小麦胚芽和甜糯玉米混合发酵饮料的研制

王付转，陈姝彤，崔梦蝶

河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

益生菌食品具有全球最大的功能性食品市场[1]，产值已占世界功能性食品市场份额的65%，这一数值仍在不断提高[2],功能性发酵食品和饮料正成为全球一大消费趋势。与动物蛋白相比，植物蛋白具有脂肪低、热量低和无胆固醇等特点[3]，来源于植物本身的植物性乳酸菌饮料有更显著的益生功能。

小麦胚芽是面粉加工业的副产品，是整个麦粒营养价值最高的部分，含有极其丰富且优质的蛋白质、脂肪、糖类物质、纤维素和半纤维素、多种维生素、矿物质及一些微量生理活性成分[4]，小麦胚芽被营养学家誉为“人类天然营养宝库”[5]。甜糯玉米是由 su1、su2 等基因控制的胚乳突变体[6]，其富含亚油酸、VA、VB1、VB2、VC、矿物质及游离氨基酸等，易于人体消化吸收[7]。

本研究以小麦胚芽和乳熟期甜糯玉米为主要原料，经乳酸菌混合发酵制成发酵饮料，不仅具有小麦和甜糯玉米的风味和营养价值，而且发酵后营养价值得到进一步提升，有着很好的市场发展前景。

1 材料与方法

1.1 菌种及其培养

保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳双歧杆菌和植物乳杆菌，均为河南工业大学研究室保藏菌种。

将脱脂奶粉按10%比例加入水中，115 ℃灭菌15 min，冷却至室温，制成种子培养基。把保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳双歧杆菌和植物乳杆菌菌种接入种子培养基中，于37 ℃培养箱中纯种培养12 h，制成种子液。各种子液按1∶1或1∶1∶1比例接入发酵液中，每种发酵液中种子液的接种量共计3%。

活菌平板计数用MRS培养基[8]。

1.2 发酵饮料的制作工艺和操作要点

1.2.1 制作工艺

甜糯玉米粒→打浆→糖化→浸泡→过滤→加入脱脂乳 →用柠檬酸调pH值→均质 →灭菌→发酵 →杀菌→后熟→调配→成品。

1.2.2 操作要点

(1)甜糯玉米的糖化：料液比1∶3，加入0.2%糖化酶，pH 4.0，于60 ℃酶解3 h，每克糖化酶5万单位。

(2)小麦胚芽的粉碎：新鲜的小麦胚芽粉碎后，过100目筛。

(3)浸泡：将麦胚和甜糯玉米按一定比例加水，85 ℃水浴30 min，室温放置12 h，其间摇匀3～4次，然后用4层纱布过滤，滤液备用。

(4)均质：压力25 MPa，55 ℃条件下，均质2次，115 ℃灭菌20 min。

(5)发酵：按要求比例接入不同菌种的种子液，37 ℃发酵，发酵时间根据要求而定。

(6)杀菌：发酵结束后85 ℃水浴15 min。

(7)后熟：冷却至室温后，置2～4 ℃冰箱中12 h。

(8)调配：用蜂蜜、白砂糖、柠檬酸调口味，用羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和黄原胶增加组织稳定性。

1.3 测定方法

可溶性固形物：按照NY/T 2637—2014测定[9]；pH值：用pH计测定；酸度：按照GB 5009.239—2016测定[10]；细菌总数：按照GB/T 4789.2—2010 测定[11]；大肠杆菌数：按照GB/T 4789.3—2010 测定[12]。

1.4 感官评分标准

1.4.1 未调配发酵液的感官评分标准

10位评价人进行各项感官评分，再取平均分作为最终得分。

为了不掩盖发酵液的真实味道，在菌种组合和原料配比试验结束时不进行口味和组织状态的调配，发酵液后熟后即进行感官评价。评分标准如表1所示。

表1 未调配发酵液的感官评分标准

1.4.2 调配后成品的感官评分标准

调配后的成品，其感官评分标准如表2所示。

表2 调配后成品的感官评分标准

2 结果与分析

2.1 菌种组合的确定

将保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳双歧杆菌和植物乳杆菌，按8个试验组进行对比发酵试验。菌种组合如下：(1)保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌；(2)保加利亚乳杆菌+乳双歧杆菌；(3)保加利亚乳杆菌+植物乳杆菌；(4)嗜热链球菌+乳双歧杆菌；(5)嗜热链球菌+植物乳杆菌；(6)保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌+乳双歧杆菌；(7)保加利亚乳杆菌+嗜热链球菌+植物乳杆菌；(8)嗜热链球菌+乳双歧杆菌+植物乳杆菌。发酵液为麦胚∶玉米∶水按1∶1∶6的质量比配制，脱脂奶粉加入量为2%。8组发酵液不进行口味和组织状态调配，感官评价结果如图1所示。

图1 菌种组合对发酵饮料感官评价的影响

由图1可以看出，第6组感官评分优于其余7组，第1、2组评分较低。因此，第6组即保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和乳双歧杆菌3种菌种组合，是这8组中最佳菌种组合。本研究后续试验，均用这3种菌种进行发酵。

2.2 发酵原料的配比

2.2.1 麦胚、甜糯玉米和水的配比

将麦胚、甜糯玉米和水按照不同比例设计7种组合进行发酵试验，7种配比组合m(麦胚)∶m(玉米)∶m(水)分别为1∶1∶6、1∶1∶9、1∶1∶12、1∶2∶12、1∶2∶16、2∶1∶12、2∶1∶16。发酵结束时依然不进行调配。7组试验饮料色泽都呈浅黄色，感官评分结果如图2所示。

由感官评价可知，第4组口感光滑，酸甜可口，最有特色。第3组和第5组的感官评价也很好，但稍逊于第4组。其余4组没有酸味，口感也较为润滑，口味较为平淡。

2.2.2 脱脂奶粉的添加量

脱脂奶粉添加量按0%、1%、2%、3%、4%设计5组试验，试验结果如图3所示。由图3可以看出，脱脂奶粉添加量为1%和2%时，感官评分都比较好，2%最为突出。不加脱脂奶粉，口感不够润滑；添加量为3%时，会有较重的牛奶气味；添加量为4%时，发酵乳品的口感就掩盖了小麦和甜糯玉米的清香味道。因此，脱脂奶粉不加或加入太多都不合适。

图3 脱脂奶粉添加量对发酵饮料感官评价的影响

2.3 发酵条件的优化

在以上原料配比确定的基础上，进一步研究麦胚和甜糯玉米发酵饮料制作的接种量、培养温度、培养时间和初始pH值等发酵条件。按照四因素三水平设计正交试验，因素与水平见表3，试验结果见表4。

表3 正交试验因素与水平

表4 正交试验结果

由表4可以看出，根据极差R的大小，各因素按影响大小排序为D>B>C>A，初始pH值是影响发酵饮料感官评价的关键因子；根据k值推算出最优接种量为2%，培养温度38 ℃，培养时间24 h，pH 7.0。把推算出的最佳发酵条件和4号试验条件进行发酵饮料制作比对，感官评价结果表明，推算出的最佳发酵条件优于4号试验条件。因此确定饮料的发酵条件为接种量2%、培养温度38 ℃、培养时间24 h及初始pH 7.0。

利用益生菌发酵生产饮料，主发酵温度不宜过高，控制在30～38 ℃之间较为适宜[13-16]，这也是大多益生菌最适宜的生长温度，过高温度可能会引起代谢产物合成和货架期风味的变化。

2.4 口味调配

选用柠檬酸、白砂糖和蜂蜜进行口味调配，设计以下5组试验：(1)蜂蜜0.5%、白砂糖0.5%、柠檬酸0.2%；(2)蜂蜜1.0%、白砂糖0.5%、柠檬酸0.1%；(3)蜂蜜1.5%、白砂糖1.0%、柠檬酸0.0%；(4)蜂蜜1.0%、白砂糖1.5%、柠檬酸0.1%；(5)蜂蜜1.5%、白砂糖2.0%、柠檬酸0.2%。调配后进行感官评价，结果如图4所示。由图4可以看出，第3组试验感官评分最高。蜂蜜和白砂糖含量过低或过高，甜度都不合适。因为乳酸菌发酵后乳酸含量较高，不需添加柠檬酸来提高酸度。

图4 发酵饮料口味调配后的感官评分

2.5 组织状态调配

口味调配后，用羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、海藻酸钠和黄原胶等稳定剂对组织状态进行调配。设计如下7组试验：(1)CMC-Na 0.15%；(2)黄原胶 0.15%；(3)海藻酸钠0.15%；(4)CMC-Na、海藻酸钠各0.075%；(5)CMC-Na、黄原胶各0.075%；(6)黄原胶、海藻酸钠各0.075%；(7)CMC-Na、海藻酸钠、黄原胶各0.05%。加入稳定剂混匀，室温放置3 d观察，结果如表5所示。

表5 稳定剂的效果比较

由表5可以看出，单一因素对发酵饮料的组织状态稳定性效果不及复合因素，而CMC-Na、海藻酸钠和黄原胶3种稳定剂复合使用，优于2种稳定剂的稳定效果。发酵饮料经稳定剂调配后口感流畅，风味基本没有改变。

2.6 成品检测

本研究研制的麦胚和甜糯玉米发酵饮料，可溶性固形物≤10%，酸度75～80，pH 3.87，发酵结束时活菌总数达7.5×108CFU/mL，成品细菌总数≤100 CFU/mL，大肠杆菌≤3 MPN/100 mL，致病菌未检出。

3 结论

以小麦胚芽和甜糯玉米为主要原料，利用保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和乳双歧杆菌3种乳酸菌发酵生产饮料，其生产工艺如下：m(麦胚)∶m(玉米)∶m(水)=1∶2∶12，脱脂奶粉添加量2%，接种量2%，初始pH 7.0，38 ℃条件下发酵24 h，经杀菌，后熟，口味和组织状态调配后，制成灭菌型发酵饮料。本研究研制的小麦胚芽和甜糯玉米发酵饮料，具有清爽的麦胚和甜糯玉米香味，酸甜可口，风味宜人，具有很好的营养和保健功能。