CN114568687A - 一种藜麦复合全谷物酵素制备方法 - Google Patents
一种藜麦复合全谷物酵素制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种有效富集多酚、黄酮等营养成分，且具备较好抗氧化活性的藜麦复合全谷物酵素制备方法，包括以下步骤：1)复合全谷物酶解液培养基配制：藜麦、黑燕麦、黑大麦等→清理杂质→粉碎→过筛，按比例混合藜麦与黑燕麦或黑大麦，利用耐高温α‑淀粉酶酶解处理，灭菌，冷却；2)将乳杆菌Lactobacillus kisonensis用MRS培养基活化得到种子液；3)将种子液接种到复合全谷物酶解液培养基中，发酵。本发明建立了藜麦与黑大麦或黑燕麦复合酵素制备工艺，所得酵素产品具有较好抗氧化活性；可为进一步开发以藜麦和黑燕麦或黑大麦为主要原料的功能性全谷物酵素食品提供新的选择，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及功能性发酵谷物食品加工技术领域，涉及一种藜麦复合全谷物酵素制备方法，尤其涉及一种有效富集黄酮及多酚等多种功能活性成分、且具有较好抗氧化功能的藜麦及黑燕麦或黑大麦复合酵素的制备方法。
背景技术
全谷物皮层含有膳食纤维和矿物质，胚含有丰富的多酚等功能活性成分，因此全谷物营养更全面。利用益生菌制备发酵谷物，不仅可以充分利用全谷物营养成分，还可产生一些新的功能活性成分，发酵通过增加营养素的含量、提高营养物质的生物利用度或降低抗营养因子的含量来影响食品的营养价值。
谷物原料经发酵处理后其口感、风味、组织状态均会发生一系列变化。采用不同的谷物原料、发酵剂进行复配加工可获得状态不一、口感多样、风味独特的谷物发酵制品，发酵加工对于丰富谷物制品类型，研发新型功能性谷物食品有重要意义。
藜麦是一种营养价值较高的假性谷物，但目前关于藜麦的开发应用，尤其是高附加值功能性产品的开发应用较少，目前已开发的加工产品有发芽藜麦、藜麦麦片、藜麦饼干、面包、米粉等常规食品及藜麦冲调粉[李乐，核桃多肽苦荞藜麦复合营养粉制备工艺及体外消化和抗氧化研究，2018，山西大学硕士论文][丛萌洁，丛萌倩，叶丽珠，王慧丽，逯雯洁，藜麦营养系列产品开发及相关技术研究，科技成果，2018-07-04][金茜，杨发荣，黄杰，魏玉明，刘文瑜，我国藜麦籽实的研究与开发利用进展，农业科技与信息，2018-05-30]只有少数研究利用固态发酵增强藜麦的营养价值[贺圣凌，林雨蝶，邓茹月，周罗娜，赵兴丽，罗林丽，周玉锋，红曲发酵藜麦种子液培养及固态发酵条件优化，中国调味品，2021，46(12)][李梦瑶，石俊如，布合加尔·克热木尼亚孜，曹洪伟，黄凯，李森，管骁，藜麦固态发酵及其产物的体外抗氧化性质研究，粮油食品科技，2021,29(4)]；此外，检索现有专利，关于藜麦相关产品开发如下：①从藜麦籽实中提取富集多酚的方法[CN 106723010 A]；②藜麦芽养生茶及其加工方法[CN 110024892 A]；③藜麦发酵物及其应用[CN 110946792 A]。
上述研究或已有研究文件，针对藜麦整体利用的产品附加值不高，健康营养功能特性不强；另外，发酵物成分不明确，使得其推广应用受限。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的针对藜麦整体利用的产品附加值不高，健康营养功能特性不强；另外，发酵物成分不明确，使得其推广应用受限等缺陷，提供一种藜麦复合全谷物酵素制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种有效富集黄酮及多酚的藜麦-黑燕麦或藜麦-黑大麦酵素的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1、藜麦-黑燕麦或藜麦-黑大麦酶解液培养基的制备：将藜麦粉与黑燕麦粉或藜麦粉与黑大麦粉按比例复合，加水，酶解、糖化处理，灭菌，得到酶解液培养基；
S2、活化kisonensis乳杆菌菌种；
S3、将活化菌株接种到酶解液培养基中，发酵，得发酵液。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述藜麦粉、黑燕麦粉、黑大麦粉的粒径分别为80目。
作为本发明的一个实施方案，所述藜麦粉、黑燕麦粉、黑大麦粉是通过分别将藜麦、黑燕麦、黑大麦清理杂质，粉碎，过筛制得的。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述藜麦粉与黑燕麦粉的质量比为5:1～1:5；藜麦粉与黑大麦粉的质量比为5:1～1:5。其中藜麦与黑燕麦或黑大麦优选配比为1:2～1:3。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，加水至料液质量比为1:3-11。进一步选择料液比为1:5～10，更优选为1:7～1:9。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，酶解所用的酶为α-高温淀粉酶，酶添加量为10U/g；酶解温度为60-75℃；酶解时间为20-60min。优选酶解温度70℃；酶解时间为30～50min，更优先为40min。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，灭菌温度为110-130℃，灭菌时间为10-30min。优选酶解液杀菌条件为：115℃，15min。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述kisonensis乳杆菌为乳杆菌Lactobacillus kisonensis，JCM15041。kisonensis乳杆菌(Lactobacillus kisonensis)以其发现者Kisonensis的名字命名。
作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述活化采用MRS液体培养基，培养温度为30±5℃，培养时间为12-20h。
作为本发明的一个实施方案，步骤S3中，接种量为体积百分比1％-7％。优选为2％～5％。
作为本发明的一个实施方案，步骤S3中，发酵温度为30±5℃；发酵时长是12-60h。优选发酵温度为30℃，发酵时长为35～38h。
作为本发明的一个实施方案，步骤S1具体为：将藜麦粉与黑燕麦粉或藜麦粉与黑大麦粉按5:1～1:5复合，按照料液质量比1:3-11加入纯水，加热升温并搅拌混匀，当温度升至70-75℃时加入耐高温的α-淀粉酶，搅拌均匀，保温30-40min进行糖化处理，然后110-120℃灭菌10-30min，冷却后备用。优选当温度升至70℃时加入耐高温的α-淀粉酶，搅拌均匀，保温40min进行糖化处理，然后120℃灭菌20min，冷却后备用。
在一些实施例中，所述步骤具体为：将藜麦、黑燕麦、黑大麦去杂、清洗、粉碎后过80目筛，加入纯水，原料比(藜麦：黑燕麦/黑大麦)为1:3、谷物与水的料液比为1:7.5、酶解时间为40min，酶解温度为70℃，酶解后120℃灭菌20min，冷却接种乳杆菌(Lactobacilluskisonensis)，接种量5％、发酵温度为30℃，发酵时间36.5h。
在另一些具体实施例中，步骤S1具体为：清洗藜麦等谷物、粉碎过80目筛后，藜麦与黑燕麦复合原料比为1:3，加入纯水，糊化时料液质量比1:7.5，加热升温达酶解温度70℃时，按10U/g的添加量加入α-高温淀粉酶，酶解时间40min，酶解后于115℃杀菌15min，灭菌后冷却，得到藜麦与黑燕麦复合谷物培养基；步骤S3具体为：接种kisonensis乳杆菌(Lactobacillus kisonensis，JCM15041)到所述步骤S1得到的藜麦-黑燕麦酶解液培养基中，接种量为5％，30℃下，发酵36.5h。
在另一些具体实施例中，步骤S1具体为：清洗藜麦等谷物、粉碎过80目筛后，藜麦与黑大麦复合原料比为1:2，加入纯水，糊化时料液质量比1:9，加热升温达酶解温度70℃时，按10U/g的添加量加入α-高温淀粉酶，酶解时间40min，酶解后于115℃杀菌15min，灭菌后冷却，得到藜麦与黑燕麦复合谷物培养基；步骤S3具体为：接种kisonensis乳杆菌(Lactobacillus kisonensis，JCM15041)到所述步骤S1得到的藜麦-黑大麦酶解液培养基中，接种量为2％，30℃下，发酵36.5h。
进一步的，本方案还可广泛应用于藜麦与糙米等全谷物复合酵素发酵加工。
与已有研究和申请的专利技术相比，本发明具有如下有益效果：
①将藜麦与高寒低氧地带的黑燕麦或黑大麦组合，进行复合谷物发酵，充分利用不同全谷物的营养成分，开发功能性全谷物食品，相关技术尚未见申请。
②本发明给出了增强复合发酵谷物功能活性的具体工艺参数范围，并建立了不同复合全谷物乳杆菌发酵最优化工艺参数。
③将藜麦与高寒低氧地带的黑燕麦或黑大麦组合，进行复合全谷物发酵，在充分利用不同全谷物营养成分的基础上，成分分析表明，乳杆菌发酵获得的藜麦与黑大麦或黑燕麦的发酵物(发酵液及发酵固体部分)具有超过原有全谷物的功能活性成分。
④本发明技术所获得的产品，具有丰富的黄酮及多酚等多种抗氧化成分，可用于减轻氧化应激(如肿瘤、衰老、肠道菌群失调等)，可作为功能性谷物食品开发的主要原辅料，开发粉状冲调食品、片状或胶囊类保健食品等，还可作为功能性谷物食品的辅料进行配伍使用，具有广泛的应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明藜麦与黑燕麦或黑大麦全谷物复合发酵酵素加工工艺流程；
图2是本发明建立藜麦与黑燕麦复合发酵工艺单因素实验结果；
图3是本发明建立藜麦与黑大麦复合发酵工艺单因素实验结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种有效富集黄酮及多酚的藜麦与黑燕麦或黑大麦复合发酵酵素制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)复合谷物(藜麦-黑燕麦或黑大麦)培养基的制备：包括藜麦和黑燕麦或黑大麦，清理杂质，粉碎，过筛(80目)酶解液化，灭菌，冷却。
将处理好的藜麦粉与黑燕麦粉或黑大麦粉按照一定比例复合，然后按照一定料液质量比加入纯水，加热升温并搅拌混匀，当温度升至70℃时加入耐高温的α-淀粉酶，搅拌均匀，保温40min进行糖化处理，然后120℃灭菌20min，冷却后备用，即得到复合谷物(藜麦-黑燕麦或黑大麦)酶解液培养基。
(2)将kisonensis乳杆菌(Lactobacillus kisonensis，JCM15041)活化。
(3)将所述步骤(2)得到的种子液接种(9×108CFU/mL)到所述步骤(1)得到的复合全谷物培养基中，发酵得到复合全谷物发酵液。
详见以下各实施例：
实施例1、藜麦与黑燕麦复合发酵工艺
图2为原料比(藜麦：黑燕麦)、接种量、料液比及发酵时间对复合发酵谷物中多酚和黄酮含量的影响。当原料比(藜麦：黑燕麦)为1:3和1:5时多酚含量明显高于其他组(p<0.05)；原料比(藜麦：黑燕麦)为1:5时复合发谷物中黄酮含量极显著提高(p<0.01)。发酵后多酚及黄酮含量均显著高于未发酵组，不同接种量对藜麦-黑燕麦复合发酵谷物中多酚和黄酮含量也有显著影响：随着接种量的增加，多酚和黄酮含量总体呈先上升后下降趋势，两者都在5％接种量下达到最大值。当料液比≤1:7时，随着料液比的增加，多酚物质和黄酮物质随料液比增加而提高，料液比为1:7时达到最大值，分别为285.420mg/100g和211.857mg/100g，多酚(p<0.05)和黄酮含量(p<0.01)均显著提高；继续增加料液比，多酚和黄酮均呈下降趋势。发酵时间对复合发酵谷物中多酚和黄酮含量存在一定影响。发酵时间在12h～60h范围内，多酚含量先上升后下降，发酵至36h达到最大值(p<0.05)，但与发酵24h差别不大，随着发酵时间的继续延长(48h和60h)多酚含量反而降低(p<0.05)。类似地，发酵时间在12h～48h范围内时黄酮含量呈上升趋势，而发酵时间延长至60h时黄酮含量下降，发酵时间48h下黄酮含量最高，但与发酵36h及60h无显著差别。
在以上单因素实验的基础上，利用响应面实验设计优化藜麦与黑燕麦复合发酵的最优化条件，结果如表1所示。
表1响应面实验设计及结果
利用响应面实验建立藜麦与黑燕麦复合发酵最佳工艺条件为：原料比(藜麦：黑燕麦)1:3.4、料液比1:7.5、接种量4.9％、发酵时间36.5h。在这个工艺条件下，复合发酵液的多酚含量和黄酮含量分别为299.441mg/100g和257.291mg/100g。经验证，在该条件下，复合发酵液中多酚和黄酮含量分别为295.292mg/100g和256.296mg/100g，RSD分别为0.99％和0.27％，预测值与实际值相近，说明本次所建立的响应面模型对富集藜麦-黑燕麦复合物中多酚和黄酮具有实际应用价值。
实施例2、藜麦与黑大麦复合发酵工艺
图3为原料比(藜麦：黑大麦)、接种量、料液比及发酵时间对发酵谷物多酚和黄酮的影响。当藜麦：黑大麦为5:1、3:1、1:1时，复合谷物发酵后多酚含量显著高于同质量单一藜麦及黑大麦发酵组及1:3和1:5复合发酵组(p<0.05)。藜麦：黑大麦为1:1和1:3时，复合发酵物黄酮含量明显高于单一藜麦和黑大麦发酵组。料液比达到1:7～1:11多酚及黄酮含量显著高于料液比1:3、1:5(p<0.05)。与空白组相比，发酵能显著提高藜麦-黑大麦复合谷物中多酚含量和黄酮含量。1～7％接种量下多酚含量无显著差异，其中3％多酚含量略高于其他接种量，而黄酮含量随着接种量的增加先升高后降低，在2％接种量黄酮含量达到最大值。不同发酵时间下多酚含量无显著差异，发酵24～48h多酚含量略高于其他发酵时间，黄酮含量随着发酵时间的增加呈先上升后下降趋势，发酵时间36h黄酮含量最高。
在以上单因素实验的基础上，利用响应面实验设计优化藜麦与黑大麦复合发酵的最优化条件，结果如表2所示。
表2响应面实验结果
利用响应面实验建立藜麦与黑大麦复合发酵最佳工艺条件为：藜麦：黑大麦1:2.4、料液比1:8.9、接种量2.0％、发酵时间36.7h。在该条件下多酚含量和黄酮含量分别达到最优值370.669mg/100g和264.389mg/100g。在该条件下进行验证实验，经验证，得到藜麦-黑大麦复合发酵液的多酚含量和黄酮含量分别为364.902mg/100g和264.349mg/100g。
藜麦与黑大麦复合发酵后成分分析如表3所示：
表3发酵液中成分分析
注：ND表示未检测到，下同；a,b表示组间具有显著差异，下同
表4发酵沉淀中成分分析
利用UPLC-Q-TOF-MSE对藜麦-黑大麦复合发酵物(包括发酵液和发酵沉淀)进行成分检测。经分析，发酵液中一共检测到26种成分，包括5种氨基酸、2种多酚类物质、8种黄酮类物质、6种糖苷类物质、1种甾体类物质、1种皂苷类物质等；发酵沉淀中一共检测到60种成分，其中氨基酸8种、多酚类物质9种、黄酮类物质13种、木脂素4种、糖苷类物质3种、维生素1种、香豆素物质6种、甾体类物质4种、皂苷类3种、芪类1种和萜类1种等。此外，与发酵藜麦和发酵黑大麦相比，藜麦与黑大麦复合发酵物中多种营养成分含量显著增加(p<0.05)，提示藜麦与黑大麦复合发酵在富集多酚类和黄酮类等营养成分方面更具优势，上述抗氧化成分的显著增加表明藜麦与黑大麦复合发酵可较单一藜麦发酵进一步提高发酵谷物的抗氧化活性。
综上所述，本发明建立了藜麦与黑燕麦或黑大麦全谷物酵素加工的培养基制备工艺及最优发酵工艺条件。在该发酵工艺条件下，黄酮及多酚类等活性成分显著增加，通过植物乳杆菌代谢，产生原有谷物中不具备的活性物质，且表现出较好的抗氧化活性。本发明可为进一步开发以藜麦、黑大麦及黑燕麦为主要原料的功能性全谷物酵素食品提供新的选择，具有较好的应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种有效富集黄酮及多酚的藜麦-黑燕麦或藜麦-黑大麦酵素的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、藜麦-黑燕麦或藜麦-黑大麦酶解液培养基的制备：将藜麦粉与黑燕麦粉或藜麦粉与黑大麦粉按比例复合，加水，酶解、糖化处理，灭菌，得到酶解液培养基；
S2、活化kisonensis乳杆菌菌种；
S3、将活化菌株接种到酶解液培养基中，发酵，得发酵液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述藜麦粉、黑燕麦粉、黑大麦粉的粒径分别为80目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述藜麦粉与黑燕麦粉的质量比为5:1～1:5；藜麦粉与黑大麦粉的质量比为5:1～1:5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加水至料液质量比为1:3-11。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，酶解所用的酶为α-高温淀粉酶，酶添加量为10～20U/g；酶解温度为60-75℃；酶解时间为20-60min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述kisonensis乳杆菌为乳杆菌Lactobacillus kisonensis，JCM15041。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述活化采用MRS液体培养基，培养温度为30±5℃，培养时间为12-20h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，接种量为体积百分比1％-7％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，发酵温度为30±5℃；发酵时长是12-60h。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：将藜麦粉与黑燕麦粉或藜麦粉与黑大麦粉按5:1～1:5复合，按照料液质量比1:3-11加入纯水，加热升温并搅拌混匀，当温度升至70-75℃时加入耐高温的α-淀粉酶，搅拌均匀，保温30-40min进行糖化处理，然后110-120℃灭菌10-30min，冷却后备用。
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