混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善.pdf

陆梓洋，余宏达，郑经绍，等.混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善 J.食品工业科技，2023，44（19）：252261.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022120222LU Ziyang,YU Hongda,ZHENG Jingshao,et al.Optimization of Mixed Fermentation Process of Purple Rice Flour and Its NutritionalImprovementJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(19):252261.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022120222 工艺技术 混菌发酵紫米粉工艺优化及其混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善对营养品质的改善陆梓洋1，余宏达2，郑经绍3，梁彦婷1，曹志勇1，黄苇1,*（1.华南农业大学食品学院，广东广州 510642；2.新兴县农业推广总站，广东云浮 527400；3.新兴微丰紫米研究院，广东云浮 527400）摘要：为优化婴幼儿辅助食品的营养品质，本文以紫米为原料，采用米根霉与植物乳杆菌混菌发酵的方式进行紫米粉预发酵，并将其进行挤压熟化处理，制备成可冲调即食的婴幼儿紫米粉，以还原糖含量、花色苷含量、感官评分、可滴定酸度计算得到的综合评分为指标，优选出紫米粉混菌发酵工艺参数。结果表明，紫米粉混菌发酵最佳工艺参数为米根霉与植物乳杆菌菌种混合比例 8:1 g/mL、接种量 0.8%、料水比 1:0.8 g/mL、发酵时间 12 h、发酵温度 31。与原紫米粉对照相比，预发酵粉的体外淀粉消化率由 50.27%提升至 62.37%，游离酚含量由204.46 mg GAE/100 g DW 增加到231.44 mg GAE/100 g DW，植酸降解了 25.64%；经过预发酵及挤压熟化处理后的婴幼儿紫米粉，淀粉体外消化率达到 84.39%，游离酚含量为 192.73 mg GAE/100 g DW，植酸降解率为 35.58%。研究结果表明发酵显著优化了紫米粉的淀粉消化性和酚类物质构成，降低了抗营养因子含量，为高营养价值紫米婴幼儿辅食开发提供技术参考。关键词：米根霉，植物乳杆菌，混菌发酵，婴幼儿紫米粉本文网刊:中图分类号：TS210.4 文献标识码：B 文章编号：10020306（2023）19025210DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022120222OptimizationofMixedFermentationProcessofPurpleRiceFlourandItsNutritionalImprovementLUZiyang1，YUHongda2，ZHENGJingshao3，LIANGYanting1，CAOZhiyong1，HUANGWei1,*（1.College of Food,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China；2.Xinxing Agricultural Extension Station,Yunfu 527400,China；3.Xinxing Weifeng Purple Rice Research Institute,Yunfu 527400,China）Abstract：In order to optimize the nutritional quality of infant supplementary food,purple rice,the raw material used in thispaper,was fermented by Rhizopus oryzae and Lactobacillus plantarum in the way of mixed fermentation,and subsequentlyextruded before it was produced as an instant infant purple rice flour.Based on reducing sugar content,anthocyanin content,sensory evaluation and titratable acidity,the conditions of the purple rice flour mixed fermentation process were optimized.Results showed that,the optimum technological parameters of mixed fermentation of purple rice noodles were 8:1 g/mLinoculation proportion(Rhizopus oryzae:Lactobacillus plantarum),0.8%inoculation dose,1:0.8 g/mL solid-liquid ratio,12 h fermentation time,and 31 fermentation temperature.Compared with the unfermented purple rice flour as a control,the starch digestibility in vitro of the fermented flour increased from 50.27%to 62.37%,the free phenol content increased 收稿日期：20221229 基金项目：2022 年“丝苗米优势特色产业集群”（粤农农函（2022）840 号）；2020 年省级现代农业产业园项目“云浮市新兴县丝苗米产业园”（粤农农函（2020）515 号）。作者简介：陆梓洋（1998），男，硕士，研究方向：食品新产品与保健食品，E-mail：。*通信作者：黄苇（1967），女，硕士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：。第 44 卷 第 19 期食品工业科技Vol.44 No.192023 年 10 月Science and Technology of Food IndustryOct.2023 from 204.46 mg GAE/100 g DW to 231.44 mg GAE/100 g DW,and phytic acid degraded 25.64%.After fermentation andextruded,the starch digestibility in vitro of the infant purple rice flour reached 84.39%,the free phenol content was192.73 mg GAE/100 g DW,and the phytic acid degradation rate was 35.58%.The results indicated that fermentationsignificantly optimized the starch digestibility and phenolic composition of the purple rice flour,and reduced the content ofanti-nutrition factor.In summary,the present study provides technical reference for the development of purple rice infantsupplementary food with high nutritional value.Keywords：Rhizopus oryzae；Lactobacillus plantarum；mixed fermentation；infant purple rice flour 谷物类食品是世界卫生组织推荐的婴幼儿最理想的第一辅助食品，大米因其蛋白低敏性、低成本，目前在婴幼儿辅食中被广泛应用，据中国消费者报报导，米粉类辅食占中国市场主导地位1。市售畅销品牌婴儿米粉均以白米为主制备。紫米营养丰富2，富含具备抗氧化活性的花色苷等酚类物质，且锌、铁、钙等微量元素含量高于白米3，营养保健价值较高，具有制作优质婴幼儿辅助食品的潜力。目前紫米多用作主食，深加工产品的研究与开发仍处于起步阶段，市面仅有少量的紫米粉丝、紫米饼、紫米酒等深加工产品。但以其作为原料开发婴幼儿辅助食品的研究甚少。婴幼儿由于肠道内淀粉酶等酶系较少，对淀粉类食品消化比较困难4，目前以高温-淀粉酶进行酶解提高淀粉消化性是婴幼儿辅食研究热点之一，但其不足之处是成本较高且作用单一。另外谷物中广泛存在着一种抗营养因子植酸5，摄入植酸会降低人体对钙、锌、铁等金属离子的生理利用率68，还会抑制体内淀粉酶等多种酶的活性9。微生物在发酵过程中可以产生大量的淀粉酶，将大分子淀粉转化为还原糖，并且提升可消化淀粉的含量，达到优化原料淀粉消化性的效果。米根霉拥有发达的淀粉酶体系，可以较好地优化淀粉消化性，是传统谷物发酵的优势菌种10。路锶等11采用米根霉对荞麦进行固态发酵，发酵后的荞麦还原糖含量显著提升。植物乳杆菌是植源性食物商业发酵最常用的菌属12，其产生的酸性环境能有效抑制杂菌的生长，但淀粉酶活力相对较低。本研究前期预实验发现，利用米根霉、植物乳杆菌单独发酵紫米粉，其淀粉消化性虽有所提高，但效果不及预期。混菌发酵是近年来的研究热点之一，已有研究显示利用混菌发酵可以提高黑青稞的营养品质13、提高豆粕营养素含量及降低抗营养因子含量14、改善玉米的质构特性15、提升藜麦的抗氧化活性16等。因此本文拟研究米根霉与植物乳杆菌混菌发酵紫米粉发酵工艺，探讨混菌发酵对紫米粉淀粉消化性、酚类物质、植酸含量的影响，以期为高营养价值婴幼儿紫米粉的生产开发提供技术基础。1材料与方法 1.1材料与仪器紫米广东省云浮市新兴县微丰农业科技有限公司提供的“天紫 1 号”；植物乳杆菌（GDM 1.191）广东省微生物菌种保藏中心；米根霉发酵剂（配料：米粉、米根霉）安琪酵母股份有限公司；无水葡萄糖上海伯奥生物科技；3,5-二硝基水杨酸、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠国药集团化学试剂有限公司；没食子酸上海麦克林生化科技有限公司；猪胰-淀粉酶（50 U/mg）美国 Sigma-Aldrich 公司；糖化酶（105 U/mL）酷尔化学；植酸钠（98%）上海源叶生物科技有限公司；试剂纯度均为分析纯。SYSLG30-IV 型实验双螺杆挤压膨化机山东赛百诺机械有限公司；UV-6300 紫外可见分光光度仪上海美普达仪器有限公司；DLF-28 立式分级连续投料粉碎机温州市顶历医疗器械有限公司；TGL-16M 高速台式冷冻离心机湘仪离心机仪器有限公司；LRH 系列生化培养箱、ZTHZ-103B 恒温培养摇床上海一恒科学仪器有限公司。1.2实验方法 1.2.1 菌种的培养和接种植物乳杆菌，首先取 8 mLMRS 液体培养基加入具塞试管中进行 121 灭菌20 min，冷却后取冻存管中的植物乳杆菌 300 L加入试管活化，在 37 下培养 2 d，观察菌液浑浊情况，并测定菌落总数达到 108 CFU/mL 时，与商用固体粉末状米根霉发酵剂按照一定比例混合均匀，随后接种至经灭菌的紫米粉中。1.2.2 婴幼儿紫米粉加工工艺步骤紫米粉碎至60 目灭菌冷却接菌发酵烘干粉碎调整水分含量双螺杆挤压膨化烘干粉碎婴幼儿紫米粉原紫米粉、预发酵粉、挤压熟化粉、婴幼儿紫米粉（预发酵熟化）加工工艺步骤详见图 1。双螺杆挤压膨化机具体参数如下：螺杆长径比为 1:20.6，螺杆转速为 26 Hz，进料速率为 22 Hz，挤压温度由进料段到出口段为四段控制，分别为 50、80、100、130，模头孔径为 0.5 mm。1.2.3 发酵工艺优化 1.2.3.1 混合菌种比例的确定固定发酵条件为接种量 0.6%、料水比为 1:0.8 g/mL、发酵时间 16 h、发酵温度 31。设定混合菌种比例（米根霉:植物乳杆菌）分别为 10:1、8:1、6:1、4:1、2:1、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10 g/mL。采用无菌水将不同比例的混合菌种混匀后，与紫米粉充分搅拌均匀，发酵结束后测定还原糖含量、花色苷含量、感官评分、可滴定酸度，并计算综合评分，以综合评分为指标进行混第 44 卷 第 19 期陆梓洋，等：混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善 253 菌比例优选。1.2.3.2 混菌发酵单因素实验固定菌种比例（米根霉:植物乳杆菌）为 8:1 g/mL。在下述单因素实验过程中，除考察因素变动外，其余各因素水平分别固定值同 1.2.3.1。分别考察接种量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）；料水比（1:0.4、1:0.6、1:0.8、1:1.0、1:1.2 g/mL）；发酵时间（8、12、16、20、24 h）；发酵温度（25、28、31、34、37）对发酵紫米粉还原糖含量、花色苷含量、感官评分、可滴定酸度的影响。1.2.3.3 正交试验优化在单因素实验的基础上，选择接种量、料水比、发酵时间、发酵温度这 4 个因素为影响因素，采用四因素三水平的正交试验设计，以综合评分为优化指标，进行参数优选。试验因素与水平设计见表 1。表 1 L9（34）正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of L9(34)orthogonal experiment水平A接种量（%）B料水比（g/mL）C发酵时间（h）D发酵温度（）10.61:0.682820.81:0.8123131.01:1.01634 1.2.4 指标测定方法 1.2.4.1 还原糖含量的测定取 1 g 样品于 50 mL 离心管中，加去离子水至 30 mL，混匀。50 下超声处理 30 min，7000 r/min 离心 10 min 后取上清液，参考高文军等17采用 3,5-二硝基水杨酸法进行测定。样品中的还原糖含量根据葡萄糖标准曲线计算得出，标准曲线为：y=17.03x0.0758，R2=0.9963。式中：y 表示吸光值，x 表示葡萄糖标准品浓度（mg/mL）。1.2.4.2 花色苷含量的测定采用分光光度法进行测定18。准确称取 0.1 g 样品粉末，加入 95%乙醇与 1.5 mol/L HCL 的混合液（85/15，V/V）25 mL，随后在 60 下的水浴浸提 5 h，抽滤后重新定容至25 mL，在 535 nm 紫外分光光度计下测定吸光度，花色苷含量的计算公式如式（1）。花色苷含量(mg/100g)=ODRV98.2m100式（1）式中：OD 表示样品溶液的吸光值；R 为提取液稀释至上机测试的稀释倍数；V 表示定容体积，mL；m 为样品质量，g。1.2.4.3 可滴定酸度的测定参考王乃富19的方法稍作修改，取 1 g 样品于 50 mL 锥形瓶，加蒸馏水约30 mL，摇匀，30 条件下超声提取 30 min，7000 r/min离心 10 min，取上清液重新定容至 50 mL，加 34 滴酚酞试剂，用 0.1 mol/L 的 NaOH 溶液滴定至微红色且 30 s 不褪色，记录 NaOH 消耗量，计算公式如式（2）。可滴定酸度(%)=VCnm式（2）式中：V 为 NaOH 消耗量，mL；C 为 NaOH 浓度，mol/L；n 为稀释倍数；m 为样品质量，g。1.2.4.4 感官评分的测定感官评定小组由食品专业学生 10 人组成，从滋味、气味进行评价20，具体评分标准见表 2。以所有分数平均值作为最终评分。1.2.4.5 综合评分的计算方法还原糖含量与可滴定酸度与淀粉的水解程度相关（有机酸由葡萄糖转化而成）21，花色苷是紫米代表性活性物质，感官评分可以直观地体现食用者对产品的食用感受。因此本实验分别以还原糖含量、花色苷含量、感官评分、可滴定酸度为评价指标，以各指标的最大值为参照值进行数据归一化处理，再赋予各指标不同的权重系数，进 紫米调节水分至14%后,双螺杆挤压膨化得膨化条调节水分至14%后,双螺杆挤压膨化得膨化条原紫米粉预发酵粉粉碎至60目加入无菌水,接入菌种发酵沥干水分,60 烘干121 灭菌20 min60 烘干3 h粉碎至60目挤压熟化粉60 烘干3 h粉碎至60目粉碎至60目预发酵熟化婴幼儿紫米粉图 1 婴幼儿紫米粉加工工艺步骤Fig.1 Processing process of infant purple rice flour注：“”内表示操作步骤；“”内表示样品名称。254 食品工业科技2023 年 10 月行多指标综合评分。侧重于优化淀粉的水解程度，同时尽可能地保留花色苷，并保证产品的滋味口感可以被食用者所接受，故设定权重系数为：还原糖含量0.4，花色苷含量 0.2，感官评分 0.3，可滴定酸度 0.1，综合评分公式如式（3）。综合评分=(F1F1max0.4+F2F2max0.2+F3F3max0.3+F4F4max0.1)100式（3）式中：F1表示还原糖含量，F2表示花色苷含量，F3表示感官评分，F4表示可滴定酸度；各自对应的Fmax则表示该指标所有实验组中测定的最大值。1.2.4.6 淀粉体外消化性的测定参考 Englyst 等22的方法稍作修改。准确称取 0.2 g 样品于锥形瓶中，加入 15 mL 0.2 mol/L pH5.2 醋酸钠缓冲溶液，混匀后，加入 10 mL 的猪胰-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL）的混合酶液，在 37 恒温条件下以150 r/min 振荡水解，分别于 0、10、20、30、60、90、120、180 min 时取 1 mL 酶解液加入 4 mL 80%乙醇灭酶，6000 r/min 离心 10 min，随后取 0.5 mL 上清液稀释至一定倍数，使用二硝基水杨酸法测定其还原糖含量。快速消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量计算公式如（4）（6），体外淀粉消化率公式如（7）。RDS(%)=(G20FG)0.9TS100式（4）SDS(%)=(G120G20)0.9TS100式（5）RS(%)=100%RDS%SDS%式（6）式中：G20和G120分别为水解至20 min 和120 min时酶解液中还原糖的质量，mg；FG 为水解前酶解液中还原糖的质量，mg；TS 为样品总淀粉质量，mg。体外淀粉消化率(%)=m180 min0.9m100式（7）式中：m 为样品总淀粉质量，mg；m180 min为水解至 180 min 时酶解液中还原糖质量，mg。1.2.4.7 游离酚及结合酚含量的测定游离酚的提取：参考赵丹等23并稍作修改。精确称取样品 2.000 g，放入 50 mL 离心管、加入 20 mL 80%乙醇溶液，40 下超声提取 30 min，之后 4000 r/min 离心 10 min，倒出上清液，沉淀再按上面的步骤重复提取一次，合并两次离心的上清液，在 45 条件下旋转蒸发至无水状态，残余物用 80%甲醇定容至 25 mL，于 4 冰箱中贮存待用。结合酚的提取：参考杨凌霄等24的方法稍作修改。向游离物质提取后所得的残渣中加入 20 mLNaOH（2 mol/L），搅拌均匀，在氮气保护下，置于超声仪中超声 1 h，水解所得物以浓盐酸调节 pH 至中性，用正己烷按 1:1（v/v）除去脂溶性成分，再用乙酸乙酯按 1:1（v/v）萃取 5 次，合并乙酸乙酯萃取液，旋转蒸发至干，用水定容至 50 mL 备用。酚类含量的测定：采用 Folin-Ciocalteu 法25进行测定。样品中的酚类含量根据没食子酸标准曲线计算得出，标准曲线为：y=88.8x+0.075，R2=0.9984，式中：y 表示吸光值，x 表示没食子酸标准品浓度（mg/mL），结果以每百克干样品中没食子酸当量表示（mg GAE/100 g DW）。1.2.4.8 植酸降解率的测定称取样品 0.1 g，加入40 mL 1.2%HCl-10%Na2SO4混合溶液于 50 mL 离心管中搅拌均匀，静置浸提 2 h，7000 r/min 下离心10 min。以 1.2%HCl-10%Na2SO4混合溶液重新定容至 50 mL，取上清液 2.0 mL，加入 15%TCA 2.0 mL于 10 mL 离心管中，于 4 冰箱中静置 2 h，随后以7000 r/min 离心 10 min，取上清液，采用三氯化铁比色法26进行测定。样品中的植酸含量根据植酸钠标准曲线计算得出，标准曲线为：y=0.9649x+0.7486，R2=0.9978，式中：y 表示植酸钠标准品质量（g），x 表示吸光值。植酸降解率计算公式如（8）。植酸降解率(%)=(1Mm)100式（8）式中：M 为 1 g 样品中所含植酸质量，mg；m 为1 g 原紫米粉中所含植酸质量，mg。1.3数据处理本文除感官评分外，所有指标均以干基计，所有实验进行三次重复，结果以平均值标准差表示。本文运用 SPSS 24.0 及 Excel 对数据进行处理分析，使用 Origin 2017 作图。2结果与分析 2.1混合菌种比例的确定 2.1.1 混合菌种比例对紫米粉还原糖及花色苷含量的影响如图 2 所示，随着米根霉比例的降低，还原糖含量呈现显著下降的趋势。这是因为米根霉的淀粉酶体系发达，水解淀粉的能力较植物乳杆菌更强15，因此随着米根霉比例的降低，混合菌种水解淀粉的能力变弱，所产生的还原糖含量降低，这一现象与刘庆艾等27的研究一致。对于花色苷含量而言，在同一发酵条件下，菌种比例的改变对其影响不显著（P0.05）。因此米根霉占比高有利于提高淀粉降解能力。表 2 婴幼儿紫米粉感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of infant purple rice flour评价项目评价标准感官评分（总分20）滋味（15分）风味柔和，酸甜适口，具有发酵的特殊风味1015风味适中，无明显苦涩味、酸味59异味感强烈，有苦涩味、酸味04气味（5分）有紫米的香味及发酵的香味45整体香味稍淡，无异味23酸味强烈，有异味01第 44 卷 第 19 期陆梓洋，等：混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善 255 60abcddefghi5550454035302520151010:18:16:14:12:11:21:41:61:81:10170aaaaaaaaaa160150140130120110100还原糖含量(mg/g)花色苷含量(mg/100 g)菌种比例(米根霉:植物乳杆菌)还原糖含量花色苷含量图 2 菌种比例对紫米粉还原糖含量、花色苷含量的影响Fig.2 Effects of the inoculation proportion on the content ofreducing sugar and anthocyanin of the purple rice flour注：不同小写字母表示差异显著（P0.05）；图 3图 15 同。2.1.2 混合菌种比例对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响由图 3 可知，随着米根霉比例的减少，感官评分总体上先增大后减小，混菌比例为 8:1 和6:1 时显著高于其他比例（P0.05），为一个合适的混合菌种比例。15bcaabcdbbbcbccd14131211109876510:18:16:14:12:11:21:41:61:81:105.0cabccbcacabbcca4.54.03.53.0感官评分可滴定酸度(%)感官评分菌种比例(米根霉:植物乳杆菌)可滴定酸度图 3 菌种比例对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响Fig.3 Effects of the inoculation proportion on the sensoryevaluation and titrable acidity of the purple rice flour 可滴定酸度随着米根霉的比例降低呈现为上下波动的情况。原因是：菌种发酵的过程中，代谢通量包括用于菌体生长的通量与代谢产物合成的通量。发酵时淀粉被水解为还原糖，还原糖进一步被微生物代谢为乳酸等有机酸21。当菌种生长旺盛时，菌体生长通量大于代谢产物合成通量，使代谢产物有机酸减少，反之亦然。田海勇28利用乳酸菌与米根霉混菌发酵香肠，在发酵过程中发现微生物的演替方向和速度不同步的现象。混菌发酵是一个复杂的反应体系，两个菌种的生长、代谢不同步，导致可滴定酸度变化规律性不强。牛萌萌等10在研究大麦仁混菌发酵时也出现相似的情况。2.1.3 混合菌种比例对紫米粉综合评分的影响根据图 4 可得，随着米根霉比例的降低，综合评分先升高后降低，在比例为 8:1 时达到最大值 75.68，显著高于其他比例水平（P0.05）。605856dccba5452500.20.40.60.81.0接种量(%)1.21.4150aaaaa145140135130还原糖含量(mg/g)花色苷含量(mg/100 g)还原糖含量花色苷含量图 5 接种量对紫米粉还原糖含量、花色苷含量的影响Fig.5 Effects of inoculation dose on the content of reducingsugar and anthocyanin of the purple rice flour 由图 6 可知，在接种量小于 1.0%时，感官评分变化不显著（P0.05），在接种量大于 1.0%后，紫米 2015aaaabb10500.20.40.60.81.0接种量(%)1.21.410987654bbaab3210感官评分可滴定酸度(%)感官评分可滴定酸度图 6 接种量对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响Fig.6 Effects of inoculation dose on the sensory evaluation andtitrable acidity of the purple rice flour 256 食品工业科技2023 年 10 月粉风味明显变差。随着接种量的增加，可滴定酸度先升后降，这可能是因为有机酸的含量，处于积累和消耗的动态过程，在接种量小于 0.8%时，随接种量加大，还原糖不断提升并转化为有机酸，可滴定酸度提升，当接种量继续增大后，菌种繁殖对营养物质需求更大，消耗量大于积累量，导致可滴定酸度下降。感官评分与可滴定酸度二者同时在接种量为 0.8%时达到最高值。综合考虑，选择接种量在 0.6%、0.8%、1.0%水平下进行下一步研究。2.2.2 料水比对紫米粉品质的影响由图 7 可知，随着加水比例的增加，还原糖含量先增加后减少，在料水比为 1:0.8 时达到最大值 54.03 mg/g，但在 1:0.8和 1:1.0 之间差异不显著（P0.05）。一般来说，微生物生长越活跃，菌株数量越富足，产酶能力也越强29。在水分含量过低时，不利于菌种生长繁殖，产生的淀粉酶较少，进而导致还原糖含量较少；而水分过高则会抑制菌种与空气的接触，本实验所用米根霉和植物乳杆菌均为兼性厌氧菌，在无氧条件下一般仅维持生存，代谢不完全，水解淀粉能力弱，产生还原糖含量少30。花色苷含量随着加水比例的增加显著下降（P0.05），在水分占比超过物料后显著下降（P0.05），这是因为水分过高抑制发酵菌种生长，代谢产物带来不愉快的味道，厌氧条件下存在滋生如芽孢杆菌等的腐败菌的危险31。鹿保鑫等32使用米根霉发酵燕麦，在水分添加量过高时，燕麦风味变差，感官评分下降，与本研究结论一致。可滴定酸度随着加水量的增加先显著升高后下降（P0.05），说明可滴定酸度与料水比有着密切关系。在料水比为 1:0.8 时达到最大值，可能由于此时混菌体系用于代谢产物合成的通量最强，生成有机酸最多，可滴定酸度为 4.75%。综上，选择料水比在 1:0.6、1:0.8、1:1.0 g/mL 的水平下进行下一步研究。2.2.3 发酵时间对紫米粉品质的影响由图 9 可以看出，还原糖含量随着发酵时间的延长，先小幅提升，在16 h 出现转折点，此时还原糖含量为 54.03 mg/g，而后下降再增加，最高点 24 h 的还原糖含量为 63.21 mg/g。微生物的生长均会经历四个时期（迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期），不同时期对不同碳源的利用优先级不同，通常葡萄糖优于淀粉33，由于两种菌生长发育不同步，使葡萄糖累积的高峰与消耗葡萄糖用于繁殖的步调不一致，以至于出现还原糖累积出现双峰。张杰等13利用米根霉固态发酵黑青稞，还原糖含量随发酵时间的变化与本文相近。805565dcdab40455060757030352520812162024发酵时间(h)160150140130120abcde110100还原糖含量(mg/g)花色苷含量(mg/100 g)还原糖含量花色苷含量图 9 发酵时间对紫米粉还原糖含量、花色苷含量的影响Fig.9 Effects of fermentation time on the content of reducingsugar and anthocyanin of the purple rice flour 花色苷含量随着发酵时间的增加而显著下降（P0.05），在 24 h 时最低值为 112.91 mg/100 g，相比 8 h 时下降了 25.71%。这是因为花色苷极不稳定，容易受到温度、光照等的影响，随着时间的延长其损耗也增加。由图 10 所得，感官评分随着发酵时间的延长先增加后急剧下降（P0.05），在发酵时间为 12 h 达到峰值 18.2。可滴定酸度随着发酵时间的增加而持续升高，这一现象与赵丹等34的研究一致。菌种通过淀粉酶水解淀粉生成还原糖，还原糖经过一系列复杂的反应转化为丙酮酸再转化为乳酸等有机酸21，从而随着发酵时间增加而不断累积。故综合考虑，选择发酵时间在 8、12、16 h 的水平下进行下一步研究。2018aaaab16106812145.0dcabb4.54.03.53.0感官评分可滴定酸度(%)感官评分可滴定酸度1:0.41:0.61:0.81:1.01:1.2料水比(g/mL)图 8 料水比对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响Fig.8 Effects of solid-liquid ratio on the sensory evaluation andtitrable acidity of the purple rice flour 第 44 卷 第 19 期陆梓洋，等：混菌发酵紫米粉工艺优化及其对营养品质的改善 257 20dbcab101550812162024发酵时间(h)10864edcba20感官评分可滴定酸度(%)感官评分可滴定酸度图 10 发酵时间对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响Fig.10 Effects of fermentation time on the sensory evaluationand titrable acidity of the purple rice flour 2.2.4 发酵温度对紫米粉品质的影响根据图 11 可知，还原糖含量随温度的升高先增后减，在 31 时达到最大值 54.03 mg/g，显著高于其他水平（P0.05），大于 34 后显著下降（P0.05），这可能是因为温度超出了混菌的最适生长范围，代谢产物受到影响，使紫米粉风味变差。可滴定酸度则在温度小于 31 时逐渐提高，而后变化不明显。故综合考虑，选择发酵温度在 28、31、34 的水平下进行下一步研究。20181614baaabab1012862528313437发酵温度()5.55.04.54.0cbaaa3.53.0感官评分可滴定酸度(%)感官评分可滴定酸度图 12 发酵温度对紫米粉感官评分、可滴定酸度的影响Fig.12 Effects of fermentation temperature on the sensoryevaluation and titrable acidity of the purple rice flour 2.3发酵参数正交试验结果根据上述单因素实验结果，选取接种量（A）、料水比（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D）4 个因素，以综合评分为考查指标，采用 L9（34）正交试验，进一步优化混菌发酵工艺参数。由表 3 正交试验结果和表 4 方差分析结果可知，4 个因素均对综合评分影响极显著（P发酵时间发酵温度接种量。根据综合评分计算得出 k 值的大小，可得到基本工艺优选组合为 A2B2C2D2。该优选组合不在 9 组实验组当中，因此对其进行验证实验，得到紫米粉的还原糖含量为 50.39 mg/g、花色苷含量 150.08 mg/100 g、感官评分为 18.2、可滴定酸度为 3.8%，综合评分为81.41，高于正交表中 9 组实验的综合评分。故混菌发酵的优选发酵工艺参数选择 A2B2C2D2，即接种量 6055dceab404550303525202528313437发酵温度()160150140abccd130还原糖含量(mg/g)花色苷含量(mg/100 g)还原糖含量花色苷含量图 11 发酵温度对紫米粉还原糖含量、花色苷含量的影响Fig.11 Effects of fermentation temperature on the content ofreducing sugar and anthocyanin of the purple rice flour 表 3 L9（34）正交试验结果Table 3 Results of L9(34)orthogonal experiment实验号ABCD还原糖含量（mg/g）花色苷含量（mg/100 g）感官评分可滴定酸度（%）综合评分11（0.6）1（1:0.6）1（8）1（28）30.35161.9115.402.4564.28212（1:0.8）2（12）2（31）47.85150.2018.202.8378.64313（1:1.0）3（16）3（34）44.49125.003.303.2550.7442（0.8）12332.77156.4418.305.0072.925223152.33145.1111.404.0571.626231232.11140.8714.702.1361.4973（1）13242.61146.1313.905.1371.048321343.17154.0215.103.3371.919332135.92137.3512.602.4560.53k164.5569.4165.8965.48A2B2C2D2k268.6874.0670.7070.39k367.8357.5964.4665.19R4.1316.476.235.20 258 食品工业科技2023 年 10 月0.8%、料水比 1:0.8 g/mL、发酵时间 12 h、发酵温度 31。2.4预发酵对紫米粉营养品质的影响采用 2.3 混菌发酵优选参数，对紫米粉进行预发酵处理，其对体外淀粉消化性的影响如图 13 所示，经猪胰-淀粉酶和糖化酶酶解 180 min 后，体外淀粉消化率由原紫米粉（对照）的 50.27%提升至预发酵粉的 62.37%，提升率为 24.07%。RDS（快消化淀粉）由 29.80%提高到 34.67%，提高了 16.34%（P0.05），而 RS（抗性淀粉）则由 50.06%降低到 44.76%，降低了 10.59%（P0.05）；表明混菌发酵显著提高了紫米粉的淀粉消化性。原因来自两个方面，微生物产生的淀粉酶将淀粉水解成还原糖；紫米淀粉经发酵后，淀粉颗粒结构变得更为疏松36，易于吸水膨胀，因而增加了淀粉与消化酶的接触几率。经过进一步挤压熟化后，预发酵熟化婴幼儿