大麦发酵饮料的制备及其风味物质分析

林琼晞，关捷心，杨 程，金德平，赵延胜

江苏大学 食品与生物工程学院 (镇江 212013)

大麦属禾本科，是主要的粮食和饲料作物，也是我国甚至世界上最为古老的粮种之一，至今已有几千年的种植历史。目前全球产量80%以上的大麦主要用于生产啤酒和饲料加工，食用资源的开发相对不足，主要为早餐食品、挤压食品、焙烤食品、饮料和功能性成分提取物等[1-2]。而随着近年来对全谷物食品以及大麦营养及功能研究的不断深入，如大麦中酚类物质、β-葡聚糖的功能活性研究的开展[3-4]，使得大麦的健康价值被更多的人熟知，以大麦为原料的健康食品开发逐渐受到更多的关注。

乳酸菌是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。是人体肠道中极为重要的生理菌群，担负着人体多种重要的生理功能，具有维持人体微生态平衡的作用，与机体健康息息相关[5]。已有研究报道表明，谷物经乳酸菌发酵后，其功能性成分的含量增加，营养价值和生物利用率大大提高[6-8]。课题组前期研究结果也显示，利用乳酸菌对大麦进行发酵，与未发酵大麦相比，其活性得到显著提升[9-10]，表明乳酸菌的生物加工和转化作用有利于大麦原料的进一步开发和利用。因此，本文以大麦为研究对象，采用乳酸菌对其发酵处理，以可溶性固形物为指标，确定较优的发酵条件，以期为大麦乳酸菌饮料的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

超净工作台，苏州净化设备有限公司；SPX-250B-G型微电脑光照培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；全自动灭菌锅，上海三申医疗器械有限公司；7200型可见光分光光度计，上海天达仪器有限公司；GJB-5B型发酵系统，镇江格瑞生物工程有限公司；Wya-2s型阿贝折光仪，上海仪电分析仪器有限公司；BR4-I型冷冻离心机，法国JOUAN公司。

菌种：植物乳杆菌：Lactobacillusplantarumdy-1 (CGMCC NO.6016，下文缩写为L.plantarumdy-1), 由本实验室自行分离；新鲜脱壳大麦：扬饲麦3号(食饲两用)，购自盐城市双增农化科技有限公司，白砂糖等其他食品配料，购自本地超市，NaOH、福林酚等试剂，购自国药上海化学试剂有限公司。

1.2 方法

1.2.1发酵饮料制备流程

脱壳大麦→粉碎，过100目筛→与水混合→接种→乳酸菌发酵→离心分离→上清液→调配→灌装→密封→巴氏杀菌→冷却→成品。

1.2.2发酵样品制备及工艺优化方法

参照课题组之前的样品发酵方法[10]。

乳酸菌活化扩培：将1×107CFU/mL的L.plantarumdy-1活化两次使活菌数达到1×109CFU/mL(34 ℃培养24 h)。将培养好的乳酸菌5 000 r/min离心15 min，除上清液，加入上清液等体积的蒸馏水，混合均匀。

大麦发酵样品的制备：将除杂脱壳后的新鲜大麦籽粒清洗、烘干后粉碎，过100目筛得大麦全粉。将大麦粉(w)∶水(v)∶乳酸菌(%)按一定比例于锥形瓶中混合均匀，用纱布将锥形瓶封口，于31 ℃、150 r/min条件下恒温发酵，发酵后的样品5 000 r/min离心20 min后，取上清液对其进行基本成分分析。

1.2.3发酵样品及饮料成分分析方法

评价接种量及发酵时间对1.2.2中的发酵上清液pH值、总酸、可溶性固形物和总酚等指标的影响，并通过单因素分析结果设计正交试验。其中，总酸的测定方法为NaOH滴定法(以乳酸百分含量计)，参考GB/T 12456—2008[11]；可溶性固形物的测定方法为折光法，参考GB/T 12143—2008[12]；总酚的测定参考刘清等人的Folin-Ciocalteu法[13]。

1.2.4大麦发酵饮料的调配

采用正交试验确定的最优发酵工艺制备大麦发酵上清液，添加不同剂量的糖调节糖酸比，巴氏灭菌处理后，由具有食品专业背景和感官评定经验的人员组成小组，对饮料的外观(色泽)，香气，口感，总接受度等几个指标进行描述，根据表1中的评分标准对大麦发酵饮料进行感官评定[6]。

表1 大麦发酵饮料感官评定参考标准

1.2.5饮料中风味物质分析方法

参考李信等人的方法，采用固相微萃取-气相色谱-质谱对饮料中的挥发性成分进行分析[14]，固相微萃取的萃取方法如下：萃取头型号为：50/30UM DVB/CAR on PDMS，萃取温度为50 ℃，萃取时间30 min，样品量为8 mL。气相色谱条件为：毛细管气相色谱柱DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气为高纯氦，流速为1 mL/min，进样口温度为220 ℃，固相微萃取解析时间为3 min，程序升温条件为：初始温度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升温至80 ℃，以8 ℃/min升温至180 ℃，然后以15 ℃/min升温至240 ℃，保持8 min。质谱条件为：离子源温度为230 ℃，四级杆温度150 ℃，电子能量70 eV，扫描模式为Scan模式，扫描范围33～450，质谱图检索数据库为NIST 08。

2 结果与讨论

2.1 大麦发酵工艺优化

2.1.1单因素试验结果

2.1.1.1 接种量对发酵产物主要指标的影响

按照1∶7的料液比(w/v)制备发酵上清液，发酵时间为9 h，评价不同接种量对发酵产物主要指标的影响。由图1可知，接种量过低时，在一定时间内乳酸菌的繁殖能力有限，不能充分发酵而导致发酵不完全；而接种量过高时，在较短一段时间内产生较多的乳酸，导致酸度偏大，可能会影响产品的适口性。但从结果来看，随接种量增加，几个主要指标的变化趋势较为缓慢，说明接种量对发酵产物主要指标的影响相对较小。

图1 乳酸菌接种量对大麦发酵产物主要指标的影响

2.1.1.2 发酵时间对发酵产物主要指标的影响

发酵时间是影响发酵工艺及产品品质的重要因素，根据1.2.2的方法，按照发酵时间为3 h、6 h、9 h、12 h，接种量为3%，料液比为1∶7(w/v)，在31 ℃条件下进行发酵。最终测定上清液中pH值、总酸、可溶性固形物和总酚含量随乳酸菌发酵时间的变化情况。结果如图2所示。

图2 发酵时间对大麦发酵产物主要指标的影响

由图2可知，可溶性固形物含量随着乳酸菌发酵时间的增加不断上升。随着发酵时间的增加，总酚的含量也在不断上升，9～12 h之间上升趋势较为明显，这是由于发酵过程使得大麦中的游离态酚类物质得到释放，这对于产品总抗氧化能力的提升具有积极的作用。

2.1.1.3 料液比对发酵产物主要指标的影响

根据1.2.2的方法，按照1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13不同料液比(w/v)，接种量为3%，发酵时间为9 h，在31 ℃下发酵。最终分析上清液中pH值、总酸、可溶性固形物和总酚的变化情况。结果如图3所示。

从图3中可以看出，其他条件不变时，随着料液比的增加，pH值缓慢下降，且由于水分的增加，导致总酸度相对降低，而可溶性固形物和总酚的含量总体呈上升趋势，这是由于料液比的增大，所溶出的总物质量相对更多导致的。综合考虑，选取料液比(w/v)1∶7、1∶9、1∶11作为下一步发酵条件优化的3个水平。

图3 料液比对大麦发酵产物主要指标的影响

2.1.2发酵工艺的正交试验结果分析

可溶性固形物相对于多酚含量的指标，更容易对饮料产品的感官品质产生较大的影响，因此，在单因素试验结果基础上，以可溶性固形物含量为指标，设计并选择L9(33)正交试验(表2)进行发酵条件的优化研究。

表2 水平因素表

由表3以看出，最佳发酵因素和水平的组合为：A2B3C3，即接种量为3.0%、发酵时间为12 h、料液比(w/v)为1∶11；表中可以看出各因素对可溶性固形物含量影响的顺序为：料液比>接种量>发酵时间。按照优化后的工艺条件A2B3C3对大麦进行发酵，测得可溶性固形物含量为1.28 mg/100 mL，符合正交试验的分析结果。

表3 可溶性固形物含量直观分析表

2.2 大麦发酵饮料的配方优化

由图4可以看出，将发酵上清液调配糖酸比并巴氏灭菌后，感官评定值随加糖量的增加先上升后下降，当加糖量在14%时感官评定均值为82，达到最大值。绵白糖的添加量太少，饮料的口感过酸，难以被人接受；添加量太多，饮料口感过甜，不仅不容易被人接受，摄入的糖量也过高，不利于健康。因此，本试验选择的添加量为14%。

图4 加糖量对大麦发酵饮料感官评定值的影响

2.3 饮料产品基本成分分析结果

对经调配后大麦乳酸菌发酵饮料的基本成分进行测定和分析，结果如下：饮料的pH值为3.25，饮料中总酸含量为0.25%，可溶性固形物的含量为1.28 mg/100 mL，总酚含量为1.08 mg/100 mL。

2.4 风味物质分析

采用1.2.5中的GC-MS法对饮料中风味物质进行检测，经谱库检索及面积归一化法，分析得到主要挥发性风味物质成分如表3所示。

表3 大麦发酵饮料中的风味物质

由表中可知，大麦发酵饮料中的风味物质主要为一些酯类、醇类、醛类以及呋喃类化合物。其中乙酸乙酯和正己醇的含量相对较高，可达到4%～5%。乙酸乙酯具有淡淡的果香味，小分子的醇类是具有花香的一类物质，而呋喃类化合物具有烘焙的味道。这些物质构成了饮料的主要风味物质。

3 结论

本论文以大麦全粉为原料，以乳酸菌为发酵菌种，进行大麦发酵饮料的制备及相关产品指标分析。通过选取接种量、发酵时间、料液比三个因素，开展单因素实验和正交试验工艺优化，确定了大麦发酵饮料产品的最佳发酵工艺；同时结合感官评价分析优化发酵饮料的配方，获得了具有较高感官品质的饮料产品，并采用GC-MS法初步确定了饮料产品中的主要风味物质成分。

本文从谷物发酵饮料产品的开发角度，为推动益生菌-全谷物类食品的推广和应用提供了一定的研究思路和实验基础。试验主要对基本发酵工艺条件进行了优化，在此基础上，仍需探讨发酵饮料产品的稳定性和功能特性，尤其是对于抗氧化指标、主要功能成分如大麦β-葡聚糖的含量及其活性等方面开展更为深入的研究，从而进一步推动感官品质和功能特性俱佳的谷物健康饮料产品的研发和技术创新。