黑小麥芽酸奶工藝優化及其抗氧化活性

李楠，郭佳麗

運城學院生命科學系（運城 044000）

酸奶是以優質乳品為原材料，由一種或多種乳酸菌發酵而成的一種奶制品[1]。酸奶具有悠久的生產歷史，南北朝時期的農書《齊民要術》就記載了酸乳制作的方法[2]。酸奶營養價值豐富，可以促進消化吸收，保持腸道菌群生態平衡，抑制腸道腐敗菌生長，形成生物保護屏障。

黑小麥是一種由小麥和黑麥雜交產生的特色農作物，兼有小麥與黑麥的優勢[3]。黑小麥含有豐富的花青素、類黃酮、生物堿、植物甾醇、強心苷等物質，與常見的其它黑色食物相比，黑小麥含有更高的植物蛋白、膳食纖維、維生素和微量元素Fe、Zn、Se、I[4]。多數谷物發芽后，化學成分會發生改變，營養價值提高，抗營養因子減少并能產生獨特風味[5-6]，Gan等[7]發現黑小麥發芽后，多酚含量和抗氧化能力會顯著增加。近年來，將特色果蔬或谷類加入牛奶中制作復合酸奶的研究較多，但還未發現由營養價值相對更高的發芽谷物制作復合酸奶的相關研究。一些發芽谷物會產生消極風味，會使得復合酸奶產品難以實現營養價值和感官品質的統一，并由此限制相關復合酸奶產品的開發。黑小麥發芽后會產生特殊的青草香味和麥香味，口感良好。因此，試驗以黑小麥芽為原料，制作黑小麥芽復合酸奶，并進一步研究復合酸奶的抗氧化活性，以期為開發發芽谷物功能性復合酸奶提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑小麥（亞洲一號，江蘇鎮江產）；純牛奶、白砂糖（市售）；酸奶發酵劑（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合物，安琪酵母股份有限公司）；DPPH、ABTS（合肥博美生物科技有限責任公司）；無水乙醇、30% H2O2、硫酸亞鐵、水楊酸、抗壞血酸（均為市售分析純）。

1.2 儀器與設備

ZHJH-C1115C型垂直流超凈工作臺（上海智城分析儀器制造有限公司）；SPX-100B-Z型生化培養箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠）；UV-5500PC紫外可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）；HH-4數顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）；TDL6M型低速離心機（湖南湘立科學儀器有限公司）；JJ-2型組織搗碎勻漿機（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）。

1.3 黑小麥芽酸奶制作方法

1.3.1 工藝流程

純牛奶→調配（加黑小麥芽漿、白砂糖）→殺菌→冷卻→接種→灌裝→發酵→冷藏→成品

1.3.2 操作要點

黑小麥芽漿制備：將黑小麥用2% NaCl溶液浸泡消毒30 min，去離子水洗凈，置于鋪有3層濾紙的發芽盒中，25 ℃下避光萌發。取第5天的黑小麥芽，蒸汽處理10 min滅酶，按料水比1∶4磨漿，經紗布過濾收集漿液，備用。

調配：把牛奶、黑小麥芽漿和白砂糖按一定比例混合，攪拌均勻。

殺菌、冷卻：將混合液在95 ℃水浴鍋中滅菌10 min，立即冷卻到42 ℃。

接種：在混合液中接入一定量的安琪直投式酸奶發酵劑，攪拌均勻，整個過程在超凈工作臺中進行。

發酵：將灌裝好的混合液放置在生化培養箱中發酵。設定溫度條件42 ℃，發酵時間6～8 h。

冷藏：發酵結束后，將黑小麥芽酸奶放進冰箱（1～4 ℃）冷藏12～16 h。

1.4 試驗設計

1.4.1 單因素試驗設計

黑小麥芽漿添加量：按照工藝流程和操作要點選取白砂糖添加量7%，接種量0.8 g/L，發酵時間7 h，分別調整黑小麥芽漿添加量5%，10%，15%，20%和25%制作酸奶，對成品進行感官評分。

白砂糖添加量：按照工藝流程和操作要點選取黑小麥芽漿添加量20%，接種量0.8 g/L，發酵時間7 h，分別調整白砂糖添加量6%，7%，8%，9%和10%制作酸奶，對成品進行感官評分。

接種量：按照工藝流程和操作要點選取黑小麥芽漿添加量20%、白砂糖添加量8%、發酵時間7 h，分別調整接種量0.6，0.7，0.8，0.9和1.0 g/L制作酸奶，對成品進行感官評分。

發酵時間：按照工藝流程和操作要點選取黑小麥芽漿添加量20%，白砂糖添加量8%，接種量為0.8 g/L，分別調整發酵時間6.0，6.5，7.0，7.5和8.0 h制作酸奶，對成品進行感官評分。

1.4.2 正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上進行四因素三水平正交試驗。因素水平表見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.5 酸奶的感官評價標準

選10名食品專業的同學（5男5女）培訓之后作為感官鑒評員，對酸奶的色澤、氣味、滋味和組織狀態進行品評。標準見表2。

表2 酸奶的感官評價指標

1.6 抗氧化活性研究

比較黑小麥芽酸奶與無添加黑小麥芽漿的原味酸奶的抗氧化特活性。原味酸奶的制作不添加黑小麥芽漿，其他工藝和黑小麥芽酸奶相同。

1.6.1 樣品液的制備

準確稱取樣品梯度為0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 g酸奶于5個50 mL容量瓶中，加蒸餾水定容，稀釋成10，20，30，40和50 mg/mL的酸奶樣品液。

1.6.2 DPPH自由基清除能力

在比色管中加入3 mL 0.16 mmoL/L DPPH-乙醇溶液和3 mL樣品溶液，振蕩搖勻，于25 ℃避光反應15 min，以3 000 r/min離心3 min，517 nm測定其吸光度。同時，以VC為陽性對照，蒸餾水為空白對照。做3次平行試驗取均值計算清除率[8]。

式中：A為空白吸光度；A1為樣品吸光度。

1.6.3 羥自由基清除能力

取10 mmoL/L硫酸亞鐵溶液2 mL、10 mmoL/L水楊酸-乙醇溶液2 mL，酸奶樣品溶液0.4 mL，加入4 mL 88 mmol/L過氧化氫溶液，振搖混合，于25 ℃避光反應30 min，以3 000 r/min離心3 min，在510 nm處測定吸光度[8-9]。以VC為陽性對照，蒸餾水為空白對照。每個樣品的濃度做3個平行，取平均值按式（1）計算清除率。

1.6.4 ABTS自由基清除能力

ABTS儲備液的配置：取50 mL 7 mmoL/L ABTS溶液和880 μL 140 mmoL/L過硫酸鉀溶液混合均勻于棕色試劑瓶中，避光處放置12～16 h。

用無水乙醇溶液稀釋ABTS儲備液使其在734 nm處吸光度在0.70±0.02范圍內。取2.0 mL樣液和1.9 mL的ABTS稀釋液于試管中振蕩混勻，于25 ℃避光反應3 min，以3 000 r/min離心3 min，在734 nm波長處測定吸光度[10]。用VC作為陽性對照，蒸餾水作為空白對照。做3次平行，取平均值按式（1）計算清除率。

2 結果與分析

2.1 黑小麥芽漿制備工藝的確定

黑小麥芽經蒸汽處理滅酶，按料液比1∶3（g/mL）打漿，加水量少漿汁過濃，不易澄清，漿液中帶渣，不細膩。按料液比1∶5（g/mL）打漿，加水量多漿汁稀，制作的酸奶黑小麥芽風味較淡，有乳清析出。按料液比1∶4（g/mL）打漿，漿液細膩，故確定料液比為1∶4（g/mL）。

2.2 單因素對酸奶感官品質的影響

2.2.1 黑小麥芽漿添加量

黑小麥芽漿添加量對酸奶感官品質的影響見圖1。結果表明，黑小麥芽漿添加量低于10%時，成品酸奶中黑小麥芽特有滋味和香氣偏低，隨著黑小麥芽漿增加，酸奶的感官得分升高，添加量為20%時，酸奶組織狀態均勻，口感細膩，并兼有黑小麥芽的特殊香氣，感官品質最好，黑小麥芽漿添加量為25%時，酸奶有乳清析出，組織狀態不均勻。因此選擇15%，20%和25%做進一步研究。

2.2.2 白砂糖添加量

由圖2可知，隨著白砂糖添加量增加，酸奶的感官得分先升高后降低，分析原因可能是白砂糖會影響酸奶的風味及口感，并且白砂糖是乳酸菌發酵的碳源，白砂糖添加量較少時，酸奶發酵不足，口感偏酸，組織狀態較軟；添加量為8%時，酸奶酸甜可口，組織狀態最好。然而，過多的糖會降低生乳中的水分活度，增大乳酸菌的滲透壓，影響甚至抑制乳酸菌的增殖，延長發酵時間，使酸奶乳清分離，感官品質降低[11]。因此選擇7%，8%和9%做進一步研究。

圖1 黑小麥芽漿添加量對酸奶品質的影響

圖2 白砂糖添加量對酸奶品質的影響

2.2.3 接種量

圖3為接種量對酸奶感官品質的影響結果。隨著接種量增加，感官得分先升高后降低，接種量較低時，產生的乳酸量過少，酸奶的發酵時間延長，同時酸奶口感偏甜；接種量為0.8 g/L時，乳酸菌產酸量增多，酸奶酸甜比適宜，組織細膩；接種量超過0.9 g/L時，乳酸菌產酸速度加快，凝乳速度過快，成品酸奶有乳清析出，降低酸奶的品質[12-13]，感官得分降低。因此選擇0.7，0.8和0.9 g/L作進一步研究。

圖3 接種量對酸奶品質的影響

2.2.4 發酵時間

發酵時間對酸奶感官品質的影響見圖4，隨著發酵時間延長，酸奶感官得分先升高后降低，發酵時間為7.0 h時，感官得分最高。發酵時間低于6.5 h，酸奶發酵不成熟，乳清蛋白不能形成膠體結構，會有乳清析出[14]，如果發酵時間超過7.5 h，乳酸菌繼續生長繁殖，產酸增加，過酸使酪蛋白重排，破壞已形成的膠體結構，導致乳清分離[15]。因此，選擇6.5，7.0和7.5 h作進一步研究。

圖4 發酵時間對酸奶品質的影響

2.3 正交試驗結果

由表3極差分析結果可知，4個因素對黑小麥芽酸奶感官得分影響主次順序為C＞B＞A＞D，即接種量＞白砂糖添加量＞黑小麥芽漿添加量＞發酵時間，正交試驗優化最佳組合為A1B2C3D3，即黑小麥芽漿添加量15%、白砂糖添加量8%、接種量0.9 g/L、發酵時間7.5 h。

驗證試驗表明，由于通過正交試驗得到的最優組合A1B2C3D3與正交表中感官得分最高組合A1B3C3D3不一致，因此需要進行驗證試驗。在正交試驗優化最佳組合條件下制作酸奶，做3次平行試驗取平均值，其感官得分為86.1分，高于組合A1B3C3D3的85.2分。因此，黑小麥芽酸奶最佳配方為：黑小麥芽漿添加量15%，白砂糖添加量8%，接種量0.9 g/L，發酵時間7.5 h。該配方制備出的酸奶色澤均一，呈淺灰白色；質地細膩，無乳清析出，無氣泡無分層；酸甜適宜，具有黑小麥芽特有的香氣和奶香味，氣味和諧。

表3 正交試驗結果及分析

2.4 抗氧化活性結果

2.4.1 對DPPH自由基清除能力

比較黑小麥芽酸奶、原味酸奶對DPPH自由基的清除能力，以VC作為陽性對照，結果如圖5和圖6所示。

由圖5可知，隨著質量濃度增加，黑小麥芽酸奶和原味酸奶對DPPH自由基的清除率均上升，2種酸奶濃度相同時，黑小麥芽酸奶對DPPH的清除率高于原味酸奶。質量濃度50 mg/mL時，黑小麥芽酸奶對DPPH自由基的清除率為48.3%，略低于質量濃度0.16 mg/mL的VC對DPPH自由基的清除率（55.3%），而此時原味酸奶對DPPH自由基的清除率僅28.6%。黑小麥芽酸奶對DPPH自由基的清除能力高于原味酸奶，分析原因可能是黑小麥發芽后多酚含量增加，而多酚是天然的抗氧化劑[7]，所以黑小麥芽酸奶具有較強的清除DPPH自由基能力。

圖5 酸奶對DPPH自由基清除率

圖6 VC對DPPH自由基清除率

2.4.2 對羥自由基清除能力

用羥自由基（·OH）清除法測定黑小麥芽酸奶和原味酸奶的抗氧化活性，以VC作為陽性對照。結果見圖7和圖8。

圖7為2種酸奶對羥自由基的清除能力結果。隨著質量濃度增加，2種酸奶對·OH的清除率都逐漸增強且增幅較為一致。在相同質量濃度下，原味酸奶對·OH的清除能力低于黑小麥芽酸奶，質量濃度50 mg/mL時，黑小麥芽酸奶和原味酸奶的清除率分別為59.6%和50.3%，均高于質量濃度0.16 mg/mL的VC對·OH的清除率42.6%，所以，2種酸奶均可清除·OH，且黑小麥芽酸奶的清除能力更強。

2.4.3 對ABTS自由基清除能力

比較2種酸奶對ABTS自由基清除能力，以VC作陽性對照，對ABTS自由基清除率分別如圖9和圖10所示。

如圖9所示，隨著質量濃度增大，2種酸奶對ABTS自由基的清除能力逐漸增強，質量濃度相同時，黑小麥芽酸奶對ABTS自由基的清除能力高于原味酸奶。質量濃度小于20 mg/mL時，2種酸奶對ABTS自由基的清除率均較低；質量濃度高于20 mg/mL時，2種酸奶對ABTS自由基的清除率均增加，且增速較快，增幅一致；質量濃度50 mg/mL時，黑小麥芽酸奶對ABTS自由基清除率為63.8%，與質量濃度0.16 mg/mL的VC對ABTS自由基的清除率（63.7%）基本相同。

圖7 酸奶對·OH清除率

圖8 VC對·OH清除率

圖9 酸奶對ABTS自由基清除率

圖10 VC對ABTS自由基清除率

3 結論

以黑小麥芽和純牛奶為主要原料，確定黑小麥芽酸奶的最佳工藝條件為：黑小麥芽漿添加量15%，白砂糖添加量8%，接種量0.9 g/L，發酵時間7.5 h。此工藝得到的酸奶呈淺灰白色，具有良好的組織結構，無乳清析出，無氣泡無分層，具有黑小麥芽特有的香氣和酸奶獨特的滋味，酸甜適中。

通過對比黑小麥芽酸奶和原味酸奶對DPPH自由基、·OH及ABTS自由基清除率來評價酸奶的抗氧化能力，黑小麥芽酸奶對3種自由基的清除率均高于相同質量濃度的原味酸奶，且清除率隨酸奶質量濃度的增加而增加。質量濃度50 mg/mL時，黑小麥芽酸奶對DPPH自由基、·OH和ABTS自由基的清除率依次為48.3%，59.6%和63.8%，說明黑小麥芽酸奶具有較強抗氧化能力。