楊健，孫大慶

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心，大慶 163319）

谷子（Setaria italica）又名粟，是世界上最古老的農(nóng)作物之一。谷子脫殼稱小米（foxtail millet），小米起源于我國黃河流域，主產(chǎn)區(qū)在我國華北及東北地區(qū)，產(chǎn)量占全世界產(chǎn)量20%左右。小米營養(yǎng)豐富、齊全，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)和氨基酸、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)等，各種營養(yǎng)成分比例適宜，消化率很高，因此是食品加工優(yōu)良的原料[1-2]。小米是一種藥食同源的食物，據(jù)中醫(yī)史料記載，小米具有清熱、消渴、利尿等作用，可治脾胃氣弱、食不消化、反胃嘔吐等癥，還可以防止幼兒貧血，對孕婦有安胎助產(chǎn)之功效[3]。

牛乳是人們公認(rèn)的營養(yǎng)價值較為全面的食品，含有豐富的鈣和胡蘿卜素，補(bǔ)充了小米的不足。牛乳經(jīng)過乳酸發(fā)酵后，大部分乳糖被分解轉(zhuǎn)化為乳酸和其他有機(jī)酸，從而更容易被人體吸收利用。經(jīng)常食用發(fā)酵乳制品可提高機(jī)體對磷、鈣、鐵的吸收，防止嬰兒佝僂病，防止老人骨質(zhì)疏松癥[4-6]。

研究以小米和牛乳為原料，將濕磨的小米漿與牛乳混合發(fā)酵，通過單因素實(shí)驗(yàn)和L9（34）正交實(shí)驗(yàn)確定小米乳的最佳發(fā)酵條件和產(chǎn)品配方，并檢測產(chǎn)品中主要營養(yǎng)成分含量與普通酸奶和牛乳的差異，進(jìn)而開發(fā)一種純天然的動、植物蛋白互補(bǔ)的，營養(yǎng)更為全面、配比更為合理的發(fā)酵型小米營養(yǎng)乳制品。

1 材料與方法

1.1 主要原料

小米、白砂糖、牛乳市售；嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 主要儀器和設(shè)備

HR-120 分析天平、DNP-9052 電熱恒溫培養(yǎng)箱、無菌操作工作臺、DTG-H 高壓均質(zhì)機(jī)、LDZX-40 立式自動電熱壓力蒸汽殺菌器、JM-250 膠體磨、TDL-40G 離心機(jī)、K12 全自動定氮儀、S433D 全自動氨基酸分析儀、6810 石墨爐原子吸收分光光度計(jì)等。

1.3 工藝流程

圖1 發(fā)酵小米營養(yǎng)乳生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Fermented millet milk process flow diagram

1.4 實(shí)驗(yàn)主要方法

1.4.1 小米漿的制備

除雜后小米1 kg 加3 kg 水常溫浸泡2 h，小米與水質(zhì)量比調(diào)整為1∶5 進(jìn)行濕磨成漿，煮沸16 min，3 000 rpm 離心棄沉淀，即得小米漿。

1.4.2 小米乳的調(diào)配、均質(zhì)及滅菌

小米漿加入不同比例的標(biāo)準(zhǔn)化牛乳和白砂糖，在20 MPa 下進(jìn)行均質(zhì)，即得小米乳。小米乳在132 ℃維持4 s 進(jìn)行高溫瞬時滅菌。

1.4.3 發(fā)酵劑的制備

將嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌菌種分別接種于滅菌的脫脂乳培養(yǎng)基中，傳代培養(yǎng)三次進(jìn)行菌種復(fù)壯與活化，然后將兩個菌種的第三代培養(yǎng)物2%接種量分別接種于新鮮的脫脂乳培養(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)8 h 后，兩種菌脫脂乳培養(yǎng)液按體積1∶1 混合作為后續(xù)小米乳發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的發(fā)酵劑。

1.4.4 小米乳發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

通過單因素實(shí)驗(yàn)確定白砂糖的最佳添加量，以及小米漿與牛乳配比、接種量、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度的正交實(shí)驗(yàn)范圍值。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）白砂糖添加量對感官評分的影響實(shí)驗(yàn)

將體積比為1∶1 的小米漿與牛乳混合，分別添加小米乳質(zhì)量4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%的白砂糖，均質(zhì)和滅菌后，接種2%發(fā)酵劑，在37 ℃發(fā)酵12 h，通過感官評價確定白砂糖最佳添加量。

（2）小米漿與牛乳配比對感官評分的影響實(shí)驗(yàn)

將小米漿與牛乳按4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4的體積比混合，添加8%白砂糖，均質(zhì)和滅菌后，接種2%發(fā)酵劑，在37 ℃發(fā)酵12 h，通過感官評價確定小米乳與牛乳的正交實(shí)驗(yàn)范圍值。

（3）接種量對感官評分的影響實(shí)驗(yàn)

將體積比為1∶2 的小米漿與牛乳混合，添加8%白砂糖，均質(zhì)和滅菌后，分別接種1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的發(fā)酵劑，在37 ℃發(fā)酵12 h，通過感官評價確定接種量的正交實(shí)驗(yàn)范圍值。

（4）發(fā)酵時間對感官評分的影響實(shí)驗(yàn)

將體積比為1∶2 的小米漿與牛乳混合，添加8%白砂糖，均質(zhì)和滅菌后，接種4%的發(fā)酵劑，在37 ℃下，分別發(fā)酵5、6、7、8、9、10、11 h，通過感官評價確定發(fā)酵時間的正交實(shí)驗(yàn)范圍值。

（5）發(fā)酵溫度對感官評分的影響實(shí)驗(yàn)

將體積比為1∶2 的小米漿與牛乳混合，添加8%白砂糖，均質(zhì)和滅菌后，接種4%的發(fā)酵劑，分別在32、34、36、38、40、42、44 ℃下發(fā)酵10 h，通過感官評價確定發(fā)酵溫度的正交實(shí)驗(yàn)范圍值。

根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過L9（34）正交實(shí)驗(yàn)繼續(xù)優(yōu)化小米漿與牛乳配比、接種量、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度，進(jìn)而確定發(fā)酵型小米乳的最佳發(fā)酵條件和最佳配方。

1.4.5 發(fā)酵小米乳的感官評價

挑選12 名有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生（8 名）和教師（4 名）在感官評價實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品的感官指標(biāo)評價實(shí)驗(yàn)。感官評價指標(biāo)和評分標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 發(fā)酵小米乳感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Fermented millet milk sensory evaluation standard

1.4.6 發(fā)酵小米乳營養(yǎng)成分的測定

蛋白質(zhì)含量的檢測采用凱氏定氮法[7]。

必需氨基酸含量的檢測采用自動氨基酸分析儀[8]。

脂肪含量的檢測采用索氏提取法[9]。

維生素含量采用試劑盒檢測[10]。

微量元素Ca 和Se 的檢測采用原子吸收法[11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 白砂糖添加量對感官評分的影響

圖2 白砂糖添加量對發(fā)酵小米乳感官評分影響Fig.2 Influence of the adding amount of sugar to fermentation millet milk flavor

由圖2 可知，隨著白砂糖添加量的增加，發(fā)酵小米乳感官評價得分先高后低，添加量為8%時，評分值最高。這說明，白砂糖添加量為8%時，產(chǎn)品可以得到酸甜適宜的口感，同時不至于過甜而掩蓋小米乳特有的發(fā)酵風(fēng)味[13]。

2.1.2 小米漿與牛乳配比對感官評分的影響

采用SAS8.2 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，F(xiàn)=17 472.4，P＜0.000 1，說明不同的小米漿與牛乳配比對小米乳感官評分有顯著的影響，由圖3 可知，隨著牛乳量的增加，評分值不斷升高，當(dāng)兩者配比為2∶1、1∶1、1∶2時，評分值變化不大，差異不顯著，而兩者配比中小米漿的添加量降低到一定程度，評分值也隨之降低。因此，選擇小米漿與牛乳的配比2∶1、1∶1、1∶2 為正交實(shí)驗(yàn)的范圍值進(jìn)一步優(yōu)化。

圖3 小米漿與牛乳配比對發(fā)酵小米乳感官評分影響Fig.3 Influence of the ratio of millet pulp and milk to fermentation millet milk flavor

2.1.3 接種量對感官評分的影響

采用SAS8.2 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，F(xiàn)=2 754.35，P＜0.000 1，說明不同的接種量對小米乳感官評分有顯著的影響，由圖4 可知，隨著接種量增加，評分值不斷升高，當(dāng)接種量為2%、4%、6%時，評分值變化緩慢，差異不顯著，而接種量繼續(xù)增加，評分值也隨之降低。因此，選擇接種量2%、4%、6%為正交實(shí)驗(yàn)的范圍值進(jìn)一步優(yōu)化。

圖4 接種量對發(fā)酵小米乳感官評分影響Fig.4 Influence of the inoculation amount to fermentation millet milk flavor

2.1.4 發(fā)酵時間對感官評分的影響

采用SAS8.2 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，F(xiàn)=1 597.69，P＜0.000 1，說明不同的發(fā)酵時間對小米乳感官評分有顯著的影響，由圖5 可知，隨著發(fā)酵時間的增加，評分值不斷升高，當(dāng)發(fā)酵時間為8、9、10 h 時，評分值變化緩慢，差異不顯著，而當(dāng)發(fā)酵時間繼續(xù)增加，評分值隨之降低。因此，選擇發(fā)酵時間8、9、10 h 為正交實(shí)驗(yàn)的范圍值進(jìn)一步優(yōu)化。

圖5 發(fā)酵時間對發(fā)酵小米乳感官評分影響Fig.5 Influence of the the fementation time to fermentation millet milk flavor

2.1.5 發(fā)酵溫度對感官評分的影響

采用SAS8.2 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，F(xiàn)=22 023.6，P＜0.000 1，說明不同的發(fā)酵溫度對小米乳感官評分有顯著的影響，由圖6 可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，評分值不斷升高，當(dāng)發(fā)酵溫度為38、40、42 ℃時，評分值變化緩慢，差異不顯著，而當(dāng)發(fā)酵溫度繼續(xù)增加，評分值隨之降低。因此，選擇發(fā)酵溫度38、40、42 ℃為正交實(shí)驗(yàn)的范圍值進(jìn)一步優(yōu)化。

圖6 發(fā)酵溫度對發(fā)酵小米乳感官評分影響Fig.6 Influence of the the fementation temparature to fermentation millet milk flavor

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化小米乳發(fā)酵條件和產(chǎn)品配方，實(shí)驗(yàn)編碼表如表2 所示，實(shí)驗(yàn)安排及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表2 因素水平表Table 2 Table of factors and levels

表3 實(shí)驗(yàn)安排以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Design of experiment and its results

根據(jù)表3 中極差R 值的大小，進(jìn)行因素影響程度的比較，發(fā)現(xiàn)A、B、C、D 四因素對實(shí)驗(yàn)的影響順序?yàn)椋篈＞B＞C＞D，即小米漿與牛乳配比＞溫度＞時間＞接種量。對表3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)方差分析表Table 4 Variance analysis of the experiment

經(jīng)方差分析可知：A 因素（小米漿與牛乳配比）對小米乳飲料的感官評定值的影響極顯著，B 因素（溫度）對評定值的影響顯著，而C 因素和D 因素對實(shí)驗(yàn)無顯著影響。由表2 和3 結(jié)果可知，最佳的工藝優(yōu)化組合為A3B3C1D1，因此，發(fā)酵小米營養(yǎng)乳的最佳發(fā)酵條件為溫度42 ℃、時間8 h、接種量2%，產(chǎn)品最佳配方為小米漿與牛乳配比為1∶2，白砂糖添加量8%。

2.3 發(fā)酵小米乳營養(yǎng)成分分析

發(fā)酵小米乳主要營養(yǎng)成分含量檢測結(jié)果，以及與小米、牛乳和酸奶營養(yǎng)成分對比情況如表5 所示。將表5 中發(fā)酵小米乳與牛乳和酸奶的主要營養(yǎng)成分含量數(shù)據(jù)對比可知，發(fā)酵小米乳的主要營養(yǎng)成分幾乎均高于牛乳和酸奶，其中由于小米中維生素A、維生素B1、維生素E 和Se 元素含量極高，因此與牛乳和酸奶相比，發(fā)酵小米乳中這四種營養(yǎng)素的含量分別提高了1.2 倍和1.0 倍、4.3 倍和6 倍、3.3 倍和6.5倍、14.8 倍和16.6 倍。將表5 中四種食品營養(yǎng)素含量與中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量進(jìn)行比較可知，發(fā)酵小米乳比小米、牛乳和酸奶的主要營養(yǎng)成分含量更接近于參考攝入量，其營養(yǎng)成分配比更趨于合理。

表5 主要營養(yǎng)成分含量Table 5 Content of main nutritional ingredient

研究發(fā)酵小米乳必需氨基酸含量檢測結(jié)果，以及與小米、牛乳和酸奶中必需氨基酸含量對比情況如表6 所示。由表6 中可知，發(fā)酵小米乳必需氨基酸含量均高于酸奶中必需氨基酸含量，并且除苯丙氨酸、異亮氨酸和賴氨酸含量稍低于牛乳以外，其余5種必需氨基酸均高于牛乳。由于牛乳中賴氨酸含量高于小米，將兩者混合發(fā)酵制成的發(fā)酵小米乳在一定程度上彌補(bǔ)了小米本身賴氨酸含量不足的缺陷[14]，使發(fā)酵小米乳產(chǎn)品必需氨基酸的含量和配比更接近于FAO/WHO 的推薦量，是一種必需氨基酸齊全、配比合理的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)食品。

表6 八種必需氨基酸含量Table 6 Content of eight essential amino acids

3 結(jié)論

通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)確定了發(fā)酵小米乳產(chǎn)品的最佳發(fā)酵條件和產(chǎn)品配方。其最佳發(fā)酵條件為溫度42 ℃、時間8 h、接種量2%；產(chǎn)品最佳配方為小米漿與牛乳配比為1∶2，白砂糖添加量8%。

發(fā)酵小米乳主要營養(yǎng)成分和必需氨基酸齊全、配比合理。通過發(fā)酵小米乳營養(yǎng)成分含量的檢測，以及與小米、牛乳和酸奶營養(yǎng)成分的對比可知，發(fā)酵小米乳營養(yǎng)成分和必需氨基酸齊全，含量豐富，其各營養(yǎng)素和必需氨基酸配比接近中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量和FAO/WHO 推薦量，是一種理想健康的全營養(yǎng)食品，適宜各年齡段人群食用，尤其適合于老年人、嬰幼兒及孕婦等人群食用[15]。

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