三種霉菌發酵燕麥的工藝優化

鹿保鑫，孫靖辰，王 坤，喬 治

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319；2.北大荒現代農業產業技術省級培育協同創新中心，黑龍江大慶 163319；3.農產品加工與質量安全創新平臺食品生物技術研發服務創新團隊，黑龍江大慶 163319；4.黑龍江省寶泉嶺農墾瑞智農業科技有限公司，黑龍江鶴崗 154211）

燕麥，作為一種全營養谷物，不僅具有豐富的營養元素[1-2]，同時富含β-葡聚糖、類黃酮、皂苷和多酚等活性成分，常年食用具有降血脂、緩解便秘、增強免疫力、控制肥胖等保健作用[3-4]。目前，我國對燕麥產品的深加工程度較低，極大程度上造成了燕麥資源的浪費。因此，對燕麥的研究及燕麥產品的開發變得尤為重要。

近年來，發酵谷物食品的風靡不僅推動了谷物食品的發展，還為新型燕麥產品的研發提供新的思路。微生物發酵在賦予谷物新風味及口感的同時，還能有效改善谷物的生理活性[5-6]。微生物在發酵過程中會產生多種水解酶，促使大分子蛋白質降解，細胞壁破壞，營養成分釋放，從而增加了固體基質中的游離酚化合物、類黃酮、花色苷、可溶性蛋白質等活性成分，能夠有效降低血壓血脂、增強抗氧化活性等[7-9]。Xiao Y等人[10]研究表明，經蛹蟲草發酵后的燕麥具有顯著的抗氧化活性。Wu H等人[11]研究表明，經植物乳桿菌B1-6發酵后的綠豆親水性肽含量及ACE抑制活性顯著提高。Zhang X等人[12]研究表明，經黑曲霉發酵后的苦蕎麥葉片的多酚含量和抗氧化活性顯著提高。因此，利用微生物對燕麥產品進行發酵不僅具有理論可行性還具有較好的發展前景。

采用米根霉（Rhizopus oryzae）、米曲霉 （Aspergillus oryzae） 和毛霉（Muco）r結合固態發酵技術對燕麥進行發酵，對米根霉、米曲霉和毛霉發酵燕麥（RFO、AFO和MFO） 的發酵工藝進行優化，進而為功能型燕麥產品的開發奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥，大慶市北京華聯超市提供；米根霉（Rhizopus oryzae），安琪酵母股份有限公司提供；米曲霉（Aspergillus oryzae），濟寧裕源生物技術有限公司提供；毛霉（Muco）r，沂水金潤生物技術有限公司提供；食品級乳酸，南京首德試劑有限公司提供；3,5-二硝基水楊酸，國產分析純。

FA1104A型分析天平，上海壘固儀器有限公司產品；TD5A型離心機，長沙英泰儀器有限公司產品；C21-SC821型電磁爐，九陽股份有限公司產品；722S型可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司產品；303A-2型電熱恒溫培養箱，菏澤市石油化工儀器設備廠產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 燕麥發酵工藝流程

精選燕麥→清洗→浸泡→水煮→冷卻→接種→裝于容器→恒溫發酵→成品。

1.2.2 浸泡時間和蒸煮時間的確定

（1） 浸泡時間的確定。稱取24份30 g的燕麥，稱量后置于燒杯中，燒杯中加入100 mL的蒸餾水于室溫下浸泡。每隔3 h拿3個樣品測定吸水率，觀察樣品的吸水膨脹程度，最終確定浸泡時間。

式中：A2——浸泡后吸干表面水分的燕麥質量，g；

A1——燕麥的原始質量，g。

（2）蒸煮時間的確定。稱取燕麥300 g，清洗后加入適量的蒸餾水，在室溫下浸泡18 h后，對燕麥進行蒸煮，沸騰后每隔3 min進行1次檢驗，直至燕麥完全煮熟、有彈性、無白心，確定最佳的蒸煮時間。

1.2.3 感官評定指標對產品的外觀、香氣、口感及質地進行評分。感官評定標準見表1。

表1 感官評定標準

1.2.4 單因素試驗

以感官評分為最終指標，研究3種霉菌的接種量、發酵時間、發酵溫度和水分添加量對發酵燕麥品質的影響。

（1）發酵時間。稱取0.5%（W/W發酵劑與瀝干燕麥的質量比）的米根霉、0.01%（W/W）的米曲霉和0.01%（W/W）的毛霉發酵劑，分別用10%，10%和12%的蒸餾水（W/W水分質量與總質量比）混勻后與煮熟的燕麥攪拌均勻，分別在33，25，30℃的溫度下發酵，發酵時間設定為24，28，32，36，40 h。

（2） 接種量。在上述優化發酵時間的基礎上，設定3種霉菌的接種量（W/W） 分別為0.005%，0.010%，0.050%，0.250%，0.500%，1.000%。分別加入10%，10%和12%的蒸餾水混勻后，分別在33，25，30℃的條件下發酵燕麥。

（3）發酵溫度。在上述優化發酵時間和接種量的基礎上，分別加入10%，10%和12%的蒸餾水混勻后，設定溫度分別為23，25，28，30，33，35℃對燕麥進行發酵。

（4）水分添加量。在上述優化發酵時間、接種量及發酵溫度的基礎上，設定水分添加量（W/W）分別為6%，8%，10%，12%和14%對燕麥進行發酵。

1.2.5 正交試驗設計

以接種量、水分添加量、發酵時間和發酵溫度為試驗因素（分別用A，B，C，D表示），以感官評分為指標對RFO，AFO和MFO進行正交試驗。每組3個重復。

RFO正交試驗因素與水平設計見表2，AFO正交試驗因素與水平設計見表3，MFO正交試驗因素與水平設計見表4。

表2 RFO正交試驗因素與水平設計

表3 AFO正交試驗因素與水平設計

表4 MFO正交試驗因素與水平設計

1.2.6 理化性質測定

（1）樣品前處理。稱取200 g發酵完畢后攪拌均勻的3種燕麥產品，加入100 mL去離子水，于組織搗碎機中粉碎均勻，混勻后置于密閉玻璃容器中。

（2）還原糖含量測定。還原糖含量測定根據吳寒等人[13]的方法。標準葡萄糖質量濃度為0~1.0 mg/mL制作的線性回歸方程為Y=0.609 4X-0.000 5（R2=0.994 8）。

1.2.7 數據處理

試驗的數據均為3次重復試驗的平均值，結果按照平均值±標準偏差。采用SPSS 18.0對數據的顯著性進行分析，p<0.05為差異性顯著。

2 結果與分析

2.1 浸泡時間和蒸煮時間的篩選

2.1.1 浸泡時間的確定

浸泡時間對吸水率的影響見圖1。

圖1 浸泡時間對吸水率的影響

由圖1可知，燕麥的吸水率隨時間的延長而增大，其中在0~3 h內變化最為明顯，在3~18 h變化程度較慢，在18~24 h趨于穩定，無顯著變化（p>0.05），證明燕麥已經處于吸水飽和的狀態。因此，確定燕麥的最佳浸泡時間為18 h。此時，燕麥的吸水率最大為62.77%±0.99%。

2.1.2 蒸煮時間的確定

將上述浸泡18 h后的燕麥進行蒸煮，經過多次煮試，最終確定燕麥的煮熟時間為30 min，此時的燕麥無白心，香甜可口，有嚼勁，有一定的麥香味。

參與工程建設的各方單位的管理和工作人員，必須讓他們明白水利工程質量的重要性。因此需要對他們進行質量管理教育，設立相應的激勵制度，鼓勵他們提出改善和監督質量的合理化建議，然后讓他們全面地參與到質量管理的工作中來。

2.2 單因素結果分析

2.2.1 發酵時間對還原糖及感官評分的影響

發酵時間對還原糖含量和感官評分的影響見圖2。

圖2 發酵時間對還原糖含量和感官評分的影響

由圖2可知，經過3種霉菌發酵后燕麥的還原糖含量和感官評分均隨著時間的延長先上升后下降，并在發酵36 h達到最大，36 h時RFO，AFO和MFO的還原糖含量分別為36.66±1.82，22.21±0.43，6.99±0.10 g/100 g，感官評分分別為91.80±1.54，87.60±1.74，84.80±2.18分。這可能是由于發酵初期3種霉菌中的淀粉糖化酶將燕麥中淀粉轉化為葡萄糖，導致還原糖含量升高。而在發酵后期，由于發酵時間過長，霉菌生長繁殖速度過快，導致發酵燕麥口感變差，飽滿性下降，出現少量的黑色孢子，進而感官評分下降。

2.2.2 接種量對還原糖及感官評分的影響

接種量對還原糖含量和感官評分的影響見圖3。由圖3可知，經過3種霉菌發酵后燕麥的還原糖含量和感官評分隨著接種量的增加先上升后下降，圖3（a） 可知，米根霉接種量（W/W） 為0.5%，RFO的還原糖含量達到最大，為47.56±1.03 g/100 g，此時感官評分為93.70±1.85分；圖3（b）可知，米曲霉接種量（W/W）為0.05%時，AFO的還原糖含量達到最大，為29.27±0.66 g/100 g，此時感官評分為92.7±1.68分；圖3（c）可知，毛霉接種量（W/W）為0.01%時，MFO的還原糖含量最大，為15.42±0.74 g/100 g，此時感官評分為84.40±3.85分。當接種量較低時，霉菌生長不旺盛，分泌淀粉酶較少，淀粉糖化不充分。因此，發酵燕麥的還原糖含量較低，口感較差。隨著接種量的提高，霉菌會利用營養物質繁殖，不利于淀粉的糖化，導致還原糖含量下降、口感變差。

圖3 接種量對還原糖含量和感官評分的影響

2.2.3 發酵溫度對還原糖感官評分的影響

發酵溫度對還原糖含量和感官評分的影響見圖4。

圖4 發酵溫度對還原糖含量和感官評分的影響

由圖4可知，經過發酵后的3種燕麥的還原糖含量和感官評分均隨著發酵溫度的升高先上升后下降。RFO，AFO和MFO分別在發酵溫度33，25和30℃時，還原糖含量和感官評分達到最高，還原糖含量分別為38.54±0.60，23.39±0.87，8.75±0.42 g/100 g，感官評分分別為90.50±1.50，90.60±1.62，89.30±2.19分。發酵溫度較低時，霉菌生長緩慢，酶促反應速率低，淀粉酶分泌量少，導致還原糖含量較低，口感較差。隨著溫度的升高，菌體繁殖速度過盛，致使霉菌發酵周期變短，出現早衰現象。在溫度過高時，發酵燕麥的還原糖含量較低，顆粒飽滿性差，出現少量的孢子，口感較差。

2.2.4 水分添加量對還原糖及感官評分的影響

水分添加量對還原糖含量和感官評分的影響見圖5。

由圖5可知，經過發酵后的3種燕麥的還原糖含量和感官評分隨著水分的增加先上升后下降，RFO，AFO和MFO在水分添加量分別為10%，10%和12%時還原糖含量及口感最優，此時的還原糖含量分別為29.15±0.15，2.82±0.81，8.06±0.12 g/100 g，感官評分分別為90.70±1.42，88.90±1.58，89.10±2.12分。在燕麥發酵的過程中，水分過低不利于霉菌生長，淀粉酶含量代謝較低，發酵燕麥的還原糖含量較低，口感也較差。而水分過高會抑制霉菌與空氣的接觸，進而使得霉菌代謝不完全，因此還原糖含量較低[13]。同時，過高的水分還會使發酵燕麥滋生其他微生物，導致口感變差，感官評分降低。

圖5 水分添加量對還原糖含量和感官評分的影響

2.3 正交結果分析

RFOL（93）4正交試驗設計與結果見表5，AFOL（93）4正交試驗設計與結果見表6，MFO L（934）正交試驗設計與結果見表7。

表5 RFO L（934）正交試驗設計與結果

表6 AFO L（934）正交試驗設計與結果

由表5可知，對RFO感官評分影響大小順序為因素C>D>A>B，最優組合為A2B2C2D2，即米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度33℃。在此條件下，發酵的燕麥呈現淡黃色，顆粒飽滿，有燕麥的淡香味和發酵的香味，酸甜可口，軟硬適中。此時的感官評分為95.37±2.09分，明顯優于其他未優化工藝。因此，確定RFO的最優發酵工藝為米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度33℃。

同樣，由表6可知，對AFO感官評分影響大小順序為因素D'>C'>A'>B'，最優組合為A'1B'2C'2D'2，即米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度25℃。在此條件下，發酵的燕麥口感最佳，感官評分為94.21±1.32分，優于其他未優化工藝，能夠確定AFO的最優發酵工藝為米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度25℃。由表7可知，對MFO感官評分影響大小順序為因素C''>A''>D''>B''，最優組合為A''2B''2C''2D''2，即毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發酵時間36 h，發酵溫度30℃。在此條件下，發酵燕麥的口感最佳，感官評分為91.64±2.25分，優于其他未優化工藝。因此，確定MFO的最優發酵工藝為毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發酵時間36 h，發酵溫度30℃。

表7 MFO L（934）正交試驗設計與結果

3 結論

通過試驗得出，RFO的最優發酵工藝為米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度33℃，在此條件下獲得的燕麥口感最佳，感官評分為95.37±2.09分；AFO的最優發酵工藝為米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發酵時間36 h，發酵溫度25℃，在此條件下獲得的燕麥口感最佳，感官評分為94.21±1.32分；MFO的最優發酵工藝為毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發酵時間36 h，發酵溫度30℃，在此條件下，燕麥的口感最佳，感官評分為91.64±2.25分。研究采用3種霉菌結合固態發酵技術發酵燕麥產品，能夠為新型燕麥產品的研發提供新的思路。