脫水胡蘿卜不同水分活度下的品質(zhì)變化與細(xì)菌菌群演替規(guī)律

楊文建，浦浩亮，王柳清，胡秋輝，裴斐

脫水胡蘿卜不同水分活度下的品質(zhì)變化與細(xì)菌菌群演替規(guī)律

楊文建，浦浩亮，王柳清，胡秋輝，裴斐

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023）

【】探究脫水胡蘿卜在不同水分活度下的品質(zhì)變化與細(xì)菌菌群演替規(guī)律，為控制脫水胡蘿卜貯藏過(guò)程中的食用品質(zhì)劣變，延長(zhǎng)其貨架期提供理論依據(jù)。挑選大小均一的新制備脫水胡蘿卜丁，置于水分活度(water activity，aw)分別為0.43、0.67、0.78和0.84的密閉干燥器中貯藏50 d，觀測(cè)脫水胡蘿卜貯藏過(guò)程中硬度、微觀結(jié)構(gòu)、β-胡蘿卜素含量、風(fēng)味等品質(zhì)變化情況，分析脫水胡蘿卜在不同貯藏條件下的細(xì)菌菌群豐度變化和演替規(guī)律。乳酸菌（Lactic acid bacteria）是存在于脫水胡蘿卜中的主要外源細(xì)菌菌群。經(jīng)50 d的貯藏后，在低aw貯藏條件下（aw=0.43），脫水胡蘿卜中的芽孢桿菌屬（spp.）相對(duì)含量高于其他組，高aw環(huán)境能夠促進(jìn)片球菌屬（spp.）、葡萄球菌屬（spp.）和乳酸桿菌屬（spp.）的生長(zhǎng)，同時(shí)加劇脫水胡蘿卜中典型營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)β-胡蘿卜素的損失，并使脫水胡蘿卜的硬度降低，微觀結(jié)構(gòu)粘連褶皺。同時(shí)，電子鼻分析顯示高aw引起脫水胡蘿卜中烯烴類和酮類等特征風(fēng)味物質(zhì)下降，而乳酸菌生長(zhǎng)代謝相關(guān)的胺類物質(zhì)上升。高aw環(huán)境能夠加速脫水胡蘿卜中片球菌屬、葡萄球菌屬和乳酸桿菌屬的生長(zhǎng)，造成脫水胡蘿卜硬度下降、β-胡蘿卜素?fù)p失、特征風(fēng)味的劣變以及微觀結(jié)構(gòu)的粘連。

脫水胡蘿卜；水分活度；β-胡蘿卜素；硬度；微觀結(jié)構(gòu)；特征風(fēng)味；細(xì)菌演替

0 引言

【研究意義】脫水胡蘿卜是一種天然食品，由于其貨架期長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)成分高等特點(diǎn)，深受大眾的喜愛(ài)，并且被廣泛應(yīng)用于方便食品中。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，由胡蘿卜制成的蔬菜干零食在歐美國(guó)家廣受歡迎[1]。同時(shí)，中國(guó)脫水蔬菜總產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的2/3，脫水胡蘿卜屬于脫水蔬菜主流產(chǎn)品，占有重要地位[2]。然而，脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中易發(fā)生受潮吸水，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)皺縮軟化、細(xì)菌生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)成分損失、風(fēng)味變化等問(wèn)題。探究脫水胡蘿卜在不同水分活度下的品質(zhì)變化與細(xì)菌菌群演替規(guī)律，對(duì)脫水胡蘿卜儲(chǔ)藏具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于脫水胡蘿卜研究，主要集中在脫水胡蘿卜加工方式和加工工藝優(yōu)化，研究熱風(fēng)干燥[3]、冷凍干燥[4]、微波干燥[5]等加工過(guò)程中色澤、營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味、微生物等變化情況，PRAKASH等[6]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)流化床干燥的胡蘿卜在外觀品質(zhì)、復(fù)水性、β-胡蘿卜素含量和整體感官可接受性方面，比通過(guò)微波爐和晾曬干制的胡蘿卜更有優(yōu)勢(shì)；KOCA等[7]認(rèn)為，干燥前的漂燙對(duì)脫水胡蘿卜在貯藏期間有護(hù)色、抑制酶促褐變的效果，并且認(rèn)為漂燙有利于降低β-胡蘿卜素氧化損失。同時(shí)，果蔬的脫水干制過(guò)程中常具有殺菌效果，但是部分腐敗菌以及致病菌在經(jīng)歷脫水過(guò)程后仍可以存活數(shù)月，在適宜條件下生長(zhǎng)繁殖造成產(chǎn)品腐敗，致病微生物甚至可以造成食源性疾病的爆發(fā)[8]。S?DE等[9]在研究市場(chǎng)上104種香料和脫水蔬菜的細(xì)菌含量中發(fā)現(xiàn)，有68個(gè)樣品中乳酸菌含量超過(guò)＞2 log CFU·g-1，其中主要為魏斯氏菌屬（spp.）和片球菌屬（spp.）。DIPERSIO等[10]對(duì)沙門氏菌在胡蘿卜干燥過(guò)程中的存活率進(jìn)行了研究，證明當(dāng)胡蘿卜切片經(jīng)過(guò)常見(jiàn)蒸汽、漂燙、鹽水浸泡等預(yù)處理方法后再60℃干燥6 h，沙門氏菌存活數(shù)量仍然可以造成食品安全問(wèn)題。【本研究切入點(diǎn)】在貯藏過(guò)程中，脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中常常發(fā)生因受潮吸水而導(dǎo)致嚴(yán)重的品質(zhì)劣變和細(xì)菌生長(zhǎng)等問(wèn)題，從而大大降低了其商品價(jià)值。前期研究表明，水分活度環(huán)境對(duì)果蔬干制品的品質(zhì)穩(wěn)定至關(guān)重要。關(guān)于脫水胡蘿卜在不同水分活度（water activity，aw）條件下的品質(zhì)劣變規(guī)律以及細(xì)菌菌落演替規(guī)律有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)測(cè)定脫水胡蘿卜在不同aw貯藏下的硬度、微觀結(jié)構(gòu)、β-胡蘿卜素含量、風(fēng)味成分等指標(biāo)變化，并分析貯藏過(guò)程中細(xì)菌菌落演替規(guī)律，探討不同aw環(huán)境下脫水胡蘿卜的品質(zhì)劣變規(guī)律和原因，為脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)保持和貨架期延長(zhǎng)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2018年在南京財(cái)經(jīng)大學(xué)的江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

脫水胡蘿卜丁，江蘇興化脫水食品集團(tuán)有限公司；MgCl2、K2CO3、NaNO2、NaCl2和KCl等試劑均為分析純；β-胡蘿卜素，南京建成生物工程研究所；2.5%戊二醛，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)有限公司；叔丁醇，南京化學(xué)試劑股份有限公司；無(wú)水乙醇，南京化學(xué)試劑股份有限公司；凡士林，南京金陵石油化工公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司；HWS-400恒溫恒濕箱，寧波東南儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠；伯樂(lè)i-mark酶標(biāo)儀，美國(guó)Bio-rad公司；TA-XT plus型食品物性測(cè)定儀，英國(guó)Stable Micro公司；FD-IC真空冷凍干燥機(jī)，西班牙Telstar公司；TM-3000掃描電子顯微鏡，日本日立公司；α-Fox3000電子鼻分析儀，法國(guó)Alpha MOS公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理 依據(jù)不同飽和鹽溶液可產(chǎn)生不同水分活度的原理，根據(jù)WANG等[11]的方法，選擇K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl等4種飽和溶液進(jìn)行不同水分活度的控制，首先配置K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl飽和溶液1 000 mL，分別置于30 cm直徑干燥器中，用凡士林密封并在25℃恒溫恒濕箱中平衡2 d，形成aw分別為0.43、0.67、0.78和0.84的密閉環(huán)境。挑選大小均一、顏色鮮艷的新制備熱風(fēng)干燥脫水胡蘿卜200 g放入培養(yǎng)皿中，并放置于干燥器內(nèi)50 d，不同aw環(huán)境設(shè)置10個(gè)平行，每隔10 d取樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 脫水胡蘿卜測(cè)定 采用TA-XT plus型食品物性測(cè)定儀對(duì)脫水胡蘿卜的硬度進(jìn)行測(cè)定[12]，使用P/25探頭；測(cè)試參數(shù)為：測(cè)前速度1.0 mm·s-1，測(cè)中速度0.5 mm·s-1，測(cè)后速度0.5 mm·s-1，壓縮量40%。每個(gè)樣品重復(fù)10次取平均值。

1.3.3 脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè) 采用掃描電鏡對(duì)脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)[13]。將脫水胡蘿卜浸沒(méi)于2.5%戊二醛，靜置2 h固定。然后分別用30%、50%、70%、80%和90%梯度濃度叔丁醇依次靜止脫水15 min，再用真空冷凍干燥機(jī)凍干。將干燥后的樣品用導(dǎo)電膠帶固定在樣本臺(tái)上，用日立TM-3000掃描電子顯微鏡放大800倍觀察微觀結(jié)構(gòu)并且拍照。

1.3.4 脫水胡蘿卜中β-胡蘿卜素含量測(cè)定 根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中胡蘿卜素的測(cè)定》（GB5009.83—2016）方法測(cè)定脫水胡蘿卜中的-胡蘿卜素含量。

1.3.5 脫水胡蘿卜的電子鼻分析 為分析aw對(duì)脫水胡蘿卜風(fēng)味的影響，對(duì)0 d的胡蘿卜和不同aw下貯藏50 d后的脫水胡蘿卜風(fēng)味進(jìn)行電子鼻分析。參考SONG等[14]的電子鼻分析方法，將樣品研磨粉碎后取2 g放置于20 mL的密閉小瓶中，在50℃條件下加熱10 min，使用配有12種傳感器類型（MOS傳感器）的電子鼻對(duì)樣品進(jìn)行風(fēng)味分析（表1）。分析條件：載氣：潔凈干燥空氣；流速150 mL·min-1；頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時(shí)間60 s；產(chǎn)生溫度60℃；攪動(dòng)速率250 r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積2 500 μL；注射速率2 500 μL·s-1；獲得參數(shù)：獲得時(shí)間360 s；延滯時(shí)間120 s。

1.3.6 脫水胡蘿卜外源細(xì)菌DNA的提取以及16s rDNA序列分析 參考YANG等[16]的方法，提取0 d的樣品與貯藏50 d之后樣品的外源細(xì)菌DNA。選擇V4區(qū)引物組以獲得大多數(shù)環(huán)境微生物的最佳覆蓋度，采用通用引物341F和805R用于擴(kuò)增細(xì)菌16S rDNA基因。

正向引物：341F CCTACGGGNGGCWGCAG；

反向引物：805R GACTACHVGGGTATCTAATCC。

PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性2 min；94℃變性20 s，55℃退火30 s，72℃延伸1 min，循環(huán)25次；72℃最終延伸10 min，4℃保存。在定量樣本文庫(kù)后，在Illumina Miseq平臺(tái)上使用2—250 bp配對(duì)末端方法進(jìn)行高通量測(cè)序。為了識(shí)別這些樣品中呈現(xiàn)的OTU（operational taxonomic units），將相似度大于97%的序列將聚為同一個(gè)OTU。經(jīng)過(guò)文庫(kù)質(zhì)量檢測(cè)、過(guò)濾和去重復(fù)后，輸入序列。然后使用MOTHUR程序?qū)⒂行蛄芯奂交陂T、科、屬和種水平的OTU進(jìn)行聚類分析。根據(jù)結(jié)果，找出與OTU 序列相似度最高且可信度達(dá)80%以上的物種信息用于OTU的注釋，得到對(duì)應(yīng)的物種注釋信息和物種豐度分布情況。通過(guò)對(duì)OTU進(jìn)行可視化統(tǒng)計(jì)分析得到樣品內(nèi)物種豐富度及不同樣品或分組間的物種差異性等信息，并對(duì)該信息進(jìn)行Alpha多樣性分析和Beta多樣性分析。

表1 α-FOX 3000型電子鼻MOS傳感器的敏感性和分離性[15]

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用MURTHOR、R和Lefse軟件進(jìn)行Alpha、Beta多樣性分析。使用AlphaSoft V9.1軟件的主成分分析（principal component analysis，PCA）電子鼻數(shù)據(jù)。用SPSS 18.0軟件中最小顯著性差異法（Least significant differences）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析（＜0.05）。采用Microsoft Excel和origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的硬度

硬度變化是脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中最容易發(fā)生變化的指標(biāo)之一。結(jié)果表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有aw環(huán)境下樣品的硬度都呈現(xiàn)出了下降的趨勢(shì)，并且aw越高，硬度下降得越快。在貯藏10 d后，4個(gè)aw環(huán)境下的樣品分別下降27.20%、67.80%、77.20%和89.20%，之后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。在貯藏末期，aw=0.43條件下的樣品軟化程度最低，硬度僅下降38.35%，顯著高于（＜0.05）其他環(huán)境下樣品（圖1），說(shuō)明該條件更有利于脫水胡蘿卜保持其硬度。

2.2 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的微觀結(jié)構(gòu)

脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化是最直觀反映其質(zhì)構(gòu)變化的指標(biāo)，其與脫水胡蘿卜的口感和復(fù)水性密切相關(guān)。結(jié)果表明，脫水胡蘿卜在高aw下都出現(xiàn)孔隙皺縮、粘連現(xiàn)象，并且aw越高，孔隙粘連現(xiàn)象越明顯。相對(duì)于低aw樣品，aw=0.78和0.84貯藏條件下的樣品均在10 d后出現(xiàn)了孔隙褶皺、粘連現(xiàn)象，而在aw=0.43貯藏條件下的樣品孔徑挺直飽滿，未出現(xiàn)褶皺、粘連現(xiàn)象，保持了良好的微觀形態(tài)（圖2），說(shuō)明高水分活度使脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)一步改變了其硬度。

不同小寫字母表示差異顯著(P＜0.05)。下同

圖2 脫水胡蘿卜在不同aw下掃描電鏡圖

2.3 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的β-胡蘿卜素含量

-胡蘿卜素是胡蘿卜中最典型的營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)，其在貯藏過(guò)程中常常會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而喪失活性，影響脫水胡蘿卜的色澤。結(jié)果表明，在貯藏期間，不同aw下脫水胡蘿卜的-胡蘿卜素含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且aw越高，下降的越快。在貯藏末期，aw=0.43條件下的樣品-胡蘿卜素含量?jī)H下降24.22%。然而，aw=0.67、0.76和0.84高水分活度條件下，-胡蘿卜素含量的下降顯著（＜0.05），降幅均大于50%，分別為52.07%、59.74%和77.40%（圖3）。

2.4 脫水胡蘿卜在不同aw環(huán)境下的電子鼻分析

電子鼻具有12根MOS傳感器，每根傳感器對(duì)不同類型的風(fēng)味物質(zhì)具有一定的響應(yīng)信號(hào)（表1）。電子鼻根據(jù)每根傳感器響應(yīng)的不同風(fēng)味物質(zhì)的信號(hào)數(shù)值建立風(fēng)味的雷達(dá)指紋圖譜。圖4-A中的電子鼻傳感器信號(hào)強(qiáng)度曲線代表了各樣品的風(fēng)味強(qiáng)度。結(jié)果顯示，不同aw下樣品的PA/2、T70/2、P40/1、P10/2、P10/1以及T30/1 6個(gè)感應(yīng)器的信號(hào)值為正，這說(shuō)明樣品中含有酮類、醇類、有機(jī)胺、含硫化合物、芳香族化合物、烴類和酸類等物質(zhì)。相對(duì)于0 d的樣品，脫水胡蘿卜在貯藏50 d后，6個(gè)傳感器的信號(hào)值出現(xiàn)了不同程度的下降，說(shuō)明脫水胡蘿卜的風(fēng)味物質(zhì)出現(xiàn)了損失。LY2/G和LY2/AA信號(hào)值隨著aw上升而增加，說(shuō)明樣品中酮類、醇類以及胺類的揮發(fā)性物質(zhì)增加。同時(shí)，aw=0.43樣品的輪廓與0 d樣品最為接近，說(shuō)明二者風(fēng)味成分相差較小。圖4-B是樣品雷達(dá)指紋圖譜信號(hào)的PCA分析圖，其中第1主成分貢獻(xiàn)率為96.434%，第2主成分的貢獻(xiàn)率為2.862%，總貢獻(xiàn)率為98.576%，超過(guò)85%，證明該圖可以體現(xiàn)主成分的數(shù)據(jù)。所有樣品的信號(hào)值均距離0 d的樣品較遠(yuǎn)，說(shuō)明樣品經(jīng)50 d貯藏后與0 d樣品的風(fēng)味存在較大差異。隨著aw的上升，樣品的信號(hào)值從上向下移動(dòng)，并且aw=0.78與aw=0.84的信號(hào)值有部分重疊，說(shuō)明兩者有相似的成分。aw=0.43樣品的信號(hào)值距離0 d的樣品最近，說(shuō)明二者風(fēng)味成分最接近，這與圖4-A的結(jié)果一致。

圖3 不同aw下脫水香蔥β-胡蘿卜素含量

圖4 脫水胡蘿卜在不同aw環(huán)境下的雷達(dá)圖（A）和PCA圖（B）

2.5 細(xì)菌的Alpha多樣性分析

脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的DNA被分為867個(gè)OTU。稀釋曲線是用來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)序量是否足以覆蓋所有類群，并間接反映樣品中物種的豐富程度。圖5-A樣品的外源細(xì)菌DNA稀釋曲線趨于平穩(wěn)，說(shuō)明測(cè)序深度已經(jīng)覆蓋到脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的所有物種，測(cè)序數(shù)據(jù)量合理。Shannon稀釋曲線評(píng)價(jià)測(cè)序量是否足夠，并間接反映樣品中物種的豐富程度。由圖5-B可知，貯藏0 d的脫水胡蘿卜Shannon稀釋曲線最低；在貯藏50 d后，Shannon稀釋曲線隨著aw的上升而增加，并在aw=0.84的條件下達(dá)到最大值。此外，結(jié)合Alpha多樣性的Shannon指數(shù)（圖5-C）和Chao1指數(shù)分析（圖5-D）可知，0 d樣品的Alpha多樣性豐富程度最低，aw=0.43、0.67、0.78樣品的差距不明顯，aw=0.84樣品的豐富度最高，說(shuō)明aw=0.84樣品細(xì)菌生長(zhǎng)量最多。

圖5 脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的稀釋曲線（A）、Shannon-Wiener曲線（B）、Shannon指數(shù)分析（C）和Chao1指數(shù)分析（D）

2.6 細(xì)菌的Beta多樣性分析

通過(guò)對(duì)脫水胡蘿卜外源細(xì)菌DNA樣品的OTU進(jìn)行Beta多樣性比較分析，從科、屬水平分析不同aw貯藏條件下樣品中細(xì)菌多樣性差異，可以用于說(shuō)明細(xì)菌物種組成的變化情況。默線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）效應(yīng)量方法（linear discriminant analysis effect size，LEFSe）可用于篩選最可能解釋組間差異的物種。以|LDA|＞2且＜0.05作為差異篩選閾值，得到組間豐度顯著差異的物種。圖6-A為L(zhǎng)EFSe進(jìn)化分支圖，篩選出各組中豐度顯著高（＜0.05）的物種，每層物種標(biāo)記的注釋從外向內(nèi)表示門、綱、目、科、屬和種。對(duì)LEFSe進(jìn)化分支圖中的物種進(jìn)一步篩選得到|LDA|＞2的物種，即為組間豐度顯著差異的物種，得到圖6-B。由圖6-A、B可知，在細(xì)菌的科水平上，aw=0.84條件下的樣品有9個(gè)科的細(xì)菌顯著高于其他組，其中包括葡萄球菌科（）和微球菌科（）。而在屬水平上，aw=0.84貯藏的樣品有12個(gè)菌屬的相對(duì)含量高于其他組，其中包括片球菌屬（spp.）和葡萄球菌屬（spp.）；而在aw=0.67樣品中，乳酸桿菌屬（spp.）顯著高于其他組樣品。

不同分組間的樣品存在一定的特性和共性，基于樣品的OTU豐度，以分組為單位，Venn圖（圖6-C）可以篩選樣品中特有和共有的OUT。結(jié)果顯示，5組樣品相同OTU的數(shù)量為51個(gè)，aw=0.84條件下特有的OTU個(gè)數(shù)最多，達(dá)到477個(gè)，0 d時(shí)，aw=0.43、0.67和0.78的OTU個(gè)數(shù)分別為10、24、52和41，說(shuō)明水分活度上升會(huì)促使外源細(xì)菌豐度增加，導(dǎo)致外源細(xì)菌的生長(zhǎng)。

A：LEFSe進(jìn)化分支圖；B：LEFSe進(jìn)化分支圖中|LDA|＞2的物種；C：Venn圖；D：聚類分析和；E：PCA分析

A: Cladogram generated from LEfSe analysis; B: Taxa that |LDA|＞2 in cladogram generated from LEfSe analysis; C: Venn analysis; D: Cluster analysis; E: PCA analysis

圖6 脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的Beta多樣性分析

Fig. 6 Beta diversity analysis of exogenous bacteria in dried carrots

樣品聚類樹(shù)可以從整體上描述和比較樣品間的相似性和差異性，樹(shù)枝長(zhǎng)度相近的兩個(gè)樣品會(huì)優(yōu)先聚類。圖6-D表示不同樣品中細(xì)菌的聚類分析，貯藏50 d后，aw=0.67與aw=0.78貯藏條件下的樣品首先被聚類，說(shuō)明細(xì)菌組成相似度最高，而0 d樣品與aw=0.84的樣品相似度最低。PCA分析（圖6-E）是基于OTU豐度將樣品間細(xì)菌組成的差異反映在二維坐標(biāo)圖上。結(jié)果顯示，0 d樣品的信號(hào)值位于圖像最左邊，但隨著aw的上升，各個(gè)樣品的信號(hào)值從左向右移動(dòng)。其中，aw=0.67與aw=0.78的樣品信號(hào)值距離最近，說(shuō)明二者的細(xì)菌組成差異性最小。

3 討論

硬度是用來(lái)描述與食品變形所需的力有關(guān)的機(jī)械質(zhì)構(gòu)特性，是食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力，也是體現(xiàn)脫水產(chǎn)品商品價(jià)值的重要指標(biāo)[17-18]。在高aw環(huán)境下，脫水胡蘿卜更容易出現(xiàn)組織軟化、硬度下降的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被認(rèn)為與纖維素和糖類等親水性物質(zhì)吸水而引起的組織軟化有關(guān)[19]。同時(shí)，脫水胡蘿卜中親水性物質(zhì)在高aw環(huán)境下吸水后，會(huì)使孔隙皺縮、粘連折疊，微觀組織坍縮。這種坍縮的微觀結(jié)構(gòu)不利于維持aw脫水胡蘿卜的硬度，同時(shí)影響干制品的復(fù)水性，從而降低其商業(yè)價(jià)值[20]。

-胡蘿卜素是存在于胡蘿卜中的一種生物活性物質(zhì)，具有抗炎、抗癌等功效，是被大眾主要推崇的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，并且作為天然色素，是胡蘿卜呈現(xiàn)橘紅色的主要原因[21-22]。但是由于其本身具有不飽和的雙鍵結(jié)構(gòu)[23]，容易受濕度和氧氣等影響，發(fā)生降解反應(yīng)。在aw=0.43條件下貯藏的樣品，-胡蘿卜素含量損失顯著降低，可能是因?yàn)榈蚢w環(huán)境抑制了水分參與化學(xué)反應(yīng)，抑制了氧化降解反應(yīng)的速率。ARYA等[24]認(rèn)為，當(dāng)脫水胡蘿卜貯藏于aw=0.32—0.57環(huán)境時(shí)，-胡蘿卜素等類胡蘿卜素能在貯藏過(guò)程中最大限度的保留，與本研究結(jié)果一致。綜上，低aw環(huán)境更有利于延緩-胡蘿卜素降解，有利于保持脫水胡蘿卜的營(yíng)養(yǎng)成分和外觀品質(zhì)。

電子鼻是通過(guò)氣體傳感器陣列的響應(yīng)值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的識(shí)別，其可以對(duì)樣品的氣體信息進(jìn)行對(duì)比分析[25]。脫水胡蘿卜特有風(fēng)味香氣的揮發(fā)性成分主要為烯烴類物質(zhì)，如α-蒎烯、-蒎烯和檸檬烯[26]，以及酮類物質(zhì)，如-紫羅蘭酮[27]。雷達(dá)圖分析表明，經(jīng)過(guò)50 d貯藏后，樣品的烯烴類物質(zhì)以及酮類物質(zhì)含量隨著aw的上升而下降，說(shuō)明貯藏過(guò)程中，脫水胡蘿卜特有風(fēng)味物質(zhì)出現(xiàn)了損失，aw越高，損失越大。果蔬的脫水干制過(guò)程中常具有殺菌效果，但部分微生物也可以歷經(jīng)干燥過(guò)程而存活下來(lái)，在適當(dāng)環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖[28]并產(chǎn)生多種代謝物，包括釋放揮發(fā)性物質(zhì)引起食品風(fēng)味的變化[16]。經(jīng)過(guò)50 d的貯藏，脫水胡蘿卜胺類的信號(hào)值隨著aw的上升而增加，這些胺類物質(zhì)的產(chǎn)生是食物出現(xiàn)腐敗異味的主要原因[29]。有研究表明，乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）可于胡蘿卜表面生長(zhǎng)繁殖，在代謝過(guò)程中產(chǎn)生腐胺等胺類物質(zhì)，使胡蘿卜風(fēng)味腐敗、產(chǎn)生異味[30]。電子鼻的PCA分析可以通過(guò)對(duì)不同樣品中揮發(fā)性化合物的差異進(jìn)行快速區(qū)分[31]。aw=0.43環(huán)境下的樣品信號(hào)值距離0 d樣品最近，aw越高距離0 d樣品信號(hào)值越遠(yuǎn)，說(shuō)明高aw環(huán)境下胡蘿卜風(fēng)味損失嚴(yán)重，這與雷達(dá)圖所表明的結(jié)果一致。綜上，高aw環(huán)境下脫水胡蘿卜風(fēng)味損失嚴(yán)重，伴有腐敗風(fēng)味產(chǎn)生，而低aw環(huán)境有利于脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中原有風(fēng)味的保持。

脫水胡蘿卜外源細(xì)菌DNA的16s rDNA序列分析可以表示不同樣品中菌落的豐富度以及樣品間差異。脫水干制品的干燥條件通常較為溫和以保證干制品結(jié)構(gòu)、外觀顏色以及營(yíng)養(yǎng)成分最大限度的保留，但這也會(huì)使微生物歷經(jīng)干燥過(guò)程而存活，在適當(dāng)環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖[32]。在貯藏50 d后，樣品的OTU和Shannon指數(shù)隨著aw的上升而增加，說(shuō)明aw的上升引起脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的豐富度增加。Alpha分析表明，aw= 0.43、0.76、0.78樣品的差距不明顯，而aw=0.84樣品豐富度最高，說(shuō)明高aw條件有利于脫水胡蘿卜外源細(xì)菌的生長(zhǎng)，豐富度增加，給脫水胡蘿卜在貯藏和加工過(guò)程中的微生物安全帶來(lái)隱患。Beta分析分析中，默線性判別分析效應(yīng)量方法（LEFSe）能得出分組差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性，篩選出顯著高于其他組的細(xì)菌種類[32]。在屬水平上，貯藏過(guò)程中顯著增加的菌種均為革蘭氏陽(yáng)性菌，如魏斯氏菌屬（spp.）、芽孢桿菌屬（spp.）、乳酸菌屬（spp.）和葡萄球菌屬（spp.）?？赡艿脑蚴歉锾m氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁較厚，可達(dá)20—80 nm，機(jī)械抗性與對(duì)干燥的抗性相對(duì)于革蘭氏陰性菌更強(qiáng)，經(jīng)歷干燥過(guò)程后更容易存活[33]。乳酸菌（LAB）是發(fā)酵糖類主要產(chǎn)物為乳酸的一類無(wú)芽孢、革蘭氏染色陽(yáng)性細(xì)菌的總稱，可分為18個(gè)屬[34]，在胡蘿卜制品的腐敗中，其代謝過(guò)程可產(chǎn)生胺類物質(zhì)，使胡蘿卜風(fēng)味腐敗、產(chǎn)生異味[30]。所有脫水胡蘿卜的外源細(xì)菌中都含有LAB，說(shuō)明LAB是脫水胡蘿卜的外源細(xì)菌菌落的重要組分。在篩選到的LAB中，芽孢桿菌屬（spp.）在aw=0.43條件下的相對(duì)含量高于其他組，外源細(xì)菌的豐度隨著aw上升而增加，乳酸菌屬（spp.）和片球菌屬（spp.）含量上升，分別在aw=0.67和aw=0.84環(huán)境下顯著高于其他組。這兩種細(xì)菌常在胡蘿卜制品中存活，并且在適當(dāng)條件下引起腐敗[35-36]。高aw環(huán)境誘發(fā)了致病菌在脫水胡蘿卜樣品中生長(zhǎng)。在aw=0.84條件下，葡萄球菌屬（spp.）的含量增加，顯著高于其他組，這是引起食物中毒的主要菌屬之一，也是影響世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要食源性致病菌[37-38]。以上結(jié)果說(shuō)明高aw環(huán)境會(huì)誘導(dǎo)腐敗菌、致病菌相對(duì)含量的增加，其中LAB生長(zhǎng)可能是脫水胡蘿卜產(chǎn)生胺類物質(zhì)、引起異味的原因。

該研究結(jié)果為脫水胡蘿卜在貯藏過(guò)程中的微生物控制提供了很好的基礎(chǔ)，后續(xù)將進(jìn)一步利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)貯藏過(guò)程中脫水胡蘿卜的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)細(xì)菌的菌群演替規(guī)律與風(fēng)味物質(zhì)的各個(gè)成分變化進(jìn)行相關(guān)性分析，從更深層次弄清楚脫水胡蘿卜貯藏過(guò)程中的風(fēng)味劣變機(jī)制。

4 結(jié)論

本研究證明高aw環(huán)境不利于維持脫水胡蘿卜的貯藏品質(zhì)，導(dǎo)致其微觀結(jié)構(gòu)褶皺粘連、質(zhì)地軟化，-胡蘿卜素和特征風(fēng)味喪失。乳酸菌是脫水胡蘿卜中主要細(xì)菌菌群，貯藏50 d后，高aw環(huán)境促進(jìn)脫水胡蘿卜中的細(xì)菌快速生長(zhǎng)，片球菌屬（spp.）、葡萄球菌屬（spp.）和乳酸桿菌屬（spp.）為脫水胡蘿卜中典型的高水分活度誘發(fā)菌。

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Quality Change and Bacteria Succession of Dried Carrot Stored at Different Water Activities

YANG WenJian, PU HaoLiang, WANG LiuQing, HU QiuHui, PEI Fei

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety /Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing of Jiangsu Province, Nanjing 210023)

【】The aim of this study was to explore quality change and exogenous bacteria succession in dried carrots at different water activities (aw), so as to provide a theoretical basis for controlling quality deterioration and prolonging shelf life of dried carrots during storage. 【】Dried carrots with uniform size at different awlevels of 0.43, 0.67, 0.78 and 0.84, respectively were stored for 50 d in sealed desiccators. Hardness, microstructure, content of β-carotene and flavor components were then determined, and the changes of exogenous bacteria abundance and succession were also analyzed. 【】Results suggested that lactic acid bacteria were the dominant bacteria in dried carrots. After 50 d storage, the relative abundance ofspp. in dried carrots stored at aw= 0.43 was significantly higher than that of other groups. However, higher awlevels promoted the growth ofspp.,spp. andspp. Moreover, the higher awlevels reduced the hardness and adhesion of dried carrots microstructure and aggravated the loss of-carotene, a typical nutrient in dried carrots. E-nose analysis showed that higher awcaused a decrease in olefins and ketones contents, indicating loss of characteristic flavors in dried carrots. On the other hand, the increase of amines content was attributed to growth of lactic acid bacteria. 【】Higher awpromoted the growth ofspp.,spp. andspp., caused a decline in hardness and microstructure adhesion of dried carrots, and accelerated the loss of-carotene, as well as the deterioration of characteristic flavors.

dried carrot; water activity;-carotene; hardness; microstructure; characteristic flavors; bacteria succession

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.016

2019-04-28；

2019-07-22

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0400903）、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程（KYCX18_1437）

楊文建，E-mail：lingwentt@163.com

（責(zé)任編輯 趙伶俐）