三種霉菌發(fā)酵燕麥的工藝優(yōu)化

鹿保鑫，孫靖辰，王 坤，喬 治

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.北大荒現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)省級培育協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江大慶 163319；3.農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全創(chuàng)新平臺食品生物技術(shù)研發(fā)服務(wù)創(chuàng)新團(tuán)隊，黑龍江大慶 163319；4.黑龍江省寶泉嶺農(nóng)墾瑞智農(nóng)業(yè)科技有限公司，黑龍江鶴崗 154211）

燕麥，作為一種全營養(yǎng)谷物，不僅具有豐富的營養(yǎng)元素[1-2]，同時富含β-葡聚糖、類黃酮、皂苷和多酚等活性成分，常年食用具有降血脂、緩解便秘、增強(qiáng)免疫力、控制肥胖等保健作用[3-4]。目前，我國對燕麥產(chǎn)品的深加工程度較低，極大程度上造成了燕麥資源的浪費。因此，對燕麥的研究及燕麥產(chǎn)品的開發(fā)變得尤為重要。

近年來，發(fā)酵谷物食品的風(fēng)靡不僅推動了谷物食品的發(fā)展，還為新型燕麥產(chǎn)品的研發(fā)提供新的思路。微生物發(fā)酵在賦予谷物新風(fēng)味及口感的同時，還能有效改善谷物的生理活性[5-6]。微生物在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生多種水解酶，促使大分子蛋白質(zhì)降解，細(xì)胞壁破壞，營養(yǎng)成分釋放，從而增加了固體基質(zhì)中的游離酚化合物、類黃酮、花色苷、可溶性蛋白質(zhì)等活性成分，能夠有效降低血壓血脂、增強(qiáng)抗氧化活性等[7-9]。Xiao Y等人[10]研究表明，經(jīng)蛹蟲草發(fā)酵后的燕麥具有顯著的抗氧化活性。Wu H等人[11]研究表明，經(jīng)植物乳桿菌B1-6發(fā)酵后的綠豆親水性肽含量及ACE抑制活性顯著提高。Zhang X等人[12]研究表明，經(jīng)黑曲霉發(fā)酵后的苦蕎麥葉片的多酚含量和抗氧化活性顯著提高。因此，利用微生物對燕麥產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)酵不僅具有理論可行性還具有較好的發(fā)展前景。

采用米根霉（Rhizopus oryzae）、米曲霉 （Aspergillus oryzae） 和毛霉（Muco）r結(jié)合固態(tài)發(fā)酵技術(shù)對燕麥進(jìn)行發(fā)酵，對米根霉、米曲霉和毛霉發(fā)酵燕麥（RFO、AFO和MFO） 的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而為功能型燕麥產(chǎn)品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥，大慶市北京華聯(lián)超市提供；米根霉（Rhizopus oryzae），安琪酵母股份有限公司提供；米曲霉（Aspergillus oryzae），濟(jì)寧裕源生物技術(shù)有限公司提供；毛霉（Muco）r，沂水金潤生物技術(shù)有限公司提供；食品級乳酸，南京首德試劑有限公司提供；3,5-二硝基水楊酸，國產(chǎn)分析純。

FA1104A型分析天平，上海壘固儀器有限公司產(chǎn)品；TD5A型離心機(jī)，長沙英泰儀器有限公司產(chǎn)品；C21-SC821型電磁爐，九陽股份有限公司產(chǎn)品；722S型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；303A-2型電熱恒溫培養(yǎng)箱，菏澤市石油化工儀器設(shè)備廠產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 燕麥發(fā)酵工藝流程

精選燕麥→清洗→浸泡→水煮→冷卻→接種→裝于容器→恒溫發(fā)酵→成品。

1.2.2 浸泡時間和蒸煮時間的確定

（1） 浸泡時間的確定。稱取24份30 g的燕麥，稱量后置于燒杯中，燒杯中加入100 mL的蒸餾水于室溫下浸泡。每隔3 h拿3個樣品測定吸水率，觀察樣品的吸水膨脹程度，最終確定浸泡時間。

式中：A2——浸泡后吸干表面水分的燕麥質(zhì)量，g；

A1——燕麥的原始質(zhì)量，g。

（2）蒸煮時間的確定。稱取燕麥300 g，清洗后加入適量的蒸餾水，在室溫下浸泡18 h后，對燕麥進(jìn)行蒸煮，沸騰后每隔3 min進(jìn)行1次檢驗，直至燕麥完全煮熟、有彈性、無白心，確定最佳的蒸煮時間。

1.2.3 感官評定指標(biāo)對產(chǎn)品的外觀、香氣、口感及質(zhì)地進(jìn)行評分。感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官評定標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 單因素試驗

以感官評分為最終指標(biāo)，研究3種霉菌的接種量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度和水分添加量對發(fā)酵燕麥品質(zhì)的影響。

（1）發(fā)酵時間。稱取0.5%（W/W發(fā)酵劑與瀝干燕麥的質(zhì)量比）的米根霉、0.01%（W/W）的米曲霉和0.01%（W/W）的毛霉發(fā)酵劑，分別用10%，10%和12%的蒸餾水（W/W水分質(zhì)量與總質(zhì)量比）混勻后與煮熟的燕麥攪拌均勻，分別在33，25，30℃的溫度下發(fā)酵，發(fā)酵時間設(shè)定為24，28，32，36，40 h。

（2） 接種量。在上述優(yōu)化發(fā)酵時間的基礎(chǔ)上，設(shè)定3種霉菌的接種量（W/W） 分別為0.005%，0.010%，0.050%，0.250%，0.500%，1.000%。分別加入10%，10%和12%的蒸餾水混勻后，分別在33，25，30℃的條件下發(fā)酵燕麥。

（3）發(fā)酵溫度。在上述優(yōu)化發(fā)酵時間和接種量的基礎(chǔ)上，分別加入10%，10%和12%的蒸餾水混勻后，設(shè)定溫度分別為23，25，28，30，33，35℃對燕麥進(jìn)行發(fā)酵。

（4）水分添加量。在上述優(yōu)化發(fā)酵時間、接種量及發(fā)酵溫度的基礎(chǔ)上，設(shè)定水分添加量（W/W）分別為6%，8%，10%，12%和14%對燕麥進(jìn)行發(fā)酵。

1.2.5 正交試驗設(shè)計

以接種量、水分添加量、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度為試驗因素（分別用A，B，C，D表示），以感官評分為指標(biāo)對RFO，AFO和MFO進(jìn)行正交試驗。每組3個重復(fù)。

RFO正交試驗因素與水平設(shè)計見表2，AFO正交試驗因素與水平設(shè)計見表3，MFO正交試驗因素與水平設(shè)計見表4。

表2 RFO正交試驗因素與水平設(shè)計

表3 AFO正交試驗因素與水平設(shè)計

表4 MFO正交試驗因素與水平設(shè)計

1.2.6 理化性質(zhì)測定

（1）樣品前處理。稱取200 g發(fā)酵完畢后攪拌均勻的3種燕麥產(chǎn)品，加入100 mL去離子水，于組織搗碎機(jī)中粉碎均勻，混勻后置于密閉玻璃容器中。

（2）還原糖含量測定。還原糖含量測定根據(jù)吳寒等人[13]的方法。標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖質(zhì)量濃度為0~1.0 mg/mL制作的線性回歸方程為Y=0.609 4X-0.000 5（R2=0.994 8）。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

試驗的數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗的平均值，結(jié)果按照平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)的顯著性進(jìn)行分析，p<0.05為差異性顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡時間和蒸煮時間的篩選

2.1.1 浸泡時間的確定

浸泡時間對吸水率的影響見圖1。

圖1 浸泡時間對吸水率的影響

由圖1可知，燕麥的吸水率隨時間的延長而增大，其中在0~3 h內(nèi)變化最為明顯，在3~18 h變化程度較慢，在18~24 h趨于穩(wěn)定，無顯著變化（p>0.05），證明燕麥已經(jīng)處于吸水飽和的狀態(tài)。因此，確定燕麥的最佳浸泡時間為18 h。此時，燕麥的吸水率最大為62.77%±0.99%。

2.1.2 蒸煮時間的確定

將上述浸泡18 h后的燕麥進(jìn)行蒸煮，經(jīng)過多次煮試，最終確定燕麥的煮熟時間為30 min，此時的燕麥無白心，香甜可口，有嚼勁，有一定的麥香味。

參與工程建設(shè)的各方單位的管理和工作人員，必須讓他們明白水利工程質(zhì)量的重要性。因此需要對他們進(jìn)行質(zhì)量管理教育，設(shè)立相應(yīng)的激勵制度，鼓勵他們提出改善和監(jiān)督質(zhì)量的合理化建議，然后讓他們?nèi)娴貐⑴c到質(zhì)量管理的工作中來。

2.2 單因素結(jié)果分析

2.2.1 發(fā)酵時間對還原糖及感官評分的影響

發(fā)酵時間對還原糖含量和感官評分的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵時間對還原糖含量和感官評分的影響

由圖2可知，經(jīng)過3種霉菌發(fā)酵后燕麥的還原糖含量和感官評分均隨著時間的延長先上升后下降，并在發(fā)酵36 h達(dá)到最大，36 h時RFO，AFO和MFO的還原糖含量分別為36.66±1.82，22.21±0.43，6.99±0.10 g/100 g，感官評分分別為91.80±1.54，87.60±1.74，84.80±2.18分。這可能是由于發(fā)酵初期3種霉菌中的淀粉糖化酶將燕麥中淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖，導(dǎo)致還原糖含量升高。而在發(fā)酵后期，由于發(fā)酵時間過長，霉菌生長繁殖速度過快，導(dǎo)致發(fā)酵燕麥口感變差，飽滿性下降，出現(xiàn)少量的黑色孢子，進(jìn)而感官評分下降。

2.2.2 接種量對還原糖及感官評分的影響

接種量對還原糖含量和感官評分的影響見圖3。由圖3可知，經(jīng)過3種霉菌發(fā)酵后燕麥的還原糖含量和感官評分隨著接種量的增加先上升后下降，圖3（a） 可知，米根霉接種量（W/W） 為0.5%，RFO的還原糖含量達(dá)到最大，為47.56±1.03 g/100 g，此時感官評分為93.70±1.85分；圖3（b）可知，米曲霉接種量（W/W）為0.05%時，AFO的還原糖含量達(dá)到最大，為29.27±0.66 g/100 g，此時感官評分為92.7±1.68分；圖3（c）可知，毛霉接種量（W/W）為0.01%時，MFO的還原糖含量最大，為15.42±0.74 g/100 g，此時感官評分為84.40±3.85分。當(dāng)接種量較低時，霉菌生長不旺盛，分泌淀粉酶較少，淀粉糖化不充分。因此，發(fā)酵燕麥的還原糖含量較低，口感較差。隨著接種量的提高，霉菌會利用營養(yǎng)物質(zhì)繁殖，不利于淀粉的糖化，導(dǎo)致還原糖含量下降、口感變差。

圖3 接種量對還原糖含量和感官評分的影響

2.2.3 發(fā)酵溫度對還原糖感官評分的影響

發(fā)酵溫度對還原糖含量和感官評分的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵溫度對還原糖含量和感官評分的影響

由圖4可知，經(jīng)過發(fā)酵后的3種燕麥的還原糖含量和感官評分均隨著發(fā)酵溫度的升高先上升后下降。RFO，AFO和MFO分別在發(fā)酵溫度33，25和30℃時，還原糖含量和感官評分達(dá)到最高，還原糖含量分別為38.54±0.60，23.39±0.87，8.75±0.42 g/100 g，感官評分分別為90.50±1.50，90.60±1.62，89.30±2.19分。發(fā)酵溫度較低時，霉菌生長緩慢，酶促反應(yīng)速率低，淀粉酶分泌量少，導(dǎo)致還原糖含量較低，口感較差。隨著溫度的升高，菌體繁殖速度過盛，致使霉菌發(fā)酵周期變短，出現(xiàn)早衰現(xiàn)象。在溫度過高時，發(fā)酵燕麥的還原糖含量較低，顆粒飽滿性差，出現(xiàn)少量的孢子，口感較差。

2.2.4 水分添加量對還原糖及感官評分的影響

水分添加量對還原糖含量和感官評分的影響見圖5。

由圖5可知，經(jīng)過發(fā)酵后的3種燕麥的還原糖含量和感官評分隨著水分的增加先上升后下降，RFO，AFO和MFO在水分添加量分別為10%，10%和12%時還原糖含量及口感最優(yōu)，此時的還原糖含量分別為29.15±0.15，2.82±0.81，8.06±0.12 g/100 g，感官評分分別為90.70±1.42，88.90±1.58，89.10±2.12分。在燕麥發(fā)酵的過程中，水分過低不利于霉菌生長，淀粉酶含量代謝較低，發(fā)酵燕麥的還原糖含量較低，口感也較差。而水分過高會抑制霉菌與空氣的接觸，進(jìn)而使得霉菌代謝不完全，因此還原糖含量較低[13]。同時，過高的水分還會使發(fā)酵燕麥滋生其他微生物，導(dǎo)致口感變差，感官評分降低。

圖5 水分添加量對還原糖含量和感官評分的影響

2.3 正交結(jié)果分析

RFOL（93）4正交試驗設(shè)計與結(jié)果見表5，AFOL（93）4正交試驗設(shè)計與結(jié)果見表6，MFO L（934）正交試驗設(shè)計與結(jié)果見表7。

表5 RFO L（934）正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表6 AFO L（934）正交試驗設(shè)計與結(jié)果

由表5可知，對RFO感官評分影響大小順序為因素C>D>A>B，最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度33℃。在此條件下，發(fā)酵的燕麥呈現(xiàn)淡黃色，顆粒飽滿，有燕麥的淡香味和發(fā)酵的香味，酸甜可口，軟硬適中。此時的感官評分為95.37±2.09分，明顯優(yōu)于其他未優(yōu)化工藝。因此，確定RFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度33℃。

同樣，由表6可知，對AFO感官評分影響大小順序為因素D'>C'>A'>B'，最優(yōu)組合為A'1B'2C'2D'2，即米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度25℃。在此條件下，發(fā)酵的燕麥口感最佳，感官評分為94.21±1.32分，優(yōu)于其他未優(yōu)化工藝，能夠確定AFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度25℃。由表7可知，對MFO感官評分影響大小順序為因素C''>A''>D''>B''，最優(yōu)組合為A''2B''2C''2D''2，即毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度30℃。在此條件下，發(fā)酵燕麥的口感最佳，感官評分為91.64±2.25分，優(yōu)于其他未優(yōu)化工藝。因此，確定MFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度30℃。

表7 MFO L（934）正交試驗設(shè)計與結(jié)果

3 結(jié)論

通過試驗得出，RFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為米根霉接種量0.5%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度33℃，在此條件下獲得的燕麥口感最佳，感官評分為95.37±2.09分；AFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為米曲霉接種量0.01%，水分添加量10%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度25℃，在此條件下獲得的燕麥口感最佳，感官評分為94.21±1.32分；MFO的最優(yōu)發(fā)酵工藝為毛霉接種量0.01%，水分添加量12%，發(fā)酵時間36 h，發(fā)酵溫度30℃，在此條件下，燕麥的口感最佳，感官評分為91.64±2.25分。研究采用3種霉菌結(jié)合固態(tài)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵燕麥產(chǎn)品，能夠為新型燕麥產(chǎn)品的研發(fā)提供新的思路。