燕麦发酵过程中微生物、理化指标及活性成分变化规律

史晓萌1，1*，梁寒峭1，程池1，赵众炜2，祁永和2，王定邦3，梁世才3

1(中国食品发酵工业研究院，中国工业微生物菌种保藏管理中心，北京，100015) 2(甘肃省定西市安定区政府，甘肃 定西，743000)3(甘肃伊麦坊科技股份有限公司，甘肃 定西，743000)

摘 要 以燕麦为原料，加入甜酒曲发酵，研究燕麦甜醅发酵过程中微生物、理化指标及活性成分的变化规律，为控制甜醅发酵过程和判断发酵终点提供技术参数。结果表明，随发酵时间延长，产物pH值明显下降，最低降到4.73，总酸含量显著上升，最高达4.84 g/kg。48 h时，米根霉数量、还原糖含量、氨基酸态氮含量和淀粉酶活力均出现峰值，分别为1.35×104 CFU/g、220.3 g/kg、352.0 mg/kg和78.83 U/100 mg，感官评分达到最大值96.50分。整个发酵过程，甜醅中β-葡聚糖和总皂苷含量无明显变化，****酮含量由251.2 mg/kg减少至179.00 mg/kg，而多酚含量呈现上升趋势，由最初233.6 mg/kg升至505.2 mg/kg，36 h后趋于稳定。大分子燕麦蛋白被显著水解，小分子蛋白逐渐生成。

关键词 燕麦甜醅；甜酒曲；发酵过程

燕麦属于禾本科草本植物，包括皮燕麦和裸燕麦(莜麦)。燕麦作为一种全价营养谷物，可满足当代居民对膳食的更高追求——“营养与健康”[1-3]。

甜醅以燕麦或青稞为原料，经甜酒曲发酵而成，色泽****润，醅粒如果肉，醅汁似糖水，深受甘肃、青海、内蒙古等西北地区人们的喜爱，但我国甜醅工业化生产尚属空白。本文利用甜酒曲纯种固态发酵燕麦，研究了发酵过程中微生物、理化指标及活性成分的变化规律，为工业化生产燕麦甜醅奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦：甘肃伊麦坊科技股份有限公司提供；甜酒曲：安琪酵母股份有限公司；β-葡聚糖测定试剂盒(双酶法)：爱尔兰Megazyme公司；芦丁标准品：中国食品药品检定研究院；没食子酸标准品：百灵威科技有限公司；Folin-Ciocalteu试剂：美国Sigma；葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、无水乙醇、NaOH、浓HCl、CuSO4、酒石酸钾钠等为分析纯。

1.2 仪器与设备

高速冷冻离心机(Avanti J-25),美国Beckman公司；pH计(FE20),梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；恒温培养箱(DHP-9160),上海一恒科学仪器有限公司；高效液相色谱仪(LC-20AD型,SPD-M20A二极管阵列检测器，RID-10A示差检测器),日本岛津公司；电泳仪(Mini-Protean型),美国Bio-Rad公司；凝胶成像分析系统(UVP GDS-8000型),美国UVP公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

精选燕麦→清洗→浸泡→蒸煮→冷却→接种→装于容器→发酵→甜醅样品[4-5]

燕麦经清洗后，先浸泡2 h，再蒸煮1.0 h，冷却至室温，加曲2.75 g/kg，于28 ℃分别发酵0、12、24、36、48、60和72 h。

1.3.2 米根霉和酵母计数[6]

1.3.3 理化指标测定

将燕麦甜醅样品混匀后，取200 g甜醅，加入100 mL蒸馏水(煮沸并冷却至室温)，置于组织捣碎机中粉碎，混匀后置于密闭玻璃容器中。

淀粉酶活力测定[7-8]：采用DNS比色法测定淀粉酶活力。酶活力定义：以1 mL酶液在pH 5.5、40 ℃的条件下，1 h水解1.0%淀粉液生成1 μmol葡萄糖为1个酶活力单位(U)。甜醅样品中淀粉酶活力以U/100 mg表示。

总酸含量测定[9]：滴定法。

pH值测定：pH计。

还原糖含量测定[10]：直接滴定法。

1.3.4 还原糖组成分析

色谱柱：Rezex RoA Organic Acid色谱柱(300 mm×7.8 mm，8 mm)，流动相：5 mmol/L H2SO4溶液，流速为0.6 mL/min，柱温80 ℃，进样量10 μL，检测波长210 nm。

1.3.5 蛋白质水解情况检测

SDS-PAGE法[5]。

1.3.6 活性成分测定

β-葡聚糖含量测定[11]：采用β-葡聚糖测定试剂盒(双酶法)。

总****酮含量测定[12]：NaNO2-Al(NO3)3比色法。

总多酚含量测定[13]:Folin-Ciocalteu比色法。

总皂苷含量测定[14]:香草醛-高氯酸比色法。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行统计分析，数据结果以“平均值±标准差”(n=3)表示，Duncan法进行显著性分析，p<0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 霉酵菌数、淀粉酶活力及感官评分变化

如图1所示，0～24 h，米根霉和酵母生长较为缓慢，米根霉分泌淀粉酶量较少，糖化发酵不充分，还原糖含量较低，入口甜味过淡，香味不明显；24～48 h，随着米根霉的繁殖，淀粉酶分泌量加大，燕麦淀粉被充分转化为微生物可利用的还原糖，米根霉和酵母菌开始快速繁殖，淀粉酶糖化更充分，且产生更多的风味物质；48 h时，米根霉数量最高，达到1.35×104CFU/g，淀粉酶活力均达到峰值(78.83 U/100 mg)，此时，甜醅入口甘甜，香味纯正，颗粒饱满，感官评分最高；48～72 h，米根霉菌数开始衰减，积累的还原糖因大量被酵母利用而明显下降，酵母菌数峰值达1.26×106 CFU/g，且发酵后期燕麦粒饱满性变差，开始出现黑色孢子斑点，感官评分逐渐下降。

2.2 还原糖、氨基酸态氮、总酸和pH值变化

图1 燕麦甜醅发酵过程中霉菌-酵母菌数，淀粉酶活力及感官评分的变化
Fig.1 Changes of microbial, amylase activity and sensory score in sweet fermented naked oat during fermentation

由图2-A可知，在12～60 h内，甜酒曲中米根霉分泌大量糖化酶，还原糖含量明显增加，最大值可达220.3 g/kg，较高的还原糖含量不仅增加了燕麦甜醅的甘甜口感，而且可以延长甜醅的贮藏时间[15]。与还原糖变化趋势类似，氨基酸态氮含量先升高后降低。

图2 燕麦甜醅发酵过程中还原糖、氨基酸态氮、总酸和pH值的变化
Fig.2 Changes of reducing sugar, amino nitrogen, total acid and pH in sweet fermented naked oat during fermentation

在0～24 h时，氨基酸态氮含量明显升高，48 h时达到最大值352.0 mg/kg，随后缓慢降低。燕麦甜醅发酵过程中，微生物利用蛋白酶系高效地降解燕麦蛋白，不仅分解成自身生长所需的小分子氮源，而且增加了甜醅产品中游离氨基酸含量，从而丰富了甜醅的风味和提高了人体对燕麦蛋白的利用率[16]。如图2-B所示，燕麦初始pH值为6.32，随着发酵时间延长，发酵产物pH值明显下降，最低达pH值4.73。****～****6 h燕麦甜醅发酵产生的总酸含量随发酵时间延长总酸含量显著上升，最高达4.84 g/kg，之后缓慢下降。燕麦甜醅发酵过程中pH值、总酸的变化，与米根霉分解燕麦淀粉产生大量有机酸密切相关[17]。

2.3 还原糖组成变化

燕麦发酵过程中米根霉代谢产生糖化酶，将燕麦淀粉水解成大量还原糖，既为发酵过程中微生物生长代谢提供碳源，又保证了燕麦甜醅口感的甘甜。如图3所示，发酵0 h时，燕麦原料中只含有3.1 g/kg葡萄糖，随着发酵时间的延长，甜醅样品中逐渐产生了3种还原糖，以葡萄糖为主，其次为麦芽糖，麦芽三糖最少。12～48 h，葡萄糖含量呈现快速上升趋势，48 h达到峰值，含量为157.2 g/kg，随后有所减少。而麦芽糖和麦芽三糖含量随发酵时间逐步升高，72 h时二者含量分别为32.7 g/kg和15.0 g/kg。

图3 燕麦甜醅发酵过程中还原糖组成的变化
Fig.3 Changes of reducing sugar composition in sweet fermented naked oat during fermentation

2.4 蛋白质水解情况

如图4所示，发酵0 h时，燕麦蛋白在37 kDa处有明显的条带a，随着发酵时间的延长，燕麦蛋白条带a逐渐被水解，0～48 h降解明显，到48 h时，燕麦蛋白条带a被完全降解。从24 h开始，在30 kDa处出现燕麦蛋白条带b，条带b处的蛋白含量在24～48 h快速增加，之后逐渐减少。结果表明,在燕麦甜醅发酵过程中，大分子燕麦蛋白在微生物蛋白酶作用下逐渐被降解，小分子蛋白逐渐增多[5]。

图4 燕麦甜醅发酵过程中蛋白的SDS-PAGE图
Fig.4 SDS-PAGE patterns of proteins in sweet fermented naked oat during fermentation

2.5 活性成分的变化

图5所示为燕麦发酵过程中****酮、皂苷、多酚和β-葡聚糖的变化规律。燕麦β-葡聚糖和总皂苷含量分别为20.5 g/kg和323.9 mg/kg，随着发酵时间的延长，β-葡聚糖和总皂苷含量无明显变化。燕麦初始多酚含量为233.6 mg/kg，多酚含量随发酵时间呈现上升趋势，36 h后趋于稳定，60 h多酚含量最高达505.2 mg/kg。而****酮含量有所减少，由最初251.6 mg/kg降至179.0 mg/kg。

图5 燕麦甜醅发酵过程中活性成分的变化
Fig.5 Changes of active components in sweet fermented naked oat during fermentation
注：小写字母不同表示有显著差异(p<0.05)

3 结论

本文利用甜酒曲纯种固态发酵燕麦，解析了燕麦甜醅固态发酵过程中微生物、理化指标及活性成分的变化规律。米根霉在发酵初期(0～24 h)代谢产生糖化酶，将燕麦淀粉转化成大量还原糖和氨基酸态氮，为后期发酵提供了充足的碳源和氮源；24～48 h为发酵中期，总酸显著升高，pH值明显降低，有利于抑制杂菌的滋生，同时米根霉和酵母菌开始快速增殖，淀粉酶活力显著升高，产生大量葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖以及丰富的风味物质，赋予甜醅甘甜的口感和纯正的发酵麦香，感官评分达到最大值96.50分，为工业化生产燕麦甜醅过程中发酵终点的确定提供了科学依据；48～72 h为发酵后期，各项理化指标趋于稳定，无显著变化，但燕麦颗粒饱满性变差，出现了黑色孢子斑点，降低了感官评分。整个发酵过程中，燕麦甜醅中β-葡聚糖和总皂苷含量无明显变化，****酮含量由251.2 mg/kg减少至179.0 mg/kg，而多酚含量随发酵时间呈现上升趋势，由最初233.6 mg/kg升至505.2 mg/kg。通过SDS-PAGE分析，在0～48 h大分子燕麦蛋白被明显水解，而小分子蛋白在24～48 h明显增加。

综上，控制燕麦发酵条件对甜醅产品的质量具有重要意义。本试验通过对燕麦甜醅固态发酵过程中霉酵数量、淀粉酶活力、还原糖、总酸及β-葡聚糖、总皂苷、多酚等指标的检测分析，为判断甜醅发酵终点和控制发酵过程提供了技术参数，为燕麦甜醅的工业化生产奠定了基础。

Analysis of microorganism, physicochemical parameters and activecomponents during fermentation of oats

SHI Xiao-meng1,CHEN Jian-guo1*,LIANG Han-qiao1,CHENG Chi1, ZHAO Zhong-wei2,QI Yong-he2,WANG Ding-bang3, LIANG Shi-cai3

1(China National Research Institute of Food and Fermentation Industries, China Center of Industrial Culture Collection ,Beijing 100015,China) 2(Anding District Government of Dingxi City, Dingxi 743000,China) 3(Gansu Emai-Works Biological Technology Co.Ltd,Dingxi 743000,China)

ABSTRACT The changes of microorganism, physichemical parameters and active ingredients during the fermentation of oat with sweet wine starter were studied. The technical parameters were provided to control the fermentation process and judge the end of fermentation. The results showed that pH value decreased rapidly and reached the lowest value of 4.73, and total acid showed a gradual increase to the highest value of 4.84 g/kg during the fermentation of oat. At 48 h, the maximum value of Rhizopus oryzae numbers, reducing sugar, amino nitrogen and amylase activity were 1.35×104 CFU/g, 220.3 g/kg, 352.0 mg/kg and 78.83 U/100mg, respectively. Meanwhile, the sensory score reached the highest value of 96.5. The content of flavonoids β-glucan and total saponins did not change significantly, but the content of flavonoids decreased from 251.2 mg/kg to 179.0 mg/kg during the whole fermentation process. The content of polyphenols increased from 233.6 mg/kg to 505.2 mg/kg and stabilized after 36 h. During fermentation, oat proteins with high molecular weight were significantly hydrolyzed to generate low molecular weight proteins.

Key words sweet fermented oat; sweet wine starter; fermentation process

第一作者：，E-mail：cij****@126.com)。

基金项目：国家重点研发计划资助(2016YFD0400502); 国家微生物资源平台专项(No.NIMR2017-4)

收稿日期：2017-10-17；改回日期：2017-12-02

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.016047

引用格式：史晓萌，，梁寒峭,等.燕麦发酵过程中微生物、理化指标及活性成分变化规律[J].食品与发酵工业,2018,44(4):49-52.

SHI Xiao-meng,CHEN Jian-guo,LIANG Han-qiao,et al.Analysis of microorganism, physicochemical parameters and active components during fermentation of oats[J].Food and Fermentation Industries,2018,44(4):49-52.