陸步詩，李新社，戴苑媛，殷海艷，謝 洪

（邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南邵陽 422000）

玉米芯是玉米果穗去籽脫粒后的穗軸，占玉米穗重量的20%～30%[1]，多作為廢棄物丟棄。但玉米芯營養(yǎng)成分十分豐富，除含有31%～35%的纖維素、36%～41%的半纖維素、18%～21%的木質(zhì)素等[2]主要成分外，還含有粗蛋白、粗脂肪、糖類、礦物質(zhì)等[3]，因此具有潛在的利用價(jià)值。近年來，許多研究者對(duì)玉米芯的開發(fā)利用進(jìn)行了大量研究，集中在利用物理、化學(xué)的方法對(duì)玉米芯進(jìn)行處理獲得目的產(chǎn)物，如：羅鵬等[4]利用超臨界二氧化碳及超聲波預(yù)處理玉米芯制備還原糖；吳曉斌等[5]采用稀鹽酸和硝酸水解玉米芯生產(chǎn)木糖；徐艷陽等[6]利用微波輔助提取玉米芯中木聚糖；賴富饒等[7]利用超聲提取甜玉米芯多酚；張靜文等[8]利用玉米芯提取多糖；李志松等[9]利用玉米芯制備糠醛；賈玲等[10]利用有機(jī)酸提取玉米芯木質(zhì)素。利用微生物發(fā)酵玉米芯的研究有：何海燕等[11]利用玉米芯發(fā)酵生產(chǎn)黃原膠；林逸君等[12]研究利用Clostridium thermocellum與Clostridium beijerinckii偶聯(lián)發(fā)酵玉米棒芯生產(chǎn)丁醇；蔣興等[13]利用玉米芯同步糖化發(fā)酵產(chǎn)生產(chǎn)2,3-丁二醇；王晨霞等[14]利用酸水解玉米芯進(jìn)行酒精發(fā)酵生產(chǎn)；李永蓮等[15]利用酶法降解玉米芯制備燃料乙醇。而利用微生物發(fā)酵玉米芯生產(chǎn)低醇飲料未見有報(bào)道。

發(fā)酵低醇飲料是以水果汁、果蔬汁為原料，通過特殊菌種適當(dāng)發(fā)酵而成的一種酒精度一般在0.5%vol～7.0%vol 的低度飲品[16]，因酒精含量低，能促進(jìn)血液循環(huán)，減少血管中脂肪沉積，符合綠色健康消費(fèi)趨勢(shì)而備受消費(fèi)者歡迎。因此，以玉米芯為原料發(fā)酵生產(chǎn)低醇飲料，產(chǎn)品既有酒的風(fēng)味，又有玉米的香氣和營養(yǎng)，具有一定的市場(chǎng)前景。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

原料：玉米芯采集于湖南邵陽市新邵縣。

菌種：安琪酵母，湖北安琪酵母股份有限公司。

纖維素酶：河南祥盛食品配料有限公司，酶活為10萬U/g。

試劑：氫氧化鈉、蔗糖均為食品級(jí)商品，其他試劑均為市售分析純商品。

儀器設(shè)備：電熱鼓風(fēng)干燥箱101-2AB 型，天津市泰斯特儀器有限公司；高速萬能粉碎機(jī)FW400A，北京科偉永興儀器有限公司；電子恒溫水浴鍋CZKW-4，北京中興偉業(yè)儀器公司；立式自動(dòng)壓力蒸汽滅菌鍋C154DWS，致微（廈門）儀器有限公司；隔水培養(yǎng)箱GH4500，天津市泰斯特儀器有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱DH-360 型，北京科偉永興儀器有限公司。

1.2 工藝流程及操作要點(diǎn)

試驗(yàn)采用工藝流程及操作要點(diǎn)見圖1。

原料預(yù)處理：選擇尺寸均勻一致、無霉變的玉米芯，洗凈后置于75 ℃干燥箱中烘24 h 至水分含量恒定，用高速萬能粉碎機(jī)將其粉碎后過40 目篩,備用。

纖維素酶降解：稱取一定量玉米芯粉末，于121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min 后冷卻，添加一定量的纖維素酶，在一定的條件下（pH 值、溫度、時(shí)間）水解糖化。

菌種活化：無菌稱取20 g安琪干酵母置于500 mL無菌錐形瓶中，加400 mL 2%蔗糖溫開水（38 ℃）溶液，攪拌溶解后，置于恒溫水浴鍋中保持30 min，每隔5 min搖1次。

發(fā)酵：添加一定量的酵母菌活化種至玉米芯的纖維素酶水解糖化液中，在一定溫度下發(fā)酵一定時(shí)間。

成品殺菌：將產(chǎn)品分裝至干凈、密封性良好的玻璃瓶中，擰緊瓶蓋，于80 ℃的條件下滅菌10 min。

1.3 檢測(cè)方法

還原糖的測(cè)定：按GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測(cè)定》執(zhí)行。

理化指標(biāo)檢測(cè)：參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》?？偺牵ㄒ钥扇苄蕴怯?jì)）采用手持糖度儀法；總酸采用滴定法；酒精度采用酒精比重計(jì)法。

微生物指標(biāo)檢測(cè)：參照GB 2758—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵酒及其配制酒》。

1.4 感官評(píng)分

選10名食品專業(yè)人員，根據(jù)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，從香氣、色澤、口感、外觀形態(tài)4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維素酶降解玉米芯的最佳條件

取9 個(gè)500 mL 三角瓶，分別稱取10 g 玉米芯，加入120 mL 蒸餾水，用氫氧化鈉（食品級(jí)）溶液調(diào)節(jié)pH 為4.8，添加一定的纖維素酶解液，在一定的溫度下酶解一段時(shí)間。設(shè)定纖維素酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間為3個(gè)變量，每個(gè)變量取3個(gè)水平進(jìn)行3 因素3 水平正交試驗(yàn)，通過檢測(cè)還原糖含量確定最佳酶解條件，正交試驗(yàn)因素水平見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表3。

圖1 工藝流程圖

表1 玉米芯低醇飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2 酶解正交試驗(yàn)因素水平表

表3 酶解正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

由表3 直觀分析可知，各因素的主次順序?yàn)锳＞C＞B，即對(duì)還原糖產(chǎn)量影響最大的是纖維素酶添加量，其次是纖維素酶降解時(shí)間，纖維素降解溫度影響較小。纖維素酶降解玉米芯的最佳組合為A2B1C1，即纖維素酶添加量為0.05%，酶解溫度為35 ℃，酶解時(shí)間為42 h。在此條件下所得酶解液中還原糖含量為5.232 g/L。

對(duì)酶解正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 酶解正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

由表4 方差分析可知，F(xiàn)0.01＜FA＞F0.05，表明A因子水平的改變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響。B、C因子水平的改變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著；F0.01＜FA×B＞F0.05，F(xiàn)0.01＜FA×C＞F0.05，表明因子A 與B、A 與C的交互作用顯著，因子B 與C 的交互作用不顯著。因此，在利用纖維素酶降解玉米芯時(shí)，應(yīng)控制好纖維素酶添加量，以保證降解液中還原糖的含量。

2.2 玉米芯低醇飲料發(fā)酵的最佳條件

在最佳條件下利用纖維素酶降解玉米芯，獲得玉米芯酶解液并發(fā)酵生產(chǎn)低醇飲料。設(shè)定酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間為3 個(gè)變量，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分，確定最佳發(fā)酵條件。正交試驗(yàn)因素水平見表5，正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表6。

表5 發(fā)酵正交試驗(yàn)因素水平表

表6 發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

由表6 直觀分析可知，各因素的主次順序?yàn)镃＞A＞B，即對(duì)感官評(píng)分影響最大的是發(fā)酵時(shí)間，其次是酵母菌接種量，發(fā)酵溫度影響較小。發(fā)酵的最佳組合為A2B1C2，即酵母菌接種量為6%，發(fā)酵溫度為28 ℃，發(fā)酵時(shí)間為48 h。

對(duì)發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表7。

由表7 方差分析可知，F(xiàn)0.05＜FC＞F0.1，表明C 因子水平的改變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的影響。A、B因子水平的改變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著；F0.05＜FA×C＞F0.1，表明因子A 與C具有一定的交互作用，因子A 與B，B 與C 的交互作用不顯著。因此，發(fā)酵玉米芯纖維素酶降解液生產(chǎn)低醇飲料時(shí)，應(yīng)控制好發(fā)酵時(shí)間。

表7 發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.3 玉米芯低醇飲料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

在最佳條件下利用纖維素酶降解玉米芯后在最佳條件下發(fā)酵生產(chǎn)低醇飲料，并對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見表8；參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，對(duì)產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表9；參照GB 2758—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵酒及其配制酒》，對(duì)產(chǎn)品微生物指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表10。

表8 感官評(píng)價(jià)

表9 理化指標(biāo)

表10 微生物指標(biāo)

由表8、表9、表10 檢測(cè)結(jié)果可知，玉米芯低醇飲料符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

通過本試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

纖維素酶降解玉米芯的最佳條件：纖維素酶添加量為0.05%，酶解溫度為35 ℃，酶解時(shí)間為42 h，酶解pH 值為4.8，在此條件下所得酶解液中還原糖的含量為5.232 g/L。

發(fā)酵玉米芯酶解液生產(chǎn)低醇飲料的最佳條件為：酵母菌接種量為6%，發(fā)酵溫度為28 ℃，發(fā)酵時(shí)間為48 h，在最佳條件下產(chǎn)品感官評(píng)分為90分。