啤酒糟酸奶的研制

王 然

（1.长春职业技术学院 食品与生物技术分院，吉林 长春 130033；2.吉林大学 生物与农业工程学院，吉林 长春 130022）

2017年，中国啤酒产量约为4 401 000 kL，稳居世界首位。然而，啤酒加工产生的副产物占生产投料量的25%～33%[1]，大规模的啤酒产量必然产生大量的副产物。啤酒糟是啤酒加工糖化工序中产生的主要副产物，主要为麦芽皮壳类物质，占啤酒加工总副产物的85%。有研究表明，干燥的啤酒糟中含有蛋白质24%～28%、膳食纤维55%～61%、脂肪8%～11%、糖1%～3%以及灰分3%～5%[1]，其各营养成分的含量与谷物相近，同时，啤酒糟不易贮存，如果处置不当，极容易造成环境污染和资源浪费[2]。啤酒糟富含膳食纤维，其中水溶性膳食纤维约占40%，不溶性膳食纤维约占60%。水溶性膳食纤维可以作为益生元，为肠道内的益生菌所利用，有助于肠道菌群平衡，促进肠道健康[3-4]；不溶性膳食纤维能吸收水分，软化粪便，增加粪便体积，促进肠道蠕动，使有害物质随粪便尽早排出体外[5]。

目前，国内外有研究已经将啤酒糟应用于饲料[6]、食品添加剂[7-8]、生物活性物质[9]以及能源[10]等方面，然而，研究将啤酒糟作为主要原料进行食品加工，还鲜见报道。酸奶营养丰富并具有整肠作用，能促进肠道健康；富含膳食纤维的复合型酸奶在调节胃肠功能、促进肠道健康等方面更具保健价值。目前，市面上复合型酸奶的膳食纤维主要来源于谷物，然而啤酒糟中主要营养成分的种类及膳食纤维含量均可以与多数谷物相媲美，将其作为原料应用于酸奶的加工中，不仅能降低复合型酸奶的原料成本，还能赋予酸奶独特的风味。本研究将啤酒糟应用于发酵乳制品的加工中，通过优化产品发酵工艺条件，将啤酒糟和乳制品共同进行发酵，制备啤酒糟酸奶，既为啤酒糟的综合利用提供新思路，又为新型发酵乳制品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

啤酒糟：自制；鲜牛乳：完达山乳业股份有限公司；果葡糖浆：中粮生化能源（公主岭）有限公司；酸奶发酵剂：北京川秀科技有限公司；盐酸、琼脂粉、无水乙醚：国药集团化学试剂北京有限公司；蛋白胨、牛肉粉：北京奥博星生物技术有限公司。所有化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JM-060胶体磨：温州市七星乳品设备厂；101鼓风干燥箱：上海昕仪仪器仪表有限公司；CRS300实验室乳化机：上海驰翔新能源设备科技有限公司；GNP9080恒温培养箱：常州菲普实验仪器厂；SW-CJ-1D超净工作台：苏州净化设备有限公司；HH-W600电热恒温水浴箱：金坛市医疗仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 啤酒糟酸奶的加工工艺及操作要点[11]

啤酒糟粉的制备：使用胶体磨对新鲜的啤酒糟进行研磨，粉碎至粒度＜0.5 mm，然后将粉碎后的啤酒糟置于140℃烘箱中，进行干燥处理20 min，制成啤酒糟粉。

调配：将啤酒糟粉4%～8%添加到牛乳中，再向其中加入果葡糖浆8%～10%，并搅拌均匀。

热处理：将乳液加热至100℃，保温2 min，然后在85℃的条件下，保温5 min。

加发酵剂：热处理后，将乳液冷却至42℃，加入0.1%酸奶发酵剂（保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌=2∶1），搅拌均匀。

发酵：将乳液置于恒温培养箱中，在40～44℃条件下，发酵8～10 h；在发酵的过程中，酸奶样品的组织状态由流动的液态逐渐变得粘稠，最后形成固态凝块，这时酸奶发酵完成。

后熟：将发酵完成的酸奶样品置于4℃的条件下冷藏后熟18 h，即得啤酒糟酸奶。

1.3.2 啤酒糟酸奶发酵工艺条件的确定

以酸度值和感官评分为评价指标，采用正交试验设计方法和模糊综合评价法研究啤酒糟添加量（O）、果葡糖浆添加量（P）、发酵温度（Q）和发酵时间（R）4个因素对酸奶感官质量的影响，并确定最适宜发酵工艺条件。在前期单因素试验的基础上，进行4因素3水平L9（34）正交试验设计，因素与水平见表1[12-13]。

表1 啤酒糟酸奶发酵工艺条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of yogurt with brewer's spent grain

1.3.3 啤酒糟酸奶感官质量评价方法

选择10名感官评定人员分别对啤酒糟酸奶从颜色、组织状态、滋味和口感等四个方面进行感官评分，每项指标1分为最低分，10分为最高分，感官评分满分为40分，每个酸奶样品的感官评分为所有评定人员评分结果的平均值，具体评价标准见表2[14-17]。

表2 啤酒糟酸奶感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of brewer's spent grain yogurt

1.3.4 啤酒糟酸奶模糊综合评价法

试验以啤酒糟酸奶颜色、组织状态、滋味和口感为因素集，以优、良、中、差为评语集，依据感官评价结果，构造四个单因素评价矩阵模型，采用模糊数学综合评价法对模型进行分析[18-20]。

因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝=｛颜色，组织状态，滋味，口感｝；评语集V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛优，良，中，差｝。四个评价因素（颜色、组织状态、滋味、口感）的权重系数A=｛a1，a2，a3，a4｝将依据正交试验结果确定。

模糊综合评价模型B=A×R，其中B为综合评价集，A为权重系数，R为模糊矩阵。针对正交试验设计得到的九个酸奶样品，依据表2中四项评价指标，品评员对啤酒糟酸奶样品逐一进行感官评分，并确定每项评分隶属的等级，然后将所有品评员的评价结果进行归一化处理，得到九个四阶模糊关系矩阵Ri（其中i为样品编号）。

1.3.5 啤酒糟酸奶理化指标及微生物指标测定

参照GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》、GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》，对啤酒糟酸奶的蛋白质含量、脂肪含量、酸度、微生物限量以及乳酸菌活菌数进行检测，其中，啤酒糟酸奶的蛋白质含量的测定采用凯氏定氮法、脂肪含量的测定采用碱水解法、酸度测定采用电位滴定法。

2 结果与分析

2.1 发酵工艺条件优化正交试验结果分析

以啤酒糟添加量、果葡糖浆添加量、发酵温度和发酵时间为因素，以酸度值和感官评分为评价指标，进行正交试验，重复操作3次，结果取平均值，正交试验结果与分析见表3。

表3 啤酒糟酸奶发酵工艺条件优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of yogurt with brewer's spent grain

由表3可知，根据极差值1数据结果，啤酒糟酸奶酸度的影响因素的主次顺序为R＞Q＞O＞P，其中发酵时间对成品感官品质影响最大；根据极差值2数据结果，啤酒糟酸奶感官评分影响因素的主次顺序为O＞Q＞P＞R，其中啤酒糟添加量对成品感官品质影响最大。以酸度为评价指标时，最佳发酵工艺条件组合为O1P3Q2R3，啤酒糟酸奶的酸度值为84.8°T，感官评分为38.5分。以感官评分为评价指标时，最佳发酵工艺条件组合为O1P2Q2R2，啤酒糟酸奶的酸度值为79.4°T，感官评分为36.3分。综合考虑上述优化结果，以酸度为指标得到的优化结果，制备啤酒糟酸奶，其感官评分相对较高，因此，选择以酸度为评价指标的正交试验最优组合O1P3Q2R3，即啤酒糟添加量4%，果葡糖浆添加量10%，发酵温度42℃，发酵时间10 h。此最佳发酵条件下进行3次验证试验，啤酒糟酸奶的酸度为84.8°T，感官评分为38.5分。

2.2 模糊综合评价法分析

根据表2感官评分标准，由10名感官评价人员对不同配方和工艺参数的啤酒糟酸奶进行感官评价，评价具体结果见表4。在10人对啤酒糟酸奶的评分结果中，以1号样品颜色为例，5人选择优，3人选择良，1人选择中，0人选择差，所以得到：r颜色=（0.5，0.3，0.1，0）；同理，得到：r组织状态=（0.6，0.3，0.1，0）、r滋味=（0.4，0.3，0.2，0.1）、r口感=（0.6，0.3，0.1，0），因此，1号样品的评价结果矩阵为

同理可以得出2号样品至9号样品的8个模糊矩阵：

表4 啤酒糟酸奶感官评价票数Table 4 Sensory evaluation grading votes of yogurt with brewer's spent grain

2.3 建立模糊关系综合评价集

根据模糊综合评价模型B=A×R，其中权重系数A依据表3正交试验分析结果确定，正交试验结果方差分析得出，影响感官评价因素的主次顺序为O＞Q＞P＞R，即啤酒糟添加量＞发酵温度＞果葡糖浆添加量＞发酵时间，因此确定影响感官评价的各因素组成权重系数A=（0.5，0.1，0.3，0.1）。

同理得到：B2=（0.79，0.21，0，0），B3=（0.48，0.30，0.16，0.06），B4=（0.37，0.36，0.13，0.14），B5=（0.35，0.34，0.15，0.16），B6=（0.34，0.30，0.21，0.15），B7=（0.22，0.33，0.18，0.27），B8=（0.26，0.32，0.22，0.20）；B9=（0.24，0.21，0.31，0.24）。

为得出模糊综合评价的总分，设定感官评价等级分值：优为38分，良为28分，中为16分，差为6分，建立感官评价特殊性数集V=（38，28，16，6），则啤酒糟酸奶模糊综合评价总分为Ti=Bi×V（i=1，2，3，…，9），因此，T1=B1×V=（0.49，0.30，0.13，0.03）×（38，28，16，6）=29.28，同理，T2=35.9，T3=29.56，T4=27.06，T5=26.18，T6=25.58，T7=22.10，T8=23.56，T9=21.4。

根据上述模糊综合评价总分，可以发现，只有2号样品的感官评分接近等级优，其他样品接近等级良或中，没有样品为差级。九个样品感官品质优劣排序为2号＞3号＞1号＞4号＞5号＞6号＞8号＞7号＞9号。因此，根据模糊综合评价法，啤酒糟酸奶的最适宜配方及加工工艺组合为O1P2Q2R2，即啤酒糟添加量为4%，果葡糖浆添加量为9%，发酵温度为42℃，发酵时间为9 h。

模糊综合评价法计算结果与以感官评分为评价指标的正交试验法得出的最适宜配方及工艺参数结果一致；与以酸度为指标的正交试验法得出的最适宜配方结果不完全一致。根据模糊综合评价法的计算结果可知，利用模糊综合评价法对影响啤酒糟酸奶品质的啤酒糟添加量、果葡糖浆添加量、发酵温度、发酵时间进行分析，具有减少人为主观因素影响，适合多样品感官品质评价间差异的优势特点；模糊综合评价结果不仅反应了酸奶样品客观的品质，同时也能贴近评价者的实际感官感受，因此，评价结果相对符合客观规律，也说明了本研究感官评价试验结果的准确性。

2.4 啤酒糟酸奶质量分析

根据以酸度为评价指标的正交试验法得出的最优组合O1P3Q2R3，制成的啤酒糟酸奶进行质量分析。啤酒糟酸奶成品感官评分38.5分，其蛋白质含量2.6 g/100 g、脂肪含量2.5 g/100 g，酸度84.8 °T，乳酸菌数为3.3×106CFU/g，未检出大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等致病菌，啤酒糟酸奶各项指标符合GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》及GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》的要求。

3 结论

本研究采用正交试验结合模糊综合评价法优化啤酒糟酸奶发酵工艺条件，利用数学模型分析和论证感官评价结果，使优化试验结果更具科学性，得出啤酒糟酸奶最适宜发酵工艺条件：啤酒糟添加量为4%，果葡糖浆添加量为10%，发酵温度为42℃，发酵时间为10 h。以此优化条件下制备的啤酒糟酸奶，感官评分为38.5分，其蛋白质含量为2.6 g/100 g、脂肪含量为2.5 g/100 g，酸度为84.8 °T，乳酸菌数为3.3×106CFU/g，未检出致病菌；酸奶样品富含膳食纤维，酸甜可口，具有特异性的发酵风味，是一种营养丰富、具有积极开发价值的发酵乳制品。