纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料工艺

王继伟，吉亚力，葛英亮，刘 晶

(1.哈尔滨学院工学院，黑龙江 哈尔滨 150086；2.哈尔滨师范大学管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025；3.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料工艺

王继伟1，吉亚力2，葛英亮1，刘 晶3

(1.哈尔滨学院工学院，黑龙江 哈尔滨 150086；2.哈尔滨师范大学管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025；3.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

选用东北优质甜玉米，制作玉米浆饮料，采用纳豆芽孢杆菌对其进行发酵研究，通过正交试验，初步确定纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料的工艺：玉米汁质量分数30%、发酵时间24h、发酵温度31℃；调配参数为添加蔗糖3%、β-环糊精量0.03%、柠檬酸0.05%，此时饮料在4℃冷藏7d内口感最佳。纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料消除了纳豆饮料的不良风味，富含纳豆芽孢杆菌发酵产物，具有一定的营养和保健功能。

纳豆芽孢杆菌；发酵；玉米浆；工艺

Abstract：To develop aBacillus natto-fermented corn steep liquor beverage, sweet corn from the northeast of China was processed into corn steep liquor, followed byBacillus nattofermentation and blending. Orthogonal array optimization showed that the optimal conditions for fermenting corn steep liquor were as follows:material concentration 30%; fermentation temperature 31 ℃; and fermentation duration 24 h and that the fermentation product with additions of 3% sucrose, 0.03%β- cyclodextrin and 0.05% citric acid had the best mouthfeel. Moreover, the developed beverage should be stored at 4 ℃ for less than 7 days.

Key words：Bacillus natto；fermentation；corn steep liquor；technology

玉米是一种分布广泛、营养丰富的粮食作物，甜玉米是其较为优良的品种，甜玉米中含有大量的碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质及挥发性芳香成分[1-2]，包括2-乙酰-1-吡咯琳和2-乙酰-2-噻唑琳、二甲基硫醚、1-羟基-2-丙酮、2-羟基-3-丁酮及2,3-丁二醇等[3]，气味芳香浓郁。胚乳中含有一定的水溶性多糖WSP[4]，使得甜玉米口感嫩滑、柔软、香味浓郁，甜玉米中含有多种功能性成分，如谷胱甘肽、甾醇等具有一定的抗癌功能[5]。

纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)[6]是枯草芽孢杆菌的一个亚种，最初是从纳豆中分离出来的主要发酵菌，研究认为纳豆芽孢杆菌能够激活细胞内的信号途径，促使肠道上皮细胞合成分泌IL-6和IL-8等细胞因子，从而增强肠道抵抗病原菌的能力[7]，而纳豆芽孢杆菌次生代谢产物中的功能性物质如纳豆激酶[8]，不仅具有类似纤溶酶的作用，并且还有稳定肠道温度和pH值的作用[9]，Urano等[10]也证实纳豆激酶能将纤溶酶原激活物抑制物裂解为小分子量片可作为治疗血栓的理想替代药品，目前研究广泛[11-12]，纳豆芽孢杆菌发酵产物可以促进肠道酸化而有利于铁、钙及VD等的吸收[13]。

纳豆芽孢杆菌发酵产物往往具有一种恶臭的气味，与大豆腐败后的气味极其相似，本研究以甜玉米浆为基料，采用纳豆芽孢杆菌发酵，甜玉米的香气可以掩盖发酵产物中纳豆芽孢杆菌发酵产物的异味，使其更易为人们所接受，以此为基础调配出一种营养丰富、气味芳香、具有纳豆保健功能的玉米浆发酵饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

速冻甜玉米 绿山川食品厂；纳豆 哈尔滨日尚食品有限公司；白砂糖、柠檬酸、β-环糊精 市售。

1.2 仪器与设备

WMK-02型恒温培养箱 上海医疗器械厂；SWCJ-1F型无菌操作台 苏州佳宝净化工程设备有限公司；HZQ-X100A型恒温摇床 上海达平仪器有限公司；DL-718型多功能食物搅拌机 多乐公司；DJM-50型胶体磨上海东华高压均质机厂；UV-2802型紫外-可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米浆前处理工艺流程

选料→去苞衣、去须→清洗→灭酶→冷却→刮粒、取粒→打浆→细磨→糊化→过滤→灭菌→玉米浆

1.3.2 纳豆芽孢杆菌的培养工艺流程

纳豆→无菌生理盐水浸泡→分区划线→分离菌种→二次分离纯化→扩大培养→发酵菌

1.3.3 饮料生产基本工艺流程

玉米浆→接种→发酵→过滤(无菌)→二次无菌调配→罐装→成品→冷藏

1.3.4 感官评定标准

具体评定标准见表1。

1.3.5 发酵条件确定

根据1.3.1节和1.3.2节所设定的工艺流程，经多次试验，纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料生产工艺的主要影响因素：玉米浆质量分数、发酵时间、发酵温度。每个因素选取3个水平进行L9(34)的正交试验。

料(黏玉米)水比为1:3的条件下，对黏玉米进行打浆、破碎、在温度为75℃进行糊化，过滤，分别稀释至质量分数为30%、40%、50%、60%、70%，在121℃、10min灭菌后，冷却至70℃左右接入纳豆芽孢杆菌31℃恒温培养24h，进行单因素试验。

根据上述试验获得的结果，采用相同工艺，调整发酵时间为18、24、30、36、42h，进行单因素试验。

根据上述试验获得的条件，改变发酵温度为27、29、31、33、35℃，进行单因素试验。

建立因素水平表，进行L9(33)正交试验，以确定最优的纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆的工艺条件。

1.3.6 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料调配与储存

发酵后的玉米浆饮料存在部分浑浊物质，影响感官，需进行无菌过滤，其气味且不易为大众接受，需对其进行二次调配，在二次调配同时确定存储最佳的条件，因此，以蔗糖、β-环糊精、柠檬酸添加量和冷却时间4因素先进行单因素试验，在添加β-环糊精质量分数为0.05%、柠檬酸质量分数为0.15%、储存时间7d的条件下，改变蔗糖添加的质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%进行调配，并对所得饮料进行感官评定，选取较优的3个水平。

根据上述试验得到最优砂糖添加量改变β-环糊精添加的质量分数0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%，进行感官评定，选取较优水平。

根据上述试验获得的条件，改变柠檬酸添加的质量分数0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.11%，进行感官评定，选取较优水平。

选取上述试验获得的参数，改变4℃冷藏时间后保藏3、5、7、9、11 d后进行感官评定，在未改变总体性状的前提下，选取较优水平。

1.3.7 饮料成分的检测

对发酵后的饮料成份进行检测，VK2采用反向高效液相色谱法测定(借鉴GB 7294—87《饲料添加剂维生素K》)；大豆异黄酮采用高效液相色谱法测定(GB/T 23788—2009《保健食品中大豆异黄酮的测定方法》)；VB2采用荧光分光光度法进行测定(GB/T 7629—2008《谷物中维生素B2测定》)；纳豆激酶采用纤维蛋白平板法进行测定[14-15]；总脂肪含量采用水解提取-气相色谱法进行测定(GB/T 22223—2008《总脂肪、饱和脂肪(酸)、不饱和脂肪(酸)的测定：水解提取-气相色谱法》)；蛋白质测定采用凯氏定氮法进行测定(GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》)。

2 结果与分析

2.1 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料工艺正交试验

经单因素试验，确定纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料的正交试验因素水平表见表2，结果见表3。

表1 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料的感官评审表Table 1 Sensory evaluation standards forBacillus natto-fermented corn steep liquor beverage

表2 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料L9(34)正交试验因素水平表Table 2 Factors and levels in the orthogonal array design for optimizing material fermentation

表3 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料L9(34)正交试验设计及结果Table 3 Orthogonal array design layout for optimizing material fermentation and experimental results

由表3可知，纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料发酵温度是主要因素。影响纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料因素为发酵温度＞发酵时间＞玉米浆质量分数，确定纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料的最优条件为玉米汁质量分数30%、发酵时间24h、发酵温度31℃。

此时获得发酵溶液较为清澈透明，呈淡乳白色，具有较为浓郁的黏玉米香气，纳豆芽孢杆菌发酵产生气味可以很好为其所掩盖，经测定，在100g玉米浆发酵液中测定VK2含量为126μg、异黄酮含量为13000μ g，以及VB2、纳豆激酶等大部分纳豆芽孢杆菌发酵纳豆时具有的功能性次生代谢产物都有一定的存在，相比下，饮料中脂肪及蛋白的含量显著降低。

2.2 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料调配参数的确定

采用2.1节获得工艺条件，根据1.3.6节确定的参数建立纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料调配参数的L9(34)正交试验因素水平见表4，结果见表5。

表4 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料调配参数L9(34)正交试验因素水平表Table 4 Factors and levels in the orthogonal array design for optimizing beverage formulation

确定纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料最优调配参数为添加蔗糖3%、柠檬酸0.05%、β-环糊精量0.03%、4℃冷藏时间7d内饮用口味最佳。此时获得纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料，口感酸甜适中，纳豆发酵气味掩盖良好，适宜日常饮用。

表5 纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆饮料配方的L9(34)正交试验设计及结果Table 5 Orthogonal array design layout for optimizing beverage formulation and experimental results

3 结 论

经正交试验及后期的验证实验确定纳豆孢杆菌发酵玉米浆饮料的发酵条件为玉米汁质量分数30%、发酵时间24h、发酵温度31℃，并确定调配工艺参数为添加蔗糖3%、β-环糊精量0.03%、柠檬酸0.05%，建议本饮料在4℃冷藏7d内饮用。

本实验主要研究了采用纳豆芽孢杆菌发酵玉米浆活菌饮料的发酵工艺及调配参数，确定了采用新型菌种发酵玉米浆饮料，使之并含玉米营养及纳豆芽孢杆菌代谢产物功能，为研制新型玉米浆发酵活菌饮料提供一定参考。

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Optimizing the Production Process ofBacillus natto-fermented Corn Steep Liquor Beverage

WANG Ji-wei1，JI Ya-li2，GE Ying-liang1，LIU Jing3
(1. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China；2. School of Management, Harbin Normal University, Harbin 150025, China；3. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

TS275.4

B

1002-6630(2010)18-0480-03

2010-06-23

黑龙江省自然科学基金项目(C200945)

王继伟(1959—)，男，教授，本科，研究方向为饮料工艺、食品营养。E-mail：wjw782@163.com