麥胚乳酸菌發酵飲品的工藝優化及品質分析

趙 雯，孫心悅，崔相宜，王雪梅，鄧飛龍，郭瑞瑞，劉明喜，岳昌武，呂玉紅*

（1.延安大學 醫學院，延安市微生物藥物創新與轉化重點實驗室，陜西 延安 716000；2.延安市健康食品研究院，陜西 延安 716000）

小麥胚芽富含蛋白質、脂肪、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質、膳食纖維和谷胱甘肽、凝集素、黃酮類物質等活性物質，有抗腫瘤、抗氧化、預防心血管疾病等功效[1-4]。目前國內外學者對小麥胚芽的研究主要集中于動物飼料原料、麥胚的穩定化及其對麥胚性質影響、麥胚主要活性成分及功能性研究以及食品應用等方面，我國麥胚利用多處于粗加工狀態，資源未能發揮優勢，因此合理利用麥胚仍需再研究，以最大程度發揮小麥胚芽的價值[5-7]。麥胚具有一定營養價值，其在醫學、食品、保健、防衰老等（尤其是作為重要的功能食品因子）方面的作用正引起人們日益廣泛的關注，是生產谷物飲料、植物蛋白飲料、營養液等的良好原料來源[7-12]。

近年，乳酸菌發酵飲品成為食品領域關注熱點，越來越多的研究表明，不同的乳酸菌及其發酵產物對人體具有不同的活性功能[13-15]。比如嗜熱鏈球菌（Streptococcus ther mophilus）和保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）具有改善腸道微環境、調節血壓、抗癌、抑制有害菌、抗衰老、緩解乳糖不耐受等活性，是市場上大多數乳酸發酵產品的首選菌株組合[16]。乳雙歧桿菌（Bifidobacterium lactis）能夠合成維生素B1、B2、B6和K等維生素并幫助機體吸收鈣、鐵和維生素D，有助于防止缺鐵性貧血和軟骨病[17]。鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）和干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）耐胃酸和膽汁方面的性能非常突出，可以活體進入人體腸道，其功能特性主要有調節腸道菌群、預防和治療腹瀉、毒素的排出和提升機體免疫力，具有較高的應用價值，符合現代人類健康保健的基本需求[18-19]。植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）除具備其他乳酸菌的活性功能外，還可利用植物來源氮源、碳源產生乳酸桿菌素，降解重金屬等作用[20]。嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）則主要通過分泌抗生物素類物質（嗜酸乳菌素（acidolin）、嗜酸桿菌素（acidophilin）、乳酸菌素（1aetocidon））等，對腸道致病菌產生的拮抗作用而發揮作用[21]。因此，將多種乳酸菌按照一定的比例優化組合發酵小麥胚芽，充分利用不同乳酸菌發酵過程中產生乳酸、乙酸、氨基酸、維生素和酶類等多種活性物質，可極大地提高小麥胚芽的營養價值[22-26]。

本研究以麥胚為原料，利用復合乳酸菌研制麥胚乳酸菌發酵飲品，優化其發酵工藝條件，并對其理化指標測定分析，對滿足保健飲品市場需求及充分利用我國麥胚資源有重要意義。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

1.1.1 原料

小麥胚芽：市售；活性干乳酸菌：嗜熱鏈球菌（S.thermophiles，St）、保加利亞乳桿菌（L.bulgaricus，Lb）、乳雙歧桿菌（B.lactis，Bl）、鼠李糖乳桿菌（L.rhamnosus，Lr）、植物乳桿菌（L.plantarum，Lp）、嗜酸乳桿菌（L.acidophilus，La）、干酪乳桿菌（L.casei，Lc）：昆山佰生優生物科技有限公司。

1.1.2 化學試劑

果葡糖漿、羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂、三氯蔗糖（均為食品級）：河南宏益生物科技有限公司；白砂糖、葡萄籽、奶粉（均為食品級）：市售；1,1-二苯基-2-苦肼基（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、無水乙醇、無水葡萄糖、氫氧化鈉（分析純）：天津大茂化學試劑廠；牛血清蛋白（純度＞98%）：合肥博美生物科技有限責任公司；乙酸標準品（色譜純）：天津市北方天醫化學試劑廠；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-1FD超凈工作臺：蘇凈集團安泰技術有限公司；BKQ-B75II高壓滅菌鍋：濟南鑫貝西生物技術有限公司；303A-4恒溫培養箱：浙江賽德儀器設備有限公司；5804R離心機：德國Eppendorf公司；PHS-3C型pH計、ZP1-MYP11-2磁力攪拌器：北京中西遠大科技有限公司；DJ-10A粉碎機：上海隆拓儀器設備有限公司；iChrom 5100高效液相色譜儀：大連依利特分析儀器有限公司；752紫外分光光度計：深圳市斯諾頓儀器設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 麥胚乳酸菌發酵飲品工藝流程及操作要點

前處理→調配→均漿→糖化→添加不耐溫物→滅菌→接種→發酵→冷藏

操作要點：

前處理：新鮮麥胚熱風風干（60 ℃、60 min），超微粉碎機粉碎至200目，將麥胚粉加入5倍體積滅菌去離子水室溫浸泡30 min。

調配：添加適量增稠劑（羥丙基二淀粉磷酸酯、瓊脂），白砂糖，甜味劑（三氯蔗糖、果葡糖漿）。

均漿：將麥胚液用磁力攪拌器在55℃下充分攪拌15min。

糖化：將預混液90 ℃、100 r/min攪拌，糖化30 min。

添加不耐溫物：待冷卻至室溫后，添加適量奶粉、葡萄籽粉（200目）。

滅菌：65 ℃滅菌30 min。

接種：乳酸菌發酵劑在無菌條件按一定接種量接種入麥胚混合液。

發酵：對上述混合液密封，在恒溫培養箱42 ℃靜置發酵10 h（酸度值95°T或pH 4.0時終止發酵）。

冷藏：將發酵完成后制品置于4 ℃冷藏，即得麥胚乳酸菌發酵飲品。

1.3.2 分析檢測

DPPH自由基清除率：參照文獻[25]進行；乳酸菌活菌數：參照GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》[27]；pH值：采用PHS-3C型pH計；可溶性蛋白含量：按照考馬斯亮藍法；揮發性脂肪酸（乙酸）含量：參照CB 5009.157—2016《食品安全國家標準食品有機酸的測定》[28]；還原糖含量：采用3,5-二硝基水楊酸法[29]；蛋白質含量：參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》[32]；膳食纖維含量：參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》[33]；維生素E含量：參照GB 5009.82—2016《食品中維生素A、D、E的測定》[34]；α-亞麻酸含量：參照GB 5009.168—2016[35]；碳水化合物含量：參照GB 28050—2011《預包裝食品營養標簽通則》[36]。

感官評定[37]：邀請10名感官評分者按表1評判標準，從口感、色澤、形態、風味評分，滿分100 分，取均值為感官評分結果。

表1 麥胚乳酸菌發酵飲品感官品質評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

續表

1.3.3 乳酸菌發酵劑配比優化

發酵劑制備：將乳酸菌按比例，加入5倍體積無菌水，2.5%全脂奶粉，2.5%蔗糖，加入乳酸菌粉，42 ℃靜置1 h，得到復合乳酸菌發酵劑，4 ℃條件下貯藏備用。

以乳酸菌發酵活菌數、pH值、還原糖利用率為指標，優化菌種，將St、Lb、Lp、La、Lc、Bl、Lr共7種乳酸菌設定8組發酵劑，編號1#～8#（St∶Lb∶Lp=1∶1∶1、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶2∶3、2∶1∶1、1∶3∶1）、St∶Lb∶Lp∶La∶Lc=1∶1∶1∶1∶1、St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。按接種量0.02%直接加入活化后的復合乳酸菌發酵劑，在42 ℃發酵22 h[25]，每組3次平行實驗，統計平均值。

1.3.4 麥胚發酵飲品工藝條件優化

單因素試驗：以感官評價、乙酸含量、可溶性蛋白含量等為評價指標，研究接種量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%）、發酵時間（18 h、20 h、22 h、24 h、26 h、28 h）、發酵溫度（36 ℃、38 ℃、40 ℃、42 ℃、44 ℃、46 ℃）對發酵工藝條件的影響。

正交優化試驗：根據單因素結果，選取接種量（A），發酵時間（B），發酵溫度（C）因素的3個優水平，以感官評分、可溶性蛋白含量和乙酸含量為評價指標，采用L9（33）正交試驗設計，對發酵條件進行優化，正交試驗因素與水平見表2。

表2 麥胚乳酸菌發酵飲料工藝優化正交優化試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation process optimization of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

1.3.5 麥胚發酵飲品穩定劑研究

按照工藝流程及最佳發酵條件，將羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂分別按照0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%添加，將發酵飲品離心，觀察沉淀情況，沉淀越少，穩定性越好。計算離心沉淀率（sedimentation rate，SR）[31]，優化兩種穩定劑的含量。SR計算方法為取100 mL發酵后樣品于100 mL離心管中，稱取其質量，3 000 r/min，離心20 min后除去上清液，準確稱得離心后的沉淀物質量，按如下公式計算發酵產物的離心沉淀率。

1.3.6 數據處理

數據用SPSS 20.0軟件統計處理。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌發酵劑優化結果

在接種量0.02%、發酵溫度42 ℃、發酵時間22 h條件下，考察不同乳酸菌組合對乳酸菌活菌數、pH值和還原糖利用率的影響，結果見圖1。

圖1 菌株組合對乳酸菌活菌數、pH值和還原糖利用率的影響Fig.1 Effect of strain combination on the viable count of lactic acid bacteria,pH and utilization rate of reducing sugar

由圖1可知，在相同的發酵條件下，第8組7菌株組合乳酸菌活菌數接近109CFU/mL，還原糖利用率最高接近80%，產酸的速率最快（pH值最低），表明該組合中乳酸菌生長狀況和產酸優于其他7種組合。因此，最佳菌株比例為St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。

2.2 麥胚發酵飲品工藝優化單因素試驗

2.2.1 接種量的影響

圖2 接種量對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effect of inoculum on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

在發酵溫度42 ℃、發酵時間22 h條件下，考察不同接種量對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結果見圖2。

由圖2可知，隨著接種量增加，發酵產物中的乙酸含量和可溶性蛋白含量不斷增加，并在接種量為0.03%時達到峰值，之后隨著接種量的繼續增加而表現為逐漸下降。而發酵產物的感官評分的變化趨勢與乙酸含量和可溶性蛋白含量變化趨勢一致。因此，最適接種量為0.03%。

2.2.2 發酵時間的影響

在按接種量0.02%、發酵溫度42 ℃條件下，考察不同發酵時間對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結果見圖3。

圖3 發酵時間對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effect of fermentation time on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

由圖3可知，在發酵時間24 h前隨著發酵時間增加，感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量升高，在24 h時達到高峰，此后隨著時間推移，各指標均呈下降趨勢，可能是由于發酵時間過長，部分菌體裂解，活菌總數，菌體內容物外泄、活性蛋白在蛋白酶等作用下降解等從而破壞營養物質及風味物質，影響口感。因此，最適發酵時間為24 h。

2.2.3 發酵溫度的影響

圖4 發酵溫度對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on sensory score,acetic acid and soluble protein contents

溫度影響發酵速率，發酵時，溫度越高，乳酸菌繁殖加快，產酸越多；溫度越低，發酵緩慢，酸度越低[23]。在按接種量0.02%、發酵時間22 h條件下，考察不同發酵溫度對感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量的影響，結果見圖4。

由圖4可知，在發酵溫度42 ℃前隨著溫度的升高，感官評分、乙酸和可溶性蛋白含量均升高，在42 ℃時達到峰值，此后各指標呈下降趨勢。可能是因為發酵溫度過高，乙酸揮發影響風味，乳酸菌生長過快導致蛋白質降解加快，繁殖代謝產物增多，破壞了大多數營養物質及風味口感。因此，最適發酵溫度為42 ℃。

2.3 麥胚發酵飲品工藝優化正交試驗

在單因素試驗基礎上，選取St∶Lb∶Lp∶La∶Lc∶Bl∶Lr=1∶1∶1∶1∶1∶1∶1的乳酸菌比例組合發酵，以接種量（A）、發酵時間（B）、發酵溫度（C）為影響因素，以感官評分、可溶性蛋白含量和乙酸含量為評價指標，采用L9（33）正交試驗設計，對發酵條件進行優化，正交試驗結果與分析見表3。

表3 麥胚乳酸菌發酵飲料工藝優化正交優化試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation process optimization of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverage

由表3可知，以感官評分、可溶性蛋白和乙酸含量為評價指標，3因素主次順序為發酵溫度＞發酵時間＞接種量。最佳發酵工藝條件為A2B2C2，即接種量0.03%、發酵溫度42 ℃、發酵時間24 h。在此優化條件下，麥胚乳酸菌發酵飲料的感官評分為92分，可溶性蛋白含量為4.54 mg/mL，乙酸含量為4.88 mg/mL。

2.4 麥胚乳酸菌發酵飲品穩定劑結果

通過改變兩種不同穩定劑羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂的添加量，分別考察其對離心沉淀率（SR）的影響，從而優化兩種穩定劑的添加量，結果見圖5。

圖5 穩定劑添加量對麥胚發酵飲品的離心沉淀率影響Fig.5 Effect of stabilizer addition on the centrifugal sedimentation rate of fermented wheat germ beverage

由圖5可知，隨著羥丙基二淀粉磷酸酯添加量的增加，SR降低，添加量0.5%時SR最低；瓊脂添加量在0.2%時SR最低，因此，羥丙基二淀粉磷酸酯的優化添加量為0.5%，瓊脂的優化添加量為0.2%。

2.5 麥胚發酵飲品品質分析

2.5.1 抗氧化性

通過比較發酵前后對DPPH自由基清除率的影響，研究麥胚發酵飲品的抗氧化性，結果見圖6。

圖6 發酵前后對DPPH自由基清除率的影響Fig.6 Effect of DPPH free radical scavenging rate before and after fermentation

由圖6可知，在發酵液體積400μL前隨著體積不斷增加，發酵前后對DPPH自由基清除率均呈明顯上升趨勢，在發酵液體積＞400 μL以后，發酵前液體對DPPH自由基清除率逐漸趨于平緩，而發酵后液體對DPPH自由基清除率仍在不斷升高，可能是因為發酵過程乳酸菌活性提高及其代謝產物的改變，同時發酵對麥胚中黃酮產生影響，不同結構種類的黃酮對DPPH自由基清除率差異較大，增加其抗氧化活性[37]。因此，麥胚發酵后可以顯著增加DPPH自由基清除率，抗氧化活性有所增強。

2.5.2 營養成分含量測定結果

在麥胚乳酸菌發酵飲品優化的工藝基礎上，參照國標方法測定麥胚乳酸菌發酵飲品的營養成分，結果見表4。由表4可知，麥胚乳酸菌發酵飲品的蛋白質含量為3.53 g/100 g，碳水化合物含量為11.6g/100g，能量值為333kJ/100g，膳食纖維含量至少為2.12 g/100 g，乳酸菌活菌數為2.1×109CFU/mL。結果表明，其理化及衛生指標滿足GB/T 21732—2008《含乳飲料》[38]要求，乳酸菌活菌數比市售乳酸菌飲料高出約10倍，而且富含維生素E、必需脂肪酸（α-亞麻酸和亞油酸）。

表4 麥胚乳酸菌發酵飲品和市售飲料的部分營養成分Table 4 Partial nutritional values of lactic acid bacteria fermented wheat germ beverages and commercial beverages

3 結論

通過乳酸菌發酵劑優化實驗得到的最佳發酵劑為：嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、乳雙歧桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌按照配比1∶1∶1∶1∶1∶1∶1制備發酵劑。單因素和正交試驗優化的發酵工藝參數為：接種量0.03%、發酵時間24 h、發酵溫度42 ℃。在工藝優化條件下，麥胚乳酸菌發酵飲品可溶性蛋白含量為4.54 mg/mL，乙酸含量為4.88 mg/mL，感官評分為92分。營養成分含量及結果表明麥胚發酵飲品富含多種營養成分，包括維生素E、必需脂肪酸、活性乳酸菌、蛋白質、碳水化合物和膳食纖維等，在調節腸道菌群，提高機體生命代謝，促進消化吸收、延緩衰老等方面有重要意義，在麥胚深加工利用和發酵飲品市場有廣闊前景。