麦汁乳酸菌饮料发酵菌种的比较研究

孙晓昕，刘春凤，李永仙，李 崎*

（1.江南大学 教育部工业生物技术重点实验室，江苏 无锡 214122；2.江南大学 生物工程学院酿酒科学与工程研究室，江苏 无锡 214122）

活性乳酸菌饮料是利用乳酸菌对乳类进行发酵后调配而成的、含有一定数量活性益生菌的健康型饮料[1]。它具有促进人体对磷、钙、铁的吸收，维持维生素平衡，改善肠道微生态环境、提高人体免疫力、抗疲劳、抗癌、抗衰老等多种保健作用[2]。由于独特的风味和营养，乳酸菌饮料越来越受到市场的肯定和欢迎。近年来国内外对乳酸菌类饮料的研制愈加深入和广泛，如黄晓庆、唐维媛[3-4]等分别对乳酸饮料制备的发酵剂和无糖乳酸菌饮料的稳定性方面做了研究，PESCUMA M等分别对一种发酵乳清饮料的研制工艺和酿造过程的优化进行了研究[5-6]。随着乳酸菌类饮料研发的不断深入和对传统谷物开发利用的需求提升，乳酸菌饮料的原料也从之前的鲜乳和乳制品逐渐延伸到小米、大麦、小麦等谷物[7-8]。

麦芽是啤酒酿造的原料之一，麦芽经糖化制得的麦汁中，不仅含有丰富的糖类物质和含氮化合物，还有含有多种人体所需的微量元素，具有开胃健脾、改善肠胃功能等功效，所以也是饮料研制的较好原料[9]。目前已有部分学者已经利用麦芽作为原料开发发酵型饮料，但多只局限于工艺方面的研究而对菌种方面的开发利用尚不多见。

本研究以麦芽作为原料，以实验室保藏的7株可食用乳酸菌作为出发菌种，对此7种乳酸菌在麦汁中的生长情况、发酵情况进行了考察，并结合感官品评及糖、酸、游离氨基酸、有机酸等营养物质的分析最终选定副干酪乳杆菌作为麦汁乳酸菌饮料生产的最适发酵菌种，为谷物类乳酸菌饮料的开发研制提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 菌株

7株可食用乳杆菌：副干酪乳酸菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、瑞士乳杆菌、约氏乳杆菌、唾液乳杆菌、约氏乳杆菌，为实验室保藏菌株。

1.1.2 培养基

MRS培养基：蛋白胨10g，牛肉浸膏8g，酵母浸膏4g，葡萄糖20g，三水合乙酸钠5g，吐温80 1g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸铵2g，七水合硫酸镁0.2g，七水合硫酸锰0.05g，水1000mL。pH值调至6.2，121℃灭菌15min。

1.2 仪器与设备

FE20 pH计（METTLER TOLEDO）、ALL04电子天平（梅特勒）、UV-2000型紫外分光光度计（UNICO）、HHS型电热恒温水浴锅（上海博讯事业有限公司）、LD4-2A台式高速离心机（北京医用离心机厂）、高效液相色谱仪器（Waters公司）、HPX-180BS-II恒温箱（上海新苗）。

1.3 实验方法

1.3.1 pH值的测定

FE20 pH计测定。

1.3.2OD值的测定

以新鲜澄清的麦汁培养基为空白对照，测定菌悬液在波长600nm处的OD值。

1.3.3 还原糖的测定

DNS法[10]。

1.3.4 总酸的测定

NaOH滴定法[11]。

1.3.5 有机酸的测定[12]

色谱柱：Atlantis C184.6×150mm，Waters公司，流动相：20mmol/L的磷酸二氢钠（pH=2.7）；进样体积：10μL；柱温：30℃；检测器：UV 210nm；流速：0.5mL/min。

1.3.6 乳酸菌生长曲线的绘制

用MRS液体培养基活化菌种，将活化的菌株以2%（v/v）接种量接种于澄清的麦汁培养基中，每隔3h取样，测定菌悬液的pH值和OD值，绘制乳酸菌生长曲线。

1.3.7 还原糖消耗曲线的绘制

以1.3.6同样方法将活化后的乳酸菌接种于澄清的麦汁培养基中，每隔3h取样测定还原糖含量，绘制还原糖消耗曲线。

1.3.8 感官品评实验[14]

选取5名国家级品评专家及35名普通消费者对麦汁乳酸菌饮料的香气、口感、体态、色泽进行评价，口感、香气各占35分，体态、色泽分别占20分、10分，总分100分。评分规则详见表1。

表1 麦汁乳酸菌饮料感官品评表Table 1 The evaluation rules of wort lactic acid bacteria beverage

1.3.9 麦汁的制备

麦芽经EBC磨粉碎得麦芽粉，以1:4.5料水比在48℃投料并保持30min，1℃/min 升温至63℃，保温糖化40min升温至72℃继续保温20min后进行碘试，碘试正常后升温至78℃，过滤、煮沸并调整麦汁浓度为12°Bx，0.1MPa、121℃下灭菌30min，沉降悬浮物，取上清液待用。

2 结果分析

2.1 乳酸菌在麦汁中的生长情况

实验参照1.3.6中的研究方法，对7株乳酸菌在麦汁中的生长情况进行了跟踪分析，结果如图1所示。

图1 乳酸菌在麦汁中的生长情况Fig.1 The growth of lactic acid bacteria in wort

由图1 可以看出，植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌对麦汁的适应性最强，几乎没有迟缓期便直接达到了对数生长期，在15h和21h时分别达到了平稳期。副干酪乳杆菌紧随其后，在6h的迟缓期后迅速转入对数生长期，18h 基本达到稳定期，且吸光值达到2.0以上，菌体增长量为7种待测菌种中最高。而唾液乳杆菌、瑞士乳杆菌、约氏乳杆菌及加氏乳杆菌分别经历10h、6h、6h、11h后也达到了对数生长期，在18h 时基本达到平稳期。而加氏乳杆菌、约氏乳杆菌对麦汁的适应性最差，在同等条件培养30h后，其菌体OD值并未超过1.0。

2.2 乳酸菌在麦汁中的产酸情况

实验将活化后的乳酸菌接种于澄清的麦汁中，每隔3h取样。参照1.3.4中的研究方法，对7种乳酸菌在麦汁中的产酸情况进行跟踪测定，结果如图2所示。

图2 乳酸菌在麦汁中的产酸情况Fig.2 The acid production of lactic acid bacteria in wort

由图2可以看出：副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌的平均产酸速率较高，发酵结束时的副干酪乳杆菌的总产酸量最高（6.90g/L），其次为物乳杆菌（6.41g/L）和嗜酸乳杆菌（5.52g/L）；而约氏乳杆菌、唾液乳杆菌、加氏乳杆菌产酸量最低，分别为2.42g/L、2.88g/L及3.39g/L。

2.3 乳酸菌在麦汁中的还原糖消耗情况

菌株对底物的利用情况可以直接反映其生产性能和效率的优劣，研究对7株乳酸菌在麦汁中的糖耗情况进行了跟踪测定，结果如图3所示。

图3 乳酸菌在麦汁中的还原糖消耗情况Fig.3 The sugar consumption of lactic acid bacteria in wort

由图3可以看出，相同发酵工艺下，嗜酸乳杆菌对麦汁中糖分的利用效率最高，达到14.0g/L，约氏乳杆菌和副干酪乳杆菌次之，分别为11.9g/L和11.0g/L。而瑞士乳杆菌、加氏乳杆菌还原糖消耗速率较低，说明其并不善于利用麦汁中的糖类组分。

结合上面的实验，7株乳酸菌在麦汁中的生长发酵性能数据如表2所示。

表2 7株可食用乳酸菌在麦汁生长发酵的统计数据Table 2 The growth and fermentation statistic data of 7 lactic acid bacteria

综上所述，在静置发酵条件下副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌在麦汁中生长良好，其平均生长速率、平均产酸速率、总产酸量均高于其他菌株；且副干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌的还原糖利用能力也明显强于其他菌株，其还原糖消耗速率分别为0.23g/（L·h）和0.29g/（L·h）。因此选择副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌进行下一步考察。

2.4 乳酸菌饮料的感官品评结果

本实验采用品评专家与普通消费者结合的方式对副干酪乳杆菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌3种乳酸菌酿造的麦汁乳酸菌饮料进行了感官品评，品评项目包括香气、口感、体态、色泽4个部分。参照表1的评分规则进行感官品评，结果见表3。

表3 乳酸菌饮料的感官品评结果Table 3 The evaluation results of lactic acid bacteria beverage

由表3可以看出，副干酪乳杆菌的品评得分最高，为77.57，其次为植物乳杆菌71.46和嗜酸乳杆菌60.45。在体态和色泽方面三者相差并不是很多，而在口感方面三者差异较大。感官品评结果显示用副干酪乳杆菌酿造的麦汁乳饮料酸甜适中，发酵乳香味浓郁且风味协调，而用嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌酿造的麦汁乳饮料或有杂味或酸味突兀、香味不足。

2.5 3种乳酸菌饮料的有机酸测定结果

有机酸不仅是乳酸菌饮料中的营养物质，同时也是影响口感的重要因素。本实验对副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌酿制的麦汁乳饮料中的7种有机酸进行了测定，测定结果如表4所示。

表4 3种乳酸菌有机酸产生情况Table 4 The organic acid production of 3 lactic acid bacteria

由表4可以看出，3种乳酸菌饮料有机酸中乳酸含量最多，均达到3.6g/L以上，其次为乙酸、柠檬酸和酒石酸，分别在136.4mg/L～408.31mg/L、30.03mg/L～78.9mg/L和23.08mg/L～126.29mg/L之间；而丙酮酸含量最少，不超过5mg/L。副干酪乳杆菌酿造的麦汁乳饮料中除了具有乳酸、乙酸外，其苹果酸、柠檬酸的含量也相对较高，分别为25.23mg/L和78.9mg/L而丰富的有机酸种类和含量对提高饮料的口感有着不小的贡献。琥珀酸是啤酒中重要的呈味物质，其阈值较低且具有咸味苦味。嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌酿制的乳酸菌饮料中琥珀酸含量分别达到205.7mg/L和132.25mg/L，而过高的琥珀酸含量会对口感有一定负面作用。

3 结论

3.1 副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌在麦汁中生长良好，其产酸速率和产酸量、还原糖消耗量均高于测定的其他4种菌株。

3.2 感官品评结果显示用副干酪乳杆菌酿造的麦汁乳饮料具有酸甜适中，发酵乳香味浓郁且风味协调等优点。

3.3 对用3种乳杆菌酿制的麦汁乳饮料进行了有机酸分析，结果显示乳酸为有机酸中含量最多的有机酸，其次为乙酸、柠檬酸和酒石酸，而丙酮酸含量最少。丰富的有机酸种类和含量对提高乳酸菌饮料的口感具有重要作用。

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