燕麦作为一种全价营养谷物，满足了当代居民对膳食“天然、绿色、健康”的更高追求[1]。有报道称具有特殊组织结构的皮层是谷物中难消化的成分，但却富含膳食纤维、维生素、植酸和β-葡聚糖[2]，燕麦全谷正是如此。近年来，国内外对燕麦的营养价值和保健功能的研究日益增多，燕麦产品的开发随之受到更多的关注[3-6]。国内市场的燕麦产品以初加工食品为主，如燕麦粉、燕麦片、燕麦面条等，但燕麦的深加工产品研究较少，亟需增强对燕麦产品的开发，以此来提高燕麦的利用率[1，7]。有研究表明，酶解后进行微发酵不仅能使燕麦中的营养成分得到充分的利用[2]，还可以增加燕麦的附加值。一方面，酶解可提高燕麦中的可溶性膳食纤维和游离酚的含量，降低燕麦溶解的稠度[8]。另一方面，在微发酵过程中通过菌种代谢产生新的活性物质，如氨基酸、酶、维生素、酚类等，促进燕麦抗氧化、调节肠道平衡、增强免疫等功能，除此以外还可产生丰富的风味物质[9]。
目前，微发酵是开发谷物产品的研究热点[10-12]，且乳酸菌在食品领域应用价值极高[13]。由于单一菌种发酵的产品通常风味较单一[14]，故采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌协同作用。李凤林等[15]以玉米籽粒为主要原料制备澄清型玉米发酵饮料，通过试验确定出玉米水解液乳酸（德氏乳杆菌保加利亚种与嗜热乳酸链球菌按1∶1混合）发酵最佳条件。谢小瑜[16]以黑米和红枣为主要原料，通过乳酸菌（保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌体积比3∶2）发酵制成含有活菌的发酵饮品。再者，稳定剂的添加对饮品的稳定性至关重要，且稳定剂复合使用的效果更佳[17]。本试验在酶解后，添加适量稳定剂调配，而后进行微发酵工艺，得到了营养丰富、口感优良的燕麦全谷微发酵饮品。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
燕麦粒：张家口万绿田园燕麦食品有限公司；高温α-淀粉酶（3 000 U/mL）、葡萄糖淀粉酶（3 500 U/mL）、羟甲基纤维素钠、海藻酸钠、黄原胶（食品级）：上海源叶生物科技有限公司；保加利亚乳杆菌（CICC6032）、嗜热链球菌（BZW23104）：南京便诊生物科技有限公司；葡萄糖、苯酚、酒石酸钾钠、邻苯二甲酸氢钾、无水乙醇（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；3，5-二硝基水杨酸（分析纯）：上海科丰实业有限公司；酚酞（分析纯）：天津市恒兴化学试剂制造有限公司。
1.2 仪器与设备
TD5A-WS低速离心机：杭州三永德仪器仪表有限公司；TU-1810紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；FXB303-1电热恒温培养箱：上海树立仪器仪表有限公司；FJ200高速分散均质机：上海索映仪器设备有限公司；TGL-16M台式高速离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；JS-500双目生物显微镜：北京京昊永成商贸有限公司；ORION 3STARpH计：广州市博泰科技仪器有限公司；MN-2000自动门尼黏度计：上海德杰仪器设备有限公司；YC7000离子色谱仪：青岛埃仑通用科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 燕麦酶解液的制备
取燕麦全谷，粉碎过筛，加水使得料液比为1∶12（g/mL），磨浆；加 0.2%高温 α-淀粉酶 90℃反应60 min，使淀粉水解为糊精、麦芽糖以及低聚糖等；灭酶后，加0.25%葡萄糖淀粉酶60℃反应5 h，使淀粉和麦芽糖等分解为葡萄糖；均质后添加0.10%羟甲基纤维素钠，0.04%海藻酸钠，0.06%黄原胶。
1.3.3 发酵
将燕麦酶解液均质后，115℃高压灭菌15 min。灭菌后将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌以1∶1的体积比混合。以100 mL糖化处理后的燕麦酶解液为发酵基质，接种量为3%，蔗糖添加量为9%，发酵温度为37℃，发酵5 h。
1.4 试验设计
1.4.1 单因素试验
以沉淀率和感官评分为评价指标，分别考察羟甲基纤维素钠、海藻酸钠、黄原胶的添加量对燕麦全谷微发酵饮品稳定性和口感的影响。
以pH值和感官评分为评价指标，分别考察乳酸菌接种量、蔗糖添加量、发酵时间对燕麦全谷微发酵饮品酸度和口感的影响。
1.4.2 正交试验
在单因素试验的基础上，选用L9（34）正交试验对工艺进行研究，通过正交优化工艺，以期获得最佳的工艺参数。正交试验因素水平分别见表1和表2。
表1 稳定剂因素水平表
Table 1 Stabilizer factor level table
因素水平 羟甲基纤维素钠添加量/%海藻酸钠添加量/%黄原胶添加量/%1 0.08 0.03 0.02 2 0.10 0.04 0.04 3 0.12 0.05 0.06
表2 微发酵工艺因素水平表
Table 2 Microfermentation process factor level table
水平 乳酸菌接种量/% 蔗糖添加量/% 发酵时间/h 1 2 8 4 2 3 9 5 3 4 10 6
1.5 感官评定
参照张雪等[18]的方法稍作修改：对发酵好的燕麦饮品进行感官评定，由20名专业人员进行品尝，分别从产品的色泽、风味、口感、组织状态进行打分，作出综合感官评价，满分100分，感官评价标准见表3。
表3 感官评价标准
Table 3 Sensory evaluation standard
项目 分数 评分标准色泽（20分） 16～20 透亮乳白色11～15 稍透亮，色浓5～10 颜色暗，色淡风味（25分） 21～25 具有浓厚燕麦特有的清香和乳酸风味，无异味16～20 燕麦清香较淡，几乎无乳酸风味，无异味5～15 无燕麦清香
续表3 感官评价标准
Continue table 3 Sensory evaluation standard
项目 分数 评分标准口感（35分） 31～35 口感舒滑，甜度适中26～30 口感较为舒适，甜度稍甜或稍酸15～25 口感很差，甜度过甜或过酸组织状态（20分）16～20 比较澄清，放置后有少量沉淀11～15 稍显浑浊，放置后沉淀稍多5～10 非常浑浊，放置后沉淀较多
1.6 稳定性评价
稳定性评价用离心法测定，将饮品2 500 r/min离心20 min，弃上清液，称取下面沉淀物质量，从而计算沉淀率。
沉淀率/%=沉淀物质量/燕麦全谷微发酵饮品质量×100
1.7 pH值的测定
将发酵液2 500 r/min离心20 min后，取出上清液，使用pH计进行测量。
1.8 饮品质量指标分析方法
乳酸菌活菌数，采用MRS培养基稀释平板法；黏度采用黏度计进行测定；糖含量采用离子色谱进行测定；总酚含量采用福林酚法进行测定。
1.9 数据分析
所有试验均重复3次，采用SPSS 20.0软件进行数据处理及相关分析，Origin 9.0软件进行绘图处理。
2 结果与分析
2.1 稳定剂的优化
2.1.1 羟甲基纤维素钠添加量的影响
羟甲基纤维素钠添加量对沉淀率和感官评分的影响见图1。
图1 羟甲基纤维素钠添加量对沉淀率和感官评分的影响
Fig.1 Effect of sodium hydroxymethyl cellulose addition on precipitation rate and sensory score
由图1可知，随着羟甲基纤维素钠添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趋势。由于沉淀率越低，饮品的稳定效果越好[19]。结合图1的感官评分，最佳添加量在0.10%左右。所以，选取0.08%、0.10%、0.12%为羟甲基纤维素钠添加量的3个水平。
2.1.2 海藻酸钠添加量的影响
海藻酸钠添加量对沉淀率和感官评分的影响见图2。
图2 海藻酸钠添加量对沉淀率和感官评分的影响
Fig.2 Effect of sodium alginate addition on precipitation rate and sensory score
由图2可知，随着海藻酸钠添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趋势。由于沉淀率越低，饮品的稳定效果越好。结合图2的感官评分，最佳添加量在0.04%左右。所以，选取0.03%、0.04%、0.05%为海藻酸钠添加量的3个水平。
2.1.3 黄原胶添加量的影响
黄原胶添加量对沉淀率和感官评分的影响见图3。
图3 黄原胶添加量对沉淀率和感官评分的影响
Fig.3 Effect of xanthan gum addition on precipitation rate and sensory score
由图3可知，随着黄原胶添加量的增加，沉淀率呈先下降后升高的趋势。由于沉淀率越低，饮品的稳定效果越好。结合图3的感官评分，最佳添加量在0.04%左右。所以，选取0.02%、0.04%、0.06%为黄原胶添加量的3个水平。
2.1.4 正交试验
稳定剂正交试验结果分析见表4；并对试验数据进行方差分析，结果见表5。
表4 稳定剂正交试验结果分析
Table 4 Analysis table of stabilizer orthogonal test results
试验号A羟甲基纤维素钠添加量/%B海藻酸钠添加量/%C黄原胶添加量/%D空白 感官评分1 1（0.08） 1（0.03） 1（0.02） 1 75 2 1 2（0.04） 2（0.04） 2 74 3 1 3（0.05） 3（0.06） 3 77 4 2（0.10） 1 2 3 82 5 2 2 3 1 87 6 1 2 86 7 3（0.12） 1 3 2 74 8 3 2 1 3 76 2 3 2 1 73 k1 75.33 77.00 79.00 78.33 k2 85.00 79.00 76.33 78.00 k3 74.33 78.67 79.33 78.33 R 10.67 2.00 3.00 0.33优水平 A2 B2 C3主次顺序 A>C>B 9 3 3
表5 稳定剂正交试验方差分析
Table 5 Analysis of variance of stabilizer orthogonal test
注：*表示差异显著（p＜0.05）；**表示差异极显著（p＜0.01）。
方差来源 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性羟甲基纤维素钠添加量208.222 2 937.937 19.000 **海藻酸钠添加量 6.889 2 31.032 19.000 *黄原胶添加量 16.222 2 73.072 19.000 *误差 0.22 2
由表4可知，稳定剂的最佳因素组合为A2B2C3，即稳定剂的最佳工艺为羟甲基纤维素钠添加量0.10%，海藻酸钠添加量0.04%，黄原胶添加量0.06%。由极差分析可知，稳定剂的主次顺序为羟甲基纤维素钠添加量>黄原胶添加量>海藻酸钠添加量。由表5可知，海藻酸钠添加量和黄原胶添加量的影响达到了显著水平，而羟甲基纤维素钠添加量达到了极显著的水平。
2.2 微发酵工艺的优化
2.2.1 乳酸菌接种量的影响
乳酸菌接种量对pH值和感官评分的影响见图4。
由图4可知，随着乳酸菌接种量的增加，发酵液的pH值在不断地减小。这是由于随着接种量的增加，发酵液中乳酸逐渐增多，导致pH值不断下降。结合图4的感官评分，最佳的接种量在3%左右。所以，选取2%、3%、4%为乳酸菌接种量的3个水平。
图4 乳酸菌接种量对pH值和感官评分的影响
Fig.4 Effect of inoculation amount of lactic acid bacteria on pH value and sensory score
2.2.2 蔗糖添加量的影响
蔗糖添加量对pH值和感官评分的影响见图5。
图5 蔗糖添加量对pH值和感官评分的影响
Fig.5 Effect of added sucrose on pH value and sensory score
由图5可知，随着蔗糖添加量的增多，pH值逐渐减小，与唐思煜等[9]研究的变化趋势一致。乳酸菌在发酵的过程中利用了蔗糖来产生乳酸[20]，当蔗糖添加量达到8%时，利用量减小或不再利用。结合图5的感官评分，适度甜味增加口感和风味，最佳的蔗糖添加量在9%左右。所以，选取8%、9%、10%为蔗糖添加量的3个水平。
2.2.3 发酵时间的影响
发酵时间对pH值和感官评分的影响见图6。
由图6可知，随着发酵时间的延长，发酵液的pH值不断下降。结合图6的感官评分，最佳的发酵时间在5 h左右。所以，选取4、5、6 h为发酵时间的3个水平。
2.2.4 正交试验
微发酵工艺正交试验结果分析见表6；并对试验数据进行方差分析，结果见表7。
图6 发酵时间对pH值和感官评分的影响
Fig.6 Effect of fermentation time on pH value and sensory score
表6 微发酵工艺正交试验结果分析
Table 6 Analysis of orthogonal test results of microfermentation process
因素试验号感官评分A乳酸菌接种量/%B蔗糖添加量/%C发酵时间/h D空白1 1（2） 1（8） 1（4） 1 80 2 1 2（9） 2（5） 2 85 3 1 3（10） 3（6） 3 81 4 2（3） 1 2 3 93 5 2 2 3 1 92 6 2 3 1 2 90 7 3（4） 1 3 2 85 8 3 2 1 3 86 9 3 3 2 1 87 k1 82.00 86.00 85.33 86.33 k2 91.67 87.67 88.33 86.67 k3 86.00 86.00 86.00 86.67 R 9.67 1.67 3.00 0.34优水平 A2 B2 C2主次顺序 A>C>B
表7 微发酵正交试验方差分析表
Table 7 Analysis of variance of orthogonal test of microfermentation
注：*表示差异显著（p＜0.05）；**表示差异极显著（p＜0.01）。
方差来源 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性乳酸菌接种量 141.556 2 637.640 19.000 **蔗糖添加量 5.556 2 25.027 19.000 *发酵时间 14.889 2 67.068 19.000 *误差 0.22 2
由表6可知，微发酵工艺的最佳因素组合为A2B2C2。即微发酵的最佳工艺为乳酸菌接种量3%，蔗糖添加量9%，发酵时间5 h。由极差分析可知，对微发酵影响的主次顺序为乳酸菌接种量>发酵时间>蔗糖添加量。由表7可知，蔗糖添加量和发酵时间的影响达到了显著水平，而乳酸菌接种量达到了极显著的水平。
2.3 发酵前后有关物质含量的变化
发酵前后有关物质含量的变化见表8。
表8 物质含量的变化
Table 8 Changes in substance content
物质活菌数/（CFU/mL）总酚含量/（mg/100 mL）黏度/（mPa·s）葡萄糖/（mg/100 mL）蔗糖/（mg/100 mL）未发酵 1.51×107 9.6 18.63±0.25 1 928.51±6.85 82.76±0.99发酵后 1.62×109 11.3 7.09±0.15 15 99.45±10.36 75.13±0.87
如表8所示，经过乳酸菌发酵5 h后，活菌数明显增加了100倍以上，这说明在此条件下乳酸菌生长良好。同时酚类在微发酵过程中有一定的提高，其抗氧化能力随之增强。然而，黏度却有明显地降低，这可能是由于在发酵过程中燕麦中β-葡聚糖被微生物降解为小分子物质，使高分子聚合物含量减少，从而交联作用降低，黏度也相应降低[21]。因为乳酸菌以葡萄糖（提供碳源）为主要营养物质，故利用较多，而对蔗糖的利用相对较少，剩余蔗糖可提供一定的甜味。
3 结论
本文研究了燕麦全谷粉生产益生菌饮料的最佳工艺。在酶解的基础上，添加适量稳定剂，以增加饮品的稳定性，通过单因素试验结合正交试验得到稳定剂的最佳工艺：羟甲基纤维素钠添加量0.10%，海藻酸钠添加量0.04%，黄原胶添加量0.06%。利用酶解产物葡萄糖和添加的蔗糖进行乳酸菌（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌体积比1∶1）发酵，通过单因素试验结合正交试验得到最佳的发酵工艺：乳酸菌接种量3%，蔗糖添加量为9%，发酵时间为5 h。最终开发出一款富含活菌且抗氧化能力强的新型燕麦全谷微发酵饮品。
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