王 然

（1.長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與生物技術(shù)分院，吉林 長春 130033；2.吉林大學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林 長春 130022）

2017年，中國啤酒產(chǎn)量約為4 401 000 kL，穩(wěn)居世界首位。然而，啤酒加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物占生產(chǎn)投料量的25%～33%[1]，大規(guī)模的啤酒產(chǎn)量必然產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。啤酒糟是啤酒加工糖化工序中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物，主要為麥芽皮殼類物質(zhì)，占啤酒加工總副產(chǎn)物的85%。有研究表明，干燥的啤酒糟中含有蛋白質(zhì)24%～28%、膳食纖維55%～61%、脂肪8%～11%、糖1%～3%以及灰分3%～5%[1]，其各營養(yǎng)成分的含量與谷物相近，同時(shí)，啤酒糟不易貯存，如果處置不當(dāng)，極容易造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[2]。啤酒糟富含膳食纖維，其中水溶性膳食纖維約占40%，不溶性膳食纖維約占60%。水溶性膳食纖維可以作為益生元，為腸道內(nèi)的益生菌所利用，有助于腸道菌群平衡，促進(jìn)腸道健康[3-4]；不溶性膳食纖維能吸收水分，軟化糞便，增加糞便體積，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，使有害物質(zhì)隨糞便盡早排出體外[5]。

目前，國內(nèi)外有研究已經(jīng)將啤酒糟應(yīng)用于飼料[6]、食品添加劑[7-8]、生物活性物質(zhì)[9]以及能源[10]等方面，然而，研究將啤酒糟作為主要原料進(jìn)行食品加工，還鮮見報(bào)道。酸奶營養(yǎng)豐富并具有整腸作用，能促進(jìn)腸道健康；富含膳食纖維的復(fù)合型酸奶在調(diào)節(jié)胃腸功能、促進(jìn)腸道健康等方面更具保健價(jià)值。目前，市面上復(fù)合型酸奶的膳食纖維主要來源于谷物，然而啤酒糟中主要營養(yǎng)成分的種類及膳食纖維含量均可以與多數(shù)谷物相媲美，將其作為原料應(yīng)用于酸奶的加工中，不僅能降低復(fù)合型酸奶的原料成本，還能賦予酸奶獨(dú)特的風(fēng)味。本研究將啤酒糟應(yīng)用于發(fā)酵乳制品的加工中，通過優(yōu)化產(chǎn)品發(fā)酵工藝條件，將啤酒糟和乳制品共同進(jìn)行發(fā)酵，制備啤酒糟酸奶，既為啤酒糟的綜合利用提供新思路，又為新型發(fā)酵乳制品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

啤酒糟：自制；鮮牛乳：完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司；果葡糖漿：中糧生化能源（公主嶺）有限公司；酸奶發(fā)酵劑：北京川秀科技有限公司；鹽酸、瓊脂粉、無水乙醚：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司；蛋白胨、牛肉粉：北京奧博星生物技術(shù)有限公司。所有化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JM-060膠體磨：溫州市七星乳品設(shè)備廠；101鼓風(fēng)干燥箱：上海昕儀儀器儀表有限公司；CRS300實(shí)驗(yàn)室乳化機(jī)：上海馳翔新能源設(shè)備科技有限公司；GNP9080恒溫培養(yǎng)箱：常州菲普實(shí)驗(yàn)儀器廠；SW-CJ-1D超凈工作臺：蘇州凈化設(shè)備有限公司；HH-W600電熱恒溫水浴箱：金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 啤酒糟酸奶的加工工藝及操作要點(diǎn)[11]

啤酒糟粉的制備：使用膠體磨對新鮮的啤酒糟進(jìn)行研磨，粉碎至粒度＜0.5 mm，然后將粉碎后的啤酒糟置于140℃烘箱中，進(jìn)行干燥處理20 min，制成啤酒糟粉。

調(diào)配：將啤酒糟粉4%～8%添加到牛乳中，再向其中加入果葡糖漿8%～10%，并攪拌均勻。

熱處理：將乳液加熱至100℃，保溫2 min，然后在85℃的條件下，保溫5 min。

加發(fā)酵劑：熱處理后，將乳液冷卻至42℃，加入0.1%酸奶發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=2∶1），攪拌均勻。

發(fā)酵：將乳液置于恒溫培養(yǎng)箱中，在40～44℃條件下，發(fā)酵8～10 h；在發(fā)酵的過程中，酸奶樣品的組織狀態(tài)由流動(dòng)的液態(tài)逐漸變得粘稠，最后形成固態(tài)凝塊，這時(shí)酸奶發(fā)酵完成。

后熟：將發(fā)酵完成的酸奶樣品置于4℃的條件下冷藏后熟18 h，即得啤酒糟酸奶。

1.3.2 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件的確定

以酸度值和感官評分為評價(jià)指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和模糊綜合評價(jià)法研究啤酒糟添加量（O）、果葡糖漿添加量（P）、發(fā)酵溫度（Q）和發(fā)酵時(shí)間（R）4個(gè)因素對酸奶感官質(zhì)量的影響，并確定最適宜發(fā)酵工藝條件。在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行4因素3水平L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素與水平見表1[12-13]。

表1 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of yogurt with brewer's spent grain

1.3.3 啤酒糟酸奶感官質(zhì)量評價(jià)方法

選擇10名感官評定人員分別對啤酒糟酸奶從顏色、組織狀態(tài)、滋味和口感等四個(gè)方面進(jìn)行感官評分，每項(xiàng)指標(biāo)1分為最低分，10分為最高分，感官評分滿分為40分，每個(gè)酸奶樣品的感官評分為所有評定人員評分結(jié)果的平均值，具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2[14-17]。

表2 啤酒糟酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of brewer's spent grain yogurt

1.3.4 啤酒糟酸奶模糊綜合評價(jià)法

試驗(yàn)以啤酒糟酸奶顏色、組織狀態(tài)、滋味和口感為因素集，以優(yōu)、良、中、差為評語集，依據(jù)感官評價(jià)結(jié)果，構(gòu)造四個(gè)單因素評價(jià)矩陣模型，采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法對模型進(jìn)行分析[18-20]。

因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝=｛顏色，組織狀態(tài)，滋味，口感｝；評語集V=｛v1，v2，v3，v4｝=｛優(yōu)，良，中，差｝。四個(gè)評價(jià)因素（顏色、組織狀態(tài)、滋味、口感）的權(quán)重系數(shù)A=｛a1，a2，a3，a4｝將依據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果確定。

模糊綜合評價(jià)模型B=A×R，其中B為綜合評價(jià)集，A為權(quán)重系數(shù)，R為模糊矩陣。針對正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的九個(gè)酸奶樣品，依據(jù)表2中四項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，品評員對啤酒糟酸奶樣品逐一進(jìn)行感官評分，并確定每項(xiàng)評分隸屬的等級，然后將所有品評員的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，得到九個(gè)四階模糊關(guān)系矩陣Ri（其中i為樣品編號）。

1.3.5 啤酒糟酸奶理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)測定

參照GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》、GB 4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》，對啤酒糟酸奶的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、酸度、微生物限量以及乳酸菌活菌數(shù)進(jìn)行檢測，其中，啤酒糟酸奶的蛋白質(zhì)含量的測定采用凱氏定氮法、脂肪含量的測定采用堿水解法、酸度測定采用電位滴定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果分析

以啤酒糟添加量、果葡糖漿添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間為因素，以酸度值和感官評分為評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)，重復(fù)操作3次，結(jié)果取平均值，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3。

表3 啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of yogurt with brewer's spent grain

由表3可知，根據(jù)極差值1數(shù)據(jù)結(jié)果，啤酒糟酸奶酸度的影響因素的主次順序?yàn)镽＞Q＞O＞P，其中發(fā)酵時(shí)間對成品感官品質(zhì)影響最大；根據(jù)極差值2數(shù)據(jù)結(jié)果，啤酒糟酸奶感官評分影響因素的主次順序?yàn)镺＞Q＞P＞R，其中啤酒糟添加量對成品感官品質(zhì)影響最大。以酸度為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，最佳發(fā)酵工藝條件組合為O1P3Q2R3，啤酒糟酸奶的酸度值為84.8°T，感官評分為38.5分。以感官評分為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，最佳發(fā)酵工藝條件組合為O1P2Q2R2，啤酒糟酸奶的酸度值為79.4°T，感官評分為36.3分。綜合考慮上述優(yōu)化結(jié)果，以酸度為指標(biāo)得到的優(yōu)化結(jié)果，制備啤酒糟酸奶，其感官評分相對較高，因此，選擇以酸度為評價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)最優(yōu)組合O1P3Q2R3，即啤酒糟添加量4%，果葡糖漿添加量10%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時(shí)間10 h。此最佳發(fā)酵條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，啤酒糟酸奶的酸度為84.8°T，感官評分為38.5分。

2.2 模糊綜合評價(jià)法分析

根據(jù)表2感官評分標(biāo)準(zhǔn)，由10名感官評價(jià)人員對不同配方和工藝參數(shù)的啤酒糟酸奶進(jìn)行感官評價(jià)，評價(jià)具體結(jié)果見表4。在10人對啤酒糟酸奶的評分結(jié)果中，以1號樣品顏色為例，5人選擇優(yōu)，3人選擇良，1人選擇中，0人選擇差，所以得到：r顏色=（0.5，0.3，0.1，0）；同理，得到：r組織狀態(tài)=（0.6，0.3，0.1，0）、r滋味=（0.4，0.3，0.2，0.1）、r口感=（0.6，0.3，0.1，0），因此，1號樣品的評價(jià)結(jié)果矩陣為

同理可以得出2號樣品至9號樣品的8個(gè)模糊矩陣：

表4 啤酒糟酸奶感官評價(jià)票數(shù)Table 4 Sensory evaluation grading votes of yogurt with brewer's spent grain

2.3 建立模糊關(guān)系綜合評價(jià)集

根據(jù)模糊綜合評價(jià)模型B=A×R，其中權(quán)重系數(shù)A依據(jù)表3正交試驗(yàn)分析結(jié)果確定，正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析得出，影響感官評價(jià)因素的主次順序?yàn)镺＞Q＞P＞R，即啤酒糟添加量＞發(fā)酵溫度＞果葡糖漿添加量＞發(fā)酵時(shí)間，因此確定影響感官評價(jià)的各因素組成權(quán)重系數(shù)A=（0.5，0.1，0.3，0.1）。

同理得到：B2=（0.79，0.21，0，0），B3=（0.48，0.30，0.16，0.06），B4=（0.37，0.36，0.13，0.14），B5=（0.35，0.34，0.15，0.16），B6=（0.34，0.30，0.21，0.15），B7=（0.22，0.33，0.18，0.27），B8=（0.26，0.32，0.22，0.20）；B9=（0.24，0.21，0.31，0.24）。

為得出模糊綜合評價(jià)的總分，設(shè)定感官評價(jià)等級分值：優(yōu)為38分，良為28分，中為16分，差為6分，建立感官評價(jià)特殊性數(shù)集V=（38，28，16，6），則啤酒糟酸奶模糊綜合評價(jià)總分為Ti=Bi×V（i=1，2，3，…，9），因此，T1=B1×V=（0.49，0.30，0.13，0.03）×（38，28，16，6）=29.28，同理，T2=35.9，T3=29.56，T4=27.06，T5=26.18，T6=25.58，T7=22.10，T8=23.56，T9=21.4。

根據(jù)上述模糊綜合評價(jià)總分，可以發(fā)現(xiàn)，只有2號樣品的感官評分接近等級優(yōu)，其他樣品接近等級良或中，沒有樣品為差級。九個(gè)樣品感官品質(zhì)優(yōu)劣排序?yàn)?號＞3號＞1號＞4號＞5號＞6號＞8號＞7號＞9號。因此，根據(jù)模糊綜合評價(jià)法，啤酒糟酸奶的最適宜配方及加工工藝組合為O1P2Q2R2，即啤酒糟添加量為4%，果葡糖漿添加量為9%，發(fā)酵溫度為42℃，發(fā)酵時(shí)間為9 h。

模糊綜合評價(jià)法計(jì)算結(jié)果與以感官評分為評價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)法得出的最適宜配方及工藝參數(shù)結(jié)果一致；與以酸度為指標(biāo)的正交試驗(yàn)法得出的最適宜配方結(jié)果不完全一致。根據(jù)模糊綜合評價(jià)法的計(jì)算結(jié)果可知，利用模糊綜合評價(jià)法對影響啤酒糟酸奶品質(zhì)的啤酒糟添加量、果葡糖漿添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行分析，具有減少人為主觀因素影響，適合多樣品感官品質(zhì)評價(jià)間差異的優(yōu)勢特點(diǎn)；模糊綜合評價(jià)結(jié)果不僅反應(yīng)了酸奶樣品客觀的品質(zhì)，同時(shí)也能貼近評價(jià)者的實(shí)際感官感受，因此，評價(jià)結(jié)果相對符合客觀規(guī)律，也說明了本研究感官評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4 啤酒糟酸奶質(zhì)量分析

根據(jù)以酸度為評價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)法得出的最優(yōu)組合O1P3Q2R3，制成的啤酒糟酸奶進(jìn)行質(zhì)量分析。啤酒糟酸奶成品感官評分38.5分，其蛋白質(zhì)含量2.6 g/100 g、脂肪含量2.5 g/100 g，酸度84.8 °T，乳酸菌數(shù)為3.3×106CFU/g，未檢出大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌，啤酒糟酸奶各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》及GB 4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》的要求。

3 結(jié)論

本研究采用正交試驗(yàn)結(jié)合模糊綜合評價(jià)法優(yōu)化啤酒糟酸奶發(fā)酵工藝條件，利用數(shù)學(xué)模型分析和論證感官評價(jià)結(jié)果，使優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果更具科學(xué)性，得出啤酒糟酸奶最適宜發(fā)酵工藝條件：啤酒糟添加量為4%，果葡糖漿添加量為10%，發(fā)酵溫度為42℃，發(fā)酵時(shí)間為10 h。以此優(yōu)化條件下制備的啤酒糟酸奶，感官評分為38.5分，其蛋白質(zhì)含量為2.6 g/100 g、脂肪含量為2.5 g/100 g，酸度為84.8 °T，乳酸菌數(shù)為3.3×106CFU/g，未檢出致病菌；酸奶樣品富含膳食纖維，酸甜可口，具有特異性的發(fā)酵風(fēng)味，是一種營養(yǎng)豐富、具有積極開發(fā)價(jià)值的發(fā)酵乳制品。