一种固态发酵含杂粮的食品及其制备方法与流程

本发明属于食品加工，具体涉及一种固态发酵含杂粮的食品及其制备方法。

背景技术：

1、杂粮通常是指水稻、小麦、玉米、大豆和薯类五大作物以外的粮豆作物，包括高粱、谷子、荞麦、大麦、菰米以及绿豆、豌豆、黑豆、红豆等。目前，随着对杂粮生理功能研究的不断深入，杂粮中诸多对人体具有健康功效的营养和生物活性物质逐渐被人们认识和关注。除丰富的营养物质外，杂粮中还含有植酸、单宁、皂苷、蛋白酶抑制剂、凝集素等天然抗营养因子。有研究表明，这些抗营养因子与矿物质、蛋白和淀粉较强结合，限制杂粮营养成分的溶解性、功能性和生物利用度，干扰人体对营养物质的消化和吸收。特别是对于素食者、缺铁性贫血儿童和孕妇等来说，杂粮的摄入会因其较高的抗营养因子水平而影响甚至阻断蛋白质、矿物质、功能性糖分等营养物质的吸收，极大的限制了杂粮的推广和应用。

2、固态发酵是指微生物在含水量较少或者没有水的基质(或底物)上生长的一种微生物发酵方式，能够通过微生物及其酶的生物化学修饰过程软化基质结构，促进不良活性成分降解及生物转化、释放结合态生物活性化合物、有效提升基质(或底物)的营养及食用价值、增加风味物质，相比于液体发酵，固态发酵具有更高的发酵生产力、更低的分解代谢阻遏、更低的水分活性以及更低的无菌操作要求等。

3、杂粮中的抗营养因子通常与淀粉、蛋白质、膳食纤维、多酚类化合物和矿物质等形成较强结合的复杂络合物，一般的物理加工方式难以去除。相比于物理加工方式，生物加工(包括萌芽、发酵和酶处理)对杂粮中抗营养因子的降解更加有效。杂粮的固态发酵可以利用微生物在发酵过程中产生的酶破坏抗营养因子(植酸、单宁、皂苷、低聚糖、胰蛋白酶抑制剂等)与其他生物分子的强结合作用，并通过微生物代谢这些抗营养因子分解成多肽、游离氨基酸、酚类化合物和可溶性纤维等。同时，菌种代谢过程产生的这些降解产物可明显提高杂粮功能活性物质含量，从而增强糙米的营养价值和功能活性(例如抗氧化活性)。相比于其他生物加工过程(萌芽和酶处理)，菌种代谢过程中产生一系列小分子的风味物质，可以赋予杂粮独特的质构和风味特性。综上所述，固态发酵可减少杂粮中的抗营养因子含量，改善杂粮产品风味，提高杂粮产品功能活性。然而，目前已有的杂粮固态发酵相关研究，多采用单菌种或少量菌种进行，工艺不确定且对杂粮品质的提升效果有限。

4、因此，需要提供一种抗营养因子低、风味独特、抗氧化活性高的含杂粮食品的制备方法，对于提高含杂粮食品的品质是具有重要意义的。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种固态发酵含杂粮食品的制备方法。

2、本发明的另一个目的在于提供一种利用如上所述方法制备的固态发酵含杂粮的食品。

3、为达到第一个目的，本发明所采用的技术方案是：

4、本发明公开一种固态发酵含杂粮食品的制备方法，包括如下制备步骤：

5、将多菌种固态发酵剂a与谷物原料混合进行一次固态发酵，得到一次固态发酵谷物，然后再将多菌种固态发酵剂b与一次固态发酵谷物进行二次固态发酵，得到含杂粮的食品；

6、其中，所述多菌种固态发酵剂a包括酵母菌，乳酸菌，脉孢菌，霉菌和芽孢杆菌，其质量比为0～1:0～1:0～1:4～12:4～12；

7、所述多菌种固态发酵剂b包括酵母菌，乳酸菌，脉孢菌，霉菌和芽孢杆菌，其质量比为8～20:8～20:8～20:0～1:0～1。

8、本发明采用酵母菌、乳酸菌、霉菌、脉孢菌和芽孢杆菌进行复配对谷物原料(杂粮质量占比≥50％)固态发酵生物改性，相比于无处理的杂粮，固态发酵可以利用微生物在发酵过程中产生的丰富多样的酶(植酸酶、单宁酶、纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶等)将含杂粮的谷物原料中的植酸、单宁、皂苷和低聚糖(β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖)等抗营养因子分解转化为多肽、游离氨基酸、酚类化合物和可溶性纤维等物质，有效减少抗营养因子与蛋白质、淀粉及矿物质等营养元素的强效结合，有助于谷物特别是杂粮在人体内的消化和吸收；其次，植酸、单宁、皂苷和低聚糖等抗营养因子的降解可显著缓解杂粮产品的苦涩味道和粗糙口感，利于感官品质的改善；更进一步的，这些大分子抗营养因子的降解，显著提高杂粮中小分子活性物质的含量(可溶性膳食纤维、游离氨基酸、游离态酚类物质等)及有效性，从而增强杂粮体外抗氧化活性。好食脉孢菌菌体内含有丰富的蛋白质、b族维生素等，是发酵工业常用的有益菌种，此外，好食脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌代谢产生的植酸酶、单宁酶、纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶等，可有效分解杂粮中的植酸、单宁、皂苷和低聚不可溶性膳食纤维，产生更多可被酵母菌和乳酸菌生长利用的碳水化合物，同时增强杂粮对水分的吸附，有利于缩短杂粮加工时间。在多菌种代谢过程中产生了一系列小分子的风味物质，又赋予杂粮独特的质构和风味特性，极大地改善了杂粮产品色泽灰暗、食味品质不佳等问题，提高了杂粮产品的可食用度。

9、前期通过大量实验发现，以霉菌和芽孢杆菌为主的多菌种固态发酵剂a先一步发酵，以酵母菌、乳酸菌和好食脉孢菌为主的多菌种固态发酵剂b后一步发酵，更加有利于杂粮产品品质的改善，原因如下：(1)霉菌和芽孢杆菌代谢产生的多类型大数量的酶，包括纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等，可以软化和疏松杂粮致密的皮层结构，利于外界水分及代谢酶类的吸附和通过，提高微生物对杂粮基质的生物修饰和化学改性作用；(2)多菌种固态发酵剂a中霉菌和芽孢杆菌快速的生长效率和丰富的代谢产物可以为下一步多菌种固态发酵剂b中酵母菌、乳酸菌和好食脉孢菌的生长代谢提供丰富的营养物质，有利于具有芳香气味的小分子物质以及抗氧化活性物质的形成；(3)前期大量实验研究发现，若多菌种固态发酵剂a和b混合一次发酵，菌种之间的竞争作用十分显著，部分菌种功能受限，不能很好发挥作用。综上所述，采用多菌种固态发酵剂a和b分段发酵方式，更加有利于杂粮产品品质的改善。

10、进一步，所述多菌种固态发酵剂a中，酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比为0.1～1:0.1～1:0.1～1:4～12:4～12；示例性地，所述酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比还可以为0.1～0.2:0.1～0.2:0.1～0.2:4～12:4～12，0.1～0.2:0.1～0.2:0.1～0.2:6～10:6～10或0.1～1:0.1～1:0.1～1:6～10:6～10等等，当所述多菌种固态发酵剂a中，酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比为0.1～0.2:0.1～0.2:0.1～0.2:6～10:6～10时，对谷物原料的固态发酵效果最好。

11、进一步，所述多菌种固态发酵剂b中，酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比为8～20:8～20:8～20:0.1～1:0.1～1；示例性地，所述酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比还可以为8～20:8～20:8～20:0.4～0.8:0.4～0.8，10～18:10～18:10～18:0.4～0.8:0.4～0.8或10～18:10～18:10～18:0.1～1:0.1～1等等，当所述多菌种固态发酵剂b中，酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、霉菌和芽孢杆菌的质量比为10～18:10～18:10～18:0.4～0.8:0.4～0.8时，对谷物原料的固态发酵效果最好。

12、进一步，所述酵母菌包括但不限于酿酒酵母、毕赤酵母或克鲁维酵母中的一种或多种组合；所述乳酸菌包括但不限于植物乳杆菌，戊糖片球菌，发酵乳杆菌或德氏乳杆菌中的一种或多种组合；所述脉孢菌包括但不限于好食脉孢菌；所述霉菌包括但不限于红曲霉、米曲霉或米根霉中的一种或多种组合；所述芽孢杆菌包括但不限于凝结芽孢杆菌；所述多菌种固态发酵剂a和多菌种固态发酵剂b中，酵母菌，乳酸菌，脉孢菌，霉菌和芽孢杆菌的菌种类型可以相同或不同；本发明中所述的乳酸菌、霉菌、酵母菌和脉孢菌为冻干型；所述酵母菌、乳酸菌、霉菌、脉孢菌和芽孢杆菌活菌数量不小于1×1010cfu/g。

13、本发明所述的酵母菌、乳酸菌、霉菌、脉孢菌和芽孢杆菌均来自于各菌种的市售单一纯种活菌制剂，或者使用经微生物学鉴定为相应菌种的任意已知的菌株通过严格无菌培养而制备的菌剂。

14、进一步，所述谷物原料与多菌种固态发酵剂a的料液比为1:0.2～0.7w/v；示例性地，所述谷物原料与多菌种固态发酵剂a的料液比还可以为1:0.2～0.3w/v，1:0.2～0.4w/v，1:0.2～0.5w/v，1:0.2～0.6w/v，1:0.3～0.4w/v，1:0.3～0.5w/v，1:0.3～0.6w/v，1:0.3～0.7w/v，1:0.4～0.5w/v，1:0.4～0.6w/v，1:0.4～0.7w/v，1:0.5～0.6w/v，1:0.5～0.7w/v或1:0.6～0.7w/v等等，当所述谷物原料与多菌种固态发酵剂a的料液比为1:0.4～0.6w/v时，对谷物原料的固态发酵效果最好。

15、进一步，所述谷物原料与多菌种固态发酵剂b的料液比为1:0.5～1.0w/v；示例性地，所述谷物原料与多菌种固态发酵剂b的料液比还可以为1:0.5～0.6w/v，1:0.5～0.7w/v，1:0.5～0.8w/v，1:0.5～0.9w/v，1:0.6～0.7w/v，1:0.6～0.8w/v，1:0.6～0.9w/v，1:0.6～1.0w/v，1:0.7～0.8w/v，1:0.7～0.9w/v，1:0.7～1.0w/v，1:0.8～0.9w/v，1:0.8～1.0w/v或1:0.9～1.0w/v等等，当所述谷物原料与多菌种固态发酵剂b的料液比1:0.8～1.0w/v时，对谷物原料的固态发酵效果最好。

16、进一步，所述一次固态发酵的发酵温度为25～38℃，发酵时间为24～72h；所述二次固态发酵的发酵温度为25～38℃，发酵时间为18～56h；优选地，当所述一次固态发酵的发酵温度为30～35℃，发酵时间为28～68h；所述二次固态发酵的发酵温度为26～32℃，发酵时间为24～50h时，对谷物原料的固态发酵效果最好。

17、进一步，所述多菌种固态发酵剂a或多菌种固态发酵剂b是按照如下步骤制备而得：

18、首先将所需菌种进行活化制备菌泥，然后按配方比例混合好制备复合菌泥，最后加入无菌水，配制成多菌种固态发酵剂a或多菌种固态发酵剂b。

19、进一步，所述无菌水和复合菌泥按照每50ml无菌水加入复合菌泥总质量为1.0～4.0g的比例配制。

20、根据本发明的具体实施方式，本发明使用的酵母菌、乳酸菌、脉孢菌、芽孢杆菌和霉菌在使用前可以根据本领域已知的方法进行活化，获得活力旺盛的菌种，以提高对杂粮产品改性的效果。例如，可以按照如下方法进行菌种活化：

21、酵母菌(例如：酿酒酵母，好氧)的活化：将酿酒酵母菌接入到不含琼脂的酵母浸出粉胨葡萄糖肉汤培养基中，活化2代后，3000～4000r/min离心3～5min，用0.8％的无菌生理盐水洗涤后得到沉淀的白色酿酒酵母菌泥。所述不含琼脂的酵母浸出粉胨葡萄糖肉汤培养基制备方法为：10g胨、5g酵母浸出粉、20g葡萄糖，混合后加入1000ml蒸馏水中，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min。

22、乳酸菌(例如：植物乳杆菌，好氧)的活化：将植物乳杆菌接入不含有琼脂的mrs肉汤培养基中，活化2代后，3000～4000r/min离心3～5min，用0.8％的无菌生理盐水洗涤后分别得到沉淀的白色植物乳杆菌菌泥；所述不含有琼脂的mrs肉汤培养基制备方法为：10g蛋白胨、5g牛肉粉、20g葡萄糖、4g酵母粉、5g乙酸钠、2g磷酸氢二钾、0.2g硫酸镁、2g柠檬酸三铵、0.05g硫酸锰、1ml吐温80，混合后加入1000ml蒸馏水中，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min。

23、脉孢菌(例如：好食脉孢菌，好氧)的活化：好食脉胞菌的冻干粉于不含琼脂的pda培养基中活化培养，在恒温培养箱中于28℃恒温振荡活化培养7天，然后于3000r/min离心5min，用0.8％的无菌生理盐水洗涤3次后得到好食脉胞菌的菌泥。所述不含琼脂的pda培养基的配制方法为：200g马铃薯切成小块，加水煮沸20～30min至可被玻璃棒戳破，纱布过滤，得到的滤液加热并加入20g葡萄糖，搅拌均匀装入三角瓶并封口，121℃灭菌20min。

24、芽孢杆菌(例如：凝结芽孢杆菌，好氧)的活化：凝结芽孢杆菌的冻干粉于不含琼脂的lb培养基中活化培养，在恒温培养箱中于30℃恒温振荡活化培养7天，然后于3000r/min离心5min，用0.8％的无菌生理盐水洗涤3次后得到芽孢杆菌的菌泥。所述不含琼脂的lb培养基的配制方法为：10g蛋白胨、5g酵母粉、10g氯化钠混合后加入1000ml蒸馏水中，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min。

25、霉菌(例如：米曲霉、米根霉、红曲霉，均为好氧)的活化：将米曲霉、米根霉和红曲霉分别接入查氏液体培养基、马铃薯葡萄糖液体培养基和麦芽汁肉汤培养基中，活化2代后，3000～4000r/min离心3～5min，用0.8％的无菌生理盐水洗涤后分别得到沉淀的米曲霉和米根霉菌泥；所述查氏液体培养基制备方法为：30g蔗糖、3g硝酸钠、0.5g七水合硫酸镁、0.5g氯化钾、0.01g四水合亚硫酸铁、1g磷酸氢钾，混合后加入1000ml蒸馏水中，ph为6.0～6.5，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min；所述马铃薯葡萄糖液体培养基制备方法为：1.0l马铃薯提取液(去皮马铃薯200g，切成小块，加水1.0l煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1.0l)、20g葡萄糖，混合后加入1000ml蒸馏水中，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min。所述麦芽汁肉汤培养基制备方法为：6g麦芽浸粉、1.8g麦芽糖、6g葡萄糖和1.2g酵母浸粉混合后加入1000ml蒸馏水中，加热煮沸溶解，装入三角瓶并封口，121℃高压灭菌20min。

26、本发明使用的不含琼脂的酵母浸出粉胨葡萄糖肉汤培养基、不含有琼脂的mrs肉汤培养基、不含琼脂的pda培养基、不含琼脂的lb培养基、查氏液体培养基、马铃薯葡萄糖液体培养基和麦芽汁肉汤培养基可以外购，也可自行按照上述方法配制。

27、进一步，所述谷物原料中，杂粮的质量含量为50％～100％；优选地，杂粮的质量含量为50％～80％；优选地，所述杂粮包括但不限于藜麦、高粱、荞麦、谷子和青稞中的一种或多种；所述谷物原料还包括小麦、稻米、玉米、燕麦、薏苡、菰米、绿豆、红豆和黑豆中的一种或多种。本发明中谷物原料包括但不限于完整籽粒、脱皮籽粒、切粒、碎粒。

28、本发明所提供的技术方案针对于固态发酵含杂粮的食品中的应用，杂粮的质量含量越大，改善效果越好，即植酸、单宁、皂苷的含量降低更为明显，抗氧化活性的增大也更为显著。

29、根据本发明的具体实施方式，本发明的谷物原料(杂粮质量占比≥50％)的前处理操作如下：经筛理去除谷物原料中杂质，用饮用水浸泡2～3h，于40～50℃烘干至水分含量在10％～20％。

30、为达到第二个目的，本发明所采用的技术方案是：

31、本发明公开一种固态发酵含杂粮的食品，所述含杂粮的食品按照如上所述的制备方法制备而成。

32、进一步，所述含杂粮的食品包括杂粮面条，杂粮馒头，杂粮面包，杂粮米饭，杂粮粥或杂粮米糕。

33、本发明的有益效果：

34、本发明所提供的酵母菌、乳酸菌、霉菌、脉孢菌和芽孢杆菌多菌种复合杂粮固态发酵菌剂适用于固态发酵谷物原料(杂粮质量占比≥50％)，应用范围较广。采用本发明所提供的多菌种复合糙米固态发酵菌剂可生产杂粮面条、杂粮面包、杂粮饭、杂粮粥、杂粮米糕等含杂粮的食品，植酸、单宁和皂苷等抗营养因子最大降幅分别可达73.79％、56.02％和77.11％，苦味值最大降幅可达75.35％，抗氧化活性最大增至未发酵产品的4.65倍。此外，经多菌种固态发酵剂生产的杂粮色泽白润，改善了杂粮色泽灰暗的问题，杂粮产品口感更加柔软、粘糯，并且通过不同菌种的代谢过程产生了一系列小分子的风味物质，赋予杂粮产品独特的风味特性，味道更加芳香浓郁。