發(fā)酵糙米糕的制作工藝研究

仰思穎，蔡 群 ，吳鳳鳳*，曹菲菲，楊雪松 ，徐學明 ，2

（1.江南大學 食品學院，江蘇 無錫214122；2.食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學，江蘇 無錫214122）

糙米是一種營養(yǎng)豐富的全谷物食品，是稻谷除去外殼保留皮層、糊粉層和胚而成的大米。糙米相比較于白米而言含有更多的蛋白質、脂質、膳食纖維素、礦物質和維生素等營養(yǎng)物質，而且糙米的麩層和胚乳中含有γ-氨基丁酸、二十八烷醇和谷維素等生物活性物質[1-2]，對人體健康，尤其對糖尿病患者來說非常有益[3]。但是糙米由于其外面的纖維導致蒸煮性能和食用品質差，作為主食難以被人們接受，使其實際消費量很低，營養(yǎng)價值得不到很好的利用[4]。而將糙米粉碎，破壞其纖維結構能顯著提高其蒸煮效率和消化吸收率。

大米發(fā)糕是一種深受中國南方城市喜愛的傳統(tǒng)食品，一般是以秈米為原料，通過浸泡、磨漿、發(fā)酵等工序之后經蒸汽蒸熟，成品表面光滑，內部具有蜂窩狀結構，質地松軟，酸甜可口，并具有發(fā)酵米制品的特殊香氣。研究表明，米制品自然發(fā)酵過程中的微生物群主要為乳酸菌、酵母菌和霉菌，霉菌一般漂浮于發(fā)酵液表面，所以對發(fā)酵起主要作用的是乳酸菌和酵母菌[5]。發(fā)酵米制品含有乳酸、游離植酸和氨基酸等具有保健功能的生物活性物質[6]。

本試驗以糙米粉為原料，米發(fā)糕為載體，市售酵母和乳酸菌為發(fā)酵劑，對發(fā)酵糙米糕的制作工藝和發(fā)酵過程進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：糙米（萬勝優(yōu)1號，秈型），市售；安琪酵母、伊士特乳酸菌粉，安琪酵母股份有限公司提供；白砂糖，太古股份有限公司提供。

儀器：粉碎機，北京燕山正德機械設備有限公司產品；電熱鼓風干燥箱，重慶萬達儀器有限公司產品；恒溫箱，寧波東南儀器有限公司產品；TA-XT plus型質構儀，英國STABLE MICROSYSTEMS公司產品；分析天平，梅特勒儀器（上海）有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 發(fā)酵糙米糕的基本工藝 糙米→清洗→干燥→粉碎→過篩→調漿→發(fā)酵→倒模醒發(fā)→蒸煮成品。操作步驟：取適量糙米洗凈，低溫烘干至水分含量為14%左右，粉碎后過80目或者100目篩。以粉水比1∶0.9混勻加入乳酸菌單獨發(fā)酵，該階段為乳酸菌前發(fā)酵階段；再加入酵母混合發(fā)酵，此為混合發(fā)酵階段。發(fā)酵完成后倒入模具中醒發(fā)15 min，大氣汽蒸15 min，取出冷卻，即得發(fā)酵糙米糕。

1.2.2 單因素試驗 預試驗結果發(fā)現(xiàn)糙米漿中乳酸菌的添加對糙米糕風味影響較大，對其質構幾乎沒有影響。而酵母的添加對糙米糕的質構和風味均有顯著影響。因此設計單因素試驗，以感官、質構、風味等作為主要評價指標，研究乳酸菌添加量、乳酸菌前發(fā)酵時間、乳酸菌前發(fā)酵溫度、酵母添加量、混合發(fā)酵溫度、混合發(fā)酵時間等工藝參數(shù)對發(fā)酵糙米糕品質的影響。

1.2.3 正交試驗 針對單因素試驗結果，選取對發(fā)酵糙米糕質構影響最大的幾個因素（酵母添加量、混合發(fā)酵溫度、混合發(fā)酵時間），進行正交試驗，確定最佳發(fā)酵工藝條件。

1.2.4 質構特性測定 將蒸煮好的發(fā)酵糙米糕冷卻 30 min后，切成直徑 55 mm、高 1.5 cm、重 35 g的大小，用TA-XT plus進行質構測定。測定參數(shù)為：P/25R探頭，TPA模式，校正高度25 mm，測前速度 3 mm/s，測中速度 1 mm/s，測后速度 2 mm/s，應變位移40%，引發(fā)力5g，獲取速度200 PPS，取6次測定的平均值[7]。

1.2.5 風味成分分析 SPME提取香氣成分：精密量取發(fā)糕樣品5 g移入20 mL的頂空瓶中，用PTFE/硅橡膠隔墊密封壓緊，于60℃磁力攪拌器上加熱平衡15 min后，使用CAR/DVB/PDMS 3層復合萃取頭頂空吸附40 min（一直保持60℃水?。缓髮⑤腿☆^插入GC進樣口，解析5 min。平行3次[8]。

氣相色譜條件：色譜柱為 HP-5MS 5%Phenyl Methyl Silox（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度為250℃，檢測器溫度為250℃，載氣為氦氣，流速0.8 mL/min，不分流；升溫程序：50 ℃保溫 1 min，以5℃/min升到240℃，保溫1 min[9-10]。

質譜條件：電子轟擊（electron impact，EI）離子源，電子能量70 eV，離子源溫度280℃，四級桿溫度150℃。

1.2.6 pH測定 取10 g發(fā)酵米漿樣品，加入90 mL去離子水混勻，以5000 r/min轉速離心10 min，用pH計測上清液pH值。

1.2.7 感官評價 選用十人評分法，由10位有經驗的實驗室人員組成評價小組，對米發(fā)糕的香氣、滋味、結構、粘性、彈性、軟硬度進行感官評分，具體標準見表1。

表1 米發(fā)糕感官評分標準Table1 Scoring criteria for sensory quality of brown rice steam sponge cake

1.2.8 數(shù)據(jù)處理方法 實驗數(shù)據(jù)以平均值加標準偏差的形式表示，采用Orgin9.0軟件作圖，SPSS19.0軟件進行方差分析。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 乳酸菌添加質量分數(shù)對發(fā)酵糙米糕感官品質的影響 乳酸菌粉以 0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的比例加入發(fā)酵米漿，28℃發(fā)酵4 h后，加入2%的酵母繼續(xù)發(fā)酵2 h，制作成發(fā)酵糙米糕后進行感官評價。乳酸菌添加質量分數(shù)與發(fā)酵糙米糕感官品質的關系見表2，結果表明當乳酸菌粉添加質量分數(shù)為1.2%時，發(fā)酵糙米糕的感官評分最高。原因是乳酸菌添加質量分數(shù)較少時，發(fā)酵作用不顯著，產生的小分子糖少，酸味不明顯，同時產生的氨基酸、酯類等風味物質少[11]，對風味影響小。而當乳酸菌添加質量分數(shù)太大，產生的乳酸過多，酸味重味道不愉悅。當乳酸菌粉添加質量分數(shù)為1.2%時，感官評分最高。

表2 乳酸菌粉添加質量分數(shù)對發(fā)酵糙米糕感官評分的影響（±s）Table2 Effect of lactic acid volume on the sensory quality of brown rice steam sponge cake（±s）

表2 乳酸菌粉添加質量分數(shù)對發(fā)酵糙米糕感官評分的影響（±s）Table2 Effect of lactic acid volume on the sensory quality of brown rice steam sponge cake（±s）

乳酸菌粉添加質量分數(shù)/%比容香氣滋味粘性軟硬度10.50±0.50 1.51 3.83±1.04結構13.00±0.50 6.33±0.29 0.35.27±0.25 6.13±0.03 69.39±1.94 14.33±1.04 10.83±0.76 13.33±0.76 6.07±0.02 16.00±1.32 12.83±0.29 6.17±0.29 71.57±2.27 15.67±0.29 12.83±1.26 13.00±0.50 0.91 4.17±0.76 5.61±0.02 8.00±0.50 0.66.50±0.50 7.50±0.50 76.78±1.59 16.33±0.58 14.00±0.50 1.26.21±0.03 16.00±0.50 7.83±0.29 13.33±0.76 8.17±0.29 81.87±1.55 10.83±0.76 6.12±0.01 15.00±1.00 13.67±0.76彈性10.50±1.50總分8.33±0.29 7.75±0.25 72.21±2.43

2.1.2 乳酸菌前發(fā)酵時間對發(fā)酵糙米糕風味的影響 在米漿中加入質量分數(shù)1.2%的乳酸菌粉后，在28℃條件下單獨發(fā)酵0、4、8、16 h再加入質量分數(shù)2%的酵母混合發(fā)酵2 h后制成米糕，用GC-MS對米糕的風味進行分析，結果如表3所示。

GC-MS檢測出總的風味物質種類為26種，乳酸前發(fā)酵時間為0 h時，檢測到的風味物質為21種。主要為醇類、酸類、酯類以及醛酮類。其中醇類是重要的呈香物質，酸類是與醇類反應生成酯類的前驅物，醛酮類物質是結合態(tài)香氣物質種類最多的一類化合物[12]。從表3中可以看出大部分風味物質的相對含量在發(fā)酵0 h和4 h出現(xiàn)明顯的差別。前發(fā)酵時間為4 h時，風味物質的相對含量出現(xiàn)大幅度增長，1-己醇含量從0.48%變成1.19%，達到最大值，乙偶姻從0.1%變成4.71%；4 h之后除去少量風味物質相對含量出現(xiàn)下降的情況，比如乙醇在單獨發(fā)酵4 h時達到最大值30.28%，己醛相對含量達到0.64%，之后含量逐漸減少，大部分風味物質相對含量雖然也有增長，但是增長幅度大大減小，只有少量風味物質相對含量增長明顯，但是從發(fā)酵時間考慮時間間隔卻長很多，所以，綜合考慮乳酸菌單獨發(fā)酵時間為4 h。

2.1.3 乳酸菌前發(fā)酵溫度對發(fā)酵糙米漿pH的影響根據(jù)以上試驗結果，在米漿中加入質量分數(shù)1.2%乳酸菌粉發(fā)酵4 h，發(fā)酵溫度分別選擇20、24、28、32、36、40℃，測定發(fā)酵液的酸度，確定乳酸菌最佳發(fā)酵溫度。從表4可以看出pH值變化的總體趨勢是隨發(fā)酵溫度升高而降低，溫度越高乳酸菌生物活性越大，產生乳酸越多，當發(fā)酵溫度為28℃時，發(fā)酵糙米糕酸甜適中，口感最好。

表3 乳酸菌發(fā)酵不同時間發(fā)酵糙米糕風味的GC-MS分析Table3 Composition of volatile flavor compounds in different brown rice sponge cake by GC-MS

表4 不同溫度發(fā)酵糙米漿的pH值Table4 Effect of fermentation temperature on pH of rice milk

2.1.4 酵母添加質量分數(shù)對發(fā)酵糙米糕質構的影響 將酵母加入完成乳酸前發(fā)酵階段的米漿中，添加質量分數(shù)為 0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%。發(fā)酵2 h后制作成米糕測定其質構特性。如圖1所示，隨著酵母添加質量分數(shù)的增加，發(fā)酵糙米糕硬度和粘附性先減小后增大，彈性和凝聚力先增大后減小。當酵母菌數(shù)量較少時，無法形成足夠的CO2來支撐米糕的氣孔結構，米糕質構緊實。隨著酵母量的增加，米糕內部氣孔逐漸增大，質構變疏松。當酵母量過大則會使米糕內部氣孔大而數(shù)量少，質構變差[13]。

圖1 酵母添加量對發(fā)酵糙米糕質構特性的影響Fig.1 Effect of yeast addition on the textural properities of brown rice steam sponge cake

2.1.5 混合發(fā)酵溫度對發(fā)酵糙米糕質構的影響混合發(fā)酵階段固定酵母添加質量分數(shù)為2%，分別在 20、24、28、32、36、40 ℃混合發(fā)酵 2 h， 制作成米糕后測定其質構特性。實驗數(shù)據(jù)經分析后結果如圖2所示，隨著發(fā)酵溫度的升高，發(fā)酵糙米糕的硬度和粘附性的總體趨勢表現(xiàn)為先下降后上升，彈性和凝聚力的趨勢正好相反為先上升后下降。一般情況下，粘度值較大的米糕表現(xiàn)為粘牙甚至糊嘴，彈性值的高低決定了米糕是否爽口，凝聚力較大的米糕相對有嚼勁而凝聚力小的米糕軟爛口感不好。發(fā)酵溫度過低，微生物生長緩慢；發(fā)酵溫度過高，破壞微生物本身結構而失去活性[14]。溫度過高或過低都不利于酵母生長，使得CO2量不足，米糕硬度增大、彈性減小難咀嚼。發(fā)酵溫度為32℃時，有利于酵母生長，硬度和粘附性達到各自的最小值，彈性和凝聚力達到各自的最大值。

圖2 混合發(fā)酵溫度對發(fā)酵糙米糕質構特性的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on the textural properities of brown rice steam sponge cake

2.1.6 混合發(fā)酵時間對發(fā)酵糙米糕質構的影響固定其他發(fā)酵條件同上，混合發(fā)酵時間分別為1、1.5、2、2.5、3、4 h。從圖 3 可以看出隨著發(fā)酵時間的延長，米糕硬度逐漸減小，粘度值先減小后增大，彈性和凝聚力總體變化趨勢為先增大后減小，在發(fā)酵2.5 h時出現(xiàn)最大值。主要原因可能是發(fā)酵時間短酵母產氣不足，隨著發(fā)酵時間延長酵母和乳酸菌對淀粉、蛋白質、脂肪的利用程度加大，小分子物質含量增加[15]，米糕的凝膠性變強[16]，內聚力增大，硬度和粘附性減小。隨發(fā)酵時間繼續(xù)延長，米糕的氣孔結構更加疏松，持氣性變差，彈性和凝聚力下降，粘附性增大。

圖3 混合發(fā)酵時間對發(fā)酵糙米糕質構特性的影響Fig.3 Effectoffermentation timeon thetextural properities of brown rice steam sponge cake

2.2 正交試驗結果與分析

根據(jù)單因素試驗結果，以混合發(fā)酵溫度、混合發(fā)酵時間、酵母添加量為因素，硬度、粘附性和彈性為指標設計正交試驗。表5為正交試驗因素和水平，表6為正交試驗結果。

表5 正交試驗因素水平表Table5 Factorsand levels of orthogonal experiment

對表6進行單變量線性模型分析，表7結果顯示酵母添加質量分數(shù)對硬度影響極顯著，混合發(fā)酵溫度和混合發(fā)酵時間對硬度影響不顯著。各因素影響的大小順序為酵母添加質量分數(shù)＞混合發(fā)酵溫度＞混合發(fā)酵時間。根據(jù)圖4可以看出硬度最小值的組合是32℃發(fā)酵3 h，酵母添加質量分數(shù)為2.5%。

表6 正交試驗結果Table6 Results of orthogonal test

表7 硬度主體間效應的檢驗Table7 Test of inter subjective effect of hardness

圖4 硬度估算邊際均值Fig.4 Marginal mean value of hardness

表8表明混合發(fā)酵溫度和酵母添加量對粘附性影響顯著，混合發(fā)酵時間對粘附性影響極顯著。從圖5可以看出，其中對粘附性的影響大小順序為混合發(fā)酵時間＞混合發(fā)酵溫度＞酵母添加質量分數(shù)。根據(jù)粘附性的估算邊際均值可知，酵母添加質量分數(shù)為2.5%，在36℃下發(fā)酵3 h制作的米糕粘附性最小。

表9所示為彈性主體間效應的檢驗，可以看出酵母添加質量分數(shù)對彈性影響極顯著，混合發(fā)酵溫度和混合發(fā)酵時間對彈性影響不顯著。各因素對彈性影響大小順序為酵母添加質量分數(shù)＞混合發(fā)酵時間＞混合發(fā)酵溫度，圖6顯示彈性最大值的發(fā)酵條件為酵母添加量2.5%，在32℃混合發(fā)酵2 h。

表8 粘附性主體間效應的檢驗Table8 Test of inter subjective effect of adhensiveness

圖5 粘附性估算邊際均值Fig.5 Marginal mean value of adhensiveness

表9 彈性主體間效應的檢驗Table9 Test of inter subjective effect of springiness

圖6 彈性估算邊際均值Fig.6 Marginal mean value of springness

2.3 感官評價結果與分析

根據(jù)以上試驗結果選出3組最佳組合，分別為A2B3C3、A3B3C3、A2B1C3， 對這 3 組發(fā)酵條件下制作的發(fā)酵糙米糕進行感官分析，結果如表10所示，第2組比容稍大于其他2組，但是第3組的香氣、滋味和組織結構以及彈性的評分明顯高于1、2組，綜合評分在3組里最高。所以確定A2B1C3為最佳試驗組合，即酵母添加質量分數(shù)為2.5%，發(fā)酵溫度為32℃發(fā)酵2 h。

表10 3組發(fā)酵糙米糕感官評分對比Table10 Three groups of fermented brown rice cakes sensory score comparison

3 結 語

本試驗用乳酸菌和酵母發(fā)酵糙米漿，制作發(fā)酵糙米糕。以主要風味成分、質構特性和感官品質為評價指標，設計單因素試驗選擇發(fā)酵基本條件并通過正交試驗優(yōu)化發(fā)酵過程，最終確定最佳發(fā)酵工藝條件如下：米漿中加入質量分數(shù)1.2%的乳酸菌在28℃發(fā)酵4 h完成乳酸菌前發(fā)酵過程，后發(fā)酵過程酵母添加質量分數(shù)為2.5%，發(fā)酵溫度為32℃，發(fā)酵時間為2 h。此條件下制作的發(fā)酵糙米糕各項指標評分最高。