乳酸含量較高，不需添加檸檬酸來提高酸度。

圖4 發(fā)酵飲料口味調配后的感官評分

2.5 組織狀態(tài)調配

口味調配后，用羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、海藻酸鈉和黃原膠等穩(wěn)定劑對組織狀態(tài)進行調配。設計如下7組試驗：(1)CMC-Na 0.15%；(2)黃原膠 0.15%；(3)海藻酸鈉0.15%；(4)CMC-Na、海藻酸鈉各0.075%；(5)CMC-Na、黃原膠各0.075%；(6)黃原膠、海藻酸鈉各0.075%；(7)CMC-Na、海藻酸鈉、黃原膠各0.05%。加入穩(wěn)定劑混勻，室溫放置3 d觀察，結果如表5所示。

表5 穩(wěn)定劑的效果比較

由表5可以看出，單一因素對發(fā)酵飲料的組織狀態(tài)穩(wěn)定性效果不及復合因素，而CMC-Na、海藻酸鈉和黃原膠3種穩(wěn)定劑復合使用，優(yōu)于2種穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果。發(fā)酵飲料經(jīng)穩(wěn)定劑調配后口感流暢，風味基本沒有改變。

2.6 成品檢測

本研究研制的麥胚和甜糯玉米發(fā)酵飲料，可溶性固形物≤10%，酸度75～80，pH 3.87，發(fā)酵結束時活菌總數(shù)達7.5×108CFU/mL，成品細菌總數(shù)≤100 CFU/mL，大腸桿菌≤3 MPN/100 mL，致病菌未檢出。

3 結論

以小麥胚芽和甜糯玉米為主要原料，利用保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和乳雙歧桿菌3種乳酸菌發(fā)酵生產飲料，其生產工藝如下：m(麥胚)∶m(玉米)∶m(水)=1∶2∶12，脫脂奶粉添加量2%，接種量2%，初始pH 7.0，38 ℃條件下發(fā)酵24 h，經(jīng)殺菌，后熟，口味和組織狀態(tài)調配后，制成滅菌型發(fā)酵飲料。本研究研制的小麥胚芽和甜糯玉米發(fā)酵飲料，具有清爽的麥胚和甜糯玉米香味，酸甜可口，風味宜人，具有很好的營養(yǎng)和保健功能。