發酵米乳飲料米漿制備工藝條件優化

鄒秀容，鄭征，朱建華

(韶關學院 英東食品科學與工程學院，廣東 韶關，512005)

乳酸菌發酵米乳飲料是以大米為主要原料，輔以奶粉、蔗糖、果蔬汁等，接種乳酸菌進行發酵制備成營養豐富、風味獨特的益生菌飲品。國內外不少學者對發酵米乳飲料的發酵工藝和營養特性進行了研究。傅亮[1]、黃亮[2]、余穩穩[3]，鄒秀容[4]等對影響米乳發酵的各因素如菌種、料水比、發酵時間、發酵溫度、輔料添加等因素進行了研究并進行工藝優化。GHOSH K等[5-6]對印度傳統大米發酵飲料發酵過程中的菌落及營養素變化進行研究,朱力杰[7]對乳酸菌在發芽糙米中的發酵特性進行研究。SHORI[8]分別對乳飲料和非乳飲料中的基質對益生菌貯藏期間的活性影響進行了研究，結果表明不同的基質原料對貯藏期間的乳酸菌活菌數影響不同。RATHORE等[9]研究對比了原料組成對發酵參數的影響，結果顯示谷物原料基質顯著影響谷物發酵飲料的功能和感官性質。大米中的主要成分是淀粉，其含量因品種不同可達67.72%～73.48%[10]。而發酵米乳所用菌種乳酸菌主要以單糖和雙糖為碳源，不能直接利用淀粉。另外，當淀粉受熱發生糊化時會導致介質的黏度大幅增加而抑制微生物的生長[11]。因此為了使乳酸菌能有效利用大米中的碳水化合物，制作米漿時可采用液化和糖化工藝，使大米中的淀粉經淀粉酶水解成糊精和麥芽糖，再經糖化酶糖化為葡萄糖，為乳酸菌生長提供快速利用碳源，促進乳酸菌生長；另外，焙烤大米形成的米香有利于成品保有大米特殊香味。因此，米漿制備直接影響到乳酸菌發酵米乳飲料乳酸菌的生長和感官品質。本文對米漿制備過程中的3個重要工序即：焙烤、液化和糖化進行研究，探討焙烤時間和溫度對大米品質的影響，時間、溫度和加酶量對液化和糖化工藝的影響，優化出最佳工藝參數，為發酵米乳的研制提供優質的原料基質。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

粳米，市售；耐高溫α-淀粉酶(40 000 U/g)，江蘇銳陽生物科技有限公司；糖化酶(100 000 U/mL)，江蘇銳陽生物科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸、NaOH、葡萄糖、丙三醇等試劑均為分析純。

1.2儀器與設備

膠體磨(JM80-1A)，溫州市膠體磨廠；萬能粉碎機(DFY-500)，浙江溫嶺市林大機械有限公司；電熱鼓風干燥箱(101AB-2)，上海申光儀器儀表有限公司；恒溫水浴鍋(HH-S28S)，金壇市大地自動化儀器廠；手持折光儀(NDJ-1)，上海越平科學儀器有限公司；電子分析天平(BS210S)：北京賽多利斯天平有限公司；電子天平(T500)，常熟雙杰測試儀器廠；分光光度計(721G)，上海精科儀器公司。

1.3 米漿制備工藝流程

大米烘焙→粉碎→稱量(1∶9的料水比)→30 ℃浸泡2 h→膠體磨磨漿3 min→70 ℃水浴下糊化30 min→耐高溫α-淀粉酶液化→糖化酶糖化→煮沸5 min滅酶→過濾→米漿

1.4 試驗方法

1.4.1 大米焙烤條件的優化

取100.0 g大米原料置于不銹鋼托盤中分散均勻,再把托盤放置于鼓風干燥箱中。焙烤溫度設定為 140、160、170、180、200 ℃，分別烘烤5、10、15、20、25 min進行試驗，對烘烤后的米粒進行感官評定，確定最佳烘焙時間和溫度。

1.4.2 米漿液化工藝條件的優化

(1)液化溫度對米漿酶解效果的影響: 固定液化時間80 min，加酶量10 U/g米粉，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別在75、80、85、90、95 ℃條件下液化，測定DE值和可溶性固形物含量(soluble solid content，TSS)，比較液化溫度對酶解效果的影響。

(2)液化時間對米漿酶解效果的影響: 固定液化溫度85 ℃，加酶量10 U/g米粉，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別液化20、40、60、80、100、120、140、160 min，測定DE值和TSS，比較液化時間對酶解效果的影響。

(3)液化加酶量對米漿酶解效果的影響: 固定液化溫度85 ℃，時間80 min，pH值為6.0。取500 mL糊化后的米漿分別添加5、10、15、20、25、30、35 U/g米粉的耐高溫α-淀粉酶，測定DE值和TSS，比較加酶量對米漿酶解效果的影響。

(4)米漿液化正交試驗：根據單因素試驗結果，以液化溫度、液化時間、加酶量為因素，采用L9(33)正交試驗，確定最佳的液化工藝條件。

1.4.3 米漿糖化工藝條件的優化

(1)糖化溫度對米漿酶解效果的影響: 固定糖化時間3 h、加酶量200 U/g米粉, pH值4.2。取液化后的米漿分別在50、55、60、65、70℃條件下糖化，測定DE值和TSS，比較糖化溫度對酶解效果的影響。

(2)固定糖化溫度65 ℃、加酶量200 U/g米粉, pH值4.2。取液化后的米漿分別糖化1、3、5、7、9 h，測定DE值和TSS，比較糖化時間對酶解效果的影響。

(3)糖化加酶量米漿酶解效果的影響: 固定糖化時間7 h、溫度65 ℃, pH值4.2。取液化后的米漿進行糖化，加酶量分別為100、150、200、250、300、350 U/g米粉，測定DE值和TSS，比較加酶量對酶解效果的影響。

(4)米漿糖化正交試驗：根據單因素試驗結果，以糖化溫度、糖化時間、加酶量為因素，采用L9(33)正交試驗，確定最佳的糖化工藝條件。

1.5 指標測定

1.5.1 大米焙烤感官評分

大米經過焙烤后發生褐變產生的香味可以賦予發酵米乳特別的米香味，焙烤形成的色澤亦對成品的色澤有影響，以顏色和香味為評分項目制定大米焙烤感官評分標準(見表1)。由6名有食品專業背景的學生組成評分小組，根據評分標準對焙烤大米的色澤和氣味進行評分，取平均分作為最終評分。

表1 大米焙烤感官評分標準

1.5.2 DE值的測定[12]

工業上用DE值(也稱葡萄糖值)表示淀粉的水解水平或糖化程度。糖化液中還原性糖全部當作葡萄糖計算，占干物質的百分比稱為DE值。計算公式為：

(1)

還原糖含量的測定：3, 5-二硝基水楊酸(DNS試劑)比色法[13]。

大米總固形物的測定采用105 ℃恒重法[14]。本試驗所測大米總固形物含量為87.50%。

1.5.3 可溶性固形物含量的測定

使用手持式折光儀來測定米漿樣品中的總可溶性固形物含量[15]。

2 分析與討論

2.1 大米烘焙時間和溫度的確定

大米經烘焙后能夠產生宜人的風味和色澤，這主要是由于大米中各種成分發生焦糖化反應、美拉德反應和降解反應產物所致。大米經高溫烘焙，色澤隨處理溫度和時間的增加而逐漸加深，并伴隨著不同程度的炒米香味。在本實驗中，大米外形均無明顯變化；米粒兩頭由于比較薄而很快變色，但對大米粉碎成米粉并無影響。焙烤溫度和時間對大米感官評分的影響如圖1所示。140 ℃焙烤時，大米顏色隨時間變化不大，呈原有色澤，米香很淡。160 ℃烘烤時，隨著時間的延長，大米顏色逐漸加深，但仍為淡黃色，且米香較淡。當溫度提高到170 ℃時，大米顏色逐漸變成金黃色，米香味越來越濃郁，烘烤25 min的大米感官評分達9分。當溫度提高到180℃時，大米能在短時間內具有炒米香，顏色呈現金黃色，烘烤15 min時，感官評分達最高分11分。隨時間的延長，感官評分降低，當烘烤25 min時，大米變焦黃色，且米香變淡，感官評分為2分。焙烤溫度為200 ℃時，大米在短時間內就會變焦，隨著時間延長，逐漸變為褐色，并出現焦味，感官評分由8分降至-1分。綜上所述，大米在180 ℃烘烤15 min的條件下獲得最佳的色澤和香味。

圖1 焙烤溫度和時間對大米感官評分的影響Fig.1 Effect of baking temperature and time on sensory score of rice

2.2 米漿液化最佳工藝條件的確定

2.2.1 液化溫度對米漿酶解效果的影響

液化溫度對DE值和TSS的影響如圖2所示。耐高溫α-淀粉酶使糊化淀粉水解生成糊精、低聚糖、麥芽糖和少量葡萄糖，黏度迅速下降。DE值反映淀粉轉變為還原糖的轉化率的高低。隨著液化溫度的升高，DE值和TSS呈上升趨勢，當溫度達85 ℃時均達到最大值，分別為37.61%和7.2%，隨后隨著溫度的升高而下降。酶水解作用受溫度的影響，在最適溫度時，酶的水解能力最強。溫度低于最適溫度時，隨著溫度的增加，酶的水解作用增強，溫度高于最適溫度時，酶的活性受到鈍化，水解能力下降。因此，耐高溫α-淀粉酶的最適作用溫度為85 ℃。

圖2 液化溫度對米漿酶解效果的影響Fig.2 Effect of liquefaction temperature on enzymolysis of rice slurry

2.2.2 液化時間對米漿酶解效果的影響

液化時間對DE值和TSS的影響如圖3所示。隨著液化時間的延長，耐高溫α-淀粉酶與米漿中的淀粉充分反應，米漿的DE值、TSS呈快速的上升趨勢；在 120 min時，DE值達到最大值42.19%，TSS為8.0%。接著隨著時間的延長，DE值小幅下降。TSS的變化趨勢與DE值大致相同，呈先升高后下降趨勢。因此，耐高溫α-淀粉酶的最適作用時間為120 min。

圖3 液化時間對米漿酶解效果的影響Fig.3 Effect of liquefaction time on enzymolysis of rice slurry

2.2.3 耐高溫α-淀粉酶加酶量對米漿酶解效果的影響

耐高溫α-淀粉酶加酶量對DE值和TSS的影響如圖4所示。隨著酶的增加，DE值和TSS呈快速上升趨勢，加酶量達到25 U/g米粉時，DE值和TSS達到最大值，其值分別為48.87%，8.0%，隨著酶量的增加，DE值和TSS含量變化不大，說明酶量達到一定值時，催化效果達到飽和，酶量進一步增加對液化效果的影響并不大。耐高溫α-淀粉酶的添加量為25 U/g米粉有較好的液化效果。

圖4 耐高溫α-淀粉酶加酶量對米漿酶解效果的影響Fig.4 Effect of thermostable α-amylase enzyme dosage on enzymolysis of rice slurry

2.2.4 米漿液化正交試驗結果

米漿液化正交試驗設計及試驗結果如表2所示。以DE值為指標，影響米漿液化的因素從主到次順序為B(液化溫度)、A(液化時間)、C(加酶量)。最優配方為A3B1C3，即各因素優水平為液化時間140 min，液化溫度80 ℃，加酶量30 U/g。

表2 米漿液化參數 L9(33)正交設計方案及試驗結果

2.3 米漿糖化最佳工藝條件的確定

2.3.1 糖化溫度對米漿酶解效果的影響

將經液化的米漿進行糖化的作用是進一步把糊精、麥芽糖轉化為乳酸菌可直接利用的葡萄糖，增加米漿甜度。糖化溫度對DE值和TSS的影響如圖5所示。米漿的DE值、TSS隨著糖化溫度的升高均呈上升趨勢，溫度65 ℃時達到最大值，接著隨溫度的升高呈下降趨勢。因此，糖化酶的最適溫度為65 ℃。

圖5 糖化溫度對米漿酶解效果的影響Fig.5 Effect of saccharification temperature on enzymolysis of rice slurry

2.3.2 糖化時間對米漿酶解效果的影響

糖化時間對DE值和TSS的影響如圖6所示。隨著糖化時間的增加，糊精被水解成更小的分子，直至葡萄糖，米漿的DE值、TSS均呈上升趨勢。但高濃度葡萄糖發生的聚合反應會隨著糖化時間的延長而使DE值慢慢下降。DE值、TSS在7 h達最大值，其值分別為93.51%、9.0%。因此，糖化時間5 h～7 h有較好的效果。

圖6 糖化時間對米漿酶解效果的影響Fig.6 Effect of saccharification time on enzymolysis of rice slurry

2.3.3 糖化酶加酶量對米漿酶解效果的影響

加酶量對DE值和TSS的影響如圖7所示。米漿的DE值、TSS隨著加酶量的增加均呈上升趨勢，加酶量達250 U/g原料時達到最大值，分別為98.68%、8.3%。接著隨加酶量的增加，DE值和TSS呈小幅下降趨勢。因此，加酶量200～300 U/g有較好的糖化效果。

圖7 糖化酶加酶量對米漿酶解效果的影響Fig.7 Effect of glucoamylase dosage on enzymolysis of rice slurry

2.3.4 米漿糖化正交試驗結果

米漿糖化正交試驗設計及結果如表3所示。以DE值為指標，影響米漿糖化的因素從主到次順序為B(糖化溫度)、A(糖化時間)、C(加酶量)。最優配方為A1B1C3，即各因素優水平為糖化時間6 h，糖化溫度60 ℃，加酶量300 U/g。但這一組合在上述的9組試驗中未出現，為了進一步驗證正交試驗結果，進行了3次平行驗證實驗，得到DE值為99.86%，TSS為9.4%。

表3 米漿糖化參數 L9(33)DE值正交設計方案及試驗結果

3 結論

大米在180 ℃的溫度下烘烤15 min后，能在短時間內具有濃郁炒米香味，大米外觀變成金黃色，此條件下的大米經粉碎后制得的米漿具有淡淡的米香味。通過單因素試驗和正交試驗確定米漿最佳的酶解工藝條件為：耐高溫α-淀粉酶加酶量為30 U/g米粉，80 ℃條件下液化140 min，經液化后的米漿添加300 U/g米粉的糖化酶，60 ℃條件下糖化6 h，此條件下制得的米漿DE值為99.86%，TSS為9.4%。即米漿制備工藝流程為：大米180 ℃烘烤15 min→粉碎→30 ℃恒溫水浴浸泡2 h→膠體磨磨漿3 min→70 ℃水浴下糊化30 min→80 ℃、耐高溫α-淀粉酶加酶量30 U/g米粉液化140 min→60 ℃、糖化酶加酶量為300 U/g原料糖化6 h→過濾→米漿。

本研究對米漿的工藝條件進行優化，為后續乳酸菌發酵的研究提供基礎數據，但采用DE值和TSS指標考察米漿酶解效果，指標單一，后續將進一步研究酶解對乳酸菌的生長及發酵乳的感官和營養品質的影響。

[1] 傅亮，王麗麗，田利春. 發酵型營養米乳的研制[J]. 食品與機械，2006，22(5)：103-105.

[2] 黃亮，林親錄，王在亮，等. 發酵型功能早秈米乳飲料的制備[J]. 中國糧油學報，2009，24(7)：116-119.

[3] 余穩穩，吳暉，郭亞鵬，等. 乳酸菌種混合發酵研制大米飲料的工藝研究[J]. 現代食品科技，2012，28(1)：69-73.

[4] 鄒秀容，朱建華，周敏玲. 姜汁發酵米乳飲料的研制[J]. 食品研究與開發，2016，37(20)：76-80.

[5] GHOSH K, RAY M, ADAK A, et al. Microbial, saccharifying and antioxidant properties of an Indian rice based fermented beverage [J]. Food Chemistry, 2015, 168(2):196-202.

[6] GHOSH K, RAY M, ADAK A, et al. Role of probiotic lactobacillus fermentum KKL1 in the preparation of a rice based fermented beverage [J]. Bioresource technology, 2015, 188(7):161-168.

[7] 朱力杰，陳寧，陳妍婕，等. 復合乳酸菌在發芽糙米乳中的發酵特性[J]. 食品科學, 2017, 38(08): 80-85.

[8] SHORI A B. Influence of food matrix on the viability of probiotic bacteria: A review based on dairy and non-dairy beverages[J]. Food Bioscience, 2015, 13: 1-8.

[9] RATHORE S, SALMERON I, PANDIELLA S S. Production of potentially probiotic beverages using single and mixed cereal substrates fermented with lactic acid bacteria cultures[J]. Food Microbiology, 2012, 30(1): 39-44.

[10] DEVINDRA S, LONGVAH T. Analysis of digestible carbohydrates in different varieties of basmati rice and other popular cereal samples by using HPLC-RI[J]. World Journal of Dairy & Food Sciences, 2011, 14 (22): 6 457-6 469.

[11] NARANONG N, POOCHAROEN D. Production of L-lactic acid from raw cassava starch byRhizopusoryzaeNRRL 395[J]. Kasetsart Journal(Natural Sciences)， 2001,35(2):164-170.

[12] 涂清榮. 米乳飲料的制備及其穩定性的研究[D]. 無錫：江南大學, 2005.

[13] 趙凱,許鵬舉,谷廣燁. 3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量的研究[J]. 食品科學,2008, 29(08):534-536.

[14] 趙希雷. 谷物水分測定方法比較與分析[D].鄭州：河南工業大學, 2015.

[15] 彭姍姍. 食品分析檢測及其實訓教程[M]. 北京：中國輕工業出版社, 2011: 64.