黑小麦芽酸奶工艺优化及其抗氧化活性

李楠，郭佳丽

运城学院生命科学系（运城 044000）

酸奶是以优质乳品为原材料，由一种或多种乳酸菌发酵而成的一种奶制品[1]。酸奶具有悠久的生产历史，南北朝时期的农书《齐民要术》就记载了酸乳制作的方法[2]。酸奶营养价值丰富，可以促进消化吸收，保持肠道菌群生态平衡，抑制肠道腐败菌生长，形成生物保护屏障。

黑小麦是一种由小麦和黑麦杂交产生的特色农作物，兼有小麦与黑麦的优势[3]。黑小麦含有丰富的花青素、类黄酮、生物碱、植物甾醇、强心苷等物质，与常见的其它黑色食物相比，黑小麦含有更高的植物蛋白、膳食纤维、维生素和微量元素Fe、Zn、Se、I[4]。多数谷物发芽后，化学成分会发生改变，营养价值提高，抗营养因子减少并能产生独特风味[5-6]，Gan等[7]发现黑小麦发芽后，多酚含量和抗氧化能力会显著增加。近年来，将特色果蔬或谷类加入牛奶中制作复合酸奶的研究较多，但还未发现由营养价值相对更高的发芽谷物制作复合酸奶的相关研究。一些发芽谷物会产生消极风味，会使得复合酸奶产品难以实现营养价值和感官品质的统一，并由此限制相关复合酸奶产品的开发。黑小麦发芽后会产生特殊的青草香味和麦香味，口感良好。因此，试验以黑小麦芽为原料，制作黑小麦芽复合酸奶，并进一步研究复合酸奶的抗氧化活性，以期为开发发芽谷物功能性复合酸奶提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑小麦（亚洲一号，江苏镇江产）；纯牛奶、白砂糖（市售）；酸奶发酵剂（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合物，安琪酵母股份有限公司）；DPPH、ABTS（合肥博美生物科技有限责任公司）；无水乙醇、30% H2O2、硫酸亚铁、水杨酸、抗坏血酸（均为市售分析纯）。

1.2 仪器与设备

ZHJH-C1115C型垂直流超净工作台（上海智城分析仪器制造有限公司）；SPX-100B-Z型生化培养箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；UV-5500PC紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）；HH-4数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）；TDL6M型低速离心机（湖南湘立科学仪器有限公司）；JJ-2型组织捣碎匀浆机（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）。

1.3 黑小麦芽酸奶制作方法

1.3.1 工艺流程

纯牛奶→调配（加黑小麦芽浆、白砂糖）→杀菌→冷却→接种→灌装→发酵→冷藏→成品

1.3.2 操作要点

黑小麦芽浆制备：将黑小麦用2% NaCl溶液浸泡消毒30 min，去离子水洗净，置于铺有3层滤纸的发芽盒中，25 ℃下避光萌发。取第5天的黑小麦芽，蒸汽处理10 min灭酶，按料水比1∶4磨浆，经纱布过滤收集浆液，备用。

调配：把牛奶、黑小麦芽浆和白砂糖按一定比例混合，搅拌均匀。

杀菌、冷却：将混合液在95 ℃水浴锅中灭菌10 min，立即冷却到42 ℃。

接种：在混合液中接入一定量的安琪直投式酸奶发酵剂，搅拌均匀，整个过程在超净工作台中进行。

发酵：将灌装好的混合液放置在生化培养箱中发酵。设定温度条件42 ℃，发酵时间6～8 h。

冷藏：发酵结束后，将黑小麦芽酸奶放进冰箱（1～4 ℃）冷藏12～16 h。

1.4 试验设计

1.4.1 单因素试验设计

黑小麦芽浆添加量：按照工艺流程和操作要点选取白砂糖添加量7%，接种量0.8 g/L，发酵时间7 h，分别调整黑小麦芽浆添加量5%，10%，15%，20%和25%制作酸奶，对成品进行感官评分。

白砂糖添加量：按照工艺流程和操作要点选取黑小麦芽浆添加量20%，接种量0.8 g/L，发酵时间7 h，分别调整白砂糖添加量6%，7%，8%，9%和10%制作酸奶，对成品进行感官评分。

接种量：按照工艺流程和操作要点选取黑小麦芽浆添加量20%、白砂糖添加量8%、发酵时间7 h，分别调整接种量0.6，0.7，0.8，0.9和1.0 g/L制作酸奶，对成品进行感官评分。

发酵时间：按照工艺流程和操作要点选取黑小麦芽浆添加量20%，白砂糖添加量8%，接种量为0.8 g/L，分别调整发酵时间6.0，6.5，7.0，7.5和8.0 h制作酸奶，对成品进行感官评分。

1.4.2 正交试验设计

在单因素试验的基础上进行四因素三水平正交试验。因素水平表见表1。

表1 正交试验因素水平表

1.5 酸奶的感官评价标准

选10名食品专业的同学（5男5女）培训之后作为感官鉴评员，对酸奶的色泽、气味、滋味和组织状态进行品评。标准见表2。

表2 酸奶的感官评价指标

1.6 抗氧化活性研究

比较黑小麦芽酸奶与无添加黑小麦芽浆的原味酸奶的抗氧化特活性。原味酸奶的制作不添加黑小麦芽浆，其他工艺和黑小麦芽酸奶相同。

1.6.1 样品液的制备

准确称取样品梯度为0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 g酸奶于5个50 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，稀释成10，20，30，40和50 mg/mL的酸奶样品液。

1.6.2 DPPH自由基清除能力

在比色管中加入3 mL 0.16 mmoL/L DPPH-乙醇溶液和3 mL样品溶液，振荡摇匀，于25 ℃避光反应15 min，以3 000 r/min离心3 min，517 nm测定其吸光度。同时，以VC为阳性对照，蒸馏水为空白对照。做3次平行试验取均值计算清除率[8]。

式中：A为空白吸光度；A1为样品吸光度。

1.6.3 羟自由基清除能力

取10 mmoL/L硫酸亚铁溶液2 mL、10 mmoL/L水杨酸-乙醇溶液2 mL，酸奶样品溶液0.4 mL，加入4 mL 88 mmol/L过氧化氢溶液，振摇混合，于25 ℃避光反应30 min，以3 000 r/min离心3 min，在510 nm处测定吸光度[8-9]。以VC为阳性对照，蒸馏水为空白对照。每个样品的浓度做3个平行，取平均值按式（1）计算清除率。

1.6.4 ABTS自由基清除能力

ABTS储备液的配置：取50 mL 7 mmoL/L ABTS溶液和880 μL 140 mmoL/L过硫酸钾溶液混合均匀于棕色试剂瓶中，避光处放置12～16 h。

用无水乙醇溶液稀释ABTS储备液使其在734 nm处吸光度在0.70±0.02范围内。取2.0 mL样液和1.9 mL的ABTS稀释液于试管中振荡混匀，于25 ℃避光反应3 min，以3 000 r/min离心3 min，在734 nm波长处测定吸光度[10]。用VC作为阳性对照，蒸馏水作为空白对照。做3次平行，取平均值按式（1）计算清除率。

2 结果与分析

2.1 黑小麦芽浆制备工艺的确定

黑小麦芽经蒸汽处理灭酶，按料液比1∶3（g/mL）打浆，加水量少浆汁过浓，不易澄清，浆液中带渣，不细腻。按料液比1∶5（g/mL）打浆，加水量多浆汁稀，制作的酸奶黑小麦芽风味较淡，有乳清析出。按料液比1∶4（g/mL）打浆，浆液细腻，故确定料液比为1∶4（g/mL）。

2.2 单因素对酸奶感官品质的影响

2.2.1 黑小麦芽浆添加量

黑小麦芽浆添加量对酸奶感官品质的影响见图1。结果表明，黑小麦芽浆添加量低于10%时，成品酸奶中黑小麦芽特有滋味和香气偏低，随着黑小麦芽浆增加，酸奶的感官得分升高，添加量为20%时，酸奶组织状态均匀，口感细腻，并兼有黑小麦芽的特殊香气，感官品质最好，黑小麦芽浆添加量为25%时，酸奶有乳清析出，组织状态不均匀。因此选择15%，20%和25%做进一步研究。

2.2.2 白砂糖添加量

由图2可知，随着白砂糖添加量增加，酸奶的感官得分先升高后降低，分析原因可能是白砂糖会影响酸奶的风味及口感，并且白砂糖是乳酸菌发酵的碳源，白砂糖添加量较少时，酸奶发酵不足，口感偏酸，组织状态较软；添加量为8%时，酸奶酸甜可口，组织状态最好。然而，过多的糖会降低生乳中的水分活度，增大乳酸菌的渗透压，影响甚至抑制乳酸菌的增殖，延长发酵时间，使酸奶乳清分离，感官品质降低[11]。因此选择7%，8%和9%做进一步研究。

图1 黑小麦芽浆添加量对酸奶品质的影响

图2 白砂糖添加量对酸奶品质的影响

2.2.3 接种量

图3为接种量对酸奶感官品质的影响结果。随着接种量增加，感官得分先升高后降低，接种量较低时，产生的乳酸量过少，酸奶的发酵时间延长，同时酸奶口感偏甜；接种量为0.8 g/L时，乳酸菌产酸量增多，酸奶酸甜比适宜，组织细腻；接种量超过0.9 g/L时，乳酸菌产酸速度加快，凝乳速度过快，成品酸奶有乳清析出，降低酸奶的品质[12-13]，感官得分降低。因此选择0.7，0.8和0.9 g/L作进一步研究。

图3 接种量对酸奶品质的影响

2.2.4 发酵时间

发酵时间对酸奶感官品质的影响见图4，随着发酵时间延长，酸奶感官得分先升高后降低，发酵时间为7.0 h时，感官得分最高。发酵时间低于6.5 h，酸奶发酵不成熟，乳清蛋白不能形成胶体结构，会有乳清析出[14]，如果发酵时间超过7.5 h，乳酸菌继续生长繁殖，产酸增加，过酸使酪蛋白重排，破坏已形成的胶体结构，导致乳清分离[15]。因此，选择6.5，7.0和7.5 h作进一步研究。

图4 发酵时间对酸奶品质的影响

2.3 正交试验结果

由表3极差分析结果可知，4个因素对黑小麦芽酸奶感官得分影响主次顺序为C＞B＞A＞D，即接种量＞白砂糖添加量＞黑小麦芽浆添加量＞发酵时间，正交试验优化最佳组合为A1B2C3D3，即黑小麦芽浆添加量15%、白砂糖添加量8%、接种量0.9 g/L、发酵时间7.5 h。

验证试验表明，由于通过正交试验得到的最优组合A1B2C3D3与正交表中感官得分最高组合A1B3C3D3不一致，因此需要进行验证试验。在正交试验优化最佳组合条件下制作酸奶，做3次平行试验取平均值，其感官得分为86.1分，高于组合A1B3C3D3的85.2分。因此，黑小麦芽酸奶最佳配方为：黑小麦芽浆添加量15%，白砂糖添加量8%，接种量0.9 g/L，发酵时间7.5 h。该配方制备出的酸奶色泽均一，呈浅灰白色；质地细腻，无乳清析出，无气泡无分层；酸甜适宜，具有黑小麦芽特有的香气和奶香味，气味和谐。

表3 正交试验结果及分析

2.4 抗氧化活性结果

2.4.1 对DPPH自由基清除能力

比较黑小麦芽酸奶、原味酸奶对DPPH自由基的清除能力，以VC作为阳性对照，结果如图5和图6所示。

由图5可知，随着质量浓度增加，黑小麦芽酸奶和原味酸奶对DPPH自由基的清除率均上升，2种酸奶浓度相同时，黑小麦芽酸奶对DPPH的清除率高于原味酸奶。质量浓度50 mg/mL时，黑小麦芽酸奶对DPPH自由基的清除率为48.3%，略低于质量浓度0.16 mg/mL的VC对DPPH自由基的清除率（55.3%），而此时原味酸奶对DPPH自由基的清除率仅28.6%。黑小麦芽酸奶对DPPH自由基的清除能力高于原味酸奶，分析原因可能是黑小麦发芽后多酚含量增加，而多酚是天然的抗氧化剂[7]，所以黑小麦芽酸奶具有较强的清除DPPH自由基能力。

图5 酸奶对DPPH自由基清除率

图6 VC对DPPH自由基清除率

2.4.2 对羟自由基清除能力

用羟自由基（·OH）清除法测定黑小麦芽酸奶和原味酸奶的抗氧化活性，以VC作为阳性对照。结果见图7和图8。

图7为2种酸奶对羟自由基的清除能力结果。随着质量浓度增加，2种酸奶对·OH的清除率都逐渐增强且增幅较为一致。在相同质量浓度下，原味酸奶对·OH的清除能力低于黑小麦芽酸奶，质量浓度50 mg/mL时，黑小麦芽酸奶和原味酸奶的清除率分别为59.6%和50.3%，均高于质量浓度0.16 mg/mL的VC对·OH的清除率42.6%，所以，2种酸奶均可清除·OH，且黑小麦芽酸奶的清除能力更强。

2.4.3 对ABTS自由基清除能力

比较2种酸奶对ABTS自由基清除能力，以VC作阳性对照，对ABTS自由基清除率分别如图9和图10所示。

如图9所示，随着质量浓度增大，2种酸奶对ABTS自由基的清除能力逐渐增强，质量浓度相同时，黑小麦芽酸奶对ABTS自由基的清除能力高于原味酸奶。质量浓度小于20 mg/mL时，2种酸奶对ABTS自由基的清除率均较低；质量浓度高于20 mg/mL时，2种酸奶对ABTS自由基的清除率均增加，且增速较快，增幅一致；质量浓度50 mg/mL时，黑小麦芽酸奶对ABTS自由基清除率为63.8%，与质量浓度0.16 mg/mL的VC对ABTS自由基的清除率（63.7%）基本相同。

图7 酸奶对·OH清除率

图8 VC对·OH清除率

图9 酸奶对ABTS自由基清除率

图10 VC对ABTS自由基清除率

3 结论

以黑小麦芽和纯牛奶为主要原料，确定黑小麦芽酸奶的最佳工艺条件为：黑小麦芽浆添加量15%，白砂糖添加量8%，接种量0.9 g/L，发酵时间7.5 h。此工艺得到的酸奶呈浅灰白色，具有良好的组织结构，无乳清析出，无气泡无分层，具有黑小麦芽特有的香气和酸奶独特的滋味，酸甜适中。

通过对比黑小麦芽酸奶和原味酸奶对DPPH自由基、·OH及ABTS自由基清除率来评价酸奶的抗氧化能力，黑小麦芽酸奶对3种自由基的清除率均高于相同质量浓度的原味酸奶，且清除率随酸奶质量浓度的增加而增加。质量浓度50 mg/mL时，黑小麦芽酸奶对DPPH自由基、·OH和ABTS自由基的清除率依次为48.3%，59.6%和63.8%，说明黑小麦芽酸奶具有较强抗氧化能力。