燕麥全谷微發酵飲品的研究

申瑞玲，李佳瑤，朱瑩瑩，董吉林

（鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001）

燕麥作為一種全價營養谷物，滿足了當代居民對膳食“天然、綠色、健康”的更高追求[1]。有報道稱具有特殊組織結構的皮層是谷物中難消化的成分，但卻富含膳食纖維、維生素、植酸和β-葡聚糖[2]，燕麥全谷正是如此。近年來，國內外對燕麥的營養價值和保健功能的研究日益增多，燕麥產品的開發隨之受到更多的關注[3-6]。國內市場的燕麥產品以初加工食品為主，如燕麥粉、燕麥片、燕麥面條等，但燕麥的深加工產品研究較少，亟需增強對燕麥產品的開發，以此來提高燕麥的利用率[1，7]。有研究表明，酶解后進行微發酵不僅能使燕麥中的營養成分得到充分的利用[2]，還可以增加燕麥的附加值。一方面，酶解可提高燕麥中的可溶性膳食纖維和游離酚的含量，降低燕麥溶解的稠度[8]。另一方面，在微發酵過程中通過菌種代謝產生新的活性物質，如氨基酸、酶、維生素、酚類等，促進燕麥抗氧化、調節腸道平衡、增強免疫等功能，除此以外還可產生豐富的風味物質[9]。

目前，微發酵是開發谷物產品的研究熱點[10-12]，且乳酸菌在食品領域應用價值極高[13]。由于單一菌種發酵的產品通常風味較單一[14]，故采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌協同作用。李鳳林等[15]以玉米籽粒為主要原料制備澄清型玉米發酵飲料，通過試驗確定出玉米水解液乳酸（德氏乳桿菌保加利亞種與嗜熱乳酸鏈球菌按1∶1混合）發酵最佳條件。謝小瑜[16]以黑米和紅棗為主要原料，通過乳酸菌（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌體積比3∶2）發酵制成含有活菌的發酵飲品。再者，穩定劑的添加對飲品的穩定性至關重要，且穩定劑復合使用的效果更佳[17]。本試驗在酶解后，添加適量穩定劑調配，而后進行微發酵工藝，得到了營養豐富、口感優良的燕麥全谷微發酵飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粒：張家口萬綠田園燕麥食品有限公司；高溫α-淀粉酶（3 000 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（3 500 U/mL）、羥甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠（食品級）：上海源葉生物科技有限公司；保加利亞乳桿菌（CICC6032）、嗜熱鏈球菌（BZW23104）：南京便診生物科技有限公司；葡萄糖、苯酚、酒石酸鉀鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、無水乙醇（分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸（分析純）：上海科豐實業有限公司；酚酞（分析純）：天津市恒興化學試劑制造有限公司。

1.2 儀器與設備

TD5A-WS低速離心機：杭州三永德儀器儀表有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；FXB303-1電熱恒溫培養箱：上海樹立儀器儀表有限公司；FJ200高速分散均質機：上海索映儀器設備有限公司；TGL-16M臺式高速離心機：上海盧湘儀離心機儀器有限公司；JS-500雙目生物顯微鏡：北京京昊永成商貿有限公司；ORION 3STARpH計：廣州市博泰科技儀器有限公司；MN-2000自動門尼黏度計：上海德杰儀器設備有限公司；YC7000離子色譜儀：青島埃侖通用科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 燕麥酶解液的制備

取燕麥全谷，粉碎過篩，加水使得料液比為1∶12（g/mL），磨漿；加 0.2%高溫 α-淀粉酶 90℃反應60 min，使淀粉水解為糊精、麥芽糖以及低聚糖等；滅酶后，加0.25%葡萄糖淀粉酶60℃反應5 h，使淀粉和麥芽糖等分解為葡萄糖；均質后添加0.10%羥甲基纖維素鈉，0.04%海藻酸鈉，0.06%黃原膠。

1.3.3 發酵

將燕麥酶解液均質后，115℃高壓滅菌15 min。滅菌后將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌以1∶1的體積比混合。以100 mL糖化處理后的燕麥酶解液為發酵基質，接種量為3%，蔗糖添加量為9%，發酵溫度為37℃，發酵5 h。

1.4 試驗設計

1.4.1 單因素試驗

以沉淀率和感官評分為評價指標，分別考察羥甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠的添加量對燕麥全谷微發酵飲品穩定性和口感的影響。

以pH值和感官評分為評價指標，分別考察乳酸菌接種量、蔗糖添加量、發酵時間對燕麥全谷微發酵飲品酸度和口感的影響。

1.4.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選用L9（34）正交試驗對工藝進行研究，通過正交優化工藝，以期獲得最佳的工藝參數。正交試驗因素水平分別見表1和表2。

表1 穩定劑因素水平表Table 1 Stabilizer factor level table

表2 微發酵工藝因素水平表Table 2 Microfermentation process factor level table

1.5 感官評定

參照張雪等[18]的方法稍作修改：對發酵好的燕麥飲品進行感官評定，由20名專業人員進行品嘗，分別從產品的色澤、風味、口感、組織狀態進行打分，作出綜合感官評價，滿分100分，感官評價標準見表3。

表3 感官評價標準Table 3 Sensory evaluation standard

續表3 感官評價標準Continue table 3 Sensory evaluation standard

1.6 穩定性評價

穩定性評價用離心法測定，將飲品2 500 r/min離心20 min，棄上清液，稱取下面沉淀物質量，從而計算沉淀率。

沉淀率/%=沉淀物質量/燕麥全谷微發酵飲品質量×100

1.7 pH值的測定

將發酵液2 500 r/min離心20 min后，取出上清液，使用pH計進行測量。

1.8 飲品質量指標分析方法

乳酸菌活菌數，采用MRS培養基稀釋平板法；黏度采用黏度計進行測定；糖含量采用離子色譜進行測定；總酚含量采用福林酚法進行測定。

1.9 數據分析

所有試驗均重復3次，采用SPSS 20.0軟件進行數據處理及相關分析，Origin 9.0軟件進行繪圖處理。

2 結果與分析

2.1 穩定劑的優化

2.1.1 羥甲基纖維素鈉添加量的影響

羥甲基纖維素鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖1。

圖1 羥甲基纖維素鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.1 Effect of sodium hydroxymethyl cellulose addition on precipitation rate and sensory score

由圖1可知，隨著羥甲基纖維素鈉添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩定效果越好[19]。結合圖1的感官評分，最佳添加量在0.10%左右。所以，選取0.08%、0.10%、0.12%為羥甲基纖維素鈉添加量的3個水平。

2.1.2 海藻酸鈉添加量的影響

海藻酸鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖2。

圖2 海藻酸鈉添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.2 Effect of sodium alginate addition on precipitation rate and sensory score

由圖2可知，隨著海藻酸鈉添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩定效果越好。結合圖2的感官評分，最佳添加量在0.04%左右。所以，選取0.03%、0.04%、0.05%為海藻酸鈉添加量的3個水平。

2.1.3 黃原膠添加量的影響

黃原膠添加量對沉淀率和感官評分的影響見圖3。

圖3 黃原膠添加量對沉淀率和感官評分的影響Fig.3 Effect of xanthan gum addition on precipitation rate and sensory score

由圖3可知，隨著黃原膠添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趨勢。由于沉淀率越低，飲品的穩定效果越好。結合圖3的感官評分，最佳添加量在0.04%左右。所以，選取0.02%、0.04%、0.06%為黃原膠添加量的3個水平。

2.1.4 正交試驗

穩定劑正交試驗結果分析見表4；并對試驗數據進行方差分析，結果見表5。

表4 穩定劑正交試驗結果分析Table 4 Analysis table of stabilizer orthogonal test results

表5 穩定劑正交試驗方差分析Table 5 Analysis of variance of stabilizer orthogonal test

由表4可知，穩定劑的最佳因素組合為A2B2C3，即穩定劑的最佳工藝為羥甲基纖維素鈉添加量0.10%，海藻酸鈉添加量0.04%，黃原膠添加量0.06%。由極差分析可知，穩定劑的主次順序為羥甲基纖維素鈉添加量>黃原膠添加量>海藻酸鈉添加量。由表5可知，海藻酸鈉添加量和黃原膠添加量的影響達到了顯著水平，而羥甲基纖維素鈉添加量達到了極顯著的水平。

2.2 微發酵工藝的優化

2.2.1 乳酸菌接種量的影響

乳酸菌接種量對pH值和感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，隨著乳酸菌接種量的增加，發酵液的pH值在不斷地減小。這是由于隨著接種量的增加，發酵液中乳酸逐漸增多，導致pH值不斷下降。結合圖4的感官評分，最佳的接種量在3%左右。所以，選取2%、3%、4%為乳酸菌接種量的3個水平。

圖4 乳酸菌接種量對pH值和感官評分的影響Fig.4 Effect of inoculation amount of lactic acid bacteria on pH value and sensory score

2.2.2 蔗糖添加量的影響

蔗糖添加量對pH值和感官評分的影響見圖5。

圖5 蔗糖添加量對pH值和感官評分的影響Fig.5 Effect of added sucrose on pH value and sensory score

由圖5可知，隨著蔗糖添加量的增多，pH值逐漸減小，與唐思煜等[9]研究的變化趨勢一致。乳酸菌在發酵的過程中利用了蔗糖來產生乳酸[20]，當蔗糖添加量達到8%時，利用量減小或不再利用。結合圖5的感官評分，適度甜味增加口感和風味，最佳的蔗糖添加量在9%左右。所以，選取8%、9%、10%為蔗糖添加量的3個水平。

2.2.3 發酵時間的影響

發酵時間對pH值和感官評分的影響見圖6。

由圖6可知，隨著發酵時間的延長，發酵液的pH值不斷下降。結合圖6的感官評分，最佳的發酵時間在5 h左右。所以，選取4、5、6 h為發酵時間的3個水平。

2.2.4 正交試驗

微發酵工藝正交試驗結果分析見表6；并對試驗數據進行方差分析，結果見表7。

圖6 發酵時間對pH值和感官評分的影響Fig.6 Effect of fermentation time on pH value and sensory score

表6 微發酵工藝正交試驗結果分析Table 6 Analysis of orthogonal test results of microfermentation process

表7 微發酵正交試驗方差分析表Table 7 Analysis of variance of orthogonal test of microfermentation

由表6可知，微發酵工藝的最佳因素組合為A2B2C2。即微發酵的最佳工藝為乳酸菌接種量3%，蔗糖添加量9%，發酵時間5 h。由極差分析可知，對微發酵影響的主次順序為乳酸菌接種量>發酵時間>蔗糖添加量。由表7可知，蔗糖添加量和發酵時間的影響達到了顯著水平，而乳酸菌接種量達到了極顯著的水平。

2.3 發酵前后有關物質含量的變化

發酵前后有關物質含量的變化見表8。

表8 物質含量的變化Table 8 Changes in substance content

如表8所示，經過乳酸菌發酵5 h后，活菌數明顯增加了100倍以上，這說明在此條件下乳酸菌生長良好。同時酚類在微發酵過程中有一定的提高，其抗氧化能力隨之增強。然而，黏度卻有明顯地降低，這可能是由于在發酵過程中燕麥中β-葡聚糖被微生物降解為小分子物質，使高分子聚合物含量減少，從而交聯作用降低，黏度也相應降低[21]。因為乳酸菌以葡萄糖（提供碳源）為主要營養物質，故利用較多，而對蔗糖的利用相對較少，剩余蔗糖可提供一定的甜味。

3 結論

本文研究了燕麥全谷粉生產益生菌飲料的最佳工藝。在酶解的基礎上，添加適量穩定劑，以增加飲品的穩定性，通過單因素試驗結合正交試驗得到穩定劑的最佳工藝：羥甲基纖維素鈉添加量0.10%，海藻酸鈉添加量0.04%，黃原膠添加量0.06%。利用酶解產物葡萄糖和添加的蔗糖進行乳酸菌（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌體積比1∶1）發酵，通過單因素試驗結合正交試驗得到最佳的發酵工藝：乳酸菌接種量3%，蔗糖添加量為9%，發酵時間為5 h。最終開發出一款富含活菌且抗氧化能力強的新型燕麥全谷微發酵飲品。