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国内外谷物饮料的研究现状

作者: 发布时间:2014-05-20
地球上有大量品种的谷物,例如大米、小米、玉米、谷粒、高粱、小麦、大麦和燕麦等。发达国家利用高达80%的谷物作为动物饲料。然而,在非洲、亚洲和一些西方国家,大多数谷物被生产成人类食物和饮料。
    尽管不同谷物间存在大量的基因相似处,但其蛋白质和碳水化合物成分仍存在着结构和基因差别,从而导致谷物品种的多样性和用途的多样性。除了不同谷物品种外,人们有能力根据不同消费者的口味和其他影响因素来设计出许多不同的谷物饮料加工技术。通常,谷物饮料加工技术包括清洗、浸泡、发芽、磨碎、过滤、加热及发酵等。
迄今为止,人们已经对各种谷物饮料研究很多并从中获得大量的信息。然而,只有关于谷物饮料品质的有限信息可以了解。目前,对不同谷物饮料品质的认识正在加深,尽管进程相对缓慢。因此,这篇综述的目的介绍一些谷物饮料的原料,概括出饮料的加工技术和对谷物饮料中某些重要且常见营养成分进行分析的技术或方法,为谷物饮料的发展提供参考。
 
1  谷物饮料原料的发展现状
 
    在加工技术和所应用的谷物类型基础上,谷物可被制成多种食品。在非洲国家中,传统食品中,传统食物以小米、玉米和大米为原料。在尼日利亚,有谷物制成的一些传统食物包括Tuwo,Ogi,Kunu,Buruktu和Pito。T.Gaffa研究Kunu,通常这是一种由小米和高粱制成的非酒精性谷物饮料。尽管这种饮料在其他国家也有消费,但它却是北尼日利亚人最常用的饮料,例如Kunu-zaki就是北尼日利亚的一种传统发酵型、非酒精性并广泛消费的饮料。大多数是由小米,也包括高粱和玉米为原料制作生产,且常用生姜调味制作而成。该饮料的盛行取决于其特征的酸甜风味和牛奶外观,这些特征可与非洲其他发酵型谷物糊状物相比较,例如Mahewu和Baganiya。
    Acha和Iburu在分类上属于玉米。高粱和珍珠小米的亚族。营养上,Acha和Iburu富含对人体健康至关重要的传统谷物中缺乏的蛋氨酸和胱氨基酸。在尼日利亚和西非,这些谷物的生产潜能很高,且在湿度和低肥力的情况下,其谷物特征性优于其他谷物。同时,能很好地提高农民的收入。因此,I.A.Jidean进行研究并利用Acha和Iburu制成名为Brukutu的酒精饮料。
    Masvusvu和Mangisi是非洲的两种传统Zim-babwean饮料,都是由发芽的小米粉制成。不同的是,Masvusvu是一种甜饮料,而Mangisi是一种甜酸味饮料,是由Masvusvu过滤后经自然发酵制成。两种产品都是浅棕色,都可作为食物或饮料消费,还可作为村庄集会的盛行点心,或作为人们在田间劳作时的食用,Masvusvu还可用作啤酒酿造时的附属物。
    北非洲的撒哈拉沙漠,传统酒精性饮料如Pito、Burukutu、Sekete、棕榈酒、Agadagidi和Akadamu是由富含碳水化合物的农产品制作而成。这些饮料作为Inebriating饮品提供给人们,特别是Pito,这些饮料对于尼日利亚、加纳和多哥的人们来说较普遍。它是由高粱制成,颜色由金黄色到深棕色,口味由微酸到很甜,含有乳酸、糖、氨基酸、2-3%的酒精、维生素和蛋白质。在加纳、多哥和苏丹,有四种类型的Pito,其各自特性取决于麦芽汁提取物和发酵方法的不同。
    在非洲南部国家中,乳酸发酵型食物作为家居水平的加工技术被广泛应用,并且制成了大量的产品。如Mageu,它是通过水煮玉米粉至沸制成的含8%-10%固形物的粥,再向其中加入小麦粉后进行乳酸发酵。因此,Mageu是一种流行于本地的酸味、非酒精性饮料。
    Boza也是一种非洲饮料,低酸、低酒精,是由厚厚的类似面粉糊稠度的物质发酵形成的传统饮料,且其酸或甜取决于制作方法和成分。它通常由各种谷物(小麦、玉米、大麦、燕麦等)和自然混合的酵母及乳酸菌发酵而成。另外,类似Boza的产品有Kenyan Busaa、非洲南部的Kaffir啤酒、尼日利亚的Ogi、Pito,Sekete、埃及的Bouza,Turkmenistan和Krimbusa。
    在西方国家,各种酒精性饮料只由麦粒发酵制得,这些麦粒既可作为淀粉来源,又可作为糖分来源。反之,在亚洲国家,酒精性饮料例如日本米酒,是由作为淀粉和糖分来源的大米制得。大米啤酒Zutho,有发芽大米谷物制成,仅在印度Nagaland流行的稀有饮料。
    Kefir是由凝胶状和不规则谷物制成的饮料,这些谷物由酵母和乳酸菌联合发酵。Kefir中大约有30-50个细菌和酵母菌群生长在一起,但这一数目可能会随培养基(糖、牛奶、果汁)和谷物来源地而变化。
    在国内,金海珠等人根据大米含蛋白质、脂肪、维生素及11中矿物质等特点,利用营养互补的原理,原料上采用一定比例的精米和糙米,采用传统与现代生物技术相结合的工艺,研制出色泽清亮、香气宜人,保留精米和糙米原有成分的甘甜可口的大米饮料。
    而小米是一种富含大量营养素的杂粮,其主要营养成分,如蛋白质、脂肪均高于大米,此外,它还具有一定的保健作用。安辛欣经研究,成功配制成了色泽淡黄、香甜爽口的小米饮料。李凤成等人,则根据小米性甘微寒、有健脾、除湿、安眠等功效,以小米为主料,添加优质乳制品为辅料,研制出口感良好的小米乳饮料。
    甜玉米营养成分含量丰富,大分子淀粉含量较低,蛋白质含量高,含人体必需氨基酸,而且组成比例平衡,尤其是赖氨酸含量尤为突出,低聚糖、还原糖含量较高,还含有不饱和脂肪酸,水溶性膳食纤维等,根据这些特点,董文明等人研制出营养丰富、风味突出的甜玉米饮料。
 
2  谷物饮料生产技术现状
 
    生产谷物饮料,所有谷物原料都应被洗净去除灰尘、沙石、植物残骸等,最好用流动水来清洗。
浸泡过程很重要,有助于激活谷物中的酶,并使其变软。大量的谷物在整个加工过程中都应该浸泡适当的时间。在Masvusvu和Mangisi制作过程中,小米应于室温下在水中浸泡24h以充分吸收水分。在Kunun Zaki,Kunun Baul和Kunun Jiko的制作过程中,不同的谷物类型,浸泡时间不同,在浸泡之后进行湿磨或调香。玉米浸泡时间是2-3d,而小米和高粱的浸泡时间仅12-24h。各种材料,如塑料桶、粘土锅、葫芦及金属桶等都可以用于浸泡。浸泡用水有村庄的井水,城市中心的自来水或洞穴水。在某些情况下,使用热水或温水,目的是缩短浸泡时间。国内,制作小米乳饮料过程中,小米应浸泡2h。陈智毅等人在制作玉米汁饮料过程中,浸泡玉米时加入焦亚硫酸钠有两个作用,一是在浸泡过程中起防腐作用,能抑制腐败微生物生长;二是亚硫酸根离子与玉米蛋白中的二硫键发生反应,使淀粉易于从蛋白质网络中释放出来,从而提高其分离效率。在玉米第二次浸泡时加入0.1%柠檬酸可使前面残留的SO2易于去除,并使成品色泽更佳。
    浸泡之后,可进行发芽。在Masvusvu和Mangisi的制作过程中,浸泡之后,小米被放入麻袋中,清洗三次之后于室温下在麻袋中发芽2d。
    研磨谷物的方法有干磨和湿磨,制得Kunun Zaki、Kunun Baule和Kunun Jiko采用湿磨法。而Kunun Tsamiya,Kunun Aduwa,Kunun Kanwa和Kunun Koko的制作中采用干磨法。
国内,在制作小米饮料的过程中,用植物粉碎机将小米研磨制成粉,过筛分别得40,60,80目的样品,从糊化结果看,以80目的样品效果最好。傅亮等在研制发酵型营养米乳时,将大米粉碎的颗粒大小定为30-50目,以便缩短浸泡时间。磨浆时,用胶体磨将一定比例的水浸泡过的米粉磨浆1min。在制作玉米汁饮料时,采用80℃热水磨浆,固液比1:10,浆液可溶性固形物含量达3.0%,且无生味,粒度细小、均匀。
    为得到饮料制作所需的真正有用物质,过滤是必要的。Masvusvu在室温下冷却30min后加入2L洁净的自来水稀释其粘度和甜度。之后,使用425μm的过滤材料进行过滤。过滤后在锅中于室温下自然发酵8h。最后,制得Mangisi。在制作Kunun Zaki时,湿磨后,其糊状物可用充足的自来水过滤,过滤物于室温下静置沉淀3-5h,并去除上清液。
    在国内,李凤成等人在制作小米乳饮料时,将磨浆后的物料经过立式浆渣分离机把粗纤维等杂志分离出去,由螺旋排渣机排出车间外,分离机滤网为120-150目。傅亮等人在研制发酵型营养米乳时,用60目的筛子过滤浆液,以便除去可能的粗渣。
    过滤后,某些饮料生产过程中会进行发酵以得到甜酸风味,例如Kunun Zaki剩余的牛奶状和面糊状的沉淀被分成两部分。其中一部分用2L水煮沸后冷却到40-50℃,再加3L自来水稀释,并发酵8h制成Kunun Zaki,同时加2%(W/V)的粒状糖来增甜。当然,人们可根据其口味加入不同量的糖制成不同风味的饮料。傅亮等人在制作发酵型营养米乳的过程中,在无菌条件下,按比例接入已经活化过的筛选菌种,在一定温度及时间条件下发酵。张玲等在制作发酵型玉米清汁饮料时,接种啤酒酵母,在15℃下发酵5d,结束主发酵,在4℃下后发酵10d。直至残糖浓度降到1.5%。
    为提高饮料稳定性,商业稳定剂或乳化剂可在适当温度下加入饮料混合物中,并持续搅拌至该混合物达到一定温度,并保温一定时间。饮料的各部分还应在高压均质机中于相似压力下均质两次。此外饮料将加入水、糖、柠檬酸等从而得到美好的风味。之后,根据不同情况采取相应杀菌方式,如巴氏杀菌或高温瞬时杀菌等。
    最后,饮料被装入容器中并储藏在适当温度下。例如,国内安辛欣等人在制作小米饮料时,饮料装瓶后于120℃杀菌10min后冷藏,饮料性能稳定。李凤成等人制作小米乳时,将灌装好的饮料按统一标准装入纸箱封口放入仓库,仓库温度不高于25℃。
 
3  谷物饮料分析技术的研究现状
 
3.1  感官分析
    取15ml饮料样品转入黑色隔离罩的聚苯乙烯盘内(直径100mm),颜色由一个Minolta色度计Ⅱ反应系统以D65光源在0角度下测得。以浅蓝色片为基准进行校准(校准片号码为20231903),根据颜色空间坐标L*=69.82,a*=+19.75和b*=+31.75得到的值计算色度,和(h0=b*/a*的反正切值)色度[(a2*/b2*)1/2],相应地,由食品科学和技术部门的10名工作人员和学生组成一个未经训练的小组,该小组按其成员对样品的喜好或熟悉程度不同进行感官评价。感官评价是在感官评价实验室的白日光灯下进行。新鲜的凉饮用水在评价过程中用来清洗口腔。饮料的组织状态(外观)、颜色、香味、口感和大众可接受性被评价。每种性质给予9级标准(9=非常喜欢,1=非常不喜欢)。国内,傅亮等制作发酵型营养米乳时,由10人组成小组,主要对产品的色泽、外观、风味、香味和口感进行品评,根据评分标准进行评价评记分,评分标准规定色泽为乳白、有光泽的满分记1分,组织状态良好、无上清液的满分记1分,发酵风味为乳酸风味适中、无馊味、涩味记满分1分,香味为浓厚米香味的记满分1分,口感为无颗粒感,细腻的记满分1分,总分合计为5分。
3.2  物理分析
    一些饮料的物理性质在其储存5d后于1℃下进行评价。除悬浮稳定性外,其它所有分析在样品评价前应将饮料所有成分混合均匀后进行。15ml饮料样品的粘度于22℃下通过安装有转子和锭子的Brookfield数字粘度仪来测定。悬浮稳定性则通过对一瓶饮料从上部及下方1/3处取25ml饮料来测定,并测定顶部到底部总固形物的比例。这一比例称为悬浮稳定指数。Boza的粘度是在10、20和30℃下利用一种Brookfield粘度计进行测定,该机器安装有3号锭子,转速有5、10、20、30、50、60和100r/min。600ml轧碎机中装入充足样品以浸润锭子上的水浴锅测定。30s后记录下三个读数。流动性通过能量定律模型来描述。
ηa=kr(n-1)
式中:ηa=表面粘度(Pas),r=转速(s-1),k=稠度指数(Pasn)和n=流动性指数(小容积)。
3.3  化学分析
    化学分析对于几乎所有谷物饮料来说非常重要,因为它有与人们生命安全有关。不同谷物饮料有不同的化学分析方法,因为饮料中所含的化学成分及其性质各不相同。
Kunun Zaki的pH可由一标准pH计测得。可滴定酸度可由0.1mol/L的NaOH标准溶液测得。去脂种子、谷物粗磨粉和饮料沥干物(固形物)的总脂成分可使用脂肪提取仪取出脂肪,再根据AOAC法测得。谷物研磨粉、饮料沥干物的蛋白质成分及氮溶指数(NSI)可分别根据AOAC法、46-11和46-23法测得。总固形物(%)可通过将25ml饮料放在一个鼓风干燥箱中,在60℃下烘干3d后进行测定。
    Zutho(一种大米啤酒)在600g下离心10min后,通过滤纸过滤并按照标准方法进行分析。酸度可用0.1mol/L的NaOH标准溶液对10mL样液测定中和而测得。还原糖可按先前的描述进行测得。无壳发芽大米谷物用1mol/L的HCl于100℃下水解2h,并用固体NaHCO3中和,糖分含量随葡萄糖减少而减少,之后便能计算出发芽大米中的糖分含量。乙醇和易挥发芳香族化合物成分的浓度经气象色谱法分析测得。
    从Boza中提取的水溶性蛋白质搅拌1h后,以6000rpm离心20min。上清液被过滤,根据二喹啉甲酸(BCA)蛋白质分析程序来评估蛋白质含量。以牛浆液清蛋白为蛋白质标准。样液的pH由pH计测得。
    饮料中湿度或水分、灰分、脂肪、蛋白质(N×6.25)和纤维含量分别通过AOAC标准法14.004,14.006,14.018,47.021和7.066测出。碳水化合物的测定有所不同。样液的能量水平由因素:4×蛋白质,9×脂肪和4×总碳水化合物来计算得到。维生素C由标准方法测定出。
3.4  生化分析
    Kunun Zaki的生化检验包括过氧化氢酶和氧化物产物,甲基红,Voges-Proskauer吲哚,柠檬酸盐,氨水产物,硝酸盐产物和由糖产生的酸性气体产物。Masvusvu和Mangisi的所有分析测定应重复做三次,可滴定酸度应及时测定。在发酵过程中,取5ml上清物转入一个锥形瓶中,并用蒸馏水稀释两倍。用0.1mol/LNaOH标准液对其滴定,以酚酞做指示剂。产生的总酸量根据方程以乳酸百分数表示。
    乳酸按先前的描述来测定。总自由还原糖量按文献描述的方法来测定。淀粉酵素酸度按文献中描述的方法测定。在烧煮和发酵过程中收集0.1ml上清液,适当稀释后,在0.1M柠檬酸盐中加入0.8mL12%的可溶性淀粉,之后,在pH为5.0,温度为60℃下保持10min反应,该反应会因加入0.1mL的5mol/LNaOH而停止。还原糖增加量按照先前的描述进行测定。一个淀粉酵素酶单元可被定义为在一定条件下,释放出1μmol或减少机能减价物时的酶的数目。
3.5  微生物分析
    Kunun Zaki的标准微生物分析程序,是使用0.1%的消化蛋白质水作为稀释剂,以各种培养基为基础的斜面培养皿技术来进行试验分析:琼脂计数培养皿用于总可见菌群计数;MacConkey琼脂用于加利福利亚菌;Rogosa琼脂用于乳酸菌;酸性土豆琼脂用于Fugi。所有的培养皿都应在适当的温度下培养适当的次数,且要认真统计其菌落数。收集用于微生物分析的Mansvusvu和Mangisi的样品被消化蛋白质水连续稀释,在不同培养基中操作三次。37℃下培养24h后,在平皿计数板上和不同培养基上,统计出总好氧Mescophilic的细菌数。乳酸菌数于37℃培养48h后在MRS培养基上计数。酵母和霉菌则于30℃培养48h后在孟加拉玫瑰红Chloramphenical培养基上计数。
    在国内,不同类型谷物饮料的微生物指标有所异同,主要体现在测定指标种类和达标数据上,饮料中细菌总数、大肠菌群、致病菌、霉菌和酵母的检验都有其各自相应的标准方法。其中,细菌总数的检验程序是采集检样,做适当倍数的稀释,选择适宜的稀释液,吸取1mL加入灭菌培养皿中,然后加入适量琼脂,在经过一定温度培养后进行计数。大肠杆菌检验程序也是先采集检样、稀释,于乳糖胆盐发酵管中培养,根据是否产气确定是否用伊红美蓝琼脂平板进行培养,之后通过革兰氏染色确定革兰氏阴阳性,革兰氏阳性表示大肠菌群为阴性。同时做乳糖发酵培养看是否产气,不产气报告大肠菌群阴性,并计数,产气者结合革兰氏阴性推断出大肠菌群为阳性,并计数。
3.6  统计分析
    方差分析:用于Kunun Zaki的方差分析即比较平均值。Boza的所有测定应重复三次。Boza的数据也可通过方差分析法来分析。
    邓肯氏倍数极差试验:对于Boza,其平均值比较可通过SAS6.12软件,在P<0.05条件下,经邓肯氏倍数极差试验进行。另外,邓肯氏倍数极差试验也可用于测定平均值之间的显著性差别。
国内金海珠等人研制大米饮料,在确定水解条件时,因葡萄糖化酶、水解时间以及水解温度都对大米饮料的色、香、味有重要影响,以饮料糖度及感官评价进行四因素三水平的正交实验,得出相应数据,从方差分析和F检验得出哪些因组是极显著差异或显著差异,或无显著性差异,结合极差分析得出最佳水解条件,再参考饮料感官品质后最终确定最佳水解条件。此外,在很多谷物饮料中,都会应用到正交实验、方差分析和极差分析等。
 
4  展望
 
    关于许多种谷物饮料的研究已让人们产生一些理解,并得出相应的结论。然而,对谷物饮料使用的进一步研究仍不足。以下领域所需要的基础性和可行性研究应能够提供谷物饮料品质特性和新加工技术方面的信息:
    针对每种谷物淀粉对相应饮料稳定性的影响效果而获得关于其结构和功能关系的全面了解。简单研磨设备的发展,有利于谷物利用的多样化。与功能性或特殊饮料的应用及发展有关的谷物多样化。
    对谷物原料营养成分的分析和对这些谷物结构的进一步研究。
    不同谷物饮料产品,包括其品质和消费者可接受性的提高。
    从生长有谷物的国家得到的有关地区、产品和生产力的有限数据,这些信息将帮助计划者和政策裁决者们决定优先考虑的重大事情。
    确定有关谷物饮料营养价值和品质的传统及机械加工方法的效果。
超高温、无菌包装系统、冷冻浓缩、反渗透和超高压技术将作为新技术用于谷物饮料的制作中。这些新技术能有效地保藏营养成分。
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