啤酒糟酸奶的研制

王 然

（1.長春職業(yè)技術(shù)學院 食品與生物技術(shù)分院，吉林 長春 130033；2.吉林大學 生物與農(nóng)業(yè)工程學院，吉林 長春 130022）

2017年，中國啤酒產(chǎn)量約為4 401 000 kL，穩(wěn)居世界首位。然而，啤酒加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物占生產(chǎn)投料量的25%～33%[1]，大規(guī)模的啤酒產(chǎn)量必然產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。啤酒糟是啤酒加工糖化工序中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物，主要為麥芽皮殼類物質(zhì)，占啤酒加工總副產(chǎn)物的85%。有研究表明，干燥的啤酒糟中含有蛋白質(zhì)24%～28%、膳食纖維55%～61%、脂肪8%～11%、糖1%～3%以及灰分3%～5%[1]，其各營養(yǎng)成分的含量與谷物相近，同時，啤酒糟不易貯存，如果處置不當，極容易造成環(huán)境污染和資源浪費[2]。啤酒糟富含膳食纖維，其中水溶性膳食纖維約占40%，不溶性膳食纖維約占60%。水溶性膳食纖維可以作為益生元，為腸道內(nèi)的益生菌所利用，有助于腸道菌群平衡，促進腸道健康[3-4]；不溶性膳食纖維能吸收水分，軟化糞便，增加糞便體積，促進腸道蠕動，使有害物質(zhì)隨糞便盡早排出體外[5]。

目前，國內(nèi)外有研究已經(jīng)將啤酒糟應用于飼料[6]、食品添加劑[7-8]、生物活性物質(zhì)[9]以及能源[10]等方面，然而，研究將啤酒糟作為主要原料進行食品加工，還鮮見報道。酸奶營養(yǎng)豐富并具有整腸作用，能促進腸道健康；富含膳食纖維的復合型酸奶在調(diào)節(jié)胃腸功能、促進腸道健康等方面更具保健價值。目前，市面上復合型酸奶的膳食纖維主要來源于谷物，然而啤酒糟中主要營養(yǎng)成分的種類及膳食纖維含量均可以與多數(shù)谷物相媲美，將其作為原料應用于酸奶的加工中，不僅能降低復合型酸奶的原料成本，還能賦予酸奶獨特的風味。本研究將啤酒糟應用于發(fā)酵乳制品的加工中，通過優(yōu)化產(chǎn)品發(fā)酵工藝條件，將啤酒糟和乳制品共同進行發(fā)酵，制備啤酒糟酸奶，既為啤酒糟的綜合利用提供新思路，又為新型發(fā)酵乳制品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

啤酒糟：自制；鮮牛乳：完達山乳業(yè)股份有限公司；果葡糖漿：中糧生化能源（公主嶺）有限公司；酸奶發(fā)酵劑：北京川秀科技有限公司；鹽酸、瓊脂粉、無水乙醚：國藥集團化學試劑北京有限公司；蛋白胨、牛肉粉：北京奧博星生物技術(shù)有限公司。所有化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JM-060膠體磨：溫州市七星乳品設備廠；101鼓風干燥箱：上海昕儀儀器儀表有限公司；CRS300實驗室乳化機：上海馳翔新能源設備科技有限公司；GNP9080恒溫培養(yǎng)箱：常州菲普實驗儀器廠；SW-CJ-1D超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司；HH-W600電熱恒溫水浴箱：金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 啤酒糟酸奶的加工工藝及操作要點[11]

啤酒糟粉的制備：使用膠體磨對新鮮的啤酒糟進行研磨，粉碎至粒度＜0.5 mm，然后將粉碎后的啤酒糟置于140℃烘箱中，進行干燥處理20 min，制成啤酒糟粉。

調(diào)配：將啤酒糟粉4%～8%添加到牛乳中，再向其中加入果葡糖漿8%～10%，并攪拌均勻。

熱處理：將乳液加熱至100℃，保溫2 min，然后在85℃的條件下，保溫5 min。

加發(fā)酵劑：熱處理后，將乳液冷卻至42℃，加入0.1%酸奶發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=2∶1），攪拌均勻。

發(fā)酵：將乳液置于恒溫培養(yǎng)箱中，在40～44℃條件下，發(fā)酵8～10 h；在發(fā)酵的過程中，酸奶樣品的組織狀態(tài)由流動的液態(tài)逐漸變得粘稠，最后形成固態(tài)凝塊，這時酸奶發(fā)酵完成。

后熟：將發(fā)酵完成的酸奶樣品置于4℃的條件下冷藏后熟18 h，即得啤酒糟酸奶。

1.3.2 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件的確定

以酸度值和感官評分為評價指標，采用正交試驗設計方法和模糊綜合評價法研究啤酒糟添加量（O）、果葡糖漿添加量（P）、發(fā)酵溫度（Q）和發(fā)酵時間（R）4個因素對酸奶感官質(zhì)量的影響，并確定最適宜發(fā)酵工藝條件。在前期單因素試驗的基礎上，進行4因素3水平L9（34）正交試驗設計，因素與水平見表1[12-13]。

表1 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of yogurt with brewer's spent grain

1.3.3 啤酒糟酸奶感官質(zhì)量評價方法

選擇10名感官評定人員分別對啤酒糟酸奶從顏色、組織狀態(tài)、滋味和口感等四個方面進行感官評分，每項指標1分為最低分，10分為最高分，感官評分滿分為40分，每個酸奶樣品的感官評分為所有評定人員評分結(jié)果的平均值，具體評價標準見表2[14-17]。

表2 啤酒糟酸奶感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of brewer's spent grain yogurt

1.3.4 啤酒糟酸奶模糊綜合評價法

試驗以啤酒糟酸奶顏色、組織狀態(tài)、滋味和口感為因素集，以優(yōu)、良、中、差為評語集，依據(jù)感官評價結(jié)果，構(gòu)造四個單因素評價矩陣模型，采用模糊數(shù)學綜合評價法對模型進行分析[18-20]。

因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝=｛顏色，組織狀態(tài)，滋味，口感｝；評語集V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛優(yōu)，良，中，差｝。四個評價因素（顏色、組織狀態(tài)、滋味、口感）的權(quán)重系數(shù)A=｛a1，a2，a3，a4｝將依據(jù)正交試驗結(jié)果確定。

模糊綜合評價模型B=A×R，其中B為綜合評價集，A為權(quán)重系數(shù)，R為模糊矩陣。針對正交試驗設計得到的九個酸奶樣品，依據(jù)表2中四項評價指標，品評員對啤酒糟酸奶樣品逐一進行感官評分，并確定每項評分隸屬的等級，然后將所有品評員的評價結(jié)果進行歸一化處理，得到九個四階模糊關系矩陣Ri（其中i為樣品編號）。

1.3.5 啤酒糟酸奶理化指標及微生物指標測定

參照GB 19302—2010《食品安全國家標準發(fā)酵乳》、GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》，對啤酒糟酸奶的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、酸度、微生物限量以及乳酸菌活菌數(shù)進行檢測，其中，啤酒糟酸奶的蛋白質(zhì)含量的測定采用凱氏定氮法、脂肪含量的測定采用堿水解法、酸度測定采用電位滴定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果分析

以啤酒糟添加量、果葡糖漿添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間為因素，以酸度值和感官評分為評價指標，進行正交試驗，重復操作3次，結(jié)果取平均值，正交試驗結(jié)果與分析見表3。

表3 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of yogurt with brewer's spent grain

由表3可知，根據(jù)極差值1數(shù)據(jù)結(jié)果，啤酒糟酸奶酸度的影響因素的主次順序為R＞Q＞O＞P，其中發(fā)酵時間對成品感官品質(zhì)影響最大；根據(jù)極差值2數(shù)據(jù)結(jié)果，啤酒糟酸奶感官評分影響因素的主次順序為O＞Q＞P＞R，其中啤酒糟添加量對成品感官品質(zhì)影響最大。以酸度為評價指標時，最佳發(fā)酵工藝條件組合為O1P3Q2R3，啤酒糟酸奶的酸度值為84.8°T，感官評分為38.5分。以感官評分為評價指標時，最佳發(fā)酵工藝條件組合為O1P2Q2R2，啤酒糟酸奶的酸度值為79.4°T，感官評分為36.3分。綜合考慮上述優(yōu)化結(jié)果，以酸度為指標得到的優(yōu)化結(jié)果，制備啤酒糟酸奶，其感官評分相對較高，因此，選擇以酸度為評價指標的正交試驗最優(yōu)組合O1P3Q2R3，即啤酒糟添加量4%，果葡糖漿添加量10%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間10 h。此最佳發(fā)酵條件下進行3次驗證試驗，啤酒糟酸奶的酸度為84.8°T，感官評分為38.5分。

2.2 模糊綜合評價法分析

根據(jù)表2感官評分標準，由10名感官評價人員對不同配方和工藝參數(shù)的啤酒糟酸奶進行感官評價，評價具體結(jié)果見表4。在10人對啤酒糟酸奶的評分結(jié)果中，以1號樣品顏色為例，5人選擇優(yōu)，3人選擇良，1人選擇中，0人選擇差，所以得到：r顏色=（0.5，0.3，0.1，0）；同理，得到：r組織狀態(tài)=（0.6，0.3，0.1，0）、r滋味=（0.4，0.3，0.2，0.1）、r口感=（0.6，0.3，0.1，0），因此，1號樣品的評價結(jié)果矩陣為

同理可以得出2號樣品至9號樣品的8個模糊矩陣：

表4 啤酒糟酸奶感官評價票數(shù)Table 4 Sensory evaluation grading votes of yogurt with brewer's spent grain

2.3 建立模糊關系綜合評價集

根據(jù)模糊綜合評價模型B=A×R，其中權(quán)重系數(shù)A依據(jù)表3正交試驗分析結(jié)果確定，正交試驗結(jié)果方差分析得出，影響感官評價因素的主次順序為O＞Q＞P＞R，即啤酒糟添加量＞發(fā)酵溫度＞果葡糖漿添加量＞發(fā)酵時間，因此確定影響感官評價的各因素組成權(quán)重系數(shù)A=（0.5，0.1，0.3，0.1）。

同理得到：B2=（0.79，0.21，0，0），B3=（0.48，0.30，0.16，0.06），B4=（0.37，0.36，0.13，0.14），B5=（0.35，0.34，0.15，0.16），B6=（0.34，0.30，0.21，0.15），B7=（0.22，0.33，0.18，0.27），B8=（0.26，0.32，0.22，0.20）；B9=（0.24，0.21，0.31，0.24）。

為得出模糊綜合評價的總分，設定感官評價等級分值：優(yōu)為38分，良為28分，中為16分，差為6分，建立感官評價特殊性數(shù)集V=（38，28，16，6），則啤酒糟酸奶模糊綜合評價總分為Ti=Bi×V（i=1，2，3，…，9），因此，T1=B1×V=（0.49，0.30，0.13，0.03）×（38，28，16，6）=29.28，同理，T2=35.9，T3=29.56，T4=27.06，T5=26.18，T6=25.58，T7=22.10，T8=23.56，T9=21.4。

根據(jù)上述模糊綜合評價總分，可以發(fā)現(xiàn)，只有2號樣品的感官評分接近等級優(yōu)，其他樣品接近等級良或中，沒有樣品為差級。九個樣品感官品質(zhì)優(yōu)劣排序為2號＞3號＞1號＞4號＞5號＞6號＞8號＞7號＞9號。因此，根據(jù)模糊綜合評價法，啤酒糟酸奶的最適宜配方及加工工藝組合為O1P2Q2R2，即啤酒糟添加量為4%，果葡糖漿添加量為9%，發(fā)酵溫度為42℃，發(fā)酵時間為9 h。

模糊綜合評價法計算結(jié)果與以感官評分為評價指標的正交試驗法得出的最適宜配方及工藝參數(shù)結(jié)果一致；與以酸度為指標的正交試驗法得出的最適宜配方結(jié)果不完全一致。根據(jù)模糊綜合評價法的計算結(jié)果可知，利用模糊綜合評價法對影響啤酒糟酸奶品質(zhì)的啤酒糟添加量、果葡糖漿添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間進行分析，具有減少人為主觀因素影響，適合多樣品感官品質(zhì)評價間差異的優(yōu)勢特點；模糊綜合評價結(jié)果不僅反應了酸奶樣品客觀的品質(zhì)，同時也能貼近評價者的實際感官感受，因此，評價結(jié)果相對符合客觀規(guī)律，也說明了本研究感官評價試驗結(jié)果的準確性。

2.4 啤酒糟酸奶質(zhì)量分析

根據(jù)以酸度為評價指標的正交試驗法得出的最優(yōu)組合O1P3Q2R3，制成的啤酒糟酸奶進行質(zhì)量分析。啤酒糟酸奶成品感官評分38.5分，其蛋白質(zhì)含量2.6 g/100 g、脂肪含量2.5 g/100 g，酸度84.8 °T，乳酸菌數(shù)為3.3×106CFU/g，未檢出大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌，啤酒糟酸奶各項指標符合GB 19302—2010《食品安全國家標準發(fā)酵乳》及GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》的要求。

3 結(jié)論

本研究采用正交試驗結(jié)合模糊綜合評價法優(yōu)化啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件，利用數(shù)學模型分析和論證感官評價結(jié)果，使優(yōu)化試驗結(jié)果更具科學性，得出啤酒糟酸奶最適宜發(fā)酵工藝條件：啤酒糟添加量為4%，果葡糖漿添加量為10%，發(fā)酵溫度為42℃，發(fā)酵時間為10 h。以此優(yōu)化條件下制備的啤酒糟酸奶，感官評分為38.5分，其蛋白質(zhì)含量為2.6 g/100 g、脂肪含量為2.5 g/100 g，酸度為84.8 °T，乳酸菌數(shù)為3.3×106CFU/g，未檢出致病菌；酸奶樣品富含膳食纖維，酸甜可口，具有特異性的發(fā)酵風味，是一種營養(yǎng)豐富、具有積極開發(fā)價值的發(fā)酵乳制品。