大麥發(fā)酵飲料的制備及其風(fēng)味物質(zhì)分析

林瓊晞，關(guān)捷心，楊 程，金德平，趙延勝

江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院 (鎮(zhèn)江 212013)

大麥屬禾本科，是主要的糧食和飼料作物，也是我國甚至世界上最為古老的糧種之一，至今已有幾千年的種植歷史。目前全球產(chǎn)量80%以上的大麥主要用于生產(chǎn)啤酒和飼料加工，食用資源的開發(fā)相對不足，主要為早餐食品、擠壓食品、焙烤食品、飲料和功能性成分提取物等[1-2]。而隨著近年來對全谷物食品以及大麥營養(yǎng)及功能研究的不斷深入，如大麥中酚類物質(zhì)、β-葡聚糖的功能活性研究的開展[3-4]，使得大麥的健康價值被更多的人熟知，以大麥為原料的健康食品開發(fā)逐漸受到更多的關(guān)注。

乳酸菌是一類能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱。是人體腸道中極為重要的生理菌群，擔(dān)負著人體多種重要的生理功能，具有維持人體微生態(tài)平衡的作用，與機體健康息息相關(guān)[5]。已有研究報道表明，谷物經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，其功能性成分的含量增加，營養(yǎng)價值和生物利用率大大提高[6-8]。課題組前期研究結(jié)果也顯示，利用乳酸菌對大麥進行發(fā)酵，與未發(fā)酵大麥相比，其活性得到顯著提升[9-10]，表明乳酸菌的生物加工和轉(zhuǎn)化作用有利于大麥原料的進一步開發(fā)和利用。因此，本文以大麥為研究對象，采用乳酸菌對其發(fā)酵處理，以可溶性固形物為指標(biāo)，確定較優(yōu)的發(fā)酵條件，以期為大麥乳酸菌飲料的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

超凈工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司；SPX-250B-G型微電腦光照培養(yǎng)箱，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；全自動滅菌鍋，上海三申醫(yī)療器械有限公司；7200型可見光分光光度計，上海天達儀器有限公司；GJB-5B型發(fā)酵系統(tǒng)，鎮(zhèn)江格瑞生物工程有限公司；Wya-2s型阿貝折光儀，上海儀電分析儀器有限公司；BR4-I型冷凍離心機，法國JOUAN公司。

菌種：植物乳桿菌：Lactobacillusplantarumdy-1 (CGMCC NO.6016，下文縮寫為L.plantarumdy-1), 由本實驗室自行分離；新鮮脫殼大麥：揚飼麥3號(食飼兩用)，購自鹽城市雙增農(nóng)化科技有限公司，白砂糖等其他食品配料，購自本地超市，NaOH、福林酚等試劑，購自國藥上海化學(xué)試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1發(fā)酵飲料制備流程

脫殼大麥→粉碎，過100目篩→與水混合→接種→乳酸菌發(fā)酵→離心分離→上清液→調(diào)配→灌裝→密封→巴氏殺菌→冷卻→成品。

1.2.2發(fā)酵樣品制備及工藝優(yōu)化方法

參照課題組之前的樣品發(fā)酵方法[10]。

乳酸菌活化擴培：將1×107CFU/mL的L.plantarumdy-1活化兩次使活菌數(shù)達到1×109CFU/mL(34 ℃培養(yǎng)24 h)。將培養(yǎng)好的乳酸菌5 000 r/min離心15 min，除上清液，加入上清液等體積的蒸餾水，混合均勻。

大麥發(fā)酵樣品的制備：將除雜脫殼后的新鮮大麥籽粒清洗、烘干后粉碎，過100目篩得大麥全粉。將大麥粉(w)∶水(v)∶乳酸菌(%)按一定比例于錐形瓶中混合均勻，用紗布將錐形瓶封口，于31 ℃、150 r/min條件下恒溫發(fā)酵，發(fā)酵后的樣品5 000 r/min離心20 min后，取上清液對其進行基本成分分析。

1.2.3發(fā)酵樣品及飲料成分分析方法

評價接種量及發(fā)酵時間對1.2.2中的發(fā)酵上清液pH值、總酸、可溶性固形物和總酚等指標(biāo)的影響，并通過單因素分析結(jié)果設(shè)計正交試驗。其中，總酸的測定方法為NaOH滴定法(以乳酸百分含量計)，參考GB/T 12456—2008[11]；可溶性固形物的測定方法為折光法，參考GB/T 12143—2008[12]；總酚的測定參考劉清等人的Folin-Ciocalteu法[13]。

1.2.4大麥發(fā)酵飲料的調(diào)配

采用正交試驗確定的最優(yōu)發(fā)酵工藝制備大麥發(fā)酵上清液，添加不同劑量的糖調(diào)節(jié)糖酸比，巴氏滅菌處理后，由具有食品專業(yè)背景和感官評定經(jīng)驗的人員組成小組，對飲料的外觀(色澤)，香氣，口感，總接受度等幾個指標(biāo)進行描述，根據(jù)表1中的評分標(biāo)準(zhǔn)對大麥發(fā)酵飲料進行感官評定[6]。

表1 大麥發(fā)酵飲料感官評定參考標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5飲料中風(fēng)味物質(zhì)分析方法

參考李信等人的方法，采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜對飲料中的揮發(fā)性成分進行分析[14]，固相微萃取的萃取方法如下：萃取頭型號為：50/30UM DVB/CAR on PDMS，萃取溫度為50 ℃，萃取時間30 min，樣品量為8 mL。氣相色譜條件為：毛細管氣相色譜柱DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣為高純氦，流速為1 mL/min，進樣口溫度為220 ℃，固相微萃取解析時間為3 min，程序升溫條件為：初始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升溫至80 ℃，以8 ℃/min升溫至180 ℃，然后以15 ℃/min升溫至240 ℃，保持8 min。質(zhì)譜條件為：離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度150 ℃，電子能量70 eV，掃描模式為Scan模式，掃描范圍33～450，質(zhì)譜圖檢索數(shù)據(jù)庫為NIST 08。

2 結(jié)果與討論

2.1 大麥發(fā)酵工藝優(yōu)化

2.1.1單因素試驗結(jié)果

2.1.1.1 接種量對發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

按照1∶7的料液比(w/v)制備發(fā)酵上清液，發(fā)酵時間為9 h，評價不同接種量對發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響。由圖1可知，接種量過低時，在一定時間內(nèi)乳酸菌的繁殖能力有限，不能充分發(fā)酵而導(dǎo)致發(fā)酵不完全；而接種量過高時，在較短一段時間內(nèi)產(chǎn)生較多的乳酸，導(dǎo)致酸度偏大，可能會影響產(chǎn)品的適口性。但從結(jié)果來看，隨接種量增加，幾個主要指標(biāo)的變化趨勢較為緩慢，說明接種量對發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響相對較小。

圖1 乳酸菌接種量對大麥發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

2.1.1.2 發(fā)酵時間對發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

發(fā)酵時間是影響發(fā)酵工藝及產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素，根據(jù)1.2.2的方法，按照發(fā)酵時間為3 h、6 h、9 h、12 h，接種量為3%，料液比為1∶7(w/v)，在31 ℃條件下進行發(fā)酵。最終測定上清液中pH值、總酸、可溶性固形物和總酚含量隨乳酸菌發(fā)酵時間的變化情況。結(jié)果如圖2所示。

圖2 發(fā)酵時間對大麥發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

由圖2可知，可溶性固形物含量隨著乳酸菌發(fā)酵時間的增加不斷上升。隨著發(fā)酵時間的增加，總酚的含量也在不斷上升，9～12 h之間上升趨勢較為明顯，這是由于發(fā)酵過程使得大麥中的游離態(tài)酚類物質(zhì)得到釋放，這對于產(chǎn)品總抗氧化能力的提升具有積極的作用。

2.1.1.3 料液比對發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

根據(jù)1.2.2的方法，按照1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13不同料液比(w/v)，接種量為3%，發(fā)酵時間為9 h，在31 ℃下發(fā)酵。最終分析上清液中pH值、總酸、可溶性固形物和總酚的變化情況。結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，其他條件不變時，隨著料液比的增加，pH值緩慢下降，且由于水分的增加，導(dǎo)致總酸度相對降低，而可溶性固形物和總酚的含量總體呈上升趨勢，這是由于料液比的增大，所溶出的總物質(zhì)量相對更多導(dǎo)致的。綜合考慮，選取料液比(w/v)1∶7、1∶9、1∶11作為下一步發(fā)酵條件優(yōu)化的3個水平。

圖3 料液比對大麥發(fā)酵產(chǎn)物主要指標(biāo)的影響

2.1.2發(fā)酵工藝的正交試驗結(jié)果分析

可溶性固形物相對于多酚含量的指標(biāo)，更容易對飲料產(chǎn)品的感官品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，因此，在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，以可溶性固形物含量為指標(biāo)，設(shè)計并選擇L9(33)正交試驗(表2)進行發(fā)酵條件的優(yōu)化研究。

表2 水平因素表

由表3以看出，最佳發(fā)酵因素和水平的組合為：A2B3C3，即接種量為3.0%、發(fā)酵時間為12 h、料液比(w/v)為1∶11；表中可以看出各因素對可溶性固形物含量影響的順序為：料液比>接種量>發(fā)酵時間。按照優(yōu)化后的工藝條件A2B3C3對大麥進行發(fā)酵，測得可溶性固形物含量為1.28 mg/100 mL，符合正交試驗的分析結(jié)果。

表3 可溶性固形物含量直觀分析表

2.2 大麥發(fā)酵飲料的配方優(yōu)化

由圖4可以看出，將發(fā)酵上清液調(diào)配糖酸比并巴氏滅菌后，感官評定值隨加糖量的增加先上升后下降，當(dāng)加糖量在14%時感官評定均值為82，達到最大值。綿白糖的添加量太少，飲料的口感過酸，難以被人接受；添加量太多，飲料口感過甜，不僅不容易被人接受，攝入的糖量也過高，不利于健康。因此，本試驗選擇的添加量為14%。

圖4 加糖量對大麥發(fā)酵飲料感官評定值的影響

2.3 飲料產(chǎn)品基本成分分析結(jié)果

對經(jīng)調(diào)配后大麥乳酸菌發(fā)酵飲料的基本成分進行測定和分析，結(jié)果如下：飲料的pH值為3.25，飲料中總酸含量為0.25%，可溶性固形物的含量為1.28 mg/100 mL，總酚含量為1.08 mg/100 mL。

2.4 風(fēng)味物質(zhì)分析

采用1.2.5中的GC-MS法對飲料中風(fēng)味物質(zhì)進行檢測，經(jīng)譜庫檢索及面積歸一化法，分析得到主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分如表3所示。

表3 大麥發(fā)酵飲料中的風(fēng)味物質(zhì)

由表中可知，大麥發(fā)酵飲料中的風(fēng)味物質(zhì)主要為一些酯類、醇類、醛類以及呋喃類化合物。其中乙酸乙酯和正己醇的含量相對較高，可達到4%～5%。乙酸乙酯具有淡淡的果香味，小分子的醇類是具有花香的一類物質(zhì)，而呋喃類化合物具有烘焙的味道。這些物質(zhì)構(gòu)成了飲料的主要風(fēng)味物質(zhì)。

3 結(jié)論

本論文以大麥全粉為原料，以乳酸菌為發(fā)酵菌種，進行大麥發(fā)酵飲料的制備及相關(guān)產(chǎn)品指標(biāo)分析。通過選取接種量、發(fā)酵時間、料液比三個因素，開展單因素實驗和正交試驗工藝優(yōu)化，確定了大麥發(fā)酵飲料產(chǎn)品的最佳發(fā)酵工藝；同時結(jié)合感官評價分析優(yōu)化發(fā)酵飲料的配方，獲得了具有較高感官品質(zhì)的飲料產(chǎn)品，并采用GC-MS法初步確定了飲料產(chǎn)品中的主要風(fēng)味物質(zhì)成分。

本文從谷物發(fā)酵飲料產(chǎn)品的開發(fā)角度，為推動益生菌-全谷物類食品的推廣和應(yīng)用提供了一定的研究思路和實驗基礎(chǔ)。試驗主要對基本發(fā)酵工藝條件進行了優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，仍需探討發(fā)酵飲料產(chǎn)品的穩(wěn)定性和功能特性，尤其是對于抗氧化指標(biāo)、主要功能成分如大麥β-葡聚糖的含量及其活性等方面開展更為深入的研究，從而進一步推動感官品質(zhì)和功能特性俱佳的谷物健康飲料產(chǎn)品的研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新。