趙 雯，孫心悅，崔相宜，王雪梅，鄧飛龍，郭瑞瑞，劉明喜，岳昌武，呂玉紅*

（1.延安大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，延安市微生物藥物創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化重點實驗室，陜西 延安 716000；2.延安市健康食品研究院，陜西 延安 716000）

小麥胚芽富含蛋白質(zhì)、脂肪、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和谷胱甘肽、凝集素、黃酮類物質(zhì)等活性物質(zhì)，有抗腫瘤、抗氧化、預(yù)防心血管疾病等功效[1-4]。目前國內(nèi)外學(xué)者對小麥胚芽的研究主要集中于動物飼料原料、麥胚的穩(wěn)定化及其對麥胚性質(zhì)影響、麥胚主要活性成分及功能性研究以及食品應(yīng)用等方面，我國麥胚利用多處于粗加工狀態(tài)，資源未能發(fā)揮優(yōu)勢，因此合理利用麥胚仍需再研究，以最大程度發(fā)揮小麥胚芽的價值[5-7]。麥胚具有一定營養(yǎng)價值，其在醫(yī)學(xué)、食品、保健、防衰老等（尤其是作為重要的功能食品因子）方面的作用正引起人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注，是生產(chǎn)谷物飲料、植物蛋白飲料、營養(yǎng)液等的良好原料來源[7-12]。

近年，乳酸菌發(fā)酵飲品成為食品領(lǐng)域關(guān)注熱點，越來越多的研究表明，不同的乳酸菌及其發(fā)酵產(chǎn)物對人體具有不同的活性功能[13-15]。比如嗜熱鏈球菌（Streptococcus ther mophilus）和保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）具有改善腸道微環(huán)境、調(diào)節(jié)血壓、抗癌、抑制有害菌、抗衰老、緩解乳糖不耐受等活性，是市場上大多數(shù)乳酸發(fā)酵產(chǎn)品的首選菌株組合[16]。乳雙歧桿菌（Bifidobacterium lactis）能夠合成維生素B1、B2、B6和K等維生素并幫助機(jī)體吸收鈣、鐵和維生素D，有助于防止缺鐵性貧血和軟骨病[17]。鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）和干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）耐胃酸和膽汁方面的性能非常突出，可以活體進(jìn)入人體腸道，其功能特性主要有調(diào)節(jié)腸道菌群、預(yù)防和治療腹瀉、毒素的排出和提升機(jī)體免疫力，具有較高的應(yīng)用價值，符合現(xiàn)代人類健康保健的基本需求[18-19]。植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）除具備其他乳酸菌的活性功能外，還可利用植物來源氮源、碳源產(chǎn)生乳酸桿菌素，降解重金屬等作用[20]。嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）則主要通過分泌抗生物素類物質(zhì)（嗜酸乳菌素（acidolin）、嗜酸桿菌素（acidophilin）、乳酸菌素（1aetocidon））等，對腸道致病菌產(chǎn)生的拮抗作用而發(fā)揮作用[21]。因此，將多種乳酸菌按照一定的比例優(yōu)化組合發(fā)酵小麥胚芽，充分利用不同乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸、乙酸、氨基酸、維生素和酶類等多種活性物質(zhì)，可極大地提高小麥胚芽的營養(yǎng)價值[22-26]。

本研究以麥胚為原料，利用復(fù)合乳酸菌研制麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品，優(yōu)化其發(fā)酵工藝條件，并對其理化指標(biāo)測定分析，對滿足保健飲品市場需求及充分利用我國麥胚資源有重要意義。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

1.1.1 原料

小麥胚芽：市售；活性干乳酸菌：嗜熱鏈球菌（S.thermophiles，St）、保加利亞乳桿菌（L.bulgaricus，Lb）、乳雙歧桿菌（B.lactis，Bl）、鼠李糖乳桿菌（L.rhamnosus，Lr）、植物乳桿菌（L.plantarum，Lp）、嗜酸乳桿菌（L.acidophilus，La）、干酪乳桿菌（L.casei，Lc）：昆山佰生優(yōu)生物科技有限公司。

1.1.2 化學(xué)試劑

果葡糖漿、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、三氯蔗糖（均為食品級）：河南宏益生物科技有限公司；白砂糖、葡萄籽、奶粉（均為食品級）：市售；1,1-二苯基-2-苦肼基（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、無水乙醇、無水葡萄糖、氫氧化鈉（分析純）：天津大茂化學(xué)試劑廠；牛血清蛋白（純度＞98%）：合肥博美生物科技有限責(zé)任公司；乙酸標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純）：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SW-CJ-1FD超凈工作臺：蘇凈集團(tuán)安泰技術(shù)有限公司；BKQ-B75II高壓滅菌鍋：濟(jì)南鑫貝西生物技術(shù)有限公司；303A-4恒溫培養(yǎng)箱：浙江賽德儀器設(shè)備有限公司；5804R離心機(jī)：德國Eppendorf公司；PHS-3C型pH計、ZP1-MYP11-2磁力攪拌器：北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司；DJ-10A粉碎機(jī)：上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；iChrom 5100高效液相色譜儀：大連依利特分析儀器有限公司；752紫外分光光度計：深圳市斯諾頓儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品工藝流程及操作要點

前處理→調(diào)配→均漿→糖化→添加不耐溫物→滅菌→接種→發(fā)酵→冷藏

操作要點：

前處理：新鮮麥胚熱風(fēng)風(fēng)干（60 ℃、60 min），超微粉碎機(jī)粉碎至200目，將麥胚粉加入5倍體積滅菌去離子水室溫浸泡30 min。

調(diào)配：添加適量增稠劑（羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂），白砂糖，甜味劑（三氯蔗糖、果葡糖漿）。

均漿：將麥胚液用磁力攪拌器在55℃下充分?jǐn)嚢?5min。

糖化：將預(yù)混液90 ℃、100 r/min攪拌，糖化30 min。

添加不耐溫物：待冷卻至室溫后，添加適量奶粉、葡萄籽粉（200目）。

滅菌：65 ℃滅菌30 min。

接種：乳酸菌發(fā)酵劑在無菌條件按一定接種量接種入麥胚混合液。

發(fā)酵：對上述混合液密封，在恒溫培養(yǎng)箱42 ℃靜置發(fā)酵10 h（酸度值95°T或pH 4.0時終止發(fā)酵）。

冷藏：將發(fā)酵完成后制品置于4 ℃冷藏，即得麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品。

1.3.2 分析檢測

DPPH自由基清除率：參照文獻(xiàn)[25]進(jìn)行；乳酸菌活菌數(shù)：參照GB 4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗乳酸菌檢驗》[27]；pH值：采用PHS-3C型pH計；可溶性蛋白含量：按照考馬斯亮藍(lán)法；揮發(fā)性脂肪酸（乙酸）含量：參照CB 5009.157—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品有機(jī)酸的測定》[28]；還原糖含量：采用3,5-二硝基水楊酸法[29]；蛋白質(zhì)含量：參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》[32]；膳食纖維含量：參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》[33]；維生素E含量：參照GB 5009.82—2016《食品中維生素A、D、E的測定》[34]；α-亞麻酸含量：參照GB 5009.168—2016[35]；碳水化合物含量：參照GB 28050—2011《預(yù)包裝食品營養(yǎng)標(biāo)簽通則》[36]。

感官評定[37]：邀請10名感官評分者按表1評判標(biāo)準(zhǔn)，從口感、色澤、形態(tài)、風(fēng)味評分，滿分100 分，取均值為感官評分結(jié)果。

表1 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

續(xù)表

1.3.3 乳酸菌發(fā)酵劑配比優(yōu)化

發(fā)酵劑制備：將乳酸菌按比例，加入5倍體積無菌水，2.5%全脂奶粉，2.5%蔗糖，加入乳酸菌粉，42 ℃靜置1 h，得到復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑，4 ℃條件下貯藏備用。

以乳酸菌發(fā)酵活菌數(shù)、pH值、還原糖利用率為指標(biāo)，優(yōu)化菌種，將St、Lb、Lp、La、Lc、Bl、Lr共7種乳酸菌設(shè)定8組發(fā)酵劑，編號1#～8#（St∶Lb∶Lp=1∶1∶1、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶2∶3、2∶1∶1、1∶3∶1）、St∶Lb∶Lp∶La∶Lc=1∶1∶1∶1∶1、St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。按接種量0.02%直接加入活化后的復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑，在42 ℃發(fā)酵22 h[25]，每組3次平行實驗，統(tǒng)計平均值。

1.3.4 麥胚發(fā)酵飲品工藝條件優(yōu)化

單因素試驗：以感官評價、乙酸含量、可溶性蛋白含量等為評價指標(biāo)，研究接種量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%）、發(fā)酵時間（18 h、20 h、22 h、24 h、26 h、28 h）、發(fā)酵溫度（36 ℃、38 ℃、40 ℃、42 ℃、44 ℃、46 ℃）對發(fā)酵工藝條件的影響。

正交優(yōu)化試驗：根據(jù)單因素結(jié)果，選取接種量（A），發(fā)酵時間（B），發(fā)酵溫度（C）因素的3個優(yōu)水平，以感官評分、可溶性蛋白含量和乙酸含量為評價指標(biāo)，采用L9（33）正交試驗設(shè)計，對發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗因素與水平見表2。

表2 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲料工藝優(yōu)化正交優(yōu)化試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation process optimization of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

1.3.5 麥胚發(fā)酵飲品穩(wěn)定劑研究

按照工藝流程及最佳發(fā)酵條件，將羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂分別按照0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%添加，將發(fā)酵飲品離心，觀察沉淀情況，沉淀越少，穩(wěn)定性越好。計算離心沉淀率（sedimentation rate，SR）[31]，優(yōu)化兩種穩(wěn)定劑的含量。SR計算方法為取100 mL發(fā)酵后樣品于100 mL離心管中，稱取其質(zhì)量，3 000 r/min，離心20 min后除去上清液，準(zhǔn)確稱得離心后的沉淀物質(zhì)量，按如下公式計算發(fā)酵產(chǎn)物的離心沉淀率。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SPSS 20.0軟件統(tǒng)計處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵劑優(yōu)化結(jié)果

在接種量0.02%、發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間22 h條件下，考察不同乳酸菌組合對乳酸菌活菌數(shù)、pH值和還原糖利用率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 菌株組合對乳酸菌活菌數(shù)、pH值和還原糖利用率的影響Fig.1 Effect of strain combination on the viable count of lactic acid bacteria,pH and utilization rate of reducing sugar

由圖1可知，在相同的發(fā)酵條件下，第8組7菌株組合乳酸菌活菌數(shù)接近109CFU/mL，還原糖利用率最高接近80%，產(chǎn)酸的速率最快（pH值最低），表明該組合中乳酸菌生長狀況和產(chǎn)酸優(yōu)于其他7種組合。因此，最佳菌株比例為St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。

2.2 麥胚發(fā)酵飲品工藝優(yōu)化單因素試驗

2.2.1 接種量的影響

圖2 接種量對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effect of inoculum on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

在發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間22 h條件下，考察不同接種量對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著接種量增加，發(fā)酵產(chǎn)物中的乙酸含量和可溶性蛋白含量不斷增加，并在接種量為0.03%時達(dá)到峰值，之后隨著接種量的繼續(xù)增加而表現(xiàn)為逐漸下降。而發(fā)酵產(chǎn)物的感官評分的變化趨勢與乙酸含量和可溶性蛋白含量變化趨勢一致。因此，最適接種量為0.03%。

2.2.2 發(fā)酵時間的影響

在按接種量0.02%、發(fā)酵溫度42 ℃條件下，考察不同發(fā)酵時間對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 發(fā)酵時間對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effect of fermentation time on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

由圖3可知，在發(fā)酵時間24 h前隨著發(fā)酵時間增加，感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量升高，在24 h時達(dá)到高峰，此后隨著時間推移，各指標(biāo)均呈下降趨勢，可能是由于發(fā)酵時間過長，部分菌體裂解，活菌總數(shù)，菌體內(nèi)容物外泄、活性蛋白在蛋白酶等作用下降解等從而破壞營養(yǎng)物質(zhì)及風(fēng)味物質(zhì)，影響口感。因此，最適發(fā)酵時間為24 h。

2.2.3 發(fā)酵溫度的影響

圖4 發(fā)酵溫度對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

溫度影響發(fā)酵速率，發(fā)酵時，溫度越高，乳酸菌繁殖加快，產(chǎn)酸越多；溫度越低，發(fā)酵緩慢，酸度越低[23]。在按接種量0.02%、發(fā)酵時間22 h條件下，考察不同發(fā)酵溫度對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，在發(fā)酵溫度42 ℃前隨著溫度的升高，感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量均升高，在42 ℃時達(dá)到峰值，此后各指標(biāo)呈下降趨勢?？赡苁且驗榘l(fā)酵溫度過高，乙酸揮發(fā)影響風(fēng)味，乳酸菌生長過快導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解加快，繁殖代謝產(chǎn)物增多，破壞了大多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)及風(fēng)味口感。因此，最適發(fā)酵溫度為42 ℃。

2.3 麥胚發(fā)酵飲品工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1的乳酸菌比例組合發(fā)酵，以接種量（A）、發(fā)酵時間（B）、發(fā)酵溫度（C）為影響因素，以感官評分、可溶性蛋白含量和乙酸含量為評價指標(biāo)，采用L9（33）正交試驗設(shè)計，對發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗結(jié)果與分析見表3。

表3 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲料工藝優(yōu)化正交優(yōu)化試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation process optimization of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

由表3可知，以感官評分、可溶性蛋白和乙酸含量為評價指標(biāo)，3因素主次順序為發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞接種量。最佳發(fā)酵工藝條件為A2B2C2，即接種量0.03%、發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間24 h。在此優(yōu)化條件下，麥胚乳酸菌發(fā)酵飲料的感官評分為92分，可溶性蛋白含量為4.54 mg/mL，乙酸含量為4.88 mg/mL。

2.4 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品穩(wěn)定劑結(jié)果

通過改變兩種不同穩(wěn)定劑羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂的添加量，分別考察其對離心沉淀率（SR）的影響，從而優(yōu)化兩種穩(wěn)定劑的添加量，結(jié)果見圖5。

圖5 穩(wěn)定劑添加量對麥胚發(fā)酵飲品的離心沉淀率影響Fig.5 Effect of stabilizer addition on the centrifugal sedimentation rate of fermented wheat germ beverage

由圖5可知，隨著羥丙基二淀粉磷酸酯添加量的增加，SR降低，添加量0.5%時SR最低；瓊脂添加量在0.2%時SR最低，因此，羥丙基二淀粉磷酸酯的優(yōu)化添加量為0.5%，瓊脂的優(yōu)化添加量為0.2%。

2.5 麥胚發(fā)酵飲品品質(zhì)分析

2.5.1 抗氧化性

通過比較發(fā)酵前后對DPPH自由基清除率的影響，研究麥胚發(fā)酵飲品的抗氧化性，結(jié)果見圖6。

圖6 發(fā)酵前后對DPPH自由基清除率的影響Fig.6 Effect of DPPH free radical scavenging rate before and after fermentation

由圖6可知，在發(fā)酵液體積400μL前隨著體積不斷增加，發(fā)酵前后對DPPH自由基清除率均呈明顯上升趨勢，在發(fā)酵液體積＞400 μL以后，發(fā)酵前液體對DPPH自由基清除率逐漸趨于平緩，而發(fā)酵后液體對DPPH自由基清除率仍在不斷升高，可能是因為發(fā)酵過程乳酸菌活性提高及其代謝產(chǎn)物的改變，同時發(fā)酵對麥胚中黃酮產(chǎn)生影響，不同結(jié)構(gòu)種類的黃酮對DPPH自由基清除率差異較大，增加其抗氧化活性[37]。因此，麥胚發(fā)酵后可以顯著增加DPPH自由基清除率，抗氧化活性有所增強(qiáng)。

2.5.2 營養(yǎng)成分含量測定結(jié)果

在麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品優(yōu)化的工藝基礎(chǔ)上，參照國標(biāo)方法測定麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品的營養(yǎng)成分，結(jié)果見表4。由表4可知，麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品的蛋白質(zhì)含量為3.53 g/100 g，碳水化合物含量為11.6g/100g，能量值為333kJ/100g，膳食纖維含量至少為2.12 g/100 g，乳酸菌活菌數(shù)為2.1×109CFU/mL。結(jié)果表明，其理化及衛(wèi)生指標(biāo)滿足GB/T 21732—2008《含乳飲料》[38]要求，乳酸菌活菌數(shù)比市售乳酸菌飲料高出約10倍，而且富含維生素E、必需脂肪酸（α-亞麻酸和亞油酸）。

表4 麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品和市售飲料的部分營養(yǎng)成分Table 4 Partial nutritional values of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverages and commercial beverages

3 結(jié)論

通過乳酸菌發(fā)酵劑優(yōu)化實驗得到的最佳發(fā)酵劑為：嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、乳雙歧桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌按照配比1∶1∶1∶1∶1∶1∶1制備發(fā)酵劑。單因素和正交試驗優(yōu)化的發(fā)酵工藝參數(shù)為：接種量0.03%、發(fā)酵時間24 h、發(fā)酵溫度42 ℃。在工藝優(yōu)化條件下，麥胚乳酸菌發(fā)酵飲品可溶性蛋白含量為4.54 mg/mL，乙酸含量為4.88 mg/mL，感官評分為92分。營養(yǎng)成分含量及結(jié)果表明麥胚發(fā)酵飲品富含多種營養(yǎng)成分，包括維生素E、必需脂肪酸、活性乳酸菌、蛋白質(zhì)、碳水化合物和膳食纖維等，在調(diào)節(jié)腸道菌群，提高機(jī)體生命代謝，促進(jìn)消化吸收、延緩衰老等方面有重要意義，在麥胚深加工利用和發(fā)酵飲品市場有廣闊前景。