张爱霞，刘敬科，赵　巍，任素芬，张玉宗（河北省农林科学院谷子研究所，国家谷子改良中心，河北省杂粮研究实验室，河北　石家庄　050035）



无醇小米饮料的研制与营养分析

张爱霞，刘敬科，赵巍，任素芬，张玉宗*
（河北省农林科学院谷子研究所，国家谷子改良中心，河北省杂粮研究实验室，河北石家庄050035）

摘要：发酵糖化条件是决定无醇小米饮料产品最终品质的重要因素。在生产工艺流程为“小米寅除杂寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷却寅发酵糖化寅高速离心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅过滤寅装瓶寅高温灭菌（100℃，20 min）寅成品”条件下，采用L9（33）正交试验设计，对无醇小米饮料生产过程中的3个发酵糖化工艺参数（糖化曲用量、糖化时间和糖化温度）进行了优化，结果显示，生产无醇小米饮料的最佳发酵糖化工艺参数为糖化曲用量0.4%、糖化温度30℃、糖化时间50 h。在最佳发酵糖化工艺条件下进行了无醇小米营养饮料的生产，并对产品进行了感官品质评价和营养成分分析，结果显示，该小米饮料产品得率逸150%（即：1 kg小米能生产出1.5 kg以上的饮料）；pH值3.7～3.8，澄清透明，芳香纯正，酸甜可口，口感醇厚；不含脂肪和酒精；含有丰富的小分子碳水化合物和多种氨基酸，且含有人体所需要的8种必需氨基酸，除了赖氨酸外多数必需氨基酸的AAS接近或大于100，更利于人体消化吸收。

关键词：小米；饮料；L9（33）正交试验设计；糖化；氨基酸

谷子（Setaria Italica）原产于中国，距今已有7000 a以上的栽培历史，在众多新石器时代的遗址中均发现了谷粒、谷穗和米粒等碳化物[1，2]，其脱壳后的产品为小米。小米富含人体所需的七大营养素，营养丰富位居百谷之首；而且相对于小麦、水稻和玉米，其所含的各种营养成分与人体需求更为适宜，即营养最均衡[3]。目前谷子以原粮小米形式消费为主，深加工比较落后，在一定程度上阻碍了谷子产业的快速发展。国外学者利用生物发酵技术对小米进行了深加工研究，发现小米经发酵后其中的纤维、植酸、蛋白质、脂肪、碳水化合物等大分子物质会分解生成小分子成分，更有利于人体利用[4～6]。研究显示，采用发酵技术生产小米酒酿类饮料，由于发酵时间较长（60 h或更长），因此，产品的酒精含量较高，一般为10%或更高[7，8]。作者试图通过选择合适的工艺和发酵方法，制作一种芳香纯正、口味酸甜、营养丰富、适合大众消费的低醇或无醇型功能饮料。将小米深加工成小米营养饮料，不仅会丰富饮料种类，而且会加快小米的市场消化和深加工增值，促进小米产业的快速发展。

1　材料与方法

1.1试验材料

主要试材为小米（由河北金谷农业科技有限公司提供）和糖化酒曲（安琪酵母股份有限公司）；其他试剂均为分析纯。

主要设备有冷冻离心机（Heraeus Biofuge Stratos型，德国贺利氏控股集团）、电热恒温培养箱（DH4000B域型，天津泰斯特仪器有限公司）、pH计（S20型，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）、糖度计（RHB32型，天津泰斯特仪器有限公司）、电子天平（AG285型，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）、凯氏定氮仪（Kjeltec8400型，德国Foss公司）和氨基酸全自动分析仪〔塞卡姆S433D/S433型，德国sykam（赛卡姆）公司〕。

1.2试验方法

1.2.1小米饮料的生产工艺流程参考传统的酿酒工艺和甜酒酿制作过程[7～10]，根据作者前期的试验结果，确定发酵型无醇小米饮料的生产工艺流程为：小米寅除杂寅浸泡寅蒸煮糊化寅冷却寅发酵糖化寅高速离心（2 000 rpm，10 min）寅上清液寅过滤寅装瓶寅高温灭菌（100℃，20 min）寅成品。

1.3.2小米饮料发酵糖化条件的优化在前期大量试验的基础上，明确了发酵糖化条件（糖化曲用量、糖化时间、糖化温度）影响饮料的最终品质。为了明确小米营养饮料发酵糖化工艺的最佳参数，参考糖化酒曲使用说明，进行了发酵糖化工艺参数的L9（33）正交试验设计（表1）。

表1　发酵糖化工艺参数的正交试验设计Table 1 The orthogonal experiment design of saccharification technology parameters

1.3.3小米饮料的生产与品质评价在最佳发酵糖化工艺条件下，进行发酵型无醇小米营养饮料的生产。然后对产品进行感官品质和内在品质评价。

1.3.3.1感官品质评价。发酵糖化条件主要影响最终产品的风味和口感，而对产品色泽和组织状态无明显影响。本研究中挑选了11名评价员，依据无醇小米饮料感官品质评价标准（表2），对产品的风味和口感进行感官评价，结果取平均值。感官品质评分总分为20分，其中，风味和口感各占10分。

表2　无醇小米饮料感官品质的评价标准Table 2 Sensory quality evaluation standard of nonalcoholic millet beverage

1.3.3.2内在品质指标测定。酸度测定采用pH计法；可溶性固形物含量（总糖度）测定采用折光计法[11]；蛋白质含量测定采用凯氏定氮法[12]；氨基酸含量测定采用氨基酸自动分析仪[13]；非蛋白态氮含量测定采用甲醛值法[14]；脂肪含量测定采用索氏抽提法[15]；灰分含量测定采用灼烧法[16]；酒精含量测定采用蒸馏法[14]。能量根据公式计算得到，计算公式为：

能量（kJ）=17×蛋白质含量+17×碳水化合物含量+37×脂肪含量

2　结果与分析

2.1无醇小米饮料发酵糖化条件的确定

在正交试验中，可以通过各试验因素的R（极差）判断不同因素对试验结果的影响程度，R越大，表明影响越大。3个因素的R顺序为RC跃RB跃RA（表3），表明糖化温度对小米饮料的感官品质影响最大，其次是糖化时间，糖化曲用量的影响最小。

对正交试验结果进行分析发现，因素A、B、C的最佳水平分别为1、2、2，由此认为，发酵糖化最适宜的因素组合为A1B2C2。而试验的9个组合所制产品，感官评分也以A1B2C2组合最高。最终确定无醇小米饮料发酵糖化的最佳工艺参数为糖化曲用量0.4%、糖化时间50 h、糖化温度30℃。

2.2无醇小米饮料的生产与品质评价

2.2.1产品得率在最佳工艺条件下，发酵型无醇小米营养饮料的产品得率逸150%，即：1 kg小米能生产出1.5 kg以上的饮料产品。

表3　无醇小米饮料正交试验结果Table 3 The orthogonal experiment results of nonalcoholic millet beverage

2.2.2感官品质该产品pH值3.7～3.8，酸甜比适宜，口感柔和。

2.2.3内在品质

2.2.3.1产品归类。该产品酒精未检出。根据我国国家标准对饮料酒的定义“酒精度在0.5%以上的酒精饮料为饮料酒”[18]，该产品不属于饮料酒的范畴，而是属于饮料系列。

2.2.3.2营养成分含量。该产品脂肪未检出，总糖（可溶性固形物）含量为18.5%，总蛋白质含量为0.20%，非蛋白态氮含量为0.18%（表4）。表明该饮料的产能物质主要是蛋白质和糖类，且其蛋白质主要是小分子量的氨基酸和小肽。发酵会使部分氨基酸游离出来，这与姚世聪等[17]的研究结果相一致。100 g小米该产品的能量为317.9 kJ。该产品灰分含量为0.10%，表明该饮料中保留了小米中较高含量的矿物质元素。

表4　无醇小米饮料的营养成分含量Table 4 Nutrient content of noalcoholic millet beverage

表5　小米和无醇小米饮料的氨基酸含量与必需氨基酸评分Table 5 Amino acid content and AAS of millet and nonalcoholic millet beverage

2.2.3.3氨基酸组成。文 氨酸[19，20]，色氨酸具有镇定和催眠作用，而且社会上也有“喝小米粥助于睡眠”的说法。但由于色氨酸在酸解条件下全部被破坏，所以本研究结果缺少色氨酸含量。

对小米和小米饮料中的16种氨基酸含量进行了检测，结果（表5）显示，虽然该饮料中的氨基酸含量远远约小米，但是其含有小米中的所有氨基酸种类，其中，8种必需氨基酸含量为0.782 g/kg（不包括色氨酸），占其总氨基酸含量的40.25%。根据1973年FAO/WHO提出的必需氨基酸计分模式[21]计算小米和饮料的必需氨基酸评分（Amino Acid Score，简称AAS），发现二者除赖氨酸AAS较低（小米44.76，饮料67.36）外，多数必需氨基酸的AAS接近或跃100，表明小米和饮料中的蛋白质均为优质蛋白。而且饮料中的蛋白质均为小分子的氨基酸和肽类，较小米更利于人体消化吸收。

3　结论与讨论

在无醇小米饮料的生产过程中，发酵糖化工艺至关重要，其中，糖化温度对产品质量影响最大，其次是糖化时间，糖化曲用量影响最小。感官品质评价结果显示，随着糖化温度的升高和糖化时间的延长，饮料的酸度增大，并伴随有酒精味产生。因此，在无醇小米饮料生产过程中，应严格控制发酵糖化条件处于最佳水平，即：糖化曲用量0.4%，糖化温度30℃，糖化时间50 h。

本研究制得的小米饮料总糖（可溶性固形物）含量为18.5%，明显高于相关文献报道的10%[7，8]。分析原因可能与发酵方式有关，本研究采用的是短时（50 h）一次发酵法，而其他研究采用的是60 h的长时间发酵[7]或数天的二次发酵法[8]。正是由于发酵时间延长或酵母菌的添加促使部分糖转化为酒精、二氧化碳和其他有机物质，这也是本研究所制饮料不含有酒精的缘故。营养成分分析结果显示，无醇小米饮料含有的糖主要是易于被人体消化吸收的葡萄糖、麦芽糖等小分子碳水化合物，氨基酸含量丰富（1.942 9g/kg），且含有人体所需的8种必需氨基酸（0.782 g/kg），但不含脂肪和酒精。

本研究制作的无醇小米饮料清亮透明，呈均匀的淡黄绿色；有纯正的米香味和浓郁的发酵芳香，无其他异味；酸甜度适当，口感爽滑、柔和纯正。

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Development and Nutrition Analysis of Nonalcoholic Millet Beverage

ZHANG Ai-xia，LIU Jing-ke，ZHAO Wei，REN Su-fen，ZHANG Yu-zong*
（Institute of Millet Crops of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，National Foxtail Millet Improvement Center，Minor Cereal Crops Laboratory of Hebei Province，Shijiazhuang 050035，China）

Abstract：Fermented saccharification is an important factor in determining the ultimate quality of millet beverage. The technological process of nonalcoholic millet beverage is as follows，millet→screening→soak-ing→cooking→cooling→fermented saccharification→centrifugal separation（2 000 rpm，10 min）→super-natant→filtration→bottled→sterilization（100℃，20 min）→product. The optimum saccharification process is determined based on L9（33）orthogonal experiments，including starter cultures are 0.4%，temperature is 30℃，the time is 50 h. The organoleptic characteristics and nutritional components of millet beverage under the optimum process are as follows，the millet beverage yields are greater than 150%，that is to say，more than 1.5 kg beverage can be gotten by 1 kg millet. The pH of the millet beverage is from 3.7 to 3.8. It is clear and transparent，pure flavor，sweet and sour，and mouth filling.It is fat-free and ethanol zero. It is rich in small molecule carbohydrate and amino acids for human health，and the AAS of essential amino acid is equal or above 100% except lysine.

Key words：Millet；Beverage；L9（33）orthogonal experiment desigh；Saccharification；Amino acids

中图分类号：TS275.4

文献标识码：A

文章编号：1008-1631（2016）01-0008-04

收稿日期：2015-06-16

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD34B08-08）；河北省科技计划项目（14227110D）

作者简介：张爱霞（1977-），女，河北卢龙人，工程师，博士，主要从事食品营养和食品加工研究。

通讯作者：张玉宗（1958-），男，河北保定人，研究员，主要从事谷物加工技术研究。