小麦草发酵饮料的开发研究

李和平，申晓琳，关 鹏，王玉华，王 斌，魏建春

（1.河南牧业经济学院 食品工程学院，河南 郑州 450046；2.上海托宜商贸有限公司 河南食品研究所，河南 郑州 450011）

小麦草发酵饮料的开发研究

李和平1，申晓琳1，关 鹏2，王玉华2，王 斌1，魏建春1

（1.河南牧业经济学院 食品工程学院，河南 郑州 450046；2.上海托宜商贸有限公司 河南食品研究所，河南 郑州 450011）

探讨以小麦草为主要原料，经植物乳杆菌发酵，再经调配、灌装、杀菌等工艺加工生产小麦草发酵饮料。试验表明，榨汁后小麦草汁中护绿剂NaCl最佳添加量为2.0 g/L。小麦草汁发酵的最佳条件为：植物乳杆菌接种量为4%，发酵温度为40℃，发酵时间为14 h，蔗糖添加量10%；小麦草发酵饮料的最佳配方为：发酵小麦草汁50%，苹果汁添加量10%，柠檬汁添加量1.5%，微晶纤维素添加量0.25%。通过该工艺生产出的饮料组织状态均匀、稳定、无沉淀，色泽为小麦草汁明亮的浅绿色，酸甜适口，同时具有小麦草汁及乳酸发酵产生的独特香气。成品经实验室检测，总酸含量为0.79%，感官评分为92分，各项质量指标均符合发酵饮料卫生标准。

小麦草；发酵饮料；植物乳杆菌；正交试验

小麦是我国的主要粮食作物之一，是五谷中营养价值最高的农作物。当小麦种子发芽并生长到一周后，便进入一个快速生长的阶段，幼苗中富集了生长所需的各种营养素，此时采摘的小麦幼苗，就是小麦草。小麦草含有丰富的蛋白质、叶绿素、维生素C、矿物质、氨基酸、有益酵素等成分，小麦草汁是可利用叶绿素的最好来源[1-2]。古人早己发现小麦草汁是具有健胃消食、消炎退热等神奇功效的药物和补品，明代李时珍《本草纲目》中有关小麦草记载“麦草，气味寒、辛、无毒，主治消酒毒、暴热、酒痘、目黄等，捣烂绞汁日饮之，解渴，退胸隔热，利小肠，佐韭食，甚益颜色”[3]。现代医学证实，小麦草有美容、减肥、降脂、抗氧化、防癌，治疗胃肠病、肝脾病、糖尿病、风湿病和脑血管病等功能，能使人体大脑和其他身体组织得到充足的氧量供给，使人充满活力，保持最佳的状态，是一种营养丰富的食疗佳品[4-5]。

随着经济的发展和人们生活水平的提高，有机食品已成为21世纪的主导消费食品，小麦草已成为国内农业非常具有价值的重点发展方向之一。有机食品在国外是近年来十分风行的生机饮食主角之一，在国内也越来越受到公众的重视。目前国内对小麦草的研究仅有小麦草面包、小麦草泡腾片等的报道[6-7]，利用小麦草制成发酵饮料还鲜见文献报道。为此，综合应用现代食品发酵及食品调味技术[8-13]，探讨发酵小麦草饮料的优化工艺条件，考察主要因素对成品品质的影响，在单因素试验的基础上进行正交试验，确定最佳的发酵饮料配方及加工工艺条件，以期研制出成本低、营养损失小、携带方便、保质期长的小麦草发酵饮料产品，这对于提高小麦草的商业价值，满足市场需求和促进小麦草加工产业的发展都具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦（郑麦004）：河南省商水县丰源农业种植专业合作社；微晶纤维素：济宁市六佳药用辅料有限公司；丙酮（分析纯）：国药化学试剂有限公司；苹果、柠檬、食盐（食用级）、白砂糖（食用级）：郑州丹尼斯超市。

植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）：河南省商业科学研究所提供。

乳酸菌培养基：牛肉膏5.0 g，酪蛋白胨5.0 g，酵母浸膏2.5 g，乙酸钠2.5 g，柠檬酸二胺1.0 g，葡萄糖2.5 g，K2HPO41.0 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，Tween80 0.5 g，MnSO4·H2O 0.1 g，蒸馏水500 mL，pH 6.8。

1.2 仪器与设备

GXZ-500D光照培养箱：宁波东南仪器有限公司；SPJD-11型水平超净工作台：上海浦东物理光仪厂；SPX-250B生化培养箱：常州万丰仪器制造有限公司；OmegaJ8228HDC-C多功能榨汁机：宁波麦格威特电器有限公司；G70D20CN1P-D2（S0）格兰仕微波炉：格兰仕微波生活电器有限公司；JM-130型胶体磨：山东龙兴化工机械集团；GYB40-10S型高压均质机：上海东华高压均质机厂；1000型定量灌装机：温州市凯驰包装机械有限公司；SJ-3型巴氏杀菌机：山东省诸城市汇康食品机械有限公司；D2016067电加热夹层锅：山东省诸城市丰盛机械厂；DSX-280B型手提式高压灭菌锅：上海三申医疗器械公司；TD-45测糖仪：郑州泽铭科技有限公司；JH-WA2S数字阿贝折光仪：上海佳航仪器仪表有限公司；WFZ-W2000型紫外分光光度计：尤尼柯仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 分析方法

（1）叶绿素测定[14-15]

取2g样本移入25mL容量瓶内，加入20mL丙酮稀释并用蒸馏水定容，塞紧瓶塞，混匀后放在暗处1 h，过滤；利用分光光度计测定波长645 nm与663 nm处的吸光度值，平行测定3次取平均值，按下列公式计算叶绿素总含量：

式中：K为叶绿素的总含量，mg/L；A645nm和A663nm分别为波长645 nm和663 nm条件下的吸光度值；V1为丙酮提取液的最终体积，mL；W为取样量，g。

（2）产品主要质量指标的检测

可溶性固形物含量：阿贝折光仪测定；pH：数显精密pH计测定；总酸含量：GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》；总糖含量：TD-45测糖仪测定；微生物指标：采用GB/T 4789.2—2016《食品微生物学检验菌落总数测定》、GB/T 4789.3—2003《食品微生物学检验大肠菌群计数》方法测定。

1.3.2 工艺流程

1.3.3 操作要点

小麦草的培育[16]：挑选外形饱满、无干瘪、烂粒、霉斑等状况的郑麦004籽粒，清洗、置光照培养箱中发芽、培植10 d，植株高20～25 cm时采收。

拣选清洗：用清水浸泡后清洗，除去泥沙、污物，沥干，最大限度的减少小麦草表面污物。

榨汁：将小麦草直接置于榨汁机中按1∶1（g∶mL）的料液比加水榨汁，在胶体磨中磨20 min制成均匀的小麦草汁。

护绿灭酶[17-20]：小麦草汁加入一定含量的护绿剂NaCl，利用微波技术对小麦草汁灭酶，微波功率为630 W，时间为1 min。

调整成分：小麦草汁中可发酵性糖含量不高。加入一定含量的蔗糖溶解后，95℃杀菌10 min，冷却到37℃。

发酵[21-24]：用液体MRS培养基活化植物乳杆菌，（36±1）℃温度下兼性厌氧培养，传代2～3次后，按一定比例接入小麦草汁中发酵。发酵液过滤，得发酵小麦草汁。

苹果汁、柠檬汁的制备：将苹果及柠檬清洗、去皮、切碎、热烫、置榨汁机中榨汁，过滤得苹果、柠檬清汁备用。

调配[25-27]：在夹层锅中按配方比例加入发酵小麦草汁、苹果汁、柠檬汁、微晶纤维素等升温至75～80℃保温5min。

均质：将调配好的发酵饮料先在胶体磨中磨20 min，然后（60～65）℃，20 MPa条件下均质30 min，防止分层现象。

灌装灭菌：玻璃瓶、瓶盖灭菌消毒，放入消毒柜备用。定量灌装机趁热灌装均质液于玻璃瓶中，封口后置于杀菌锅中95℃杀菌10 min，迅速用冷水冷却至室温即为成品。

1.3.4 感官质量综合评分标准

表1 小麦草发酵饮料感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of fermented wheatgrass beverage

由20位食品专业感官评定人员组成评分小组，按照表1的感官评分标准对发酵小麦草饮料的气味、外观、质地和口感进行独立评分，满分100分。

1.3.5 小麦草汁发酵工艺试验

参考有关研究[28-29]，选取植物乳杆菌接种量（0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%）、发酵温度（30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃、42℃、44℃）、发酵时间（2 h、4 h、6 h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h）和蔗糖添加量（2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%）四个因素的不同水平进行单因素试验，研究小麦草汁最佳发酵工艺。以发酵后小麦草汁总酸含量为评价指标。

在单因素试验的基础上，选取植物乳杆菌接种量、发酵温度、发酵时间、蔗糖添加量4个因素，选用L9（34）正交设计进行发酵工艺优化正交试验。

1.3.6 小麦草发酵饮料配方试验

参考有关研究结果[30]，以发酵小麦草汁含量（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）、苹果原汁含量（2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%）、柠檬原汁（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%）和微晶纤维素添加量（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%）四个因素的不同水平进行单因素试验，调配小麦草汁和苹果原汁后，均质、灌装封口、杀菌、（25±1）℃保温10 d后开瓶检验并对其感官评分，以成品感官评分值为评判指标，研究小麦草发酵饮料最佳配方。

在单因素试验的基础上，选取发酵小麦草汁、苹果汁、柠檬汁、微晶纤维素添加量4个因素，选用L9（34）正交设计进行小麦草发酵饮料配方优化正交试验。

2 结果与分析

2.1 护绿剂添加量的确定

小麦草中叶绿素含量很高，但在榨汁及后序加工中会损失一部分。根据有关研究[17]，小麦草汁中加入护绿剂NaCl可以有效保护叶绿素。NaCl添加量与小麦草汁叶绿素含量关系见图1。

图1 NaCl添加量对小麦草汁叶绿素含量的影响Fig.1 Effect of NaCl addition on chlorophyll content in wheatgrass juice

由图1可知，当护绿剂NaCl的添加量在0.5～2.0 g/L时，小麦草汁叶绿素含量随着NaCl添加量的增大而增加；当NaCl添加量＞2.0g/L时，小麦草汁叶绿素含量随着NaCl添加量的增大而逐渐下降。因此，NaCl的添加量以2.0g/L为宜。

2.2 小麦草汁发酵工艺单因素试验结果

考察植物乳杆菌接种量、发酵温度、发酵时间、蔗糖添加量对小麦草汁发酵的影响见图2。

图2 小麦草汁发酵条件优化单因素试验结果Fig.2 Single factor experiments results for fermentation conditions optimization of wheatgrass juice

由图2A可知，当植物乳杆菌接种量较小时，其生长代谢缓慢，产酸量低；当植物乳杆菌接种量过大时，发酵速度过快，酸度达到一定值后趋于恒定。综合考虑，初步确定植物乳杆菌接种量在3%左右较为适宜。

由图2B可知，由于温度高低与菌体生长速度、氧的溶解度与传递、酶的活性密切相关[28]。当温度低时，发酵效果不理想，产酸量低；当温度过高时，会影响菌种酶活性，从而抑制植物乳杆菌的生长发酵甚至杀死菌种；在菌种最佳活力温度范围内，温度越高，发酵的效果也越好。因此，初步确定发酵温度在38℃左右较为适宜。

由图2C可知，随着发酵的进行，酸度不断增加，这是由于乳酸菌利用原料中的碳水化合物不断产酸。在前4h之内，乳酸菌刚接种到一个新的生长环境，处于菌种的适应期，代谢产物较少，产酸量的增加较缓慢。5～11 h之间酸度迅速增加，因为进入对数期，菌种利用环境中的可发酵糖等充足的营养物质进行繁殖和代谢，菌种生长繁殖快。在12 h后产酸量增加的幅度明显降低，慢慢趋于恒定，这是由于一直升高的酸度及其代谢产物对菌的生长具有抑制和杀灭作用，从而抑制了乳酸菌的生长。综合考虑，初步确定发酵时间在12 h左右。

由图2D可知，随蔗糖添加量的增加，植物乳杆菌持续消耗糖分、发酵产物不断积累，有机酸含量在蔗糖添加量为10%时达到较高点后增长缓慢。因此，初步确定蔗糖添加量为10%左右。

2.3 小麦草汁发酵工艺优化正交试验结果

以植物乳杆菌接种量、发酵温度、发酵时间、蔗糖添加量4个因素，进行4因素3水平发酵工艺正交试验优化，试验设计及结果见表2。

表2 小麦草汁发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal tests for wheatgrass juice fermentation process optimization

由表2可知，影响因素主次为A＞B＞D＞C；即4个因素中，菌种接入量对产品质量的影响最大，其次是发酵温度，再次是白砂糖添加量，而发酵时间对发酵小麦草汁总酸含量的影响最小。由各因素k值可知，最佳发酵条件为A3B3C3D2，即菌种接种量4%，发酵温度40℃，发酵时间14 h，白砂糖添加量10%。对此工艺进行验证试验，其总酸含量为0.86%，最终确定最佳发酵条件为A3B3C3D2。

2.4 小麦草发酵饮料配方单因素试验结果

图3 小麦草发酵饮料配方优化单因素试验结果Fig.3 Single factor experiments results for wheatgrass beverage formula optimization

考察发酵小麦草汁添加量、苹果汁添加量、柠檬汁添加量、微晶纤维素添加量对发酵饮料感官评分的影响，结果见图3。

由图3A可知，发酵小麦草汁添加量太多或太少对产品质量均有不利影响，加太多麦草口味太浓，不适口；而太少成品不具有小麦草特有的风味。初步确定发酵小麦草汁添加量为50%左右。

苹果汁具有抑苦提鲜的效果。图3B显示，苹果汁添加量太少成品口感较差。但苹果汁添加量太大，成品酸味太强。初步确定苹果汁添加量为8%左右。

由图3C可知，柠檬原汁太多太少都不合适。柠檬原汁太多会掩盖小草麦本身特有香气，柠檬原汁太少成品风味太差。初步确定柠檬汁添加量为2%左右。

由图3D可知，微晶纤维素添加太多太少都不合适。微晶纤维素太多成品粘度太大、口感粘稠；而微晶纤维素太少成品呈水样口感、不具有均匀细腻的质感。初步确定微晶纤维素用量为0.20%左右。

2.5 小麦草发酵饮料配方正交试验结果

选取发酵小麦草汁、苹果汁、柠檬汁、微晶纤维素添加量4个因素，进行4因素3水平小麦草发酵饮料配方优化正交试验，结果见表3。

表3 小麦草发酵饮料配方优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for wheatgrass beverage formula optimization

由表3可知，影响因素主次为A＞B＞D＞C；即4个因素中，发酵小麦草汁添加量对产品质量的影响最大，其次是苹果汁添加量，再次是微晶纤维素添加量，而柠檬汁添加量对小麦草发酵饮料产品质量的影响最小。由各因素k值可知，最佳工艺配方为A2B3C1D3，即发酵小麦草汁添加量为50%，苹果汁添加量10%，柠檬汁添加量1.5%，微晶纤维素添加量0.25%。

正交试验分析得出，最佳工艺为A2B3C1D3，与评分最高的工艺A2B3C1D2不一致，对2种不同工艺的产品进行验证试验，A2B3C1D3工艺制得的成品总酸含量为0.79%，感官评分为92.15，比A2B3C1D2工艺制得的成品口感更细腻，风味更纯正，最终确定最佳工艺为A2B3C1D3，即发酵小麦草汁添加量为50%，苹果汁添加量10%，柠檬汁添加量1.5%，微晶纤维素添加量0.25%。

3 结论

根据正交试验结果，榨汁后小麦草汁中NaCl护绿剂加入量为2.0 g/L。小麦草汁发酵的最佳条件为植物乳杆菌接种量4%，发酵温度40℃，发酵时间14 h，白砂糖添加量10%。小麦草发酵饮料的最佳配方为发酵小麦草汁添加量50%，苹果汁添加量10%，柠檬汁添加量1.5%，微晶纤维素添加量0.25%。经调配、灌装、杀菌冷却后即为小麦草发酵饮料。该产品色泽鲜亮，均匀稳定，酸甜适宜，柔和细腻，滑润爽口，同时具有小麦草特有香气和植物乳杆菌发酵特殊风味，是一款营养丰富、风味独特的保健饮料，具有广阔的发展前景。

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Development of fermented wheatgrass beverage

LI Heping1,SHEN Xiaolin1,GUAN Peng2,WANG Yuhua2,WANG Bin1,WEI Jianchun1
(1.Department of Food Engineering,Henan University of Animal Husbandry and Economy,Zhengzhou 450046,China;2.Shanghai Tuoyi Commercial and Trading Co.,Ltd.,Henan Food Research Institution,Zhengzhou 450011,China)

Using wheatgrass as raw material,fermented wheatgrass beverage was produced withLactobacillus plantarumfermentation,followed by blending,filling and sterilization.The results indicated that the optimal green-protecting agent NaCl addition was 2.0 g/L.Furthermore,the optimal wheatgrass juice fermentation conditions were as follows:L.plantaruminoculum 4%,temperature 40℃,time 14 h,and sugar addition 10%.The optimal wheatgrass beverage formula was wheatgrass juice 50%,apple juice 10%,citric juice 1.5%,and microcrystalline cellulose 0.25%.The beverage had uniform and stable texture without precipitation.The color of the beverage was bright light green as that of natural wheatgrass juice,the acidity and sweet was moderate and it also had unique aroma produced by wheatgrass juice and lactic acid fermentation.The total acid content was 0.79%,the sensory quality score was 92,and quality indicators met with the hygiene standards of fermented beverage.

wheatgrass;fermented beverage;Lactobacillus plantarum;orthogonal experiment

TS275.4

0254-5071（2017）09-0191-06

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.09.041

2017-07-01

2016年中央财政农业技术推广补助资金项目（51000807）

李和平（1966-），男，副教授，本科，研究方向为农产品加工。