酵母發(fā)酵改善麩皮食用品質(zhì)的研究

王小平,雷　激,唐　詩,陸羽霜,王祖文

(西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039)

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酵母發(fā)酵改善麩皮食用品質(zhì)的研究

王小平,雷激*,唐詩,陸羽霜,王祖文

(西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039)

為改善麩皮粗糙的口感及苦澀味,提高麩皮的營養(yǎng)價值,本實(shí)驗(yàn)利用酵母對麩皮進(jìn)行發(fā)酵處理,對發(fā)酵過程中麩皮的感官及理化性質(zhì)進(jìn)行評定。結(jié)果表明:發(fā)酵后麩皮的風(fēng)味顯著改善,苦澀味變?yōu)槊拙品枷阄?麩皮在發(fā)酵過程中pH由5.13下降至3.88再回升至4.12;發(fā)酵后麩皮葡萄糖透析延遲指數(shù)(GDRI)提高,陽離子交換能力下降,蛋白質(zhì)含量提高79.8%(p<0.05)。因此利用酵母對麩皮進(jìn)行發(fā)酵,可以顯著改善麩皮的風(fēng)味及理化性質(zhì),其中發(fā)酵24 h的麩皮食用品質(zhì)最好。

麩皮,酵母,發(fā)酵,食用品質(zhì)

麩皮是小麥制粉過程中的主要副產(chǎn)物,其主要由小麥的表皮、果皮、種皮、珠心層和糊粉層組成[1]。研究發(fā)現(xiàn),麩皮中除含有大量的膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)元素外,還含有多種具有抗氧化、抗腫瘤作用的生理活性物質(zhì),如黃酮類化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[2]。但是由于麩皮口感粗糙導(dǎo)致其難以食用,絕大部分被當(dāng)作飼料來使用,目前食品領(lǐng)域中對麩皮的利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,綜合利用率不到20%[3]。

相關(guān)文獻(xiàn)報道了改善麩皮口感并應(yīng)用于食品的研究,湯衛(wèi)東[4]等將麩皮超微粉碎后應(yīng)用于饅頭中,得到色澤、氣味、組織結(jié)構(gòu)、口感良好的麩皮饅頭;黃晟[5]等研究發(fā)現(xiàn),冷凍后粉碎的麩皮膳食纖維各功能性質(zhì)均要優(yōu)于超微粉碎;周利茗[6]等應(yīng)用纖維素酶酶解麩皮后制備出麩皮香茶。陳洪偉[7]等在研究混菌固態(tài)發(fā)酵麩皮制備蛋白飼料中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后的麩皮粗蛋白提高了33.93%,但此僅僅應(yīng)用于飼料行業(yè)中,未應(yīng)用于食品行業(yè)。

本實(shí)驗(yàn)擬通過測定酵母發(fā)酵麩皮過程中的感官及理化性質(zhì)的變化,研究麩皮發(fā)酵后的風(fēng)味和營養(yǎng)價值變化,提高麩皮的利用價值,為開發(fā)麩皮食品提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

麩皮四川巴中龍頭食品有限公司;高活性干酵母(No.1388560128)安琪酵母股份有限公司;蒽酮分析純,濟(jì)寧佰一化工有限公司;葡萄糖分析純,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;其他所用試劑均為分析純。

HK-02A萬能粉碎機(jī)廈門旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司;18LSYQ-DSX-280B手提式滅菌鍋金壇市富華儀器有限公司;PHS-3C pH計方舟科技有限公司;ZWY-100H恒溫培養(yǎng)振蕩器金壇市富華儀器有限公司;K9840凱氏定氮儀上海華睿儀器有限公司;PEN3電子鼻北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司;SPME手動進(jìn)樣手柄、75 μm CAR/PDMS萃取頭美國Supelco公司;Trace GC 2000/TraceMS氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀美國Finnigan公司;透析袋(14000MWCO)及夾子美國碳業(yè)化工。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1發(fā)酵麩皮制備除雜:用30目分樣篩篩除麩皮中雜質(zhì);粉碎過篩:用轉(zhuǎn)速25000 r/min萬能粉碎機(jī)將除雜后麩皮粉碎3 min,過40目分樣篩篩除較大粒徑的麩皮;加水:稱取10 g粉碎過篩后的麩皮置于200 mL玻璃瓶中,加入40 mL水充分?jǐn)嚢?滅菌:將復(fù)水后麩皮置于滅菌鍋中115 ℃滅菌10 min;發(fā)酵:向冷卻至室溫的滅菌麩皮中加入5%酵母攪拌均勻,置于恒溫振蕩器中發(fā)酵培養(yǎng),溫度為30 ℃,振蕩速度為120 r/min,發(fā)酵結(jié)束后置于-10 ℃冰箱中保存。

1.2.2感官評價由10個品評員組成的評分小組,根據(jù)發(fā)酵后的麩皮的色澤及風(fēng)味進(jìn)行感官評價,具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1,最后評定結(jié)果取10人的平均值。

表1　發(fā)酵麩皮感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3最佳發(fā)酵時間的確定設(shè)置未添加酵母而其他處理條件與發(fā)酵組一樣的對照組。為確定最佳發(fā)酵時間,進(jìn)行發(fā)酵時間單因素實(shí)驗(yàn),即將麩皮分別發(fā)酵12、24、36 h共3組,研究不同發(fā)酵時間對麩皮感官品質(zhì)、風(fēng)味及理化性質(zhì)等的影響。

1.2.4風(fēng)味分析

1.2.4.1電子鼻分析利用PEN3電子鼻對發(fā)酵麩皮的風(fēng)味差異性進(jìn)行分析。方法如下:將發(fā)酵后麩皮攪拌均勻,稱取5 g樣品置于20 mL頂空瓶中,加蓋密封待檢。測定參數(shù)設(shè)定如下:傳感器自清洗時間為60 s;傳感器歸零時間為10 s;樣品準(zhǔn)備時間為5 s;進(jìn)樣流量為300 mL/min;分析采樣時間為120 s[8],每組重復(fù)測6次。采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)對從電子鼻的十個傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[9],得到發(fā)酵麩皮的風(fēng)味差異性。

1.2.4.2揮發(fā)性成分測定參照文獻(xiàn)[10]的方法。

1.2.5理化性質(zhì)研究

1.2.5.1麩皮發(fā)酵過程pH測定每4 h用pH計測定一次麩皮的pH。

1.2.5.2葡萄糖透析延遲指數(shù)(GDRI)的測定在15 mL 0.2%葡萄糖溶液中加入1 g樣品。經(jīng)過1 h連續(xù)攪拌,樣品轉(zhuǎn)移到15 cm長透析袋中。用15 mL 0.2%葡萄糖溶液作參比液,將上述透析袋分別放進(jìn)盛有400 mL蒸餾水的燒杯中,放入37 ℃的恒溫振蕩器中振蕩1 h,振蕩過程中每10 min吸取葡萄糖透析液1 mL[11],用蒽酮比色法測定葡萄糖的濃度[12]。根據(jù)以下公式計算GDRI。

1.2.5.3陽離子交換能力的測定準(zhǔn)確稱取1 g樣品,置于150 mL三角瓶中,加入100 mL 5% NaCl溶液,用磁力攪拌器攪拌5 min后,用1 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴定,測定溶液的pH,直到pH變化小于0.2為止,并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)作VNaOH-pH關(guān)系圖,觀察pH隨NaOH變化而變化的趨勢[13]。

1.2.6蛋白質(zhì)測定參照國標(biāo)GB 5009.5-2010[14]。

1.3統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel 2007軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和繪制圖表,采用SPSS(IBM公司)19.0統(tǒng)計軟件軟件進(jìn)行方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1感官評價結(jié)果

通過感官評定發(fā)現(xiàn),麩皮經(jīng)過發(fā)酵后由原來苦澀味轉(zhuǎn)變?yōu)闈庥舻拿拙品枷阄?且色澤呈亮黃色。從圖1可知,對照組感官評分顯著低于發(fā)酵組,說明應(yīng)用酵母對麩皮進(jìn)行發(fā)酵處理后,可以顯著改善麩皮的感官品質(zhì)進(jìn)而提升麩皮的食用品質(zhì);隨發(fā)酵時間的增加,感官評分先顯著增加后顯著降低,是因?yàn)榘l(fā)酵12 h麩皮的風(fēng)味不及發(fā)酵24、36 h的濃郁純正,發(fā)酵36 h與發(fā)酵24 h的麩皮風(fēng)味上沒有明顯差異,但色澤上發(fā)酵36 h明顯比發(fā)酵24 h的暗淡,因此根據(jù)感官評定結(jié)果選擇發(fā)酵時間為24 h為宜。

圖1　麩皮發(fā)酵不同時間的感官評分結(jié)果Fig.1　Sensory ratings of the bran fermentation at different times注:不同字母表示差異顯著(p<0.05)。表3,圖9相同。

2.2風(fēng)味分析

圖2 PCA分析圖中,PC1和PC2總貢獻(xiàn)率為99.87%,遠(yuǎn)大于80%,所以這兩個主成分已經(jīng)很好的代表了樣品的主要信息特征。從圖2可知,對照組與發(fā)酵組數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于各自區(qū)域,能夠明顯區(qū)分開,說明對照組與發(fā)酵組的風(fēng)味物質(zhì)存在顯著差異,證明麩皮經(jīng)過酵母發(fā)酵后風(fēng)味明顯不同于未發(fā)酵的麩皮,該結(jié)果與感官評定結(jié)果一致。但3組發(fā)酵組的數(shù)據(jù)點(diǎn)重疊在一起,不能夠區(qū)分開,是因?yàn)榻?jīng)過不同時間的發(fā)酵其麩皮特征風(fēng)味沒有明顯變化,只是濃烈程度有所變化,而電子鼻主要是針對特征風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測,所以3組發(fā)酵的麩皮風(fēng)味差異不顯著。

圖2　發(fā)酵麩皮風(fēng)味分析Fig.2　Analysis of flavor of fermented bran

由電子鼻分析結(jié)果得對照組和發(fā)酵組的風(fēng)味差異明顯,而不同發(fā)酵時間之間差異不明顯。因此,選取發(fā)酵24 h與對照組,采用GS-MS進(jìn)行具體風(fēng)味物質(zhì)的分析,結(jié)果見圖3、圖4。經(jīng)統(tǒng)計,發(fā)酵組共檢測出有47種化合物,對照組共檢測出有48種化合物。兩者具體成分見表2。

圖3　發(fā)酵24 h麩皮的GC-MS分析得到總離子流色譜圖Fig.3　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of bran by 24 h fermentation

圖4　對照組的GC-MS分析得到總離子流色譜圖Fig.4　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of control group

由表2可知,發(fā)酵組和對照組揮發(fā)性物質(zhì)差異很明顯,發(fā)酵組中醇類和酯類的種類及相對含量都顯著高于對照組,其中發(fā)酵組中乙醇和異戊醇相對含量分別達(dá)到34.07%、28.33%,這使得發(fā)酵組出現(xiàn)濃烈酒味,但對照組的酮類和醛類的種類相對含量多于發(fā)酵組。酵母主要利用麩皮水解后的葡萄糖進(jìn)行無氧呼吸生成醇類和有機(jī)酸,而有機(jī)酸可以和醇類生成酯類,所以醇類和酯類成了發(fā)酵組主要風(fēng)味物質(zhì)來源。通過樣品檢出物的分析,并與感官評價進(jìn)行對比,初步判斷發(fā)酵后的麩皮之所以具有米酒的芳香味,是因?yàn)槠漉?、醇及其衍生物含量?而對照組的麩皮,在感官上出現(xiàn)苦澀味,是因?yàn)槠渫惡腿╊惡扛摺?/p>

2.3理化性質(zhì)分析

2.3.1發(fā)酵過程中麩皮pH變化由圖5可知,對照組時間增加pH基本保持不變,而發(fā)酵組隨發(fā)酵時間延長pH出現(xiàn)下降,說明酵母能夠利用麩皮中的營養(yǎng)物質(zhì),且產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)使麩皮pH下降;在0～8 h之間,pH下降趨勢緩慢,8～24 h之間,pH先急劇下降再上升,而24 h后不再變化。這是因?yàn)榘l(fā)酵剛開始會有一定的遲緩期和對數(shù)期,停滯期結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)定期,該時期產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物;無氧呼吸生成的乳酸等有機(jī)酸,使麩皮pH急劇下降,但下降到一定程度后再呈現(xiàn)上升,因?yàn)殡S著糖的消耗,酵母開始少量利用積累的有機(jī)酸產(chǎn)生乙酸,并與鈉離子結(jié)合生成乙酸鈉,進(jìn)而造成pH上升;同時利用氨基酸的羧基,導(dǎo)致羥基偏多,使得pH回升[15]。當(dāng)發(fā)酵到24 h以后,pH不再變化,因此在24 h時就可以終止發(fā)酵。

圖5　pH隨發(fā)酵時間的變化Fig.5　The change of pH value with fermentation time

2.3.2葡萄糖透析延遲指數(shù)的測定當(dāng)葡萄糖在胃腸道被延遲吸收時,葡萄糖在腸道中能被益生菌高效地發(fā)酵利用,產(chǎn)生短鏈脂肪酸,從而降低腸道pH,可以抵抗感染,從而降低染疾病的危險性,對人體是有益[16]。但餐后血糖的降低程度通常需要通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來完成,而GDRI是一個有效反映葡萄糖在胃腸道被延遲吸收的體外指標(biāo),因此,研究麩皮的葡萄糖透析延遲指數(shù)可以大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本和時間,并達(dá)到預(yù)測麩皮降低餐后血糖能力的目的。葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖6，GDRI與時間關(guān)系見圖7。從圖7可得,發(fā)酵組與對照組的GDRI均隨時間的延長呈增加趨勢,說明發(fā)酵組與對照組麩皮都能起到使胃腸對葡萄糖延遲吸收的效果。發(fā)酵組的GDRI都高于對照組麩皮的GDRI,且發(fā)酵時間長短與GDRI也有關(guān),隨發(fā)酵時間延長GDRI先上升再下降,這是因?yàn)辂熎そ?jīng)過發(fā)酵后生成大量的有機(jī)酸,它能使纖維素的糖苷鍵斷開,產(chǎn)生新的還原性末端,同時發(fā)酵過程中膳食纖維的大分子聚合度會不斷下降,一部分會轉(zhuǎn)化成不可消化性的可溶性多糖,從而達(dá)到提高可溶膳食纖維的目的[17],而GDRI與可溶性膳食纖維的含量有關(guān),可溶性膳食纖維的含量越高,GDRI越高[18]。

表2　發(fā)酵組與對照組風(fēng)味成分鑒定

注:“-”表示未檢測出該化合物。

圖6　葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.6　Glucose standard curve

圖7　GDRI與時間的關(guān)系圖Fig.7　Relationship between glucosedialysis retardation index and time

圖8　不同發(fā)酵時間對麩皮陽離子交換能力的影響Fig.8　Effect of fermentation time on the cation exchange capacity of wheat bran relationship between exponential and time

2.3.3陽離子交換能力的測定麩皮中的膳食纖維含量在40%左右,而膳食纖維具有陽離子交換能力是因?yàn)樯攀忱w維化學(xué)結(jié)構(gòu)中所包含的側(cè)鏈基團(tuán),如羧基、羥基和氨基等可以產(chǎn)生類似弱酸性的陽離子交換樹脂的作用[18]。在人體內(nèi),膳食纖維的陽離子交換能力能改變離子的瞬時濃度,影響消化道環(huán)境,可與一些陽離子進(jìn)行可逆交換,如鈣、鋅、銅、鉛等離子,影響消化道的pH、滲透壓等,出現(xiàn)一個有利于消化吸收的緩沖環(huán)境。也可降低因攝入過多陽離子而引起疾病的發(fā)病率,如因Na+攝入過量而引起的心血管疾病等[19]。陽離子交換能力強(qiáng)弱,依據(jù)隨NaOH加入溶液pH的變化量,變化量越小陽離子交換能力越強(qiáng)[20]。由圖8可得,NaOH溶液滴入量在0～3 mL時,溶液的pH隨NaOH滴入量的增加而急劇增加;3～6 mL時,溶液pH隨NaOH溶液滴入量增加而緩慢增加;滴入量達(dá)到6 mL后幾組樣品溶液pH趨于一致。由表3可知,各樣品之間的pH變化均達(dá)到了差異顯著的程度,說明發(fā)酵不同時間所得產(chǎn)品的陽離子交換能力的差異性顯著(p<0.05),對照組pH增加量顯著低于發(fā)酵組,這說明麩皮經(jīng)過發(fā)酵后,其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,膳食纖維側(cè)鏈基團(tuán)減少,從而陽離子交換能力降低,且隨發(fā)酵時間增加這種改變越明顯,因此導(dǎo)致隨發(fā)酵時間增加麩皮陽離子交換能力顯著下降。

對照組發(fā)酵12h發(fā)酵24h發(fā)酵36h3.87±0.10a4.25±0.06b4.40±0.06c4.58±0.05d

2.4蛋白質(zhì)含量分析

由圖9可知,對照組蛋白質(zhì)含量顯著低于發(fā)酵組,說明利用酵母發(fā)酵麩皮可以提高麩皮的蛋白質(zhì)含量,是因?yàn)樘砑咏湍负?麩皮中的淀粉等可利用的碳水化合物被分解利用,使其相對含量降低,從而提升了蛋白質(zhì)相對含量,即發(fā)酵后可使麩皮蛋白質(zhì)含量的提高量達(dá)79.8%,這對于麩皮的綜合利用更具現(xiàn)實(shí)意義。由發(fā)酵12 h延長至24 h,蛋白質(zhì)含量顯著提高,但發(fā)酵時間延長至36 h與發(fā)酵24 h蛋白質(zhì)含量差異不顯著,是因?yàn)榘l(fā)酵至24 h后,可利用的碳水化合物被消耗完,從而蛋白質(zhì)含量保持不變。

圖9　蛋白質(zhì)含量與發(fā)酵時間的關(guān)系Fig.9　Relationship between protein content and fermentation time

3　結(jié)論

發(fā)酵24 h后麩皮感官風(fēng)味明顯改善,由原來不可接受苦澀味變成讓人愉悅的米酒芳香味;同時理化性質(zhì)也發(fā)生改變,pH下降,GDRI得到提高,但陽離子交換能力有所下降;尤其變化較大的為蛋白質(zhì)含量,發(fā)酵后麩皮蛋白質(zhì)含量增加了79.8%。綜上所述,麩皮經(jīng)過酵母發(fā)酵,食用品質(zhì)得到改善,可望將其應(yīng)用于食品工業(yè)中,提高麩皮的應(yīng)用價值。

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Improving the edible quality of the bran by yeast fermentation

WANG Xiao-ping,LEI Ji*,TANG Shi,LU Yu-shuang,WANG Zu-wen

(School of Food and Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China)

To improve rough and bitter taste of bran,and enhance its nutritional value,yeast was used to be fermented in bran,and the sensory,physical and chemical properties of bran were assessed after fermentation. The results showed that bran flavor improved significantly after fermentation,the bitter taste changed to the aroma of rice wine. during fermentation,the pH of bran dropped to 3.88 from 5.13,and then increased to 4.12. After fermentation the glucose dialysis retardation index(GDRI)of bran increased,with cation exchange capacity decreased and protein content increased by 79.8%(p<0.05). Overall,the sensory,physical and chemical properties of bran were improved obviously after yeast fermentation,with best quality at 24 h of fermentation.

wheat bran;yeast;fermentation;edible quality

2015-10-22

王小平(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)，E-mail：1213193763@qq.com。

雷激(1966-)，女，博士，教授，研究方向：食品科學(xué)，E-mail：121175698@qq.com。

四川省科技廳(2014NZ0078，2015ZYZF0107)；四川省經(jīng)信委(2015ZYZF0107)；四川省教育廳重點(diǎn)項目(13ZA0029)；西華大學(xué)人才基金項目(R0910507)；西華大學(xué)食品生物技術(shù)省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金，西華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項目(ycjj2015022)；西華大學(xué)“西華杯”項目(2016)。

TS209

A

1002-0306(2016)10-0231-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.038