燕麦甜醅加工工艺优化

赵元寿，张生堂，吴慧珍，苏小红，尚 燕，金玫洁

（兰州工业研究院，甘肃 兰州 730050）

燕麦（裸燕麦）又称莜麦，俗称油麦、玉麦，在粮食谷物中，是一种低糖、高蛋白、高脂食品，富含均衡全面的必需氨基酸、维生素、矿物质和膳食纤维等[1-6]。燕麦直接食用口感粗糙，加工为甜醅却极受人们喜爱。燕麦甜醅是流行于我国西北的民间特色小吃，因其原料易得，酿造方便，深受当地老百姓的青睐。它以去皮燕麦为原料，加甜酒曲保温发酵而成，色泽黄润，醅粒甘甜耐嚼，酒香四溢，味美可口，夏季食用解暑效果尤佳[7]。燕麦甜醅是一种谷物发酵类产品，外形上基本保持了谷物原有形状，同时也含有多种功能营养素，如多酚、β-葡聚糖、膳食纤维等。除了食用价值，燕麦甜醅还具有部分药用功能，经常食用不仅可以增加食欲、辅助消化，还具有降血压、降血脂、预防动脉粥样硬化、酒精性脂肪肝等功效，是一种具有多种活性功能的健康食品[8-12]。

随着时代的进步，燕麦甜醅的加工也开始由自然发酵、作坊式生产向工业化、产业化方向发展。近年来，国内外在燕麦甜醅营养成分变化、功能因子、品质改善等方面的研究日益增多[13-18]。燕麦甜醅加工虽然比较简单，但在工业化生产中，仍需对工艺参数仔细研究。本研究以传统燕麦甜醅加工工艺为基础，围绕整个加工过程中各工序的工艺参数对产品品质的影响，通过单因素试验和响应面法确定最佳加工工艺，以期为燕麦甜醅的工业化生产夯实基础，为进一步研发相关产品提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

脱皮燕麦：甘肃豫兰杂粮有限责任公司产品；甜酒曲：江西寿长微生物技术开发有限公司产品；葡萄糖、硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾、乙酸锌、盐酸、次甲基蓝均为国产分析纯；纯化水：本研究中心自制。

1.1.2 仪器与设备

FA2004N 型电子天平，5427R 型高速离心机，DHS-50-10 型电子水分测定仪，SHB-IVA 型循环水式多用真空泵，JJ-2 型组织捣碎机，HWS-24 型电热恒温水浴锅，DHG-9145A 型电热恒温鼓风干燥箱，BPH-9162 型电热恒温培养箱，KQ-400KDE 型超声清洗仪。

1.2 方法

1.2.1 燕麦甜醅发酵工艺流程

脱皮燕麦→清洗→浸泡→水煮→淋冷→拌曲→分装→保鲜膜封口，戳孔→保温发酵→成品

1.2.2 燕麦浸泡和蒸煮时间的确定

1.2.2.1 燕麦浸泡时间的确定

在常温下，取500 g 脱皮燕麦清洗干净后浸泡，每隔1 h 测定其含水率，记录水分变化情况，确定最佳浸泡时间。

1.2.2.2 燕麦水煮时间的确定

水沸腾后加入浸泡好的燕麦煮制，并开始计时，30 min 后，间隔5 min 掰开观察其状态并品尝。以麦粒熟透且有弹性，有麦香，内无白心为蒸煮时间的确定标准[19]。

1.2.3 燕麦甜醅发酵工艺单因素试验设计

按照“1.2.1”工艺流程，在燕麦浸泡2 h，水煮1 h的条件下，固定加曲量2.0 g/kg，发酵温度28 ℃，发酵时间48 h，分别测定加曲量（0、1.0、2.0、3.0、4.0 g/kg）、发酵温度（26、28、30、32、34 ℃）、发酵时间（0、12、24、36、48、60 h）时的还原糖和总酸含量，并对其变化进行分析和感官评定，确定最佳加工工艺参数。

1.2.4 燕麦甜醅发酵工艺响应面优化试验

在单因素试验的基础上，选取A加曲量、B发酵温度、C发酵时间为自变量，以感官评分为响应值，根据Box-Behnken 中心组合试验原理，设计三因素三水平响应面分析试验。其因素水平编码见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels in response surface experiment

1.2.5 测定项目与方法

1.2.5.1 含水量采用直接干燥法[20]测定，取不同浸泡时间（0、1、2、3、4 h）脱皮燕麦，用滤纸擦干表面水分后，用电子水分测定仪测定其含水量。

1.2.5.2 还原糖含量

采用碱性铜盐法直接滴定[21]。

1.2.5.3 总酸含量

采用直接滴定法（以柠檬酸计）[22]测定。

1.2.5.4 感官评定

以燕麦甜醅整体的形态与色泽、香味、口感为评价指标，评分标准见表2。要求是评分人员具有食品专业经验，且人数在10 人以上，在专门的房间，按相应的指标进行打分，结果取平均值。

表2 燕麦甜醅感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standard of sweet fermented oats

1.2.6 数据处理

数据均为3 次重复试验结果的平均值，表示为平均值±标准偏差。采用Design-Expert.8.05b 软件设计和处理数据。

2 结果与分析

2.1 燕麦浸泡时间和蒸煮时间的确定

2.1.1 燕麦浸泡时间的确定

浸泡的目的是使燕麦充分吸水，便于水煮时淀粉糊化完全。由图1 可知，燕麦含水率随浸泡时间的延长呈上升状态，0～2 h 快速增长，2～3 h 增速明显变缓，3～4 h 基本稳定，表明已达到饱和状态。因为后续还有水煮工艺，所以选择燕麦浸泡时间为2 h，此时含水率为19.11%。

图1 浸泡时间对燕麦含水率的影响Fig.1 Effects of soaking time on water contents of oats

2.1.2 燕麦水煮时间的确定

经过多次观察试验得出，燕麦的最佳煮制时间为水沸腾加入后1 h，此时麦粒完全熟透，有弹性，麦香浓郁，内无白心，此时含水率为47.19%。

2.2 燕麦甜醅发酵工艺单因素试验结果

2.2.1 加曲量对燕麦甜醅还原糖、总酸含量及感官评分的影响

由图2 可知，固定其他参数，加曲量在0～4.0 g/kg，还原糖含量随加曲量的增加先升高，3.0 g/kg 时达到最高，之后开始降低；总酸含量随加曲量的增加而增大；感官评分先升高后降低，加曲量在2.0 g/kg 时最高，4.0 g/kg 时评分明显降低，此时曲味大，风味变差。加曲量过小，根霉产生的淀粉糖化酶活力不足，淀粉转化为还原糖含量的速度慢；加曲量过大，糖化酶活力强，酒化、酸化进程明显提前，影响风味。

2.2.2 发酵温度对燕麦甜醅还原糖、总酸含量及感官评分的影响

由图3 可知，固定其他参数，发酵温度在26～34 ℃，还原糖含量、感官评分随着发酵温度的升高，先增加后降低，28 ℃时，均达到最高，分别为14.87 g/100 g 和96.0 分。总酸含量则随发酵温度的升高而增大，且超过30 ℃时快速增加。可能是随着发酵温度的升高，酵母菌、乳酸菌代谢过快，风味物质未充分反应形成，导致产品酒味过浓，酸味过重，口感变差。

图2 加曲量对还原糖及总酸含量（A）和感官评分（B）的影响Fig.2 Effects of koji addition amounts on reducing sugar contents,total acid contents(A)and sensory scores(B)

图3 发酵温度对还原糖及总酸含量（A）和感官评分（B）的影响Fig.3 Effects of fermentation temperatures on reducing sugar contents,total acid contents(A)and sensory scores(B)

2.2.3 发酵时间对燕麦甜醅还原糖含量、总酸含量及感官评分的影响

由图4 可知，固定其他参数，发酵时间在60 h 之内，还原糖含量随发酵时间的延长先上升后降低，发酵48 h 时达到峰值，为14.62 g/100 g；总酸含量随发酵时间的延长逐步上升，且在发酵36 h 时增速明显；感官评分随发酵时间的延长先上升后降低，在36 h之前，发酵过程尚未完成，感官评分较低，48 h 时达到最高值，之后酒味、酸味变浓，开始逐步出现黑色孢子，感官评分下降。

图4 发酵时间对还原糖及总酸含量（A）和感官评分（B）的影响Fig.4 Effects of fermentation time on reducing sugar contents,total acid contents(A)and sensory scores(B)

2.3 燕麦甜醅发酵工艺响应面法试验结果

2.3.1 响应面优化模型的建立与分析

应用Box-Behnken 对燕麦甜醅发酵工艺参数进行响应面优化试验。通过单因素试验分析，在发酵过程中，还原糖和总酸含量变化规律都无法单独完全体现甜醅品质，只有感官评分才能综合反映甜醅品质状态，感官评分越高，说明工艺参数越理想。因而，选用感官评分作为响应面试验指标，结果见表3。

表3 响应面试验设计与结果Table 3 Experimental design and corresponding results for response surface experiment

对响应面试验结果（表3）用Design-Expert.8.05b软件进行多元回归拟合分析，得到预测模型为：

该模型方差分析结果见表4。

表4 响应面二次回归方程模型方差分析结果Table 4 ANOVA results of quadratic regression model for response surface experiment

续表4 响应面二次回归方程模型方差分析结果Continue table 4 ANOVA results of quadratic regression model for response surface experiment

由表4 可知，模型P＜0.000 1，表明此模型极显著，所得方程有意义；失拟项P值为0.177 6＞0.05，即所构建的模型与试验的差异较小，其他因素对模型的干扰程度低，回归模型拟合度良好[23-24]；R2为0.995 5，与比较接近，且均大于0.9，说明预测值与试验值有较好的相关性，因此可用此模型分析和预测燕麦甜醅的发酵工艺。在模型中，C、AC、A2、B2、C2均有极显著影响（P＜0.01），A、BC具有显著影响（P＜0.05）。比较F值大小可知，影响甜醅感官评分的主次因素顺序为：C发酵时间＞A加曲量＞B发酵温度。

图5 加曲量和发酵温度的交互作用对燕麦甜醅感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.5 Contour and corresponding surface maps showing the interaction effects of koji addition amounts and fermentation temperature on sensory scores of sweet fermented oats

图6 加曲量和发酵时间的交互作用对燕麦甜醅感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.6 Contour and corresponding surface maps showing the interaction effects of koji addition amounts and fermentation time on sensory scores of sweet fermented oats

2.3.2 响应面结果分析与优化

根据回归方程所作的响应面图可用于评价试验因素对响应值影响的两两交互作用以及各因素的最佳水平范围，交互图中的曲线坡度陡峭，等高线呈椭圆形，都表明两因素的交互作用对感官评分的影响大[25-27]。由图5 可以看出，等高线呈椭圆形状，说明发酵温度和加曲量有交互作用，曲线坡度平缓，说明交互作用不显著；由图6、图7 可以看出，加曲量和发酵时间、发酵温度和发酵时间交互的坡度很陡峭，等高线呈椭圆形，说明两者交互作用对感官评分的影响大，达到显著水平。

综合上述试验结果，结合回归方程处理得到的最佳发酵参数为：加曲量1.9 g/kg，发酵温度27.9 ℃，发酵时间52.5 h，在此工艺参数下，燕麦甜醅感官评分理论预测值为96.9 分。为了验证模型的准确性及结果的实用性，修正工艺参数为：加曲量2.0 g/kg，发酵温度28.0 ℃，发酵时间52.5 h，进行验证试验，最终感官评分为96.1 分，与理论预测值接近，说明采用响应面优化燕麦甜醅发酵工艺参数是准确可行的，具备实用价值。

图7 发酵温度和发酵时间的交互作用对燕麦甜醅感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.7 Contour and corresponding surface maps showing the interaction effects of fermentation temperature and fermentation time on sensory scores of sweet fermented oats

3 结论

本研究以脱皮燕麦为原料，通过单因素试验和Box-Behnken 设计试验，采用响应面分析方法优化燕麦甜醅的发酵工艺参数，得到最佳的加工工艺为：浸泡时间2.0 h，蒸煮时间1.0 h，加曲量2.0 g/kg，发酵温度28.0 ℃，发酵时间52.5 h，在此工艺参数下加工的燕麦甜醅，具有甜醅特有的色泽、香味，风味柔和，酸甜适口，麦粒分明，有一定咀嚼性，感官评分达到96.1分。