益生菌发酵小米浆的工艺研究

（1. 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆 163319；2. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

摘要：利用特殊驯化的益生菌发酵小米浆，考察了白砂糖添加量、接种量、发酵温度、发酵时间对发酵效果的影响，在单因素试验的基础上通过正交试验优化了益生菌发酵小米浆的工艺参数。结果表明，优化后的发酵工艺参数为：白砂糖添加量8%，益生菌接种量2.5%，发酵温度38℃，发酵时间9 h。在此条件下，小米发酵浆的感官评分为97.6，总多酚含量为0.287 μg/mL。

谷子脱壳称为小米，小米营养成分丰富［1］，富含碳水化合物、蛋白质和粗纤维，且消化吸收率高［2-3］。除此以外还含有多酚、黄酮等植物次级代谢产物，具有较高的生物活性［4-5］。发酵谷物饮料是以谷物为主要原料，采用发酵工程和酶工程技术，经微生物发酵制备的一种功能性发酵饮料。该产品既保存了谷物的自身营养价值，又由微生物赋予新的营养物质和风味［6］。小米营养丰富，是我国传统食药同源的谷物，熬粥蒸饭等原始加工方式不适应现代快节奏的生活方式，将小米作为主要原料开发成谷物发酵饮料非常具有市场潜力。目前应用于杂粮发酵的菌种主要包括乳酸菌、酵母菌和少量的霉菌［7］。酵母菌和霉菌发酵产酒精影响口感，不适宜开发成无醇饮品，而普通的乳酸菌发酵杂粮通常需要补充氮源。基于此，本文利用特殊驯化的益生菌发酵小米浆，在不额外添加牛乳等氮源的条件下制备适宜发酵小米浆的发酵剂，考察白砂糖添加量、接种量、发酵温度和发酵时间对饮料感官指标和以总多酚含量为代表的活性物质含量的影响，通过正交试验对发酵工艺参数进行优化，希望为小米发酵饮料开发提供实验依据。

1 材料与方法

小米：本地市售，商品名为大金苗；嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌和双歧杆菌由黑龙江八一农垦大学食品学院提供；3，5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、氢氧化钠等均为国产分析纯。

DM-Z125SⅡ型砂轮电动磨浆机：河北铁狮磨浆机械有限公司；AR2140电子分析天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；B6-WLZ型阿贝折射仪：上海光学仪器进口有限公司；T6系列紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；梅特勒托利多Five系列台式pH计：梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司；LD4-1.6型离心机：北京京立离心机有限公司；DNP-9052电热恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；LDZX-40立式自动电热压力蒸汽杀菌器：上海上天精密仪器有限公司。

菌种驯化能够使微生物逐步适应小米浆的生长条件，通过定向选育取得具有较高耐受力及活动能力的菌株。本研究将小米浆与脱脂牛乳分别按1∶9、2∶8、4∶6、6∶4、8∶2、9∶1的体积比配成6种培养基，将嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌和双歧杆菌菌种（比例1∶1∶2）分别接种于灭菌的脱脂乳培养基中，传代培养三次进行菌种复壮与活化，然后将上述复合菌种培养物按2%接种量分别接种到上述6种培养基中在38～42℃培养至酸度达到40°T以上，分别在小米浆含量由低到高的6种培养基中逐步驯化培养，最后将小米浆与脱脂牛乳按9∶1配置的培养基中的混合菌发酵液制成益生菌菌种培养液备用或冷冻干燥后制成益生菌菌种冻干粉备用。

小米→前处理→磨浆→糊化→酶解→灭酶→离心→标准化→均质→灭菌→接种→发酵→发酵小米浆→样品供试液检测（感官评定和总多酚含量指标检测）。

磨浆：浸泡后的小米利用磨浆机按照料液比1∶10进行磨浆处理。

糊化、酶解和灭酶：小米浆调节pH值到6.4，在55℃下糊化30 min，然后升温至85℃加入高温α淀粉酶进行酶解，酶添加量为18.0 U/g小米，酶解时间17 min，酶解后煮沸10 min灭酶［8］。

标准化、均质和灭菌：对小米浆的可溶固形物含量进行标准化处理，通过蒸发或稀释的方法调节可溶固形物含量在5.0%左右；然后在40℃、20 Mpa条件下均质15 min，最后在131℃条件下高温高压灭菌维持10 min。

样品供试液：将小米发酵液在121℃条件下灭菌20 min后滤纸过滤备用（4℃条件下保存，不超过48 h）。

采用Folin-Ciocalteu法测定样品供试液的总多酚含量［9-10］，绘制没食子酸标准曲线（R2≥0.99），依据得到的线性回归方程计算供试液的总多酚含量，以没食子酸当量表示（μg/mL）。

表1　发酵小米浆感官评价标准

分别研究白砂糖添加量、益生菌接种量、发酵时间、发酵温度四个因素对小米浆感官评分值和总多酚含量的影响，确定正交试验各因素范围值。根据单因素试验结果，设计L9（34）正交试验，确定益生菌发酵小米浆的最优工艺技术参数。

2 结果与分析

白砂糖添加量分别为4%、8%、10%、12%、14%、16%，小米浆pH值6.0，发酵条件为接种量2%、温度40℃、时间8 h，制作的发酵小米浆进行感官评价和供试液总多酚含量的检测。白砂糖添加量对小米浆发酵效果的影响见图1，随着白砂糖添加量的增加发酵小米浆感官评分先升高再下降，在添加量8%附近出现最高值；总多酚含量随着白砂糖添加量的增加逐渐降低，在4%～10%范围内保持一个相对稳定的数值，因此白砂糖添加量的正交试验范围选择8%、9%和10%。

图1　白砂糖添加量对发酵效果的影响

注：a～f表示不同白砂糖添加量下感官评分值的差异显著性（P＜0.05）；A～B表示不同白砂糖添加量下总多酚含量的差异显著性（P＜0.05）。

益生菌接种量对小米浆发酵效果的影响见图2，随着接种量的增加发酵小米浆感官评分先升高再下降，在添加量2%附近出现最高值；总多酚含量随着接种量的增加逐渐降低，在1%～3%范围内数值下降缓慢，因此益生菌接种量正交试验范围选择2. 0%、2.5%和3.0%。 0.05）。

图2　接种量对发酵效果的影响

注：a～f表示不同接种量下感官评分值的差异显著性（P＜0.05）；A～C表示不同接种量下总多酚含量的差异显著性（P＜

发酵温度对小米浆发酵效果的影响见图3，随着发酵温度的升高发酵小米浆感官评分在38～42℃范围内变化不大，在温度44℃附近出现最低值；总多酚含量随着发酵温度的增加先缓慢上升然后逐渐降低，在36～38℃范围内数值相对稳定，因此益生菌发酵温度的正交试验范围选择36℃、38℃和40℃。0.05）。

图3　温度对发酵效果的影响

注：a～d表示不同发酵温度下感官评分值的差异显著性（P＜0.05）；A～D表示不同发酵温度下总多酚含量的差异显著性（P＜

发酵时间对小米浆发酵效果的影响见图4，随着发酵时间的延长发酵小米浆感官评分先缓慢上升然后急剧下降，在10 h附近出现最高值；总多酚含量随着发酵时间的延长初期下降缓慢，10 h以后逐渐下降。综合感官评分值和总多酚含量，益生菌发酵时间的正交试验范围选择8 h、9 h和10 h。（P＜0.05）。

图4　时间对发酵效果的影响

注：a～f表示不同发酵时间下感官评分值的差异显著性（P ＜0.05）；A～C表示不同发酵时间下总多酚含量的差异显著性

在单因素试验结果的基础上，选择白砂糖添加量、接种量、发酵温度和发酵时间四个因素进行正交试验。表2为发酵工艺L9（34）正交试验因素水平表，按照因素水平进行正交实验，试验设计和结果如表3所示，方差分析结果如表4所示。

表2　正交试验因素水平

表3　正交试验设计及结果

表4　方差分析

注：F0.05（2，2）=19.00，F0.05（2，2）=99.00。

依据表3正交试验直观分析结果可以看出，按照感官评分和总多酚含量数值越大越好的原则，在所选因素水平范围内，各因素对感官评分值影响作用的主次顺序为B＞C＞D＞A，最优水平组合为A1B2C2D2；各因素对总多酚含量影响作用的主次顺序为D＞C＞B＞A，最优水平组合为A1B2C3D2。

依据表4的方差分析结果可以看出，因素B、C、D均对小米发酵浆的感官评分结果呈显著性影响（P＜0.05），因素B为极显著影响因素（P＜0.01）；因素D对小米发酵浆的总多酚含量影响显著（P＜ 0.05）。由于A、B、C三个因素对总多酚含量的影响作用不显著，B、C、D三个因素对感官评分值的影响作用显著，因此最终确定益生菌发酵小米浆的最优工艺参数组合为A1B2C2D2，即白砂糖添加量8%，复合益生菌接种量2.5%，发酵温度38℃，发酵时间9 h。在此条件下小米发酵浆的感官评分为97.6，总多酚含量为0.287 μg/mL。

3 结论

本研究通过单因素试验和正交试验设计，以发酵小米浆感官评分值和样品供试液总多酚含量为指标，考察了白砂糖添加量、益生菌添加量、发酵温度、发酵时间四个因素对小米浆发酵效果的影响。通过综合考虑感官评分值和总多酚含量两个指标的结果，优化了益生菌发酵小米浆的技术参数，优化后的发酵工艺参数为：白砂糖添加量8%，复合益生菌接种量2.5%，发酵温度38℃，发酵时间9 h。在此条件下小米发酵浆的感官评分为97.6，总多酚含量为0.287 μg/mL。希望本研究为下一步开发具有保健功能的小米发酵饮料提供参考依据。

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ZHANG Gui-fang1，GUO Xi-juan2，ZHANG Dong-jie2，ZHANG Ai-wu2，WANG Ying1
（1.National Coarse C，ereals Engineering Research Center，Daqi，ng Heilongjiang 163319；）2.College of Food ScienceHeilongjiang Bayi Agricultural UniversityDaqing Heilongjiang 163319

Abstract：The effects of sugar amount，inoculum concentration，temperature and time on fermentation were investigated by single - factor experiments and optimized by orthogonal experiment with specially domesticated probiotics. The results showed that the optimal process parameters was that sugar added amount 8％，inoculum concentration 2. 5％，fermentation temperature 38 ℃ and time 9 h. Under the optimal conditions，the sensory evaluation and the total polyphenol content of the fermented millet pulp was 97. 6 and 0. 287 μg/ mL，respectively.

Key words：millet pulp；probiotics；inoculum concentration；millet fermented drink

基金项目：国家科技部星火计划项目（2015GA670008）；大庆市指导性科技计划项目（S2dfy - 2015 - 51）；大庆市创新能力建设项目（sjh - 2013 - 65）；黑龙江省农垦总局开发项目（HNK13KF -01 -01）