李 君,李 雪,2,李 芹,康 昕,崔懷田,許新月,金詩(shī)浩,王錦秋,劉 賀
(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州121013;2.遼寧師范大學(xué)海華學(xué)院,遼寧大連110167)
目前,隨著人民生活水平的提高,消費(fèi)者們對(duì)于食品安全,營(yíng)養(yǎng)的關(guān)注度越來(lái)越高.糙米采用酵母等發(fā)酵而成的功能性食品基料,發(fā)酵微生物通過(guò)生物化學(xué)變化,能夠改善風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)功效[1].從發(fā)酵方式來(lái)看,分為人工接種發(fā)酵與自然發(fā)酵方式[2].人工接種發(fā)酵的方式是向目標(biāo)發(fā)酵物中添加人工培養(yǎng)的發(fā)酵菌種,利用新型的加工技術(shù)達(dá)到發(fā)酵目的.自然發(fā)酵是食物本身自帶微生物隨生長(zhǎng)環(huán)境自身逐漸發(fā)酵的過(guò)程,其自身菌種發(fā)酵比外添加菌發(fā)酵更有營(yíng)養(yǎng)的技術(shù)[3].發(fā)酵原本的定義就是借助微生物的作用,在有氧或者無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)制備微生物本身以及代謝產(chǎn)物的過(guò)程,至今已經(jīng)在食品加工行業(yè)有較廣泛的應(yīng)用[4-6].
發(fā)酵類食品已逐漸被大眾所接受與喜愛.有研究表明,食品經(jīng)發(fā)酵后,其自身風(fēng)味變化非常明顯,質(zhì)構(gòu)品質(zhì)也有所改善、其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到大大提高.與此同時(shí),提高了產(chǎn)品健康化程度,其具體表現(xiàn)為不用或者少用添加劑、防腐劑,更具有延長(zhǎng)保質(zhì)期、風(fēng)味突出等特點(diǎn)[7].因此,食品的發(fā)酵是人們喜愛的一種加工方式,但關(guān)于混合米粉經(jīng)過(guò)混合菌的發(fā)酵,在風(fēng)味物質(zhì)上的研究報(bào)道很少見.
固相微萃取可與氣相,氣質(zhì)/液相,液相-質(zhì)譜儀等聯(lián)用,對(duì)食品中風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè),包括定性與定量的測(cè)定[8].有報(bào)道將固相微萃取與GC-MS聯(lián)合應(yīng)用于飲料、烘焙和肉制品等風(fēng)味物質(zhì)分析[9].本試驗(yàn)采用聯(lián)合分析技術(shù)研究米曲霉、長(zhǎng)雙歧桿菌接種發(fā)酵及添加大豆低聚糖溶液對(duì)混合米發(fā)酵物品質(zhì)及風(fēng)味的影響.為發(fā)酵米開拓新的應(yīng)用前景,將營(yíng)養(yǎng)與健康帶給消費(fèi)者的同時(shí),為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論參考.
水稻市售;糙米浙江海創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技有限公司;NaOH(分析純)天津市鼎盛鑫化工有限公司;鄰苯二甲酸氫鉀天津市大茂化學(xué)試劑廠;酚酞天津市大茂化學(xué)試劑廠;米曲霉(JY309)濟(jì)寧玉園生物科技有限公司;長(zhǎng)雙歧桿菌(ATCC15707)西安百川生物科技有限公司;大豆低聚糖西安百川生物科技有限公司;環(huán)己酮(GC 99.9%)Aladdin;乙醇(色譜純)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.
無(wú)菌超凈操作臺(tái)蘇凈安泰有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱上海一恒儀器有限公司;AR124CN電子天平奧豪斯儀器有限公司;50 mL堿式滴定管天玻;LRH-150生化恒溫培養(yǎng)箱上海一恒科學(xué)儀器有限公司;7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀美國(guó)Agilent Technologies;PEN3 AIRSENSE-電子鼻德國(guó)AIRSENSE Analytics;DF-101S恒溫加熱磁力攪拌河南予華有限公司.
1.3.1水稻粉、發(fā)芽糙米粉制作方法
(1)水稻粉制作:粉碎200目,備用.
(2)發(fā)芽糙米制作:挑選籽粒飽滿的糙米30 ℃去離子水浸泡24 h,使之充分的吸水.瀝盡水后,平鋪于無(wú)銹鋼盤中蓋好潮濕的紗布;30 ℃恒溫培養(yǎng)箱萌發(fā)24 h,在萌發(fā)過(guò)程中每隔6 h去離子水投洗一次;芽長(zhǎng)為0.5~1 mm之間,60 ℃烘干粉碎200目,備用.
1.3.2優(yōu)化發(fā)酵混合米粉米曲霉、長(zhǎng)雙歧桿菌、2%大豆低聚糖(g/mL)溶液添加量
(1)米曲霉添加量的優(yōu)化:分別稱取水稻粉10 g、發(fā)芽糙米粉5 g,高壓滅菌后(無(wú)菌超凈臺(tái)),加入等質(zhì)量的無(wú)菌水.一次發(fā)酵直投米曲霉,添加量梯度為0%、0.13%、0.27%、0.4%、0.53%、0.67%,生化培養(yǎng)箱30 ℃條件下發(fā)酵.
(2)長(zhǎng)雙歧桿菌添加量的優(yōu)化:樣品處理同(1).二次發(fā)酵直投長(zhǎng)雙歧桿菌,添加量梯度為0%、0.13%、0.27%、0.4%、0.53%、0.67%,一同加入等量的5 mL、2%大豆低聚糖溶液,生化培養(yǎng)箱30 ℃條件下發(fā)酵.
(3)2%大豆低聚糖(g/mL)溶液添加量的優(yōu)化:樣品處理同(1).二次發(fā)酵添加2%大豆低聚糖(g/mL)溶液,添加量梯度為0%、6.7%、13.3%、20%、26.7%、33.3%,生化培養(yǎng)箱30 ℃條件下發(fā)酵.
(4)感官評(píng)定
以氣味占40%、組織狀態(tài)占30%、沉淀物占10%、色澤占20%為評(píng)分比例,其評(píng)分項(xiàng)目制定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表1).參照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)照品評(píng)序列號(hào),對(duì)發(fā)酵米粉產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)分,取其平均分作為最終評(píng)分.
表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
(5)發(fā)酵混合米粉的酸度值
NaoH標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制參考GB/T 601-2016;樣品制取及測(cè)定酸度值GB 541334-2010.
1.3.3混合米粉發(fā)酵的樣品制作方法
發(fā)酵的樣品制作:在1.3.2優(yōu)化的條件下,發(fā)酵時(shí)間梯度分別為0 h、6 h、12 h、18 h、24 h、30 h、36 h、42 h、48 h、54 h,取9個(gè)不同發(fā)酵時(shí)間段樣品,備用.
1.3.4電子鼻傳感器檢測(cè)
PEN3型電子鼻檢測(cè)器由10種傳感器元件組成[10],傳感器所對(duì)應(yīng)特定檢測(cè)成分如表2所示.精確量取10 g(誤差小于0.01 g)不同發(fā)酵時(shí)間段混合米粉,置于樣品瓶,密封靜置10 min,檢測(cè)探頭插入樣品瓶,進(jìn)行測(cè)定.程序設(shè)定參數(shù):基線清洗時(shí)間110 s,檢測(cè)準(zhǔn)備時(shí)間5 s,樣品測(cè)定時(shí)間120 s,樣品流速為300 mL/min,載氣流速為350 mL/min.
表2 電子鼻傳感器名稱與其響應(yīng)物質(zhì)
1.3.5發(fā)酵混合米粉風(fēng)味物質(zhì)分析
實(shí)驗(yàn)條件如下:
(1)頂空固相微萃取(HS-SPME)條件:
稱取樣品5.0 g(誤差小于0.01 g)于頂空瓶,加入(0.789 μg/mL在乙醇(w/v))環(huán)己酮12 μL,密封瓶蓋,插入手動(dòng)進(jìn)樣器,50 ℃平衡15 min,進(jìn)樣口溫度250 ℃,熱解吸5 min.
(2)氣相色譜與質(zhì)譜條件:色譜條件,采用Phenyl Methyl Siloxane彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);柱溫40 ℃,保留4 min;升溫程序,以5 ℃/ min升溫至100 ℃;3 ℃/ min升溫至220 ℃后,溫度保持1.4 min;載氣流量為1.5 mL/min;不分流進(jìn)樣,載氣,(99.999%)高純度氦氣;溶劑延遲時(shí)間設(shè)置為3.0 min[10].質(zhì)譜條件,離子源為EI離子源;溫度設(shè)置為230 ℃;發(fā)射電流為200 μA;四級(jí)桿溫度為150 ℃;接口溫度為250 ℃;檢測(cè)其電壓為350 V;電子能量70 eV;檢測(cè)重復(fù)三次[10].
(4)定性分析方法:是將未知化合物的質(zhì)譜圖與NIST.11 L譜庫(kù)中的質(zhì)譜進(jìn)行比對(duì),篩選出匹配度≥70的物質(zhì),采用IBM SPSS Statistics 19軟件進(jìn)行處理,用內(nèi)標(biāo)法(環(huán)己酮)做主成分分析(PCA)和因子分析[10].
保留指數(shù)的計(jì)算公式:
注:n、n+1為表征物流出前后正構(gòu)烷烴碳原子數(shù);t代表待測(cè)物在氣相色譜中的保留時(shí)間(tn<t <tn+1);tn和tn+1為正構(gòu)烷烴保留時(shí)間.
2.1.1米曲霉不同添加量對(duì)發(fā)酵混合米粉的酸度影響
由圖1看出:將發(fā)酵前后數(shù)值對(duì)比,得出經(jīng)米曲霉發(fā)酵前后各組間酸度值均升高顯著(P<0.05).發(fā)酵物酸度值與接種量成正相關(guān),表示發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵產(chǎn)物有有機(jī)酸的產(chǎn)生[11].結(jié)合圖1、表3總結(jié)可得:第三組發(fā)酵物的米曲霉添加量為0.27%、發(fā)酵結(jié)束后酸度值為85.92°T,感官評(píng)分為80分.與其它組添加量的發(fā)酵物相比,此階段的發(fā)酵風(fēng)味、感官、品質(zhì)等方面更加能讓大家接受,與此同時(shí)不存在過(guò)度發(fā)酵后導(dǎo)致的的刺激性腐敗味,相反的,風(fēng)味中帶有淡淡的香氣.
表3 發(fā)酵物單因素實(shí)驗(yàn)的感官評(píng)分結(jié)果
2.1.2長(zhǎng)雙歧桿菌不同添加量對(duì)發(fā)酵物的酸度影響
由圖1看出:所有組別發(fā)酵物酸度值的增長(zhǎng)均隨著長(zhǎng)雙歧桿菌添加變化不顯著.經(jīng)過(guò)對(duì)各組間酸度值數(shù)據(jù)對(duì)比分析后可得出:在米曲霉進(jìn)行一次發(fā)酵階段,二次發(fā)酵階段后的總體酸度值均升高明顯,數(shù)據(jù)顯著.這可能是當(dāng)環(huán)境因素達(dá)到長(zhǎng)雙歧桿菌生長(zhǎng)需求時(shí),菌種迅速生長(zhǎng),代謝產(chǎn)物隨之積累,環(huán)境pH整體下降[12].表示發(fā)酵過(guò)程長(zhǎng)雙歧桿菌通過(guò)大豆低聚糖底物產(chǎn)生乙酸和乳酸等[13].根據(jù)表3、圖1分析可得出最優(yōu)組為第二組,單因素2接種量為0.13%、發(fā)酵后酸度值為113.3°T,綜合感官評(píng)分85分.
2.1.3大豆低聚糖溶液不同添加量對(duì)發(fā)酵物的酸度影響
由圖1看出:發(fā)酵物進(jìn)行二次發(fā)酵,總酸度值呈現(xiàn)緩慢降低趨勢(shì),其數(shù)值低于米曲霉一次發(fā)酵階段.在發(fā)酵初期,添加大豆低聚糖溶液后,酸度值存在上升趨勢(shì),但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),酸度指標(biāo)數(shù)值逐漸趨于平緩.這可能是由于發(fā)酵過(guò)程中,發(fā)酵自身酸性基團(tuán)在發(fā)酵過(guò)程中被分解[10].表3、圖1綜合分析得出:第六組試驗(yàn)發(fā)酵物中大豆低聚糖溶液添加量為33.3%、發(fā)酵結(jié)束后酸度值74.16°T,綜合感官評(píng)分為78分.即第六組試驗(yàn)結(jié)果為最優(yōu)組.
2.2.1不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物PCA分析
PCA分析為多元統(tǒng)計(jì)方法,通??疾於鄠€(gè)變量之間的相關(guān)性,對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間下發(fā)酵物經(jīng)過(guò)PEN3電子鼻化學(xué)傳感器數(shù)據(jù)采集后,將信息進(jìn)行分析,結(jié)合PCA空間分布,分析數(shù)據(jù)位置距離坐標(biāo)原點(diǎn)的遠(yuǎn)近從而判斷其貢獻(xiàn)率大小,其貢獻(xiàn)率越大越能更好地反映出樣品信息[14,15].
從圖2可看出:發(fā)酵物第1主成分貢獻(xiàn)率為98.84%、第2主成分貢獻(xiàn)率為0.11%,其中單獨(dú)項(xiàng)貢獻(xiàn)率總和為98.95%,數(shù)值大于95%,說(shuō)明干擾較小.結(jié)果證明PCA方法適用于谷物發(fā)酵后樣品揮發(fā)性成分的分析[16].對(duì)比分析可知,在一次發(fā)酵階段,發(fā)酵物連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中主成分分析中差異明顯,在發(fā)酵12 h、18 h后,揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析差異不顯著;二次發(fā)酵對(duì)比一次發(fā)酵,在第1、2主成分上存在顯著性差異.
2.2.2不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物L(fēng)DA
LDA分析是用于判斷樣品所屬類型的一種統(tǒng)計(jì)分析方法.縮小同一類別的數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離從而獲得更精確的分類[17],能夠更好地反映出測(cè)量樣品之間風(fēng)味物質(zhì)的差異情況[18].
由圖3分析可看出:不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物揮發(fā)性第1主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率分別是92.83%和4.53%,總貢獻(xiàn)率是97.36%.圖3分析橢圓的分布得出:發(fā)酵物在0 h、6 h、30 h的揮發(fā)性成分與其它樣品互不重疊,區(qū)分明顯,表明LDA分析能夠很好地區(qū)分不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[16].從橢圓間的距離分析,發(fā)酵物在12 h、48 h所代表的橢圓形間距較近,表示此發(fā)酵階段發(fā)酵物揮發(fā)性成分差異較?。欢l(fā)酵0 h和發(fā)酵6 h所對(duì)應(yīng)的橢圓形距離較遠(yuǎn),表明0 h與6 h發(fā)酵物與其它幾組相比差異性較大;前后發(fā)酵階段數(shù)據(jù)差異顯著,表明二次發(fā)酵后,其揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生了改變.LDA與PCA分析結(jié)果相符.通過(guò)此次分析得出,PEN3電子鼻分析技術(shù)對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物樣品進(jìn)行分析方法可行.
2.2.3不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵物差異性分析
采用IBM SPSS Statistics 19軟件進(jìn)行處理,設(shè)置顯著向水平為P<0.05.
從表4可以看出:響應(yīng)值較大的是MOS 2號(hào)傳感器,其次是MOS 6號(hào)和MOS 8號(hào)傳感器,表明發(fā)酵物產(chǎn)生芳香類成分,MOS 2號(hào)傳感器檢測(cè)出氮氧化合物,MOS 6號(hào)傳感器檢測(cè)出甲烷及乙醇、含羰基類物質(zhì)(MOS 8)普遍升高.在不同的發(fā)酵階段,發(fā)酵時(shí)間對(duì)傳感器MOS 1、MOS 3、MOS 4、MOS5號(hào)傳感器的響應(yīng)值影響不顯著(p>0.05),其中對(duì)傳感器MOS 2、MOS 6、MOS 8號(hào)的揮發(fā)性物質(zhì)成分影響顯著(p<0.05).結(jié)果表明,發(fā)酵物釋放的揮發(fā)性芳香成分種類和含量隨著發(fā)酵時(shí)間而變化,發(fā)酵產(chǎn)生的芳香類物質(zhì)對(duì)發(fā)酵制品的品質(zhì)及風(fēng)味有巨大的影響.此結(jié)果表明發(fā)酵方法對(duì)食品的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響是積極的.
對(duì)表4進(jìn)行比較分析可知,MOS 7、MOS 9、MOS 10號(hào)傳感器數(shù)值沒(méi)有發(fā)生顯著改變,表明發(fā)酵前后并沒(méi)有顯著差異(p>0.05);對(duì)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,在發(fā)酵初期0~6 h階段相比于后階段12~48 h,數(shù)據(jù)上存在顯著性差異(p<0.05).經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析了解到二次發(fā)酵相比于一次發(fā)酵產(chǎn)生了新的揮發(fā)性成分物質(zhì).則得出結(jié)論:電子鼻設(shè)備對(duì)分析發(fā)酵產(chǎn)物的風(fēng)味是靈敏的,并且可以有效地分析出不同發(fā)酵時(shí)間段發(fā)酵物揮發(fā)性成分的差異[19].
表4 混合發(fā)酵米粉風(fēng)味成分差異性分析
2.3.1固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析總離子流圖
經(jīng)過(guò)檢測(cè),圖4可看出:利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)從發(fā)酵產(chǎn)物中鑒定出20余種的揮發(fā)性風(fēng)味成分,主要是醇、醛、酮和酯類等化合物.主要由于谷物中的多糖物質(zhì)作為碳源經(jīng)微生物發(fā)酵后,生成羰基化合物、醇類化合物等;以及氨基酸斯科特降解反應(yīng)或高級(jí)醇的氧化、醛醇縮合反應(yīng)等[20].發(fā)酵階段揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量均發(fā)生著變化.表明不同發(fā)酵時(shí)間段的發(fā)酵產(chǎn)物,其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分存在差異.通過(guò)對(duì)混合米粉進(jìn)行二次發(fā)酵后可以有效改善其品質(zhì)和風(fēng)味,得到具有醬香味的復(fù)合米粉發(fā)酵產(chǎn)品[21].
2.3.2 固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)各風(fēng)味物質(zhì)比較
酵母菌發(fā)酵后產(chǎn)物中得到乙醇類物質(zhì),酯化反應(yīng)產(chǎn)香的重要反應(yīng)之一.酸化合物與醇化合物發(fā)生相互作用后得到酯類化合物,使得酯類風(fēng)味含量上升[22].分子量低的酯類化合物香氣濃郁,大部分表現(xiàn)為水果香[23].通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)出的多種揮發(fā)性芳香物質(zhì),在發(fā)酵前后棕櫚酸乙酯含量升高顯著,此類化合物隨著發(fā)酵時(shí)間的變含量顯著升高,棕櫚酸乙酯呈微弱果香及奶油的香氣.十一烷酸乙酯與水芹酸乙酯香味表現(xiàn)近似,呈現(xiàn)葡萄酒、椰子和堅(jiān)果的香氣[24].
苯醛具有特殊的風(fēng)信子、肉桂、苦杏仁、櫻桃和堅(jiān)果氣味,可作為食品添加劑的原料[25],適量添加可用于花香類配方的輔料[26].4-乙基愈創(chuàng)木酚、2-甲氧基-4-乙烯苯酚均可用作于食用香料、增香劑.此類物質(zhì)的含量在第二次發(fā)酵中,比第一次發(fā)酵過(guò)程有顯著增加.
從表5中可以看出,整體發(fā)酵階段,特征揮發(fā)類風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生了顯著變化.經(jīng)過(guò)發(fā)酵后,呈現(xiàn)出更多的風(fēng)味物質(zhì),呈香的物質(zhì)種類及數(shù)量均得到提高,與此同時(shí)能產(chǎn)生獨(dú)特的醬香風(fēng)味[10],也提高了消費(fèi)者的可接受度.
表5 不同發(fā)酵時(shí)間的發(fā)酵物揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及含量(μg/100 g)
單因素試驗(yàn)優(yōu)化米曲霉、長(zhǎng)雙歧桿菌、2%大豆低聚糖溶液的添加量,分別為0.27%、0.13%、33.3%.在此條件下,通過(guò)SPME-GC-MS對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的混合米揮發(fā)性成分進(jìn)行分析檢測(cè),對(duì)比不同發(fā)酵時(shí)間混合米粉的主要揮發(fā)性成分,在發(fā)酵前期0~6 h揮發(fā)性成分主要為烯烴類、酮類,在發(fā)酵后期12~48 h揮發(fā)性成分主要為酯類、酚類、醇類.發(fā)酵前后存在顯著差異,其中隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),揮發(fā)性成分種類和含量都隨之增加,二次發(fā)酵相比與一次發(fā)酵產(chǎn)生更多的呈香型揮發(fā)性物質(zhì),對(duì)于發(fā)酵米粉的貢獻(xiàn)更大.酯類及烯烴類化合物為發(fā)酵混合米粉的主要呈香物質(zhì),同樣也是發(fā)酵后的主要香氣成分,賦予了混合米粉發(fā)酵產(chǎn)物獨(dú)特的花香、果香等香氣特征.而在二次發(fā)酵過(guò)程中,經(jīng)過(guò)有關(guān)物質(zhì)反應(yīng)后使得酯類物質(zhì)增加,呋喃類、酮類等都具有特殊的香氣,這些成分都可用作食用香精香料,同樣起到呈香的作用.二次發(fā)酵香氣構(gòu)成不僅種類多,而且與一次發(fā)酵樣品差別較大,這一結(jié)果符合電子鼻PCA和LDA的分析結(jié)果.但在二次發(fā)酵24~48 h發(fā)酵時(shí)間段經(jīng)過(guò)PCA、LDA分析后的分離效果不是很好.本研究通過(guò)SPME-GC-MS分析系統(tǒng)初步確定不同發(fā)酵時(shí)間混合米粉發(fā)酵物的風(fēng)味成分種類及含量,結(jié)合電子鼻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行區(qū)分,這將為合理加工及質(zhì)量控制提供參考.
渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2020年2期