不同溫度條件下湘西苞谷酸發(fā)酵過程主要營養(yǎng)品質(zhì)變化

朱作華，石志剛，謝純良，龔文兵，嚴(yán) 理，肖坤成，楊山河，胡鎮(zhèn)修，彭源德*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 麻類研究所，湖南 長沙 410205；2.花垣縣天樂福農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司，湖南 花垣 416400；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 南方經(jīng)濟(jì)作物研究中心，湖南 長沙 410205）

玉米被譽為“軟黃金”，是最適合作為工業(yè)原料的品種，其營養(yǎng)豐富，除含蛋白質(zhì)（10%左右）、淀粉（70%～75%）和脂肪（4%～5%）外，還含有豐富的鈣、磷、鐵、鉀、硅、鎂和硒等人體必需礦物質(zhì)元素，以及維生素B1（vitamin B1，VB1）、VB2、VB6、尼克酸、泛酸和生物素等維生素[1]。其加工空間大，產(chǎn)業(yè)鏈長，具備多次加工增值的潛力，加工品種多樣，但玉米口感粗糙，一直認(rèn)為是“粗糧”沒有發(fā)揮其價值[2]。玉米加工方法包括物理法、化學(xué)法、生物法和復(fù)合法，化學(xué)法因安全問題極少使用，因此采用合適的方式進(jìn)行玉米深加工、解決玉米消費轉(zhuǎn)化、提高產(chǎn)品附加值，增加農(nóng)民收入的問題已成為精準(zhǔn)扶貧的一個重要問題[3-5]。

苞谷酸是南方地區(qū)特別是武陵山區(qū)深受歡迎的民族特色發(fā)酵食品，主要以玉米和新鮮紅辣椒為原料，通過乳酸菌、酵母等厭氧發(fā)酵，再經(jīng)炒制或湯制等加工而成，有著悠久的歷史，其風(fēng)味獨特，發(fā)酵質(zhì)量的好壞直接影響苞谷酸質(zhì)量[6-9]。由于原料、地理環(huán)境和加工工藝的不同，不同區(qū)域的苞谷酸產(chǎn)品呈現(xiàn)出獨特的風(fēng)味和口感，苞谷酸發(fā)酵過程中存在著復(fù)雜的微生物群落[10-11]。它們能夠產(chǎn)各種酶類，降解大分子物質(zhì)，促進(jìn)苞谷酸營養(yǎng)風(fēng)味的代謝合成，包括有機(jī)酸、游離氨基酸、酯類等，賦予了苞谷酸豐富的營養(yǎng)成分和獨特的風(fēng)味特征。目前，對發(fā)酵食品的研究主要集中于微生物菌群分析、優(yōu)良菌種篩選、營養(yǎng)風(fēng)味分析、工業(yè)化純種發(fā)酵、質(zhì)量控制等的研究[13]，而隨著人們對多元化飲食的追求，研究人員對傳統(tǒng)特色發(fā)酵食品的研究也越來越重視[14-15]，本研究以湘西苞谷酸為研究對象，分析3種不同發(fā)酵溫度條件下微生物及主要營養(yǎng)品質(zhì)的變化，以期為改善產(chǎn)品品質(zhì)，建立苞谷酸發(fā)酵過程檢測方法和控制技術(shù)提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米、新鮮紅辣椒：由湘西花垣天樂福農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司提供；

葡萄糖、氫氧化鈉、酚酞、亞硝酸鈉、3,5二硝基水楊酸、對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、亞鐵氰化鉀等：購于阿拉丁公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Multiskango全波長酶標(biāo)分析儀：美國賽默飛公司；Memmert INCO153 CO2培養(yǎng)箱：德國美墨爾特公司；MIKRO 200 R臺式高速離心機(jī)、MIKRO 220 R冷凍離心機(jī)：德國Hettich科學(xué)儀器公司；PHS-3C型酸度計：梅特勒-托利多公司；SW-CJ-2FD超凈工作臺：蘇州凈化設(shè)備有限公司；GR110DR立式全自動壓力蒸汽滅菌器：美國致微公司；GZY-Y40-J超純水機(jī)：湖南科爾頓水務(wù)有限公司；AUY220電子天平：日本島津公司；ZSD-A1430生化培養(yǎng)箱：上海智誠分析儀器制造有限公司；BX53F顯微鏡：日本奧林巴斯公司；BCD-649WDBB冰箱：青島海爾股份有限公司；KQ5200B超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；DW-HL678超低溫冷凍儲存箱：中科美菱公司。

1.3 方法

1.3.1 苞谷酸的制備

苞谷酸制備：將新鮮紅辣椒去蒂清洗干凈，甩干表面水分后粉碎機(jī)攪碎（濾網(wǎng)孔徑0.5 cm），玉米清洗干燥后粉碎（過30目篩，未過篩粗粒占40%，過篩細(xì)粉占60%），玉米粉與辣椒按1∶1（g∶g）比例混合均勻，裝入發(fā)酵桶中分別于設(shè)定的溫度條件下（15～20℃、25～30℃、35～40℃）厭氧發(fā)酵，定時取樣進(jìn)行分析。

1.3.2 理化指標(biāo)測定

水分含量測定：采用直接干燥法，參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》[16]；還原糖含量測定：采用3,5二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）比色法[17]；pH測定：采用數(shù)字pH計測定；亞硝酸鹽含量測定：采用鹽酸萘乙二胺分光光度計比色法，參照GB 5009.33—2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》[18]；蛋白質(zhì)含量測定：采用凱氏定氮法，參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》[19]；淀粉含量測定：采用酸水解法，參照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》[20]；游離氨基酸測定：采用水合茚三酮比色法[17]。

1.3.3 菌落數(shù)測定

菌落總數(shù)測定：參照GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》[21]，在無菌條件下，定時取發(fā)酵苞谷酸25 g，置于225 mL生理鹽水中，充分混勻，梯度稀釋，平板涂布，37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1 d后計數(shù)，根據(jù)稀釋倍數(shù)計算菌落總數(shù)；乳酸菌數(shù)測定：參照GB4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗乳酸菌檢驗》[22]。

1.3.4 感官評分

選擇20名從事食品加工和銷售人員對照評價表分別對產(chǎn)品色澤、香味、組織狀態(tài)、質(zhì)地進(jìn)行感官評價，取20人打分平均分（滿分100分），感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 苞谷酸感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of Baogusuan

2 結(jié)果與分析

2.1 苞谷酸發(fā)酵過程水分含量變化

表1 苞谷酸發(fā)酵過程水分含量變化Fig.1 Change of moisture of Baogusuan during the fermentation

由圖1可知，苞谷酸發(fā)酵過程水分含量略有增加，這可能與發(fā)酵過程揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生有關(guān)，15～20℃發(fā)酵時的產(chǎn)品水分相比其他兩個溫度發(fā)酵時產(chǎn)品的水分含量略少。

2.2 苞谷酸發(fā)酵過程pH變化

圖2 苞谷酸發(fā)酵過程pH值變化Fig.2 Change of pH value of Baogusuan during the fermentation

由圖2可知，隨著時間的延長，3種溫度條件下苞谷酸發(fā)酵過程中pH均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，發(fā)酵前期pH快速下降，說明酸度快速增加，適度提高發(fā)酵溫度產(chǎn)酸速度加快，發(fā)酵溫度25～30℃與35～40℃相比，產(chǎn)酸速度無顯著差異，均顯著快于發(fā)酵溫度15～20℃，從產(chǎn)酸速度及節(jié)能角度考慮，25～30℃更合適，此條件下發(fā)酵至第36天時pH下降速度明顯減緩并趨于穩(wěn)定，pH由最初的5.3±0.2左右下降至最終的3.8±0.1左右，此時已具有典型的苞谷酸風(fēng)味，色澤亮麗、紅黃相間、組織形態(tài)松散、炒制口感軟和。

2.3 苞谷酸發(fā)酵過程微生物變化

由圖3可知，不同溫度條件發(fā)酵過程中，細(xì)菌數(shù)呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，在起始發(fā)酵階段，苞谷酸菌落數(shù)快速增加，25～30℃與35～40℃溫度條件下菌落數(shù)增加速度顯著快于15～20℃，其后期菌落數(shù)下降速度也更快，25～30℃發(fā)酵12 d菌落數(shù)對數(shù)值最高至7.73，隨后快速下降，發(fā)酵36 d時菌落數(shù)對數(shù)值降低至5.03。

圖3 苞谷酸發(fā)酵過程菌落總數(shù)變化Fig.3 Change of total number of bacteria during the fermentation

由圖4可知，3種溫度模式下，苞谷酸發(fā)酵過程中乳酸菌整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在苞谷酸起始發(fā)酵階段，苞谷酸乳酸菌數(shù)量相對較少，隨著發(fā)酵時間的延長，乳酸菌數(shù)量快速增加，25～30℃與35～40℃條件下乳酸菌增長速度顯著高于15～20℃，25～30℃條件下發(fā)酵12 d乳酸菌數(shù)對數(shù)值由最初的3.72快速增加至7.55，乳酸菌變化趨勢與菌落總數(shù)變化趨勢相似，這也說明苞谷酸發(fā)酵主要由乳酸菌起主要作用。

圖4 苞谷酸發(fā)酵過程乳酸菌變化Fig.4 Change of lactic acid bacteria of Baogusuan during the fermentation

2.4 苞谷酸發(fā)酵過程亞硝酸鹽變化

由圖5可知，3種溫度模式下，苞谷酸自然發(fā)酵過程亞硝酸鹽含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，25～30℃與35～40℃條件下，亞硝酸鹽含量在6～12 d出現(xiàn)亞硝酸鹽峰，隨后迅速降低，整個發(fā)酵過程未出現(xiàn)亞硝酸鹽含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)情況，發(fā)酵至第36天時，降低至較低值，降低發(fā)酵溫度亞硝峰出現(xiàn)時間推后，25～30℃的發(fā)酵條件有利于降低產(chǎn)品亞硝酸鹽含量，亞硝酸鹽含量3.8 g/kg，達(dá)到綠色食品的要求。

圖5 苞谷酸發(fā)酵過程亞硝酸鹽含量變化Fig.5 Change of nitrite content of Baogusuan during the fermentation

2.5 苞谷酸發(fā)酵過程淀粉含量變化

由圖6可知，3種溫度模式下苞谷酸發(fā)酵過程淀粉含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，升高發(fā)酵溫度更有利于淀粉的水解，這可能是由于相對更高的溫度微生物更活躍，酶活性也相對更高，25～30℃淀粉含量降低相對更多，淀粉含量由最初的36.6 g/100 g左右降低至32.5 g/100 g左右。

圖6 苞谷酸發(fā)酵過程淀粉含量變化Fig.6 Change of starch content of Baogusuan during the fermentation

2.6 苞谷酸發(fā)酵過程還原糖含量變化

由圖7可知，3種溫度模式下苞谷酸發(fā)酵過程還原糖含量呈現(xiàn)先快速降低后略有增加的趨勢，0～12 d還原糖含量快速降低，溫度越高還原糖消耗速度越快，25～30℃發(fā)酵時苞谷酸還原糖含量由最初的1.18 g/100 g快速降低至18 d時的0.18 g/100 g，隨后略有增加，這可能是由于前期乳酸菌等細(xì)菌快速繁殖并代謝產(chǎn)酸，還原糖快速消耗，后期隨著酸度增加，乳酸菌受到抑制，還原糖含量在酶的作用下有所增加。

圖7 苞谷酸發(fā)酵過程還原糖含量變化Fig.7 Change of reducing sugar content of Baogusuan during the fermentation

2.7 苞谷酸發(fā)酵過程蛋白質(zhì)含量變化

圖8 苞谷酸發(fā)酵過程蛋白含量變化Fig.8 Change of protein content of Baogusuan during the fermentation

由圖8可知，蛋白質(zhì)在整個發(fā)酵過程中呈現(xiàn)先略有增加后減少的趨勢，3種不同溫度模式下苞谷酸蛋白質(zhì)含量差異不顯著，蛋白質(zhì)含量最高為5.75 g/100 g左右。

2.8 苞谷酸發(fā)酵過程游離氨基酸含量變化

圖9 苞谷酸發(fā)酵過程游離氨基酸含量變化Fig.9 Change of free amino acids content of Baogusuan during the fermentation

由圖9可知，3種溫度模式下，發(fā)酵過程中游離氨基酸含量整體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，發(fā)酵前18 d游離氨基酸含量快速增加，升高溫度更利于游離氨基酸的積累，25～30℃發(fā)酵72 d苞谷酸游離氨基酸含量最高為1.6 g/100 g。

2.9 不同溫度發(fā)酵苞谷酸感官評價

表2 不同溫度發(fā)酵苞谷酸感官評分Table 2 Sensory evaluation of Baogusuan by different fermentation temperature

由表2可知，溫度對苞谷酸發(fā)酵有較大影響，15～20℃的低溫發(fā)酵，苞谷酸香味偏淡，質(zhì)地相對偏硬；35～40℃發(fā)酵時產(chǎn)生了難聞的氣味，這可能是由于35～40℃的高溫為芽孢桿菌、大腸桿菌等繁殖代謝提供了相對更好的環(huán)境，產(chǎn)生異味；25～30℃條件下發(fā)酵苞谷酸色澤、風(fēng)味較好，感官評分最高。

3 結(jié)論

以湘西苞谷酸為研究對象，分別測定不同溫度條件下苞谷酸發(fā)酵過程pH、游離氨基酸、亞硝酸鹽、淀粉、蛋白質(zhì)、菌落數(shù)、亞硝酸鹽、還原糖等含量變化，結(jié)果表明，3種溫度模式下隨著發(fā)酵時間的延長苞谷酸pH、淀粉含量逐漸減少，蛋白質(zhì)含量變化不明顯，菌落總數(shù)和乳酸菌數(shù)先增加后降低，亞硝酸鹽含量先增加后降低，會出現(xiàn)較明顯亞硝酸鹽峰，還原糖含量先減少后有所增加，發(fā)酵過程中游離氨基酸含量整體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，發(fā)酵18 d后pH下降趨緩，游離氨基酸含量增加趨緩，發(fā)酵36 d苞谷酸pH及游離氨基酸趨于穩(wěn)定，15～20℃苞谷酸口感偏硬，而35～40℃發(fā)酵苞谷酸易產(chǎn)生異味，苞谷酸適宜的發(fā)酵溫度為25～30℃，此溫度下發(fā)酵36 d苞谷酸pH3.8、淀粉含量33.3 g/100 g、蛋白質(zhì)含量5.71 g/100 g、乳酸菌數(shù)對數(shù)值5.03、亞硝酸鹽3.8 g/kg、還原糖0.43 g/100 g、總游離氨基酸1.4 g/100 g，苞谷酸色澤亮麗、紅黃相間、風(fēng)味較好，感官評分最高；總體來說，發(fā)酵過程產(chǎn)生的酸、游離氨基酸等風(fēng)味物質(zhì)與苞谷酸本身富含的淀粉、蛋白等共同賦予了湘西苞谷酸獨特的風(fēng)味。