红小米酵素的制备及其工艺条件优化研究

张一凡 王琳琳 高育哲 徐杰 宋威 李伟娜 姚金豆 汤震宇

摘要：以辽宁省朝阳市北票地区特有的红谷子为主要原料，利用酵母菌发酵制备小米酵素。以α-淀粉酶活力为测定指标，通过正交试验确定制备小米酵素的最优发酵条件为：发酵时间3.5 h、发酵温度32 ℃、干酵母接种量3.5%，此条件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

关键词：红谷子小米；小米酵素；α-淀粉酶活力；工艺条件；正交试验

中图分类号：TS213 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）02-0033-03

小米是一种典型的药食，其中含有多种维生素、蛋白质和脂肪等人体所必需的营养成分，同时具有清热、滋阴、补脾肾及抗癌等功效。以小米为主要营养源，利用微生物将小米发酵制成小米酵素，其营养价值远远超过小米本身，可以进一步提高小米的保健功能。小米酵素的制得既满足了人们对健康食品的需求，又开辟了小米深加工利用的新途径，提高了小米的附加值，具有广阔的市场应用前景。本课题利用红谷子小米为原料制得发芽小米，以发芽小米酵素发酵过程中α-淀粉酶活力作为评价指标，来优化发酵工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红谷子：品种为靠山红，产地为辽宁朝阳北票地区；发芽小米粉：实验室自制；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；麦芽粉：中药饮片销售有限公司。

试剂：无水乙醇、氢氧化钠、酒石酸钾钠、硫酸铜、次甲基蓝、亚铁氰化钾、葡萄糖等，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SSB-25-12DT数控超声波提取机：宁波新芝生物科技股份有限公司；AXTD5A型转子离心机：美国科峻仪器公司；多功能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥机：上海精宏实验设备有限公司；ESJ120-48电子天平：上海精密科学仪器有限公司；MODEL868型pH计：奥立笼科学仪器有限公司；UV-2000紫外分光光度計：上海凌析仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 小米酵素制作工艺流程 小米酵素制作工艺流程为：小米→发芽小米→接种，混合→发酵→α-淀粉酶活力测定。将小米洗净放入发芽机中发芽42 h，对制得的发芽小米进行烘干、粉碎，过80目筛；在发芽小米（以发芽小米粉为100%计）中添加20%麦芽粉、60%红糖、5%氯化钠、10倍水和高活性干酵母，进行发酵。

1.3.2 酵素指标检测 α-淀粉酶活力测定：采用3，5-二硝基水杨酸比色法（DNS法）。

1.3.3 红小米酵素酵母菌发酵条件单因素试验

1） 发酵温度的确定。设定高活性干酵母接种量为3%、发酵时间为3.5 h，在发酵温度分别为24，28，32，36，40 ℃条件下对发芽小米进行发酵得到小米酵素，测定所得酵素的α-淀粉酶活力。

2） 发酵时间的确定。设定高活性干酵母接种量为3%、发酵温度为32 ℃，在发酵时间分别为2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 h条件下对发芽小米进行发酵得到小米酵素，测定所得酵素的α-淀粉酶活力。

3） 酵母菌接种量的确定。设定发酵温度为32 ℃、发酵时间为3.5 h，在高活性干酵母接种量分别为2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，5.0%条件下对发芽小米进行发酵得到小米酵素，测定所得酵素的α-淀粉酶活力。

1.3.4 红小米酵素酵母菌发酵条件正交试验 以α-淀粉酶活力为指标，以发酵温度、发酵时间和高活性干酵母接种量为影响因素，进行三因素三水平正交试验设计，因素水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 小米酵素发酵工艺条件的单因素试验结果

2.1.1 发酵温度对α-淀粉酶活力的影响 不同发酵温度下小米酵素的α-淀粉酶活力测定结果如图1所示。

由图1可以看出：小米发酵过程中，随着温度升高，α-淀粉酶活力先增大后减小；在32 ℃时α-淀粉酶活力达到最大；此后随温度继续升高，酵母菌生长明显受到抑制，α-淀粉酶活力受到影响、呈减小趋势。因此，确定小米酵素最佳发酵温度为32 ℃。

2.1.2 发酵时间对a-淀粉酶活力的影响 不同发酵时间下小米酵素的α-淀粉酶活力测定结果如图2所示。

由图2可以看出：随着酵母菌生长代谢时间延长，α-淀粉酶活力逐渐增大，在3.5 h出现最大值；随着发酵的继续进行，酶的活性受到体系各因素的影响，导致α-淀粉酶活力逐渐减小。因此，确定小米酵素最佳发酵时间为3.5 h。

2.1.3 干酵母接种量对a-淀粉酶活力的影响 不同高活性干酵母接种量下小米酵素的α-淀粉酶活力测定结果如图3所示。

由图3可以看出：在高活性干酵母接种量为3.5%之前，接种量的增加可以促进酵母菌分泌α-淀粉酶，酶活力增大趋势变化较大；在接种量为3.5%之后，α-淀粉酶活力呈现减小趋势，这可能是由于接种量进一步增加使微生物之间的竞争不断加剧，生长开始受到抑制，导致α-淀粉酶活力开始缓慢减小。因此，确定小米酵素最佳干酵母接种量为3.5%。

2.2 小米酵素发酵工艺优化的正交试验结果

由单因素试验结果可知：小米酵素在发酵时间为3.5 h、发酵温度为32 ℃、干酵母接种量为3.5%时，其α-淀粉酶活力最大、为3.03 （mg/g）/5 min。根据单因素试验结果进行正交试验，结果见表2。

由表2可知：在发酵时间（A）、发酵温度（B）和酵母菌接种量（C）3个因素中，对α-淀粉酶活力影响大小顺序为A>C>B，即发酵时间对小米酵素发酵条件影响最大。综合实际考虑，选择最佳发酵条件为A2B2C2，即发酵时间3.5 h、发酵温度32 ℃、干酵母接种量3.5%，在此条件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

3 结论

通过单因素试验及正交试验优化得到制备小米酵素的最佳工艺条件为：发酵时间3.5 h、发酵温度32 ℃、干酵母接种量3.5%，此条件下制得的小米酵素α-淀粉酶活力最大。

参考文献

[1] 王海滨，夏建新.小米的营养成分及产品研究开发进展[J].粮食科技与经济，2010，35（4）：36-38，46.

[2] 姜忠丽，王俊伟，庞文录.糙米酵素红曲酒发酵工艺的研究[J].粮食与饲料工业，2013（3）：34-37.

[3] 孙大庆，杨冬雪，李洪飞，等.小米酵素发酵工艺条件的研究[J].农产品加工，2015（9）：41-42，66.

[4] 牛广财，朱丹，左锋，等.糙米酵素发酵工艺的中试研究[J].China Brewing，2014，33（6）：96-98.

[5] 魏婧.糙米酒和发芽糙米酒发酵工艺及产品指标分析[D].哈爾滨：东北农业大学，2012.

[6] 郑红艳.小米麸皮膳食纤维的提取及成分和功能性质研究[D].重庆：西南大学，2010.

[7] 隗程峰.液体曲黄酒酿造工艺研究[D].武汉：湖北工业大学，2016.

[8] 庄桂.发酵麸皮制取红曲色素的初步研究[J].中国酿造，2007（4）：13-16.

[9] 林玲，王丽，张兴亚，等.气相色谱法测定黄酒中的高级醇[J].China Brewing，2011（5）：170-172.

[10] 詹金花，杨幼慧，吴孟才，等.黄皮糯米酒的酿造工艺及香气成分的研究[J].食品与发酵工业，2009，35（5）：110-113.

[11] 高年发.葡萄酒生产技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[12] 朱宝镛.葡萄酒工业手册[M].北京：中国轻工业出版社，1995.

[13] J.DOGRA，Y.S.DHALIWA，MANORANJAN KALIA.Composition and nutritional quality of fababean and utilization in preparation of various Indian leavened products[J].Journal of dairying，foods&home; sciences，2004，23（1）：1-8.

[14] RAMADAN BR，SOROURMAH，HUSSEINAASI.Effectofgermination on phytochemical screening，rheological and breadmaking properties of mung bean[J].Assiut Journal of Agricultural Sciences，2001，32（4）：153-166.