無醇小米飲料的研制與營養分析

張愛霞，劉敬科，趙　巍，任素芬，張玉宗（河北省農林科學院谷子研究所，國家谷子改良中心，河北省雜糧研究實驗室，河北　石家莊　050035）

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無醇小米飲料的研制與營養分析

張愛霞，劉敬科，趙巍，任素芬，張玉宗*
（河北省農林科學院谷子研究所，國家谷子改良中心，河北省雜糧研究實驗室，河北石家莊050035）

摘要：發酵糖化條件是決定無醇小米飲料產品最終品質的重要因素。在生產工藝流程為“小米寅除雜寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷卻寅發酵糖化寅高速離心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅過濾寅裝瓶寅高溫滅菌（100℃，20 min）寅成品”條件下，采用L9（33）正交試驗設計，對無醇小米飲料生產過程中的3個發酵糖化工藝參數（糖化曲用量、糖化時間和糖化溫度）進行了優化，結果顯示，生產無醇小米飲料的最佳發酵糖化工藝參數為糖化曲用量0.4%、糖化溫度30℃、糖化時間50 h。在最佳發酵糖化工藝條件下進行了無醇小米營養飲料的生產，并對產品進行了感官品質評價和營養成分分析，結果顯示，該小米飲料產品得率逸150%（即：1 kg小米能生產出1.5 kg以上的飲料）；pH值3.7～3.8，澄清透明，芳香純正，酸甜可口，口感醇厚；不含脂肪和酒精；含有豐富的小分子碳水化合物和多種氨基酸，且含有人體所需要的8種必需氨基酸，除了賴氨酸外多數必需氨基酸的AAS接近或大于100，更利于人體消化吸收。

關鍵詞：小米；飲料；L9（33）正交試驗設計；糖化；氨基酸

谷子（Setaria Italica）原產于中國，距今已有7000 a以上的栽培歷史，在眾多新石器時代的遺址中均發現了谷粒、谷穗和米粒等碳化物[1，2]，其脫殼后的產品為小米。小米富含人體所需的七大營養素，營養豐富位居百谷之首；而且相對于小麥、水稻和玉米，其所含的各種營養成分與人體需求更為適宜，即營養最均衡[3]。目前谷子以原糧小米形式消費為主，深加工比較落后，在一定程度上阻礙了谷子產業的快速發展。國外學者利用生物發酵技術對小米進行了深加工研究，發現小米經發酵后其中的纖維、植酸、蛋白質、脂肪、碳水化合物等大分子物質會分解生成小分子成分，更有利于人體利用[4～6]。研究顯示，采用發酵技術生產小米酒釀類飲料，由于發酵時間較長（60 h或更長），因此，產品的酒精含量較高，一般為10%或更高[7，8]。作者試圖通過選擇合適的工藝和發酵方法，制作一種芳香純正、口味酸甜、營養豐富、適合大眾消費的低醇或無醇型功能飲料。將小米深加工成小米營養飲料，不僅會豐富飲料種類，而且會加快小米的市場消化和深加工增值，促進小米產業的快速發展。

1　材料與方法

1.1試驗材料

主要試材為小米（由河北金谷農業科技有限公司提供）和糖化酒曲（安琪酵母股份有限公司）；其他試劑均為分析純。

主要設備有冷凍離心機（Heraeus Biofuge Stratos型，德國賀利氏控股集團）、電熱恒溫培養箱（DH4000B域型，天津泰斯特儀器有限公司）、pH計（S20型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）、糖度計（RHB32型，天津泰斯特儀器有限公司）、電子天平（AG285型，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）、凱氏定氮儀（Kjeltec8400型，德國Foss公司）和氨基酸全自動分析儀〔塞卡姆S433D/S433型，德國sykam（賽卡姆）公司〕。

1.2試驗方法

1.2.1小米飲料的生產工藝流程參考傳統的釀酒工藝和甜酒釀制作過程[7～10]，根據作者前期的試驗結果，確定發酵型無醇小米飲料的生產工藝流程為：小米寅除雜寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷卻寅發酵糖化寅高速離心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅過濾寅裝瓶寅高溫滅菌（100℃，20 min）寅成品。

1.3.2小米飲料發酵糖化條件的優化在前期大量試驗的基礎上，明確了發酵糖化條件（糖化曲用量、糖化時間、糖化溫度）影響飲料的最終品質。為了明確小米營養飲料發酵糖化工藝的最佳參數，參考糖化酒曲使用說明，進行了發酵糖化工藝參數的L9（33）正交試驗設計（表1）。

表1　發酵糖化工藝參數的正交試驗設計Table 1 The orthogonal experiment design of saccharification technology parameters

1.3.3小米飲料的生產與品質評價在最佳發酵糖化工藝條件下，進行發酵型無醇小米營養飲料的生產。然后對產品進行感官品質和內在品質評價。

1.3.3.1感官品質評價。發酵糖化條件主要影響最終產品的風味和口感，而對產品色澤和組織狀態無明顯影響。本研究中挑選了11名評價員，依據無醇小米飲料感官品質評價標準（表2），對產品的風味和口感進行感官評價，結果取平均值。感官品質評分總分為20分，其中，風味和口感各占10分。

表2　無醇小米飲料感官品質的評價標準Table 2 Sensory quality evaluation standard of nonalcoholic millet beverage

1.3.3.2內在品質指標測定。酸度測定采用pH計法；可溶性固形物含量（總糖度）測定采用折光計法[11]；蛋白質含量測定采用凱氏定氮法[12]；氨基酸含量測定采用氨基酸自動分析儀[13]；非蛋白態氮含量測定采用甲醛值法[14]；脂肪含量測定采用索氏抽提法[15]；灰分含量測定采用灼燒法[16]；酒精含量測定采用蒸餾法[14]。能量根據公式計算得到，計算公式為：

能量（kJ）=17×蛋白質含量+17×碳水化合物含量+37×脂肪含量

2　結果與分析

2.1無醇小米飲料發酵糖化條件的確定

在正交試驗中，可以通過各試驗因素的R（極差）判斷不同因素對試驗結果的影響程度，R越大，表明影響越大。3個因素的R順序為RC躍RB躍RA（表3），表明糖化溫度對小米飲料的感官品質影響最大，其次是糖化時間，糖化曲用量的影響最小。

對正交試驗結果進行分析發現，因素A、B、C的最佳水平分別為1、2、2，由此認為，發酵糖化最適宜的因素組合為A1B2C2。而試驗的9個組合所制產品，感官評分也以A1B2C2組合最高。最終確定無醇小米飲料發酵糖化的最佳工藝參數為糖化曲用量0.4%、糖化時間50 h、糖化溫度30℃。

2.2無醇小米飲料的生產與品質評價

2.2.1產品得率在最佳工藝條件下，發酵型無醇小米營養飲料的產品得率逸150%，即：1 kg小米能生產出1.5 kg以上的飲料產品。

表3　無醇小米飲料正交試驗結果Table 3 The orthogonal experiment results of nonalcoholic millet beverage

2.2.2感官品質該產品pH值3.7～3.8，酸甜比適宜，口感柔和。

2.2.3內在品質

2.2.3.1產品歸類。該產品酒精未檢出。根據我國國家標準對飲料酒的定義“酒精度在0.5%以上的酒精飲料為飲料酒”[18]，該產品不屬于飲料酒的范疇，而是屬于飲料系列。

2.2.3.2營養成分含量。該產品脂肪未檢出，總糖（可溶性固形物）含量為18.5%，總蛋白質含量為0.20%，非蛋白態氮含量為0.18%（表4）。表明該飲料的產能物質主要是蛋白質和糖類，且其蛋白質主要是小分子量的氨基酸和小肽。發酵會使部分氨基酸游離出來，這與姚世聰等[17]的研究結果相一致。100 g小米該產品的能量為317.9 kJ。該產品灰分含量為0.10%，表明該飲料中保留了小米中較高含量的礦物質元素。

表4　無醇小米飲料的營養成分含量Table 4 Nutrient content of noalcoholic millet beverage

表5　小米和無醇小米飲料的氨基酸含量與必需氨基酸評分Table 5 Amino acid content and AAS of millet and nonalcoholic millet beverage

2.2.3.3氨基酸組成。文 氨酸[19，20]，色氨酸具有鎮定和催眠作用，而且社會上也有“喝小米粥助于睡眠”的說法。但由于色氨酸在酸解條件下全部被破壞，所以本研究結果缺少色氨酸含量。

對小米和小米飲料中的16種氨基酸含量進行了檢測，結果（表5）顯示，雖然該飲料中的氨基酸含量遠遠約小米，但是其含有小米中的所有氨基酸種類，其中，8種必需氨基酸含量為0.782 g/kg（不包括色氨酸），占其總氨基酸含量的40.25%。根據1973年FAO/WHO提出的必需氨基酸計分模式[21]計算小米和飲料的必需氨基酸評分（Amino Acid Score，簡稱AAS），發現二者除賴氨酸AAS較低（小米44.76，飲料67.36）外，多數必需氨基酸的AAS接近或躍100，表明小米和飲料中的蛋白質均為優質蛋白。而且飲料中的蛋白質均為小分子的氨基酸和肽類，較小米更利于人體消化吸收。

3　結論與討論

在無醇小米飲料的生產過程中，發酵糖化工藝至關重要，其中，糖化溫度對產品質量影響最大，其次是糖化時間，糖化曲用量影響最小。感官品質評價結果顯示，隨著糖化溫度的升高和糖化時間的延長，飲料的酸度增大，并伴隨有酒精味產生。因此，在無醇小米飲料生產過程中，應嚴格控制發酵糖化條件處于最佳水平，即：糖化曲用量0.4%，糖化溫度30℃，糖化時間50 h。

本研究制得的小米飲料總糖（可溶性固形物）含量為18.5%，明顯高于相關文獻報道的10%[7，8]。分析原因可能與發酵方式有關，本研究采用的是短時（50 h）一次發酵法，而其他研究采用的是60 h的長時間發酵[7]或數天的二次發酵法[8]。正是由于發酵時間延長或酵母菌的添加促使部分糖轉化為酒精、二氧化碳和其他有機物質，這也是本研究所制飲料不含有酒精的緣故。營養成分分析結果顯示，無醇小米飲料含有的糖主要是易于被人體消化吸收的葡萄糖、麥芽糖等小分子碳水化合物，氨基酸含量豐富（1.942 9g/kg），且含有人體所需的8種必需氨基酸（0.782 g/kg），但不含脂肪和酒精。

本研究制作的無醇小米飲料清亮透明，呈均勻的淡黃綠色；有純正的米香味和濃郁的發酵芳香，無其他異味；酸甜度適當，口感爽滑、柔和純正。

參考文獻：

［1］張履鵬.谷子的起源與分類史研究［J］.中國農史，1986，（1）：67-70.

［2］陳文華，張忠寬.中國古代農業考古資料索引（十二）［J］.農業考古，1987，（1）：413-425，427.

［3］李時珍.本草綱目［M］.北京：人民衛生出版社，1982.

［4］Arora S，Jood S，Khetarpaul N. Effect of germination and probiotic fermentation on nutrient profile of pearl millet based food blends［J］.British Food Journal，2011，113（4）：470-481.

［5］Antony U，Sripriya G，Chandra T S. The effect of fer原mentation on the primary nutrients in foxtail millet（Se原taria italica）［J］.Food Chemistry，1996，56（4）：381-384.

［6］Sharma A，Kapoor A C. Effect of various types of fer原mentation on in vitro protein and starch digestibility of differently processed pearl millet［J］. Nahrung，1996，40（3）：142-145.

［7］周桃英，李杏元，劉紅煜，潘嫣麗.甜酒釀生產工藝的優化研究［J］.中國釀造，2009，（9）：134-136.

［8］龔院生，姚艾東，王成中.小米發酵飲料的研制［J］.鄭州糧食學院學報，1999，20（3）：41-44，56.

［9］傅金泉.傳統的發酵食品——甜酒釀［J］.釀酒，1987，（5）：9-10.

［10］周桃英，丁艷麗.甜酒釀的制作［J］.江蘇食品與發酵，2007，（4）：37-38.

［11］GB/T 12143—2008，中華人民共和國國家標準飲料通用分析方法［S］.

［12］GB/T 5009.5—2010，中華人民共和國國家標準食品中蛋白質的測定［S］.

［13］GB/T 5009.124—2003，中華人民共和國國家標準食品中氨基酸的測定［S］.

［14］GB/T 13662—2008，中華人民共和國國家標準黃酒［S］.

［15］GB/T 5009.6—2003，中華人民共和國國家標準食品中脂肪的測定［S］.

［16］GB 5009.4—2010.食品安全國家標準食品中灰分的測定［S］.

［17］姚世聰，趙丹，路鍶.不同發酵劑對小米營養成分及酌-氨基丁酸含量的影響［J］.食品工業科技，2012，33（19）：165-167，172.

［18］GB/T 17204—2008，中華人民共和國國家標準飲料酒分類［S］.

［19］李慶春，黎裕，曹永生，吳舒致.小米蛋白質含量和氨基酸組成及對其蛋白質品質的評價［J］.中國糧油學報，1994，9（4）：7-13.

［20］盧健鳴，李萍，孫秋燕，閆萬華，楊春.合理調配食物結構提高蛋白質營養效價［J］.山西農業大學學報：自然科學版，1993，13（4）：361-365.

［21］FAO/WHO. Energy and protein requirements［J］. FAO Nutrition Meeting Report Series，1973：52-63.

Development and Nutrition Analysis of Nonalcoholic Millet Beverage

ZHANG Ai-xia，LIU Jing-ke，ZHAO Wei，REN Su-fen，ZHANG Yu-zong*
（Institute of Millet Crops of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，National Foxtail Millet Improvement Center，Minor Cereal Crops Laboratory of Hebei Province，Shijiazhuang 050035，China）

Abstract：Fermented saccharification is an important factor in determining the ultimate quality of millet beverage. The technological process of nonalcoholic millet beverage is as follows，millet→screening→soak-ing→cooking→cooling→fermented saccharification→centrifugal separation（2 000 rpm，10 min）→super-natant→filtration→bottled→sterilization（100℃，20 min）→product. The optimum saccharification process is determined based on L9（33）orthogonal experiments，including starter cultures are 0.4%，temperature is 30℃，the time is 50 h. The organoleptic characteristics and nutritional components of millet beverage under the optimum process are as follows，the millet beverage yields are greater than 150%，that is to say，more than 1.5 kg beverage can be gotten by 1 kg millet. The pH of the millet beverage is from 3.7 to 3.8. It is clear and transparent，pure flavor，sweet and sour，and mouth filling.It is fat-free and ethanol zero. It is rich in small molecule carbohydrate and amino acids for human health，and the AAS of essential amino acid is equal or above 100% except lysine.

Key words：Millet；Beverage；L9（33）orthogonal experiment desigh；Saccharification；Amino acids

中圖分類號：TS275.4

文獻標識碼：A

文章編號：1008-1631（2016）01-0008-04

收稿日期：2015-06-16

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD34B08-08）；河北省科技計劃項目（14227110D）

作者簡介：張愛霞（1977-），女，河北盧龍人，工程師，博士，主要從事食品營養和食品加工研究。

通訊作者：張玉宗（1958-），男，河北保定人，研究員，主要從事谷物加工技術研究。