2021Vol.40No.2•198"Serial No.348China Brewing
Product Development
乳酸菌和酵母菌混合发酵制备谷物发酵饮料的工艺研究
赵修报程立坤付强张莎莎$$沈志强D$2
(1.山东省滨州畜牧兽医研究院滨州市高密度发酵与高效表达技术重点实验室，山东滨州256600;
2.山东绿都生物科技有限公司山东省高密度发酵与高效表达技术工程技术研究中心，山东滨州256600)
摘要：以大麦芽、小米、赤小豆、燕麦为谷物原料，酵母菌和乳酸菌为发酵菌种混合发酵制备谷物发酵饮料。以感官评分为评价指标，先通过单试验乳酸菌接种量、发温度5个谷物发饮料品的影响，筛选出了乳酸菌接种量、发酵温度、酵母接种量三个主要影响，再通过响应面法工优化。在优化工条件的基础上，谷物发调配。结果表明，最佳制备工艺为发酵温度3+!，乳酸菌接种量3.3%，酵母菌接种量0.7%，原麦汁浓度+P。添加发酵液50%，三氯蔗糖0.025%，槐花蜜5%的谷物发酵饮料感官评分为97分，酒精度为0.12%vol，接受度较高，可推广应用。
关键词：谷物发饮料；工艺优化；响应面法；母菌；乳酸菌
中图分类号:TS201.1文章编号-0254-5071(2021)02-0198-05doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2021.02.039引文格式：赵修报，程立坤，付强，等•乳酸菌和酵母菌混合发酵制备谷物发酵饮料的工艺研究!J].中国酿造,2021,40(2)：19+%202.
Preparation technology of fermented grain beverage by lactic acid bacterium and yeast
ZHAO Xiubao1,CHENG Likun®,FU Qiang1,ZHANG Shasha2,SHEN Zhiqiang1'2
南京吃喝玩乐(l.'inzhou Key Laboratory of H igh Cell Density Fermentation and Efficient Expression Technology,Shandong Binzhou Animal Science and Veterinary Medicine Academy,'inzhou256600,China;2.Shandong Rearch Center of H igh Cell Density Fermentation and Efficient Expression Technology,Shandong Lvdu Bio-science and Technology Co.,Ltd.,Binzhou256600,China)
Abstract：The Qermented grain beverage was prepared by using barley malt,oat,red bean and millet as raw materials and yeast and lactic acid bacterium as fermentation strains.Using the nsory score as evaluation index,the effects of5factors(such as lactic acid bacterium inoculum and fermentation temperature)on the quality of fermented grain beverage were studied through single factor experiments.Three main influencing factors including lactic acid bacterium inoculum,fermentati
on temperature and yeast inoculum were lected and optimized by respon surface method.On the basis of the optimized fermentation technology conditions,the blending of grain fermentation broth was studied.The results showed that the optimal preparation technology was fermentation temperature38!,lactic acid bacterium inoculum3.3%,yeast inoculum0.7%,and original wort concentration+°P.The nsory score and alcohol content of fermented grain beverage prepared by adding fermentation broth50%,sucralo0.025%and sophorae nectar5%was97and0.12%vol,respectively,which was highly acceptable and could be popularized and applied.
Key words：fermented grain beverage;technology optimization;respon surface method;yeast;lactic acid bacterium
谷物酿造的历史悠久，谷物发酵的历史可追溯到古埃及和美索不达米亚[1]。谷物发酵可以分为酒精发酵和非酒精发酵，酒精发酵如酿造啤酒，非酒精发酵主要为乳酸菌发酵，偏酸性居多叫谷物发酵饮料中应用的功能性微生物种类较多，主要有乳酸菌、醋酸菌、特殊酵母菌和丝状真菌，通过发酵能够提高饮料的消化率、风味和口感，谷物非酒精发酵可作为粮食加工的一个[2-3]o
，谷物发酵饮料可以类物饮料中的物饮料类，是指以谷物或谷物提取物为原料，添加或不添加其食品原料和(或)食品添，经发酵的饮料问。非酒精谷物发酵饮料可用的主要谷物有、、小麦、大米、、小米、玉米、谷粒、高粱和大麦等呵。这些谷物高，有食、生、和生物活性化物，，一可用孔
不的，具有的非谷物发的多冏。问用酵母菌和乳酸菌发用的，发
一发饮料，生产工艺进行了研究s LEMARCQ M等[11]使用鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosu^和
乳菌(Lactobacillus cai)发一能性益生菌饮品，估了饮料的量和保期以及发汁中生菌的生存能力。此外科员分利用、慧米、米、糙米为原料，单独用乳酸菌或乳酸菌和母菌两种菌种进行发酵，谷物发饮品，取一定的
收稿日期：2020-08-31修回日期：2020-10-21
基金项目：山东省科技厅项目(鲁科字([2018]135号))；滨州市科技计划项目(宾科计字([2016]20号))作者简介：赵修报(1983-)，男，助理员，硕士，研究方向为发酵工程。
*通讯作者：程立坤(1984-)，男，副研究员，博士，向为发酵工程。
2021年第40卷第2期
总第348期
-199-
中国酿造
产品开发
究成果叫由于消费者在选择功能性食品时，口味因素占 59%，营养因素仅占36%旧*尽管单独使用乳酸菌发酵制备
谷物发酵饮料的健康益处是公认的，但消费者对它们的接 受度很低冋。可以尝试使用乳酸菌和酵母菌或其他菌种混
合发酵来制备大众能够接受的产品*目前使用混合菌种开
发出的谷物发酵饮料大都具有令人
的味和味，
的 味，酸味和谷物味, 产品的，点
很强，但是大众的接受度低，不具备市场前景％因此需要 从谷物原料选择和处，发酵
物的选择和制备工艺的
合来
*
使用大
和
料， 的
来制备谷物 ，使用
性面包酵母和副干酪乳杆菌（Lactobacillus cad 和瑞士乳 杆菌（Lactobacillus helveticus ）两种乳酸菌作为发酵菌种，采
用 混合发酵的工艺来制备谷物发酵饮料。使用单因素试和 试〔呵发酵 * 在开发出
具有 大众接受 的 的谷物发酵饮料， 其产 产 *
1材料与方法
1.1材料与试剂
1.1.1原料和菌株
性 酵母 酵母 有 公
乳 菌 Lactobacillus cai 乳 菌 Lactobacillus hel9
veticus
有 公
有限公
东 生
物工程有 公 及其他谷物 料：市售*
1.1.2化学试剂
性蛋白酶（0.8 AU/g ）、中温淀粉酶（480 KNU/g ）：诺维
信 物技术有公牛肉膏、蛋白3（均 试
剂）：北京奥博星 物技术有 公 葡萄 磷酸氢二钾、乙酸钠、柠檬酸二鞍、一水合硫酸H （均 分析纯）：天津市
广成学试剂有公碘钾（分析纯）：天津市盟 工工贸有公吐温80：武汉清汇物科技有公*
1.1.3培养基
12 °P
培养基：12 !P 麦芽汁，自然pH ，115 "灭菌
30 min *
MRS 培养基!10#：蛋白310.0 g ，牛肉膏10.0 g ，葡萄
5.0 g ，吐温80 1.0 g ，磷酸氢二钾2.0 g ，乙酸钠5.0 g ，柠檬
酸二鞍2.0 g ，七水合硫酸镁0.2 g , —水合硫酸H 0.05 g ，蒸 \水1 000 mL ,pH 6.5 〜6.8,115 "灭菌 30 min *
1.2仪器与设备
ALCOLYZER M 安东帕酒精分析仪：奥地利安东帕公
司；WYA-2WAJ 阿贝折射仪测上海力辰仪器技有限
公 PHS-3C 酸 计：上海雷磁仪器厂*
1.3方法
1.3.1谷物发酵饮料加工工艺流程及操作要点
谷物！粉碎！糊化、糖化！煮沸！过滤！接种！发酵！调 配！灭菌！谷物发酵饮料
谷物粉碎：使用粉碎机粉碎，大麦芽粉碎至破而不碎，
粉碎至大约40目*
糊
大 的原料质量比
5：1：1：1。向粉碎好的
和
量70 "
的水， ，先70 "保温20 min ，然后100 "煮沸30 min *然
向糊
量的 温水, 粉碎好的大 ,
均，总谷物料质量的1.0%。
温淀粉酶,0.5%。
性蛋白酶，用单醪升温浸出 法 购
*煮沸 滤 束，滤除渣 煮沸40 min *2.0 gkg
分2次 ,
次初沸时，二次是煮沸
了前10 min *煮沸 束， 20 min ，使用8
分离酒花
糟及
物，
，
谷物混合液
*乳酸菌 量 量酵母， 12叩麦芽汁
培养
于 ，以28 °C 、120 r/min
培养
*乳酸菌 用MRS 培养［10］ 12 °P 培养
1：1混合,37"
培养* 乳菌和 乳菌的接种比
3：2*
接种、发酵 好的酵母菌和乳酸菌接入谷物混
合 ，
发酵温
发酵* 发酵 发酵
，至4 C 发酵， 谷物发酵
* 前发
酵 以酸 ， 酸 2.6 mL/100 mL *
调配：按谷物发酵原液添加50%，再添加反渗透（revers
osmosis , RO 水
年终述职报告
分梨调配，控制调配
后酸度为 1.10 〜1.40 mL/100 mL *
灭菌：在75 C 条件下杀菌30 min *冷却后即得谷物发
酵饮料
*1.3.2单因素试验设计
的 接种量 发酵温
是
发酵饮料制备的 因素［17-18#*
以感官分
，
分别考察酵母接种量（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%）、乳酸 菌接种量（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）、发酵温度（13 °C 、
20 °C 、27 °C 、34 °C 、41 °C ）、原麦汁浓度（4 °K6 °K8
10 °P>
12 o p ）和摇床转速（0、50 r/min 、100 r/min 、150 r/min 、200 r/min ） 谷物发酵饮料品质的 *
1.3.3响应面试验设计及验证
单因素试 果，选酵母接种量、乳酸菌接种量、
发酵温
因素 试验*采用Box-Benhnken
试 计，试 因素 水 1*
表1 Box-Beh n ken 试验设计因素与水平
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments design
水平
乳酸菌接种量/%
发酵温度/C
酵母接种量/%
+1 3.5390.9
0 2.5340.5
-1
1.5
29
0.1
2021 Vol.40 No.2・200・
Serial No.348
China Brewing
Product Development
1.3.4产品分析及指标测定方法
（1）感官评价
在评价前准备好发酵样品。每次评估选择&名训练有 素的专业人员和6名普通消费者。每轮只品评6个样品，每 次品评的时间最长为30 min 。谷物发酵饮料的感官评价标 准见表2。
项目评价标准
得分/分
表2谷物发酵饮料的感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of fermented grain beverage
色泽
十室九空的意思
度均好
3〜5（5分）
色调、色度 好，泽较差
0〜3
度
静态观察时，澄清、透明；挂杯，泡沫持久1 min 以上
3〜5（5分）
有 物 物， 1 min 以下
0〜3
香气（30分）
，，谷物
20〜30，，谷物10〜20， ，谷物
0〜10
第一口喜欢，爽口，杀口感好，无异杂味，回味好
40〜50口味第
欢， 爽 ， 杀 感 好， 无异杂 ， 回 好20〜40（50分）第 欢，杀口感一般，略有异杂，回 般
10〜20第 欢， 杀 感 ，有异杂 ， 回
0〜10
风格
色、香、味较典型5〜10（10分）
典型性一般
0〜5
（2）理化指标
酸度的测定按照国标GB/T 4928—2008《啤酒分析方
法》中的方法；酒精度的测定采用酒精分析仪；糖度测定
采用阿贝折射仪。
1.3.5数据分析
所有试验组均设计平行试验组，采用Design-Expert
10.0.3进行统计分析。 最感官评分的测和相
的 素的 ，进行验 试验， 定 发酵
制备谷物发酵饮料的最佳工艺参数。
2结果与分析
2.1单因素试验结果
2.1.1乳酸菌接种量对谷物发酵饮料感官品质的影响
乳酸接
谷物发酵饮料感官评分的
见1。
1
，乳酸 接
在1.0%〜2.5%
，感官
分 乳酸接 的 ；乳酸接种
>2.5% ，感官分 乳酸菌接 的 。乳酸 接 为1.0% 1.5% 2.0%时，发酵的时间 长 2.5%的接 ， 品的 感 ， 感官分；乳酸接 为3.0%时，发酵 ， 样品
酸 ，
感官分 。 ，乳酸
接
选择为2.5%。
2.1.2酵母接种量对谷物发酵饮料感官分值的影响
酵 接 谷物发酵饮料感官品 的 见 2。
2
，在 定 ，感官分 酵 接
的
， 。 酵 接
为0.5% 时感
官分 最 ，酵 接
，酵 接感 。 ，酵 接
选择为0.5%。
图2酵母接种量对谷物发酵饮料感官品质的影响
Fig. 2 Effect of yeast inoculum on nsory quality of fermented grain
beverage
2.1.3发酵温度对谷物发酵饮料感官品质的影响
发酵 度 谷物发酵饮料感官品 的 见 3。
3
，发酵度为13〜41 !时，感官分
发酵 度的
， 。 发酵 度为
34 !时，感
度更好，感官分值最高。因此,
发酵度 选择为34 !。
8642086420
8888877777朱如典
8
8868482807876747270
图3发酵温度对谷物发酵饮料感官品质的影响
Fig. 3 Effect of fermentation temperature on nsory quality of
fermented grain beverage
图1乳酸菌接种量对谷物发酵饮料感官品质的影响
Fig. 1 Effect of lactic acid bacteria inoculum on nsory quality of
fermented grain
beverage
2021年第40卷第2期
总第348期
・201・
中国酿造
产品开发
2.1.4原麦汁浓度对谷物发酵饮料感官品质的影响
原麦汁浓度对谷物发酵饮料感官品质的影响见图4。
由图4可以看出，当原麦汁浓度为4〜8O P 时，感官分值随着 原麦汁浓度的增加先逐渐升高；当原麦汁浓度为'〜12 o p 时，感官分值随着原麦汁浓度的增加略有增加，趋于平稳。
因此，原麦汁浓度初步选择为8 o p 。
1.88X i +
2.50X +2.38X +0.50X i X +2.25X i X +0.00XX r62.23X i 2-1.98X 2-
3.72X 2
8642086420
8888877777原麦汁浓度/op
图4原麦汁浓度对谷物发酵饮料感官品质的影响
Fig. 4 Effect of original wort concentration on nsory quality of
fermented grain beverage
2.1.5摇床转速对谷物发酵饮料感官分值的影响
摇床转速对谷物发酵饮料感官品质的影响见图5。由 图5可以看出，当摇床转速在0~200 r/min 时，感官分值随
着摇床转速的升高而逐渐降低。摇床转速为0 r/min 时，感官
分值最高，此时香味较浓，回味时间长且没有其他杂味;
其他转速香味均较弱，且有杂味。因此选择静置发酵。
表3谷物发酵饮料工艺优化的Box-Beh n ken 试验设计及结果
Table 3 Design and results of Box-Behnken experiments of fermented
grain beverage process optimization
试验号X 1
X 2X 3
感官分/分
10
-1
-1
802
101
90
猪肚鸡学习3000884-101825-10-1
82
6-1
-1081
7
1-1
084810
-1
829-1
108710
01189
110-1
186120
1-1
83
13
11092140009015
00090
1600092
170
91
0864208642098888877777
o真分数是什么
'o B m
頤
O
50
00
50
00
2
摇床转速/ (r • min 1)
图5摇床转速对谷物发酵饮料感官品质的影响
Fig. 5 Effect of rotational speed on nsory quality of fermented grain
beverage
2.2响应面试验结果
以乳酸菌接种量（X J 、发酵 度（& 酵 接种量（禺）为影响因素，发酵 品感官分值（Y ）为响应值，
Design-Expert 10.0.3设计3因素3水平Box-Benhnke 4试验‘试
及结果见表3。
把表3的 结果输入Design-Expert 10.0.3软件中，对回，
回 ，乳
酸接种量（X i 发酵 度（& 酵 接种量（X 3
发酵
品感官分值Y 的回
。
回 为：2+90.20+表4回归模型的方差分析
Table 4 Varianee analysis of regression model
方差来源平由度均值F 值P 值模型
250.199
27.80
9.710.003 4**X 128.13128.139.82
0.016 5*X 250.00
150.00
17.460.004 1**
X 345.13145.1315.750.005 4**
X 1X 2 1.00
1 1.000.35
0.573 2X 1X 320.25
120.25
7.070.032 5*XX 3 2.842E-0141 2.842E-0149.923E-015
1.000 0X 1220.84
120.84
7.280.030 7*
X 2216.42116.42 5.730.047 8*X 32
58.42158.4220.40
0.002 7**
残差
20.057
2.76
失拟项11.25
3 3.75 1.700.303 0
新婚游戏
纯误差8.804 2.20
总
270.24
16
*”表 影响显著（P V0.05） ；“**”表示对结果影响极显著
（P V0.05）。
由表4可知，该模型具有显著性（=0.003 4），失拟项不 显著（（=0.303 0）。决定系数X 为0.925 8，调整决定系数X 则为
0.830 4, 回 ， 度高，回 可于
最感官分的发酵产品。对回 的
，结果 对发酵 品感官 分的影响 为
发酵 度 ＞酵 接种量 ＞乳酸菌接种量。X i'X'X'X N 、
X 12、X 2疋对结果的影响
P V0.05）-分对
量
值，得到极值-在乳酸
菌接种量为3.28%，发酵温度为37.66 "，
酵母菌接种量为
2021Vol.40No.2
•202・Serial No.348China Brewing Product Development
0.72%时，感官分值取得最大理论值为92.51分。各因素交互作用对谷物发酵饮料感官分值影响的响应面与等高线如图6所示，能够直观的看出乳酸菌接种量，发酵温度，酵母接种量两两之间的交互作用都很明显卩9创。
图6发酵温度、酵母接种量、乳酸菌接种量交互作用对谷物发酵饮料感官分值影响的响应面与等高线
Fig.6Resp o n surface plots and con t our lines of effect of interactio n betwee n ferme n tatio n temperature,yeast and lactic acid bacteria ino c ulum on the nsory score of fermented grain beverage
为了便于实际操作，将最佳工艺条件修正为乳酸菌接种量为3.3%，发酵温度为38!，酵母菌接种量为0.7%，对此最佳条件进行了三角瓶和10L发酵罐各3次平行验证试验，感官评分实际值分为91.7分、92.7分，与值92.51分结，的酒精度V0.5%vo1。更加验证了此模型的可行性。
2.3调配
桶的英文发酵原液添量为50%，入三蔗和进行
的进行评，明，三蔗添量分为0.025%、5%时感官分值最高，为97分。
发酵，感,。
3结论
大为谷物原料，酵母菌和乳酸菌为酵菌种酵谷物酵饮料。
因素试验对谷物发酵饮料工艺进行了，得了工艺，出了乳酸菌接种量、发酵温度、酵母接种量三影响因素，响应面进
。的工艺为用发酵，发酵温度38!，乳酸菌接种量3.3%，酵母菌接种量0.7%，原度8"P；添发酵液50%，三蔗0.025%,5%得的
官评分为97分，度为0.12%vo1，接度高
忆点，可推广应用。
参考文献：
[1]MELLOR D D,HANNA-KHALIL B,CARSON R.A review of the poten
tial health benefits of low alcohol and alcohol-free beer:Effects of ingredients and craft brewing proce
ss on potentially bioactive metabolites[J].Beverages, 2020,6(2):25.
[2].菌种混合发酵麦芽饮料的[D].理工大,2018.
[3]FRIAS J,MARTINEZ-VILLALUENGA C,PENAS E.Fermented Foods in
Health and Dia Prevention[M].Massachutts:Academic Press,2016: 365-384.
[4]和国国家质量验，理委
.GB/T10789—2015饮料[S].北京出版社,2015.
[5]和量验h理
.GB/T31326—2014植物饮料[S].北京出版社,2014.[6]DONG S N,PROCOPIO S,SACHER B,et al.Flavor of lactic acid fermented
malt bad beverages:Current status and perspectives[J].Trends Food Sci Technol,2016,54:37-51.
[7]BLANDINO A,AL-ASEERIA M E,PANDIELLA S S,et al.Cereal-bad
fermented foods and beverages[J].Food Res Int,2003,36(6):527-543. [8]SARWAR M H,SARWAR M F,SARWAR M,et al.The importance of
cereals(Poaceae:Gramineae)nutrition in human health:A review[J].J CeTeM 0逓""
*,2013,4(3):32-35.
[9]ALUDATT M H,RABABAH T,ALHAMAD M N,et al.Fermented malt
beverages and their biomedicinal health potential:Classification,composition, processing,and bio-functional properties[J].Ferment Beverag,2019,5:369400.
[10]刘仁禄，陶兴，许晓梅，等•乳酸菌与酵母菌混合发酵麦芽汁饮料
工艺[J].湖北农业科，2016,55(4)：988-992.
[11]LEMARCQ M,VACKIER T,VAN DE VELDE M,et al.Functional pro
biotic products bad on fermented wort with Lactobacillus rhamnosus GG and Lactobacillus cai:report of the12th international symposium on lactic acid bacteria[R].Netherlands:Egmond aan Zee,2017.
[12]AZZURRA A,PAOLA P.Consumer's behaviors and attitudes toward healthy
food products:the ca of organic and functional foods:Report of the113th EAAE minar a resilian European food industry and food chain in a challenging world[R].Chania,Crete,Greece,2009.
[13]OIWOH O,AYODELE B V,AMENAGHAWON N A,et al.Optimization
of bioethanol production from simultaneous saccharification and fermentation of pineapple peels using Saccharomyces cerevisiae[J].J Appl Sci Environ Manag,2018,22(1):54-59.
[14]XU H,SUN L,SHI Y,et al.Optimization of cultivation conditions for ex
tracellular polysaccharide and mycelium biomass by Morchella esculenta As51620[J].Biochem Eng J,2008,39(1):66-73.
[15]BEHERA S K,MEENA H,CHAKRABORTY S,et al.Application of re
spon surface methodology(RSM)for optimization of leaching parameters for ash reduction from low-grade coal[J].Int J Min Sci Technol,2018, 28(4):621-629.
[16]周广田，聂聪，崔云前，等•啤酒酿造技术[M].济南：山东大学出版社，
2003.
[17]吴悦，潘丽军，李兴江，等•寄生曲霉CICC40365利用木糖产匚苹果
酸的发酵条件[J].微生物报,2014,41(6)：1052-1062.
[18]PUERARI C,STREJC J,DE SOUZA A C,et al.Optimization of a lcohol-free
beer production by lager and cachaga yeast strains using respon surface methodology[J].J I Brewing,2016,122(1):69-75.
[19]金德强，王超，翟乃明，等•响应面修道院强烈艾尔啤酒酿造
工艺的[J].酿造,2018,37(6)：148-152.
[20]赵志，岳田利，王妮，等•苹酵母融合子W1发酵工艺参数的
[J].农业工程学报,2007,23(2)：
233-238.
