糙米酵素發酵工藝的中試研究

牛廣財，朱 丹，左 鋒，魏文毅，王憲青，關 琛，岳麗雅

（1.黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江 大慶 163319；3.黑龍江省杜爾伯特蒙古族自治縣琳代悅源食品有限公司，黑龍江 杜爾伯特 166200）

稻谷經礱谷機脫去穎殼后即可得到糙米，它由米糠層、胚芽和胚乳組成。糙米再加工脫皮即可得到精白米，傳統的精白米加工方法造成的食物資源浪費達10%～20%。因此，糙米的營養價值比精白米高[1-3]。此外，糙米中還含有γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷維醇、米糠纖維、植酸等多種生理活性成分[4]。但糙米外圍被一層密度極高的粗纖維組織和糠蠟包裹，其吸水性和膨脹性很差，直接食用時口感粗糙，有一種糠的不愉快氣味，蒸煮性、口感和吸收性較差[5-6]。

鑒于此，利用糙米制成糙米酵素，可以改善糙米食用品質，增加糙米的營養價值，提高糙米的保健功能。糙米酵素是在糙米中加入蜂蜜，采用酵母菌發酵而成的。酵母菌通過本身的中間代謝，使底物產生一系列的生物化學變化，實現糖類、脂質、蛋白質之間的相互轉化，并為產生新的生理物質提供前體物。因此，用酵母菌將糙米發酵后，其營養價值遠遠超過了糙米本身，可以產生50多種酵素以及谷胱甘肽和γ-氨基丁酸[7-11]，另一方面也使糙米營養物質微細化，改善糙米食用品質[12]。目前，評價糙米酵素功效的指標有γ-氨基丁酸含量、谷胱甘肽含量、淀粉酶活力等[4，7，8，13]，前兩種實際上是以其重要營養成分的含量為指標，即它們的含量能在一定程度反映出糙米酵素的營養價值。但是糙米酵素的本質是生物酶，而酶活力是酶最重要的一個指標，特別是在糙米發酵過程中，其淀粉酶變化較大。因此，本研究是在以往小試試驗研究的基礎上，利用酵母菌發酵法進行中試試驗，用以檢驗小試試驗研究結果的可行性，選用用比色法測定淀粉酶活力，并將其作為考察指標。以期為糙米酵素發酵的工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙米粉：黑龍江省杜爾伯特蒙古族自治縣琳代悅源食品有限公司；活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。大麥芽：北大荒龍墾麥芽有限公司；蜂蜜、食鹽：市購食用級；γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）標準品（純度99.99%）：美國Sigma公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

DRP-9082電熱恒溫培養箱：上海森信實驗儀器有限公司；HD-1360型超凈工作臺：哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司；LDZX-50KBS型高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠；730型紫外-可見分光光度計：上海光學儀器有限公司；AR2140電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；微量移液器：上海熱電儀器有限公司；TD5A臺式多管架離心機：長沙英泰儀器有限公司；DA-650/2S真空包裝機：山東諸城市興源包裝機械廠；838-50型氨基酸自動分析儀：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米酵素加工工藝流程

糙米粉、酵母活化液、蜂蜜等→混合調配→接種→控溫發酵→干燥→糙米酵素

操作說明：以糙米粉質量（10g）為100%，分別添加蜂蜜8%，大麥芽粉1%，食鹽1%等輔料，按150%比例加水配制培養基，并于121 ℃滅菌20 min，冷卻后，分別在接種量3%～5%，發酵時間2～6 h，發酵溫度27～33 ℃的條件下，發酵生產糙米酵素。發酵結束后，在50～55 ℃條件下干燥得產品。

1.3.2 發酵條件優化正交試驗

根據以往的單因素試驗研究結果，以淀粉酶活力為考察指標，選取接種量、發酵時間和發酵溫度等因素，采用L9（33）正交方法進行試驗設計[14]，優化酵母接種量、發酵時間及溫度等工藝參數，正交試驗因素與水平見表1。該優化研究中每次試驗原料用量為100 kg，用于確定中試生產的工藝參數。

表1 發酵條件優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

1.3.3 檢測指標

淀粉酶活力測定采用比色法[15]；γ-氨基丁酸含量參照李常鈺[16]的比色法測定；氨基酸含量測定采用838-50型氨基酸自動分析儀方法；微生物檢驗參照GB 4789.2—2010《菌落總數測定》、GB 4789.3—2010《大腸菌群計數》、GB 4789.15—2010《霉菌計數方法》中方法進行測定。

2 結果與分析

2.1 發酵條件優化正交試驗

在單因素試驗基礎上，以淀粉酶活力為考察指標，選取接種量、發酵時間和發酵溫度等因素，采用L9（33）正交設計進行試驗[14]，優化酵母接種量、發酵時間及溫度等工藝參數正交試驗結果見表2，方差分析見表3。

表2 發酵條件優化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

由表2可知，對各因素的K、k及R的大小進行計算，可以得出，A因素以A2水平最佳；B因素以B3水平最佳；C因素以C2水平最佳。從R值可以判斷出各因素對淀粉酶活力指標影響的主次順序為A（接種量）＞B（發酵時間）＞C（發酵溫度）。故糙米酵素發酵的最佳中試工藝條件為A2B3C2，即接種量4%，發酵時間6 h，發酵溫度30 ℃。

表3 正交試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由正交試驗方差分析（表3）可知，接種量在糙米酵素發酵過程中對結果有顯著性影響（P＜0.05），發酵時間和發酵溫度對試驗結果沒有顯著性影響。

2.2 驗證試驗

稱取同批次糙米粉3份各100 kg，按照優選的中試工藝進行重復性試驗，結果見表4。從表4可以看出，各重復的淀粉酶活力穩定，平均值為442.2 U/g，重復性好，變異系數（coefficientofvariation，CV）8.7%，說明該中試工藝穩定可行。

表4 最佳中試工藝的驗證試驗結果Table 4 Results of proven experiment under the optimal condition

2.3 產品的氨基酸含量

從表5可知，糙米酵素的天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸的含量要明顯高于糙米，分別為糙米的1.27、1.22和1.55倍。無論是糙米還是糙米酵素，其中的谷氨酸（Glu）都占主要地位。與糙米相比較，糙米酵素的必需氨基酸（essential amino acid，EAA）含量增加，特別是其中的限制性氨基酸增加較明顯。氨基酸總量（10.99%）顯著高于對照（8.94%）。通過酵母菌發酵，不僅使淀粉酶活力升高，還使氨基酸含量不同程度的升高。在發酵過程中，蛋白質水解為低分子肽和氨基酸，這些產物又參與分解代謝或合成新的氨基酸，因此，氨基酸的種類及數量會發生變化[5，17]。

表5 糙米酵素的氨基酸的含量Table 5 Contents of amino acids in brown rice leaven %

2.4 產品質量指標

2.4.1 感官指標

色澤：乳白色、色澤均勻；氣味：醇香、有發酵香氣、無異味；酸度：酸甜適口；組織形態：狀態均勻，80～120目粉狀；雜質：無肉眼可見的外來雜質。

2.4.2 理化指標

淀粉酶活力≥442.2 U/g；氨基酸總量≥10%；γ-氨基丁酸含量≥120 mg/100 g。

2.4.3 微生物指標

菌落總數≤10 000 CFU/g；大腸菌群≤90 MPN/g；霉菌≤50 CFU/g；致病菌（沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄酒菌）：不得檢出。

3 結論

正交試驗優選出糙米酵素發酵的最佳中試工藝，即每100 kg原料，接種量4%，發酵時間6 h，發酵溫度30 ℃。該最佳條件下，產品呈乳白色，氣味醇香，酸甜適口，組織狀態均勻，淀粉酶活力穩定，平均值為442.2 U/g，產品質量指標合格。驗證試驗結果表明該工藝穩定可行，為糙米酵素的工業化生產奠定了基礎。糙米酵素是具有很強水溶性的粉末，既可以直接食用，又可以將它與其他食品配合食用。通過發酵工藝提高了糙米的功能特性，使糙米營養物質微細化。今后可將糙米酵素作為食品基料及保健成分應用到傳統食品生產中，也可用于開發新型富含糙米酵素的功能性食品。

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