乳酸菌發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）是一種能利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸的革蘭氏陽性細菌的統稱［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，而有關谷物發酵類的食品較少。本文主要研究以營養豐富的五谷為原料，研磨成漿后經乳酸菌發酵的五谷復合飲料。該飲料不僅便于保藏，風味獨特，而且營養豐富，更有利于消化吸收［4］，也是研發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，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）：佰生優食品旗艦店；檸檬酸（食品級）：濰坊英軒實業有限公司；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（北京市光明醫療儀器有限公司）；SPX-250BSH-Ⅱ型恒溫培養箱（上海新苗醫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，發酵時間7 h，發酵溫度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%；發酵時間6，7，8，9，10 h；發酵溫度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酵溫度和發酵時間。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，發酵時間7 h，發酵溫度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價值，燕麥和大豆的營養功能更加豐富。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，發酵時間7 h，發酵溫度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，發酵時間7 h，發酵溫度35 ℃，發酵劑添加分別為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，發酵劑添加量0.8%，發酵溫度35 ℃，以感官評價為依據，研究發酵時間對感官評分的影響，結果如圖2所示。

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

2.1.5 發酵溫度的確定

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，乳酸菌發酵劑添加量0.8%，發酵溫度35 ℃，發酵時間為7 h，以感官評價為依據，研究發酵溫度對感官評分的影響，結果如圖3所示。

圖3 發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，當發酵溫度為35 ℃時，感官評分最高。發酵溫度過低，成品完全沒有發酵或者發酵不完全，沒有乳酸味；發酵溫度過高，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分層。當發酵溫度為35 ℃時，乳酸菌菌種發酵程度適中，口感好，組織狀態均勻。

2.2 正交試驗結果與分析

為確定乳酸菌發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、發酵溫度、發酵時間。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，發酵時間8 h，發酵溫度35 ℃。此時乳酸菌發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，狀態穩定。

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，發酵時間為8 h，發酵溫度為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：質構特征均一，狀態均勻細膩，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

為進一步分析發酵后谷物復合飲料的理化指標，對發酵前后漿液的pH值、還原糖含量及氨基酸態氮含量進行比較，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）。發酵可以降低抗營養因子含量，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。經過發酵后的五谷復合飲料氨基酸態氮大大提高，達到29.32 mg/（100 mL），說明發酵可以促進蛋白降解，進而提高其營養價值。

3 結語

通過單因素和正交試驗研究得出乳酸菌發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%，發酵時間為8 h，發酵溫度為35 ℃，制出的乳酸菌發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、發酵溫度、發酵時間。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）；乳酸菌發酵劑產生的豐富酶系統將蛋白質分解成游離氨基酸，從而使氨基酸態氮大大提高，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價值，更有利于消化吸收。