焦香稻芽發酵飲料的研制及分析

韓 楊，蘭 彪，孫廣仁*

（北華大學 林學院，吉林 吉林 132013）

水稻又稱稻，為一年生禾本科稻屬植物，營養價值高，種植地廣泛，是五谷之首，人們食用最多谷物之一[1]，也是人類飲食中主要淀粉質食品之一[2]。現有研究表明，稻米富含70%～80%淀粉，并含約8%蛋白質和約2%脂肪，含硫胺、煙酸、核黃素、鐵和鈣[3]。《中華人民共和國藥典2010版》正式把稻芽和谷芽區分，定義為本品為禾本科的植物稻的成熟果實通過發芽和干燥后的炮制加工品，將稻谷用水浸泡后，保持適合的溫濕度，待須根長至約10 mm時，干燥得到稻芽[4]。作為中藥材，稻芽具有強健脾胃的功效，可以單用，更多和麥芽、陳皮等一起使用[5]。隨著人們對健康意識的提高，稻谷發芽產品，除用作主食之外，還被開發加工成多系列食品，如發芽糙米糕、糙米芽醬汁、發芽糙米藥膳等[6]。

稻芽含有蛋白質、脂肪油、腺嘌呤、膽堿以及多種糖類物質和氨基酸[7]。稻谷在發芽的過程中，米體的營養物質發生了變化，休眠的酶活力被激活大大釋放出來[8]，大分子物質開始轉變為小分子物質如蛋白質開始降解為氨基酸及多肽，淀粉開始轉化為可溶性多糖、還原糖等，維生素、礦物質也大大增加[9]；吳鳳鳳[10]研究發現，隨著發芽糙米時間的延長，其體外抗氧化活性及免疫功能明顯提高；劉雅晴等[11]研究表明，稻谷在發芽時隨著時間增長，其體外抗氧化活性逐漸增強；胡玲玲等[12]研究發現，發芽糙米蛋白具有一定的抗氧化活性。

西方國家對稻芽產品研究已經開展了幾十年，有力地促進了工業化生產[13]。但是，在我國無論是在市場上還是在網絡媒體中，很少報道焦香稻芽發酵飲料的工藝研究。因此，本研究以稻芽為原料，經過發芽、焙烤、復配、糖化、利用自制發酵劑發酵等工藝，研制出一款具有特殊香氣和口感適宜的焦香稻芽發酵飲料。并采用單因素及響應面試驗，優化焦香稻芽發酵飲料工藝條件，并對其理化指標進行評價，旨在增加稻芽飲料新品種，為稻芽的加工提供新方法，也為谷物發酵飲料的產品創新等方面的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水稻（品種由吉林市昌邑區農業技術推廣中心陳俸鑒定為“小町”）、基礎麥芽（4-7EBC，原產地為澳洲）：市售；自制發酵劑（庫德畢赤酵母∶東方伊薩酵母∶20菌型川秀乳酸發酵劑=1∶1∶0.15）：北華大學食品開發與檢測研究院提供。

1.2 儀器與設備

BSD-100振蕩培養箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；SAINMATE SEC 3Y三層六盤商用電烤箱：廣州粵盟廚具有限公司；BPG-9240A電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；2WAJ阿貝折光儀：上海精科實業有限公司；JYL-CO2OE破壁機：九陽股份有限公司；37 L厭氧發酵罐：齊河縣浩德設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 焦香稻芽發酵飲料工藝流程及操作要點[14-17]

復配稻芽粉碎→蛋白休止→糖化→煮沸→懸沉→原汁（上清液）→發酵→焦香稻芽飲料

①復配稻芽的制備：稱取水稻發芽后的綠稻芽3.0 kg裝盤平鋪厚度1.5 cm，用濕紗布包裹，設置電熱鼓風干燥箱的溫度：一階段為60 ℃、時間為12 h，二階段為70 ℃、時間為6 h，得到基礎稻芽；稱取2.0 kg基礎稻芽經過升溫，在112 ℃條件下保溫4 h，焙烤成淺色焦香稻芽；稱取1.0 kg淺色焦香稻芽快速升溫至135 ℃，此溫度條件下焙烤2 h成深色焦香稻芽。設定底物原料復配配比為基礎稻芽55%、淺色焦香稻芽20%、深色焦香稻芽15%，并添加10%基礎麥芽。用破壁機將底物原料破碎，要求破而不碎，同時借鑒啤酒加工工藝，確定料液比為1∶5（g∶mL）；

②蛋白休止：設定蛋白水解時間為50 min、水解溫度55 ℃；

③糖化：設定糖化工藝為69 ℃水浴60 min；

④煮沸：將糖化后所得醪液加熱至沸騰保溫60 min，停止加熱，冷卻至室溫；

⑤懸沉：采用懸沉沉降法過濾糖化液，懸沉30 min，取上層清液；

⑥發酵：在37 L厭氧發酵罐中，接種一定量的自制發酵劑，通入純氧，待發酵罐壓力表升至0.005 kPa，停止輸氧，通入二氧化碳，待發酵罐壓力表升至0.020 kPa停止輸送二氧化碳，封閉發酵罐，進行恒溫（18 ℃）靜置發酵18 h，得到焦香稻芽發酵飲料。

1.3.2 焦香稻芽發酵飲料發酵工藝優化

焦香稻芽發酵飲料工藝優化單因素試驗：分別設定發酵溫度為16 ℃、20 ℃、24 ℃、28 ℃、32 ℃，發酵時間為12 h、14 h、16 h、18 h、20 h，發酵劑接種量為2%、4%、6%、8%、10%，進行單因素試驗，考察不同因素對發酵效果的影響。以發酵后焦香稻芽飲料的感官評分為評價指標確定最佳工藝。

響應面試驗優化焦香稻芽發酵飲料發酵工藝[18-22]：在單因素試驗的基礎上，以發酵溫度（A）、發酵時間（B）和發酵劑接種量（C）3個因素為自變量，以產品感官評分（Y）為響應值，采用Design-Expert V.8.0.5進行響應面設計優化發酵工藝，響應面試驗因素與水平見表1。

表1 焦香稻芽發酵飲料發酵條件優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for fermentation conditions optimization of burnt rice sprouts fermented beverage

1.3.3 測定方法

總酸（以乳酸計）：按照GB 5009.239—2016《食品酸度的測定》測定；固形物含量：以阿貝折光儀測定；蛋白質：按照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》測定；還原糖：斐林試劑法；氨基酸態氮：按照GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態氮的測定》測定；產氣量：按照GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》測定。

細菌總數：稀釋平皿計數法；大腸菌群：按照GB4789.3—2016《食品微生物學檢驗大腸菌群計數》測定；乳酸菌活菌數：按照GB 4789.35—2016《食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》測定；酵母菌數：按照GB 4789.15—2016《食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數》測定；致病菌：按照GB 4789.4—2016《食品微生物學檢驗沙門氏菌檢驗》測定。

感官評價：經過感官評價培訓的人員10人對焦香稻芽發酵飲料進行打分，滿分為100分。感官評價標準見表2。

表2 焦香稻芽發酵飲料感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of fermented beverage with burnt rice sprouts

續表

2 結果與分析

2.1 發酵工藝優化單因素試驗

2.1.1 發酵溫度對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響

由圖1可知，隨著發酵溫度的升高，焦香稻芽發酵飲料感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，在發酵溫度為24℃時，感官評分達到最高為96.5分。可能是因為發酵劑的活性受到影響，在發酵溫度過低或過高時，酶活性都呈現下降趨勢，發酵劑的活性也隨之下降，發酵效果不好，口感一般。發酵溫度為24 ℃，飲料的口感和味道最好。因此，選擇發酵溫度為24 ℃。

圖1 發酵溫度對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts

2.1.2 發酵時間對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響

由圖2可知，隨著發酵時間的延長，焦香稻芽發酵飲料感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，在發酵時間為18 h條件下，感官評分達到最高為97分。由于前期發酵時間較短，發酵劑發酵不充分，酸味不足，口感清淡；發酵時間較長，產酸過多，口感不協調；而發酵時間在18 h時，酸味適中，口感好，發酵效果最好。因此，選擇發酵時間為18 h。

圖2 發酵時間對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響Fig.2 Effect of fermentation time on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts

2.1.3 接種量對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響

由圖3可知，隨著發酵劑接種量的增加，焦香稻芽發酵飲料感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，接種量為4%時，感官評分達到最高為95分。接種量較少時發酵不充分，組織狀態不穩定，味道稍差；接種量過多時，酸的生成量過多，味道不協調。接種量為4%時，發酵適宜，酸度適度，飲料的口感和味道最好。因此，選擇發酵劑接種量為4%。

圖3 接種量對焦香稻芽發酵飲料感官評價的影響Fig.3 Effect of inoculum on sensory evaluation score of fermented beverage with burnt rice sprouts

2.2 發酵工藝優化響應面試驗結果與分析

根據單因素試驗結果，以發酵溫度（A）、發酵時間（B）及發酵劑接種量（C）為自變量，感官評分（Y）為因變量進行響應面試驗，結果與分析見表3，方差分析見表4。

表3 焦香稻芽發酵飲料發酵條件優化響應面試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for fermentation conditions optimization of fermented beverage with burnt rice sprouts

表4 響應面試驗方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

利用軟件Design-Expert.V.8.0.5對表3數據進行回歸擬合，獲得發酵時間（A）、發酵溫度（B）、發酵劑接種量（C）對感官評分（Y）影響的多元回歸方程為：Y=95.960-2.212A-1.575B-2.787C-20.268A2-3.942B2-23.768C2+5.150AB-8.275AC+1.850BC

由表4可知，模型極顯著（P=0.000＜0.01），失擬項不顯著（P=0.113＞0.05）。回歸模型的決定系數R2=0.997 3，說明該模型能夠很好地描述試驗結果。變異系數（coefficient of variation，CV）為89%，說明模型的準確度及可靠性較高[23-24]。從表4中P值和回歸方程中各因素的一次項系數的絕對值大小可知，影響焦香稻芽發酵飲料感官評價因素主次順序為發酵劑接種量＞發酵溫度＞發酵時間[25]。一次項A、C，二次項A2、B2、C2和交互項AB、AC對產品感官評分的影響達到極顯著水平（P＜0.01），一次項B和交互項BC對產品感官評分的影響達到顯著水平（P＜0.05）。

利用Design-Expert.V.8.0.5軟件對影響焦香稻芽發酵飲料的3個因素進行交互分析，結果見圖4。

由圖4可知，發酵時間（A）與發酵溫度（B）、發酵時間（A）與發酵劑接種量（C）、發酵溫度（B）與發酵劑接種量（C）與對飲料的感官評分（Y）影響均達到顯著水平（P＜0.05），與方差分析結果一致。

圖4 發酵時間、發酵溫度和發酵劑添加量交互作用對焦香稻芽發酵飲料感官評分影響的等高線及響應曲面Fig.4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between fermentation time，temperature and starter addition on sensory score of fermented beverage with burnt rice sprouts

借助回歸模型的數學分析結果得到焦香稻芽發酵飲料的最佳發酵條件為發酵時間17.5 h、發酵溫度23.5 ℃、發酵劑接種量3.9%，在此條件下，焦香稻芽發酵飲料感官評分理論值為94.7分。為了便于實際操作，修改發酵條件為發酵時間18 h、發酵溫度24 ℃、發酵劑接種量4%，此條件下焦香稻芽發酵飲料的感官評分實際值為95.0分，與預測理論值差別不大，說明該模型可以較好地模擬和預測試驗結果。

2.3 焦香稻芽發酵飲料品質分析

2.3.1 理化指標

對焦香稻芽發酵飲料的基本理化指標進行分析，結果見表5。

表5 焦香稻芽發酵飲料的理化指標分析結果Table 5 Analysis results of physical and chemical indexes of fermentation beverage with burnt rice sprouts

由表5可知，焦香稻芽發酵飲料的蛋白質含量為2.42%，這是由于稻芽中的蛋白只有部分能溶于水中。氨基酸態氮含量為732 mg/100 mL，說明焦香稻芽在焙烤后美拉德反應釋放更多的風味物質，使飲料有特殊的焦香味。

2.3.2 微生物指標

經測定，焦香稻芽發酵飲料的乳酸菌活菌為（5.04±0.22）×107CFU/mL，酵母菌為（3.25±0.41）×107CFU/mL，細菌總數＜1 000 CFU/mL，大腸菌群＜10 CFU/mL，未檢出致病菌。

2.3.3 感官指標

焦香稻芽發酵飲料感官評分達95分，產品清澈透明的黃棕色、稻芽焦香香氣濃郁、口味柔和協調，飲料風味飽滿突出。

3 結論

經單因素及響應面試驗確定焦香稻芽發酵飲料的最優發酵條件為發酵時間18 h、發酵溫度24 ℃、發酵劑接種量4%，此條件下飲料的總酸含量為1.98 mL/100 mL，還原糖含量為8.25%，可溶性固形物含量為1.30%，蛋白質含量為2.42%，氨基酸態氮含量為732 mg/100 mL，產氣量為0.46%，感官評分為95.0分。焦香稻芽發酵飲料色澤透亮、顏色偏深、無懸浮物，口感清爽醇厚、味道均衡，具有獨特的焦香風味、無異味。