燕麥營養(yǎng)醋麩曲糖化關鍵技術研究

羅雙群，崔勝文，張彩芳，周婧琦，朱瑩瑩

（1.漯河食品職業(yè)學院食品檢測系，河南 漯河 462300；2.鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002）

燕麥（Avena sativa L.）又名莜麥，是我國傳統(tǒng)糧食之一，有“全價營養(yǎng)食品”之稱，除含有淀粉、蛋白質、膳食纖維、脂肪酸等常見營養(yǎng)物質外，還含有皂苷和多酚等其他谷物少有的功效成分[1-3]。尤其是燕麥麩皮中，含有豐富的β-葡聚糖、多酚、黃酮、花青素等營養(yǎng)成分[4-5]。食醋是一種酸性調味品，除可去腥解膩、減少維生素C的流失、促進人體對鈣的吸收外[6]，還具有增進食欲、幫助消化、軟化血管等多種功能[7]。隨著人們營養(yǎng)保健意識的增強，雜糧醋因其營養(yǎng)價值高，具有抗菌、緩解疲勞、促進消化吸收、調節(jié)血糖血脂、抗氧化等多重功效[8-9]，逐漸成為一種新興食醋，燕麥營養(yǎng)醋也因此應運而生。近年來，國內外對燕麥營養(yǎng)醋的生產(chǎn)加工及營養(yǎng)成分分析已有報道[10-11]。本試驗以燕麥副產(chǎn)物碎米及皮粉為主要原料，以實驗室自制麩曲為輔料，優(yōu)化燕麥營養(yǎng)醋糖化關鍵技術，以期生產(chǎn)出一款營養(yǎng)價值高、性能穩(wěn)定、風味飽滿的燕麥營養(yǎng)醋。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥碎米及皮粉、燕麥麩皮：陜西川久生物科技有限公司；殼聚糖（食品級）：青島博智匯力生物科技有限公司；釀酒酵母、醋酸菌：上海一研生物科技有限公司；麩曲：漯河市食品研究院有限公司微生態(tài)實驗室；其他試劑均為分析純。

UV-1600可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；DhP-9052電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學儀器有限公司；DZKW電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫(yī)療儀器廠；PhB-4型pH計：上海科學儀器股份有限公司；WZ-113手持式折光儀：北京九合儀器儀表有限公司；0%～100%三支組酒精計：河北省武強縣同輝儀表廠；ZWY-2102恒溫培養(yǎng)振蕩器：上海智誠分析儀器制造有限公司；SW-CJ-2FD潔凈工作臺：蘇凈集團蘇州安泰空氣技術有限公司。XQ200型多功能高速粉碎機：上海廣沙工貿(mào)有限公司；JY/YP型電子天平：上海上天精密儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 燕麥營養(yǎng)醋制備工藝流程

燕麥營養(yǎng)醋的麩曲法制作工藝流程[12]如圖1所示。

圖1 麩曲法工藝流程Fig.1 The flow chart of bran koji process

1.2.2 關鍵技術要點

1.2.2.1 燕麥碎米皮粉預處理

將燕麥碎米及皮粉焙炒，焙炒溫度125℃，攤涼冷卻[13]后，高速粉碎，過40目篩。

1.2.2.2 蒸煮糊化

取20 g燕麥碎米及皮粉加水200 mL攪拌均勻，100℃蒸煮糊化60 min[14]。

1.2.2.3 液化糖化

選取適量的自制麩曲，在適宜條件下進行液化糖化。

1.2.2.4 酒精發(fā)酵

在滅菌后的糖化液中接入2.6%的酵母，于30℃發(fā)酵至可溶性固形物含量不再降低時終止，滅菌[12]。

1.2.2.5 醋酸發(fā)酵

在酒精發(fā)酵結束后的發(fā)酵液接入0.5%醋酸菌，在36℃下發(fā)酵至總酸不再上升時終止，滅菌后，測定總酸含量[15]。

1.2.2.6 澄清

選取3 g/L殼聚糖、于pH3.5、溫度35℃條件下澄清8 h[16]。

1.2.3 模糊綜合評價方法

1.2.3.1 評定人員及方式的選擇

燕麥營養(yǎng)醋感官評定小組成員由10名食品行業(yè)專業(yè)人員組成，男女各5名，感官正常，身體健康，無不良嗜好，對燕麥營養(yǎng)醋的色香味有較強的分辨能力，評定過程中采用獨立評定，重復3次，取平均值[17]。

1.2.3.2 確定產(chǎn)品因素集U和評語集V

燕麥營養(yǎng)醋的質量由色澤、氣味、滋味、組織狀態(tài)4個因素構成，即U=（色澤、香味、滋味、組織狀態(tài)）；對每個因素的評價按優(yōu)、良、中、差4個等級評定，即V={優(yōu)（V1）、良（V2）、中（V3）、差（V4）}[18]。

1.2.3.3 確定權重

本試驗采用頻數(shù)統(tǒng)計法[19]確定各質量因素的權重分別為色澤（0.15）、香味（0.25）、滋味（0.4）、組織狀態(tài)（0.2），即 X=（0.15，0.25，0.40，0.20）。

1.2.3.4 評定標準

燕麥營養(yǎng)醋的感官評定標準見表1[14]。

表1 燕麥營養(yǎng)醋的感官評定標準Table 1 The sensory evaluation criteria of oat vinegar

1.2.3.5 模糊綜合評判數(shù)學模型的選取

設食品感官因素綜合評判的結果向量為Y，由感官因素向量X和評價矩陣R合成，即Y=X·R[17]。

1.2.4 單因素試驗

研究麩曲添加量（0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）、糖化溫度（50、55、60、65、70 ℃）、糖化時間（4、5、6、7、8 h）、糖化 pH 值（4.0、4.5、5.0、5.5、6.0）對燕麥營養(yǎng)醋感官品質、總酸含量、總黃酮含量、總酚含量以及可溶性固形物含量的影響，做3次重復試驗，并通過10位評委綜合評定判定其等級，然后用加權平均型的數(shù)學模型進行數(shù)據(jù)處理，最后做排序比較。經(jīng)感官評定人員和相關專家研究決定為如下等級系數(shù)，h1=100，h2=80，h3=60，h4=40，從而求出感官評分值 S。S= ∑Yjhi，i=1，2…n；j=1，2…m[20]。

1.2.5 響應面試驗

在單因素試驗基礎上，以麩曲添加量（A）、糖化溫度（B）、糖化時間（C）、糖化 pH 值（D）為考察因素，以燕麥營養(yǎng)醋的感官模糊評價結果為響應值，進行四因素三水平二次正交旋轉組合設計，具體見表2。采用Design-Expert 7.1.3對試驗數(shù)據(jù)進行分析并預測用自制麩曲進行液化糖化生產(chǎn)燕麥營養(yǎng)醋的最佳工藝參數(shù)。

表2 試驗因素水平Table 2 The level of test factors

1.3 指標測定

1.3.1 感官指標

對燕麥營養(yǎng)醋的色澤、香味、滋味、組織狀態(tài)進行評定。

1.3.2 理化指標測定

總酸含量：參照GB 12456—2021《食品安全國家標準食品中總酸的測定》中第一法酸堿指示劑滴定法進行測定；可溶性固形物含量：采用手持糖度計進行測定；總酚含量：采用Folin-Ciocalteu法進行測定[21]；總黃酮含量：采用紫外分光光度法進行測定[21]。

1.3.3 微生物指標測定

菌落總數(shù)的測定根據(jù)GB 4789.2—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》進行測定；大腸菌群的測定根據(jù)GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數(shù)》中平板計數(shù)法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

單因素試驗數(shù)據(jù)利用SPSS Statistics 17.0軟件Tukey HSD進行顯著差異性分析，P＜0.05為差異顯著；P＜0.01為差異極顯著；響應面數(shù)據(jù)利用Design-Expert 7.1.3軟件對回歸方程進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 麩曲添加量的確定

固定糖化溫度60℃、糖化時間6 h、糖化pH 5.0，考察燕麥麩曲添加量對燕麥營養(yǎng)醋的影響，結果如表3所示。

表3 麩曲添加量對燕麥營養(yǎng)醋的影響Table 3 The influence on oat nutrition vinegar with addition quantity of bran koji

由表3可知，隨著燕麥麩曲添加量的增加，感官評分先升高后緩慢下降，當燕麥麩曲添加量為0.4%時感官評分最高，總酸含量、總黃酮含量、總酚含量以及可溶性固形物含量均隨著麩曲添加量的增加而逐漸升高，但當添加量超過0.4%后升高幅度緩慢。從表3還可以看出，利用自制燕麥麩曲所制得的燕麥營養(yǎng)醋總黃酮和總酚含量較常規(guī)燕麥營養(yǎng)醋[21]高，這主要是由于自制燕麥麩曲中的功能性成分能有效抑制雜菌的生長繁殖，促進有益菌的生長，同時增強糖化酶和蛋白酶的活力，增加燕麥營養(yǎng)醋中可溶性固形物含量，并同時促進黃酮類及多酚類物質的釋放。故本試驗選取燕麥麩曲添加量為0.3%、0.4%及0.5%進行響應面分析。

2.1.2 糖化溫度的確定

固定燕麥麩曲添加量0.4%、糖化時間6 h、糖化pH 5.0，考察糖化溫度對燕麥營養(yǎng)醋的影響，結果如表4所示。

表4 糖化溫度對燕麥營養(yǎng)醋的影響Table 4 The influence on oat nutrition vinegar with different saccharification temperature

由表4可以看出，感官評分、總酚含量、可溶性固形物含量在糖化溫度70℃時略有下降，總酸含量、總黃酮含量隨糖化溫度的升高逐漸升高，但當溫度超過60℃后，升高趨勢均不太明顯。從這可以看出，60℃條件下就能夠將燕麥碎米及皮粉糖化完全，同時將燕麥麩皮中的大部分營養(yǎng)成分浸出，而70℃時燕麥營養(yǎng)醋感官評分反而偏低，可能是由于酸度過高，影響滋味，加之糖化溫度過高，也容易使醋產(chǎn)生糊味。考慮到成本及感官因素，本試驗選取糖化溫度55、60℃和65℃進行響應面分析。

2.1.3 糖化時間的確定

固定燕麥麩曲添加量0.4%、糖化溫度60℃、糖化pH5.0，考察糖化時間對燕麥營養(yǎng)醋的影響，結果如表5所示。

表5 糖化時間對燕麥營養(yǎng)醋的影響Table 5 The influence on oat nutrition vinegar with different saccharification time

由表5可以看出，除總酸含量和可溶性固形物含量在糖化8 h時略有下降，其余指標均隨著糖化時間的延長逐漸升高。糖化6 h以后，燕麥碎米及皮粉基本糖化完全。考慮到成本，本試驗選取糖化時間5、6、7 h進行響應面分析。

2.1.4 糖化pH值的確定

固定燕麥麩曲添加量0.4%、糖化溫度60℃、糖化時間6 h，考察糖化pH值對燕麥營養(yǎng)醋的影響，結果如表6所示。

表6 糖化pH值對燕麥營養(yǎng)醋的影響Table 6 The influence on oat nutrition vinegar with different saccharification pH value

續(xù)表6 糖化pH值對燕麥營養(yǎng)醋的影響Continue table 6 The influence on oat nutrition vinegar with different saccharification pH value

由表6可以看出，感官評分、總酸含量、總黃酮含量、總酚含量以及可溶性固形物含量均隨著糖化pH值升高呈現(xiàn)先上升后逐漸下降的趨勢，在pH5.0時達到峰值。本試驗選取糖化pH值4.5、5.0、5.5進行響應面分析。

2.2 響應面分析

2.2.1 回歸模型的建立與分析

表7為Box-Behnken試驗設計及結果。

表7 Box-Behnken試驗設計及結果Table 7 Design and results of Box-Behnken experimental

采用Design-Expert 7.1.3對表7進行回歸擬合，通過計算得出Y與A、B、C、D的多元回歸方程為Y=90.58+1.47A+0.98B+6.25C+6.63D-2.30AB-4.60AC-0.60AD+0.35BC+4.30BD+1.80CD-8.15A2-5.92B2-9.02C2-10.85 D2。

運用Design-Expert 7.1.3軟件進行方差分析[22-23]，分析結果見表8。

表8 回歸方程的方差分析Table 8 ANONA（analysis of variance）of regression equation

從表8可以看出，二次回歸模型的F值為13.81，P＜0.001，表明試驗所采用的二次模型極顯著，失擬項P值為0.160 1，說明方程擬合效果較好。該模型R2=0.932 5，說明響應值的變化有93.25%來自于所選因素，方程的擬合度較好，R2Adj=0.864 9，說明有86.49%的試驗符合該模型，與實際情況相符性良好[24-25]。因此可用來對燕麥營養(yǎng)醋參數(shù)進行預測。一次項的C、D和二次項的 A2、B2、C2、D2對感官分值的影響極顯著（P＜0.01），AC、BD 顯著（P＜0.05），而 A、B 和 AB、AD、BC、CD 不顯著。

2.2.2 因素間的交互作用

利用Design-Expert 7.1.3軟件分析麩曲添加量、糖化溫度、糖化時間及糖化pH值兩兩間交互作用對感官值的影響如圖2所示。

圖2 各因素交互作用對燕麥營養(yǎng)醋感官品質影響的響應面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factors on sensory quality of oatmeal vinegar

由圖2可以看出，糖化時間和糖化pH值對試驗結果影響極顯著，因為響應面越陡峭，等高線越密集，表明該因素對試驗結果影響越顯著[26]。麩曲添加量和糖化溫度、麩曲添加量和糖化pH值的等高線圖接近圓形，說明兩兩間相互關系不顯著；而麩曲添加量和糖化時間、糖化溫度和糖化pH值兩兩間相互關系顯著，這是因為等高線越接近于橢圓形，二者交互作用越強，反之圓形則交互作用不強[27]。

2.2.3 驗證性試驗

通過模糊數(shù)學和響應面的綜合評定，得出燕麥營養(yǎng)醋的糖化液化最佳條件為麩曲添加量0.40%、糖化溫度61.75℃、糖化時間6.41 h、糖化pH5.20、理論最高感官評分93.23。根據(jù)響應面最佳條件，結合生產(chǎn)實際采用麩曲添加量0.4%、糖化溫度62℃、糖化時間6.4 h、糖化pH5.2進行3次平行試驗得到燕麥營養(yǎng)醋感官評分為92.71±1.15。說明該方程與實際情況擬合性較好，證明該方程具有可靠性。

2.3 燕麥營養(yǎng)醋質量參數(shù)分析

2.3.1 感官指標鑒定

依據(jù)最優(yōu)生產(chǎn)配方結合生產(chǎn)實際所制得的產(chǎn)品色澤清亮，呈棕紅色，具有燕麥營養(yǎng)醋所特有的香氣和滋味，無澀味，無其他不良氣味與異味，無浮物，不混濁，無沉淀物，無異物。

2.3.2 理化指標

經(jīng)檢測，產(chǎn)品總酸含量為5.12 g/100 mL，總黃酮含量為3.64 mg/mL，總酚含量為57.2 mg/100 mL，可溶性固形物含量為4.27 g/100 mL。

2.3.3 微生物指標

經(jīng)檢測，細菌菌落總數(shù)≤10 CFU/mL；大腸菌群數(shù)：未檢出；致病菌：未檢出。符合GB 2719—2018《食品安全國家標準食醋》對燕麥營養(yǎng)醋的微生物指標要求。

3 結論

本試驗以燕麥碎米及皮粉為主要原料，考察自制燕麥麩曲對燕麥營養(yǎng)醋的影響，采用模糊評價和響應面法優(yōu)化發(fā)酵工藝，結合生產(chǎn)實際，確定自制麩曲對燕麥營養(yǎng)醋糖化液化的最佳工藝條件為麩曲添加量0.4%、糖化溫度62℃、糖化時間6.4 h、糖化pH5.2，該條件下所得燕麥營養(yǎng)醋的感官評分為92.71±1.15，總酸含量為5.12 g/100 mL，總黃酮含量為3.64 mg/mL，總酚含量為57.2 mg/100 mL，可溶性固形物含量為4.27 g/100 mL，所得燕麥營養(yǎng)醋色澤清亮，呈棕紅色，具有燕麥營養(yǎng)醋所特有的香氣和滋味，無沉淀。

根據(jù)自制燕麥麩曲在優(yōu)化工藝參數(shù)下進行糖化液化釀造出的燕麥營養(yǎng)醋，符合GB 2719—2018標準，且與傳統(tǒng)食醋品質相比，營養(yǎng)保健功效更強，為進一步工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。