以藜麥為基質的紅茶菌發酵工藝

陳櫻之，劉紅梅，呂晴，蔡倩倩，肖萍,2*

1. 天津農學院食品科學與生物工程學院（天津 300392）；2. 天津市農副產品深加工技術工程中心（天津 300392）；3. 黃河三角洲京博化工研究院有限公司（濱州 256500）

藜麥原產于南美洲，是一種營養全面的偽谷物。其蛋白質含量高于普通谷物，氨基酸組成合理，屬于優質蛋白[1-2]；且富含人體所必需的ω-3和ω-6等多種不飽和脂肪酸和礦物質營養素[3]。隨著雜糧產業的快速發展及深入研究，其“綠色、天然、營養”等特性被廣大消費者熟知。但是，國內藜麥產品多為初加工，主要是藜麥米，其他深加工產品較少[4]。

紅茶菌，又稱康普茶，是以茶、糖、水為原料，經過酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等多種微生物共同發酵形成的發酵飲品[5]。紅茶菌在發酵過程中會產生很多對人體有益的物質，具有抗氧化、降血糖、降血脂等保健功效[6-8]。在以往研究中基本都是以茶葉為發酵基質并對其發酵產品的功能特性進行研究。隨著研究的不斷深入，其基質呈現出多樣式選擇，如咖啡豆提取液、橡樹樹葉、小麥草汁、蛇果、蓍草等[9-13]。但尚未應用于藜麥發酵，這為藜麥的深加工提供了新思路。因此，試驗將制備不同形式的藜麥發酵基質，以紅茶菌作為菌種，確定藜麥基質的最佳添加方式，在此基礎上對紅茶菌發酵工藝條件進行優化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅茶（福建正山堂茶葉有限公司）；白藜麥（金昌西域神話食品有限公司）；MRS肉湯、YPD培養基（北京索萊寶科技有限公司）；α-淀粉酶、糖化酶（天津市諾奧科技發展有限公司）。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-2FD潔凈工作臺（蘇州安泰空氣技術有限公司）；LGR20-W高速冷凍離心機（北京京立離心機有限公司）；STARTER3100實驗室pH計[奧豪斯儀器（上海）有限公司]；等。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅茶菌活化

按料水比1∶150 g/mL沖泡茶水后，加入10%白砂糖溶解。冷卻后加入紅茶菌母液，于25 ℃培養至表面出現薄膜，備用。

1.3.2 指標分析

1.3.2.1 總酚和黃酮質量濃度測定

以沒食子酸為標準品，采用Folin-Ciocalten法測定發酵液總酚質量濃度[13]；以蘆丁為標準品，采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法測定發酵液黃酮質量濃度[14]。

1.3.2.2 pH的測定

紅茶菌發酵液，以10 000 r/min離心15 min，取上清液，利用pH計測定。

1.3.2.3 微生物指標的測定

發酵液梯度稀釋后分別涂布于醋酸菌、MRS和YPD培養基上，其中醋酸菌和酵母菌于30 ℃培養24 h，乳酸菌于37 ℃培養48 h。

1.3.3 藜麥基質添加形式對紅茶菌發酵效果的影響

1.3.3.1 藜麥研磨液對紅茶菌發酵效果的影響

稱取10%白砂糖，充分溶解后加入10%藜麥研磨粉，攪拌均勻后接種10%紅茶菌菌液，于25 ℃培養。

1.3.3.2 藜麥水提液對紅茶菌發酵效果的影響

按料水比1∶10 g/mL沸水浸提15 min，過濾；加入10%白砂糖，冷卻后接種10%紅茶菌菌液，于25 ℃培養。

1.3.3.3 藜麥磨漿液對紅茶菌發酵效果的影響

藜麥磨漿液的制備參考李興等[15]的方法。將磨漿液快速加熱至沸騰，加入10%的白砂糖，保溫5 min；冷卻后接種10%菌液，于25 ℃培養。

1.3.3.4 藜麥糖化液對紅茶菌發酵效果的影響

藜麥糖化液的制備參考李貞景等[16]的方法。在糖化液中加入10%白砂糖，冷卻后接種10%菌液，于25 ℃培養。

1.3.4 以藜麥為基質的紅茶菌發酵工藝單因素試驗

分別選取料水比（6∶100，10∶100，14∶100和18∶100 g/mL）、加糖量（6%，8%，10%和12%）、接種量（6%，8%，10%和12%）、培養溫度（20，25和30 ℃）進行單因素試驗。

1.3.5 以藜麥為基質的紅茶菌發酵工藝正交試驗

綜合單因素試驗結果，以培養溫度、接種量、加糖量、料水比為考察因素，按表1設計進行正交試驗。

表1 L9(34)正交試驗的因素及水平

2 結果與分析

2.1 藜麥基質添加形式對紅茶菌發酵效果的影響

不同藜麥基質添加形式對發酵液中總酚、黃酮質量濃度的影響如圖1所示。4種紅茶菌發酵液中總酚、黃酮濃度的變化趨勢相似，即總酚、黃酮質量濃度呈現先升高再降低趨勢，在第2天時質量濃度達到最高值，之后開始逐漸下降，原因可能是發酵時間增加導致發酵液中的酚類、黃酮等營養物質被微生物利用消耗。另外，紅茶菌發酵藜麥研磨液時總酚、黃酮質量濃度最高，其次為藜麥水提液和糖化液，藜麥磨漿液作為發酵基質時，其總酚和黃酮質量濃度最低。

圖1 藜麥基質添加形式對總酚和黃酮質量濃度的影響

紅茶菌發酵液中乳酸菌、醋酸菌和酵母菌的菌落數如圖2所示：發酵2 d時，4種發酵液中3種微生物數量均處于最高值，且醋酸菌＞乳酸菌＞酵母菌。研究證明，由茶糖水培養出來的紅茶菌菌液中，一般只存在極少量的乳酸菌，甚至檢測不到乳酸菌。紅茶菌發酵咖啡液時，發酵液中3種微生物數量為酵母菌＞乳酸菌＞醋酸菌[17]。但試驗發現乳酸菌數量大于酵母菌。可見，由于發酵基質的營養成分不同會造成發酵液中菌相結構的差異性。

以磨漿液作為基質發酵時醋酸菌數量最高且pH最低[圖2（d）]，由此可知，pH的變化可以直接反映醋酸菌的數量變化。同時，在發酵周期內4種發酵液的pH均處于下降趨勢，在發酵3～4 d時隨著醋酸菌數量的降低，pH逐漸趨于平穩。以藜麥研磨液為基質時，其中的全部營養物質可被微生物利用以供其生長，酵母菌和乳酸菌數量為最高值。而以藜麥水提液為基質時，微生物只能利用溶于水的營養物質，造成微生物數量下降。在制備磨漿液時，可能由于高溫破壞藜麥中的熱敏感物質，使營養物質含量降低，影響微生物生長。而在制備糖化液時，發現糖化液黏度較高，導致溶解氧較低，影響酵母菌的有氧呼吸，造成數量的減少。有研究表明，紅茶菌發酵過程中酵母菌作為“啟動子”，在發酵初期會將蔗糖水解成葡萄糖和果糖，并通過進一步糖酵解產生乙醇后醋酸菌開始大量繁殖，而乳酸菌也會利用酵母菌的代謝產物進行生長繁殖[18]，由于酵母菌的減少，所以進行糖化液發酵時醋酸菌和乳酸菌數量也較低。綜合以上結果，選擇藜麥研磨液作為紅茶菌發酵基質。

圖2 藜麥基質添加形式對微生物數量及pH的影響

2.2 以藜麥為基質的紅茶菌發酵工藝單因素試驗

2.2.1 不同料水比對紅茶菌發酵效果的影響

如表2所示，隨著料水比升高，總酚、黃酮質量濃度及微生物數量處于先升后降趨勢。料水比10∶100 g/mL時，除pH外，其他指標均達到最高，隨后開始下降。pH在整個過程中一直處于上升趨勢，其原因可能是隨著料水比增加，發酵液初始pH升高，導致發酵后的pH也相應比較高。綜合考慮，選擇料水比6∶100，10∶100和14∶100 g/mL進行正交試驗設計。

表2 不同料水比對總酚、黃酮質量濃度及pH、微生物數量的影響

2.2.2 不同加糖量對紅茶菌發酵效果的影響

當蔗糖添加量為6%～8%時，隨著加糖量升高，總酚、黃酮質量濃度及酵母菌、乳酸菌、醋酸菌菌落數升高，pH降低；當加糖量8%時，總酚、黃酮的質量濃度達到最高，此時蔗糖含量維持較豐富水平，菌體優先利用直接營養成分而減少對黃酮、總酚的分解利用，使活性成分更多被保留；當加糖量大于8%時，菌落數開始下降，pH上升（表3）。其原因可能是糖添加過量，發酵液的滲透壓較高，從而使微生物的生長受到抑制[19]。綜合考慮，選擇加糖量6%～10%進行正交試驗設計。

表3 不同加糖量對總酚、黃酮質量濃度及pH、微生物數量的影響

2.2.3 不同接種量對紅茶菌發酵效果的影響

如表4所示，隨著接種量增加，總酚、黃酮的質量濃度和菌落數呈現升高趨勢，pH下降。接種量8%時，總酚、黃酮質量濃度和微生物數量達到最高值，pH最低。接種量大于8%時，由于菌體大量生長繁殖，所需要的營養物質會增多，導致發酵原料中的各類成分被過度分解利用，出現含量下降的趨勢[20]。因此，選擇接種量6%，8%和10%進行正交試驗設計。

表4 不同接種量對總酚、黃酮質量濃度及pH、微生物數量的影響

2.2.4 不同培養溫度對紅茶菌發酵效果的影響

如表5所示，隨著溫度升高，總酚、黃酮質量濃度以及酵母菌、乳酸菌和醋酸菌數量逐漸增大，25 ℃時達到最高值，之后逐漸降低。

表5 不同培養溫度對總酚、黃酮質量濃度及pH、微生物數量的影響

2.3 以藜麥為基質的紅茶菌發酵工藝正交試驗

正交試驗結果采用綜合評分法進行分析，黃酮質量濃度、總酚質量濃度及微生物數量分別進行隸屬度計算。試驗設計總酚、黃酮的權重取40，微生物的權重取20，經過計算得出的綜合分數作為總指標進行直觀分析。由表6可知，組合D3B2A2C1的綜合分數最高。各因素對紅茶菌發酵藜麥的影響程度依次為D＞B＞A＞C。由于表6中的試驗6與直接分析結果一致，不需要做驗證試驗。因此最佳工藝為料水比14∶100 g/mL、接種量8%、溫度25 ℃、加糖量6%，此條件下發酵液中總酚和黃酮質量濃度為0.652 mg/mL和0.233 mg/mL，乳酸菌、酵母菌、醋酸菌菌落數為6.811，6.511和7.863 lg CFU/g，微生物總量21.185 lg CFU/g。

表6 正交試驗結果

試驗號 A B C D結果 綜合評分總酚質量濃度/(mg·mL-1) 黃酮質量濃度/(mg·mL-1) 微生物數量/(lg CFU·g-1) 總酚隸屬度黃酮隸屬度微生物隸屬度綜合分/分6 2 2 1 3 0.652 0.233 21.185 0.961 1.000 1.000 98.442 7 3 3 1 2 0.487 0.098 20.229 0.532 0.282 0.000 32.575 8 3 2 2 1 0.304 0.082 20.345 0.057 0.197 0.121 12.586 9 1 1 1 1 0.282 0.085 20.138 0.000 0.213 0.094 10.386 K1 39.4544.7547.1311.72 K2 52.4953.8738.9343.33 K3 40.7334.0546.6777.62極差R 13.0419.83 8.2065.90因素主次 D＞B＞A＞C最優組合 D3B2A2C1

3 結論

試驗對原料藜麥進行不同處理，制備藜麥研磨液、水提液、磨漿液和糖化液，結果表明，研磨液為紅茶菌發酵的最佳基質。在此基礎上，確定出紅茶菌發酵藜麥的最佳條件：料水比14∶100 g/mL，接種量8%，溫度25 ℃，加糖量6%。該課題的研究結果一方面可豐富紅茶菌發酵產品的種類，為相關食品的開發提供理論基礎，另一方面可提高藜麥的利用和經濟價值，對藜麥的深加工和開發利用有重要意義。