不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物組分分析

張麗君 木泰華 馬夢梅

（1青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266109；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；3青島特種食品研究院，山東 青島 266109）

我國甘薯資源豐富，種植面積和年產(chǎn)量分別為232萬公頃和5 126.4萬噸，均居世界首位［1］?，F(xiàn)階段，我國甘薯主要用于加工淀粉及其制品（粉絲、粉條），在此過程中會產(chǎn)生大量的甘薯渣。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 噸淀粉可產(chǎn)生6.5～7.5 噸濕薯渣［2-3］。然而，目前只有極少的甘薯渣被用作廉價動物飼料，大部分被作為廢棄物直接丟棄，造成嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境污染［4］。前期研究表明，甘薯渣中依然存在大量的淀粉以及豐富的膳食纖維，具有很高的利用價值［5］。因此，亟需以甘薯渣為原料開發(fā)新型產(chǎn)品，延長甘薯加工產(chǎn)業(yè)鏈，提高甘薯附加值。

乳酸菌是一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細(xì)菌的總稱，因能夠利用葡萄糖或乳糖進行發(fā)酵產(chǎn)生乳酸而得名［6］。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌具有維持人體腸道菌群微生態(tài)平衡、促進腸道吸收營養(yǎng)物質(zhì)、增強機體免疫力、降低血清膽固醇等作用［7］。近年來，隨著乳酸菌生理活性得到廣泛認(rèn)知，其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也從乳制品逐漸擴展到植物性原料領(lǐng)域［8］。例如，楊立啟等［9］比較了植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌在柑橘全果汁中的發(fā)酵性能，結(jié)果表明，與未發(fā)酵果汁相比，植物乳桿菌發(fā)酵的蜜桔果汁中黃酮和多酚含量更高；Wu 等［10］研究顯示，植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌發(fā)酵可提高藍(lán)莓汁中的總酚含量與抗氧化活性；馬建功等［11］采用植物乳桿菌和鼠李糖乳桿菌發(fā)酵小米漿，結(jié)果顯示發(fā)酵后小米漿的總酚、還原糖、氨基酸態(tài)氮、礦物質(zhì)元素含量均顯著上升；Weng 等［12］利用副干酪乳桿菌發(fā)酵豆渣，結(jié)果顯示發(fā)酵后產(chǎn)物的可溶性膳食纖維、有機酸含量顯著提高，風(fēng)味物質(zhì)顯著增多；Pejin 等［13］以啤酒廠廢谷物、麥芽和豆粕為原料，利用鼠李糖乳桿菌進行發(fā)酵，評估發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物中的乳酸、氨基酸及礦物質(zhì)元素含量顯著升高。由此可見，乳酸菌發(fā)酵可顯著提高果蔬、谷物、豆類及其加工副產(chǎn)物中營養(yǎng)與功能成分的含量及生理活性，并改善口感和風(fēng)味。然而，微生物的生長和發(fā)酵能力不僅與菌種本身有關(guān)，還與發(fā)酵基質(zhì)的成分及發(fā)酵條件有關(guān)，目前尚鮮見不同乳酸菌應(yīng)用于甘薯渣的報道。

本研究以植物乳桿菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌、戊糖片球菌、嗜熱鏈球菌、商業(yè)植物乳桿菌分別對甘薯渣進行發(fā)酵，收集發(fā)酵后的上清液，并對其理化特性（pH 值、總酸含量）及營養(yǎng)功能成分（乳酸及短鏈脂肪酸、總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維、蛋白質(zhì)、灰分、還原糖及總糖、總酚、游離氨基酸、礦物質(zhì)元素含量）進行系統(tǒng)分析，采用灰色理論加權(quán)關(guān)聯(lián)度對不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合營養(yǎng)價值進行評價，旨在為基于乳酸菌發(fā)酵的新型甘薯飲品設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮甘薯（濟薯26），市售；耐高溫α-淀粉酶（酶活：40 000 U·g-1）、堿性蛋白酶（酶活：105U·mL-1），北京萃鋒科技有限公司；乳酸菌菌種：植物乳桿菌（BNCC 195072）、干酪乳桿菌（BNCC 134415）、保加利亞乳桿菌（BNCC 336436）、嗜熱鏈球菌（BNCC 186558），北京綠源伯德生物科技有限公司；戊糖片球菌（CICC 21862），中國微生物菌種保藏中心；商業(yè)植物乳桿菌，山東中科嘉藝生物工程有限公司。

食品級檸檬酸、食品級氫氧化鈉，廣州焙考林食品有限公司；氨基酸分析標(biāo)準(zhǔn)品、乳酸標(biāo)準(zhǔn)品，美國Sigma公司；揮發(fā)性脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)品，北京同源科創(chuàng)科技有限公司；礦物質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)品，北京百靈威科技有限公司；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品、福林酚試劑，北京索萊寶科技有限公司；MRS 肉湯（MRS broth）、3，5-二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）試劑、甲醇（色譜純）、無水乙醇（色譜純）、氫氧化鈉（分析純）、無水碳酸鈉（分析純），北京萃鋒科技有限公司；鹽酸、硝酸、丙酮、硫酸（分析純），北京國藥集團有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BPG-9240A 精密鼓風(fēng)干燥箱，北京天林恒泰科技有限公司；SH2-300A 水浴搖床，蘇州培英實驗設(shè)備有限公司；LDZW-40KCS 立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；恒溫培養(yǎng)箱，太倉市華利達(dá)實驗設(shè)備有限公司；SW-CJ-1FD 超凈工作臺，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；ST3100 pH 計，上海奧豪斯儀器有限公司；UV1101 分光光度計、L-8900 全自動氨基酸分析儀，日本日立公司；KJELTEC 2300 自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS 公司；MARS 5 微波消解儀、ICP-MS7700 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、LC-MS1100 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司；ICS-3000 離子色譜儀、Lindberg/Bliue馬弗爐，美國賽默飛世爾科技公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 甘薯渣乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物的制備 菌種活化：在無菌條件下，分別取植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum，Lp）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei，Lc）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus，Lb）、戊糖片球菌（Pediococcus pentosus，Pp）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus，St）凍干粉接種在MRS 肉湯培養(yǎng)基中，37 ℃活化培養(yǎng)48 h。

原料預(yù)處理：將新鮮甘薯清洗、去皮、分切，與水按1∶1（w/w）進行打漿，離心、干燥（65 ℃）后得甘薯渣。將甘薯渣與水按1∶10（w/v）混合均勻后，加入0.5%耐高溫α-淀粉酶，95 ℃條件下酶解30 min，冷卻調(diào)節(jié)pH 值至7.8±0.2，加入0.1%堿性蛋白酶，60 ℃下酶解30 min，調(diào)節(jié)pH值至6.0±0.2，在121 ℃下高溫滅菌15 min，冷卻至37 ℃。

接種及發(fā)酵：在無菌條件下，將活化好的植物乳桿菌（Lp）、干酪乳桿菌（Lc）、保加利亞乳桿菌（Lb）、戊糖片球菌（Pp）、嗜熱鏈球菌（St）、商業(yè)植物乳桿菌（Shang Zhi，SZ）菌懸液按1%（v/v，8 lg CFU·mL-1）分別接入甘薯渣中，混勻，恒溫培養(yǎng)箱中37 ℃發(fā)酵36 h 后高溫滅菌停止發(fā)酵，冷卻后7 000 r·min-1離心15 min，取上清液。

1.3.2 理化特性測定

1.3.2.1 pH 值的測定 取10 mL 發(fā)酵液，玻璃棒攪拌均勻，直接用pH計測定。

1.3.2.2 總酸的測定 按照《GB 12456-2021 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總酸的測定》［14］測定（以乳酸計）。

1.3.3 營養(yǎng)功能成分測定

1.3.3.1 乳酸的測定 采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（liquid chromatography - mass spectrometry，LC-MS），參考于勇等［15］的方法進行測定，并稍作修改。色譜條件：色譜柱為Waters T3（150 mm×2.1 mm，5 m）；流動相A：0.1%甲酸水，流動相B：甲醇；載氣溫度：350 ℃，鞘氣溫度：300 ℃，流速：0.3 mL·min-1；進樣量：1 μL。質(zhì)譜條件：采用氣動輔助電噴霧離子化方式電離，檢測方式為負(fù)離子多反應(yīng)監(jiān)測，掃描段：預(yù)離子89；碎片離子45、43、42；裂解電壓為73 V；碰撞電壓10 eV。樣品處理：取1 mL 發(fā)酵后的上清液至100 mL 容量瓶中，用超純水混勻、定容，靜置30 min，取1.2 mL 上清液，在4 ℃、14 000 r·min-1條件下離心10 min，過0.22μm濾膜，供LC-MS測定。

1.3.3.2 短鏈脂肪酸的測定 采用氣相色譜法，參考包娜然等［16］的方法進行測定，并稍作修改。色譜柱為DB-FFAP（30 m×0.53 mm×0.5 μm，Agilent）。采用FID 檢測器（280 ℃），分流比30∶1，進樣量1 μL。色譜柱程序升溫：初始溫度70 ℃保持2 min，然后以10 ℃·min-1升溫至115 ℃保持9 min，再以45 ℃·min-1升溫至200 ℃保持2 min。載氣：高純氦氣2 mL·min-1。標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：取1 mL短鏈脂肪酸混合（100μg·mL-1）標(biāo)準(zhǔn)貯備液于離心管中，加入100 μL 25%偏磷酸溶液，充分混合，過0.22 μm 濾膜注入進樣小瓶，用于繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品前處理：取1.0 mL 樣品溶液至1.5 mL 離心管中，加入100μL 25%偏磷酸溶液，混勻，靜置1 h 后，在4 ℃、14 000 r·min-1條件下離心10 min，將上清液過0.22μm濾膜注入進樣小瓶，上機檢測。

1.3.3.3 基本成分的測定 總膳食纖維、可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維含量按照AOAC Method 991.43［17］測定；蛋白質(zhì)含量按照AOAC Method 955.04［18］測定；灰分含量按照AOAC Method 942.05［19］測定。

1.3.3.4 總糖和還原糖含量測定 參考趙凱等［20］的方法并稍作修改，采用3，5-二硝基水楊酸法測定。吸取1 mL樣品溶液，稀釋至100倍，吸取1 mL稀釋樣品溶液于試管中，加入2 mL DNS試劑，沸水浴顯色3 min，在540 nm 處測定其吸光值，還原糖含量以葡萄糖含量計（葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：配置葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 mg·mL-1，線性方程為：y=2.479 7x-0.036 0，R2=0.993）。

1.3.3.5 總酚含量測定 參考劉聰［21］的方法并稍作修改，采用福林酚比色法測定。取1 mL 稀釋10 倍的樣品溶液，加入2 mL福林酚試劑混合，加入2 mL 10%的Na2CO3溶液，搖勻，靜置避光1 h后，在700 nm處測定其吸光值，總酚含量以沒食子酸當(dāng)量計（沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：配置質(zhì)量濃度為5、10、15、20、25 mg·mL-1的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，線性方程為y=0.010 6x+0.002 4，R2=0.999 8）。

1.3.3.6 游離氨基酸含量測定 參考姜荷等［22］的方法，采用全自動氨基酸分析儀進行測定。將1 mL樣品與1 mL 8%磺基水楊酸混合，10 000 r·min-1離心15 min，吸取1 mL 上清液氮吹至干燥，加入1 mL 0.02 mol·L-1HCl溶液復(fù)溶，過0.22μm水相濾膜，上機測試。

1.3.3.7 礦物質(zhì)元素含量測定 參考李承范等［23］的方法并稍作修改，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）檢測。準(zhǔn)確稱取樣品0.25 g（精確至0.000 1）于微波消解罐中，加入濃硝酸6 mL 預(yù)消解1 h，加入過氧化氫2 mL，上機進行微波消解，消解完成后轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中，超純水定容，搖勻，測定各礦物質(zhì)元素的含量。

1.3.4 灰色理論加權(quán)關(guān)聯(lián)度分析 根據(jù)乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的理化特性及營養(yǎng)功能成分的測定結(jié)果篩選“理想菌種”，確定正負(fù)相關(guān)營養(yǎng)指標(biāo)，正相關(guān)指標(biāo)：總酸含量、乳酸及短鏈脂肪酸、蛋白質(zhì)、灰分、總酚、總膳食纖維、可溶性膳食纖維、游離必需氨基酸/游離氨基酸總量（free essential amino acids/total free amino acids，F(xiàn)EAA/TFAA）、礦物質(zhì)元素；負(fù)相關(guān)指標(biāo)：pH 值、不溶性膳食纖維、還原糖、總糖，結(jié)合正相關(guān)指標(biāo)上限和負(fù)相關(guān)下限建立最優(yōu)菌種并構(gòu)建“理想菌種”；“歸一化”處理：對于正相關(guān)指標(biāo)，歸一化值以所有樣品各指標(biāo)占理想菌種對應(yīng)指標(biāo)的比值表示，負(fù)相關(guān)指標(biāo)歸一化值則以所有樣品各指標(biāo)占理想菌種對應(yīng)指標(biāo)比值的倒數(shù)表示，最終將所有指標(biāo)轉(zhuǎn)化為（0，1）之間的相關(guān)數(shù)列；灰色理論關(guān)聯(lián)度分析：把發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的理化指標(biāo)及營養(yǎng)功能成分歸一化得到的數(shù)列分別看做一個灰色系統(tǒng)，根據(jù)灰色理論公式分析計算［19］；將每個樣品得到的關(guān)聯(lián)度結(jié)果用Microsoft Excel 2019軟件按照Hu等［24］的方法制作成熱圖，以便了解每個指標(biāo)對最終結(jié)果的貢獻(xiàn)程度。最后將得到的樣品加權(quán)關(guān)聯(lián)度按照從高到低進行排序，即得到不同菌種發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合功能營養(yǎng)價值綜合排序。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復(fù)測定3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 22.0 軟件進行顯著性分析，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的理化特性

pH 值和總酸含量是乳酸菌發(fā)酵過程中用來評判發(fā)酵活性的重要指標(biāo)之一，常用來表征乳酸菌的產(chǎn)酸能力，某些情況下用來反映其生長代謝情況［25］。由表1可知，未發(fā)酵甘薯渣的pH 值為5.70、總酸含量為0.27 g·100 mL-1。采用6 種乳酸菌進行發(fā)酵后，甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物的pH 值和總酸含量均發(fā)生了顯著變化，說明6 種菌株產(chǎn)酸能力有顯著差異，其中Lb發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的pH值最低，為3.15；Lc 發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的總酸含量最高，為2.79 g·100 mL-1。

表1 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的pH值和總酸含量Table 1 pH value and total acidity of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

2.2 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的營養(yǎng)功能成分

2.2.1 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的乳酸及短鏈脂肪酸含量 乳酸及短鏈脂肪酸主要是乳酸菌利用底物中的葡萄糖、膳食纖維、低聚糖等發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物［26］。由表2可知，與對照相比，乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的乳酸、乙酸、丙酸含量升高，且不同菌種發(fā)酵產(chǎn)物的乳酸及短鏈脂肪酸含量整體差異顯著（P＜0.05），表明不同菌種利用碳源進行發(fā)酵的能力顯著不同［27］，其中Lb組甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中乳酸含量最高，為11.60 mg·mL-1；SZ組甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中乙酸含量最高，為66.99μg·mL-1；Lc組甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中丙酸含量最高，為4.41μg·mL-1。

表2 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的乳酸及短鏈脂肪酸含量Table 2 Lactic acid and short chain fatty acids of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

2.2.2 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的基礎(chǔ)成分含量 乳酸菌發(fā)酵期間會產(chǎn)生豐富的酶類物質(zhì)，如纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶等，這些酶類物質(zhì)可將發(fā)酵基質(zhì)中的大分子物質(zhì)水解為小分子物質(zhì)，進而提高發(fā)酵產(chǎn)物的營養(yǎng)價值和生理活性［28］。由表3可知，不同乳酸菌均可不同程度地提高甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中可溶性膳食纖維、總膳食纖維含量，顯著提高蛋白質(zhì)及灰分含量（P＜0.05），降低不溶性膳食纖維的含量。其中，以Lb 組發(fā)酵產(chǎn)物中總膳食纖維、可溶性膳食纖維和蛋白質(zhì)含量最高，分別是對照組的1.64、2.00和3.42倍

表3 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的基礎(chǔ)成分含量Table 3 The basic components content of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria /（g·100 mL-1）

2.2.3 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的總糖和還原糖含量 乳酸菌可利用單糖和低聚糖進行糖代謝，因此甘薯渣發(fā)酵前采用耐高溫α-淀粉酶進行酶解，產(chǎn)生豐富的短鏈糊精、低聚糖和單糖，可為乳酸菌發(fā)酵提供必需的碳源［29］，導(dǎo)致酶解液（E組）中總糖及還原糖含量顯著提高。由圖1-A可知，與對照及酶解組相比，除St 組外，其余5種乳酸菌均可提高甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中的總糖含量，其中Pp組總糖含量最高，為58.66 mg·mL-1。由圖1-B可知，在對照組和酶解組中，甘薯渣中還原糖含量分別為8.13 和29.79 mg·mL-1，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后，除SZ 組外，其余發(fā)酵組中的還原糖含量較酶解組顯著下降（P＜0.05），其中Pp 組還原糖含量最低，為18.67 mg·mL-1。

圖1 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的總糖（A）和還原糖（B）含量Fig.1 Total sugar（A）and reducing sugar（B）of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

2.2.4 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的總酚含量 由圖2可知，與對照組相比，不同乳酸菌均可提高甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中的總酚含量，其中以St 組中總酚含量最高，為146.87μg GAE·mL-1，其次為Lp組，總酚含量為134.61μg GAE·mL-1。

圖2 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的總酚含量Fig.2 Total polyphenol content of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

2.2.5 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的游離氨基酸含量 由表4可知，6 種乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物和對照組中檢測出16 種游離氨基酸，但其含量存在明顯差異。與對照組相比，發(fā)酵產(chǎn)物中的游離氨基酸總量（FTAA）和游離必需氨基酸含量（FEAA）均有不同程度的增加，分別提高了0.80～3.71倍和1.45～2.00倍，其中Lc組含量最高，分別為53.61 mg·100 mL-1和9.54 mg·100 mL-1。游離氨基酸總量變化的主要貢獻(xiàn)者是谷氨酸，游離必需氨基酸含量變化的主要貢獻(xiàn)者為纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸。

表4 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的游離氨基酸含量Table 4 Free amino acids content of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria /(mg·100 mL-1)

2.2.6 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的礦物質(zhì)元素含量 由表5可知，甘薯渣經(jīng)過發(fā)酵后，其產(chǎn)物富含Na、Mg、K、Ca等常量元素以及Fe、Zn、Se等微量元素，其中Na 含量較對照提高了0.80～9.00 倍、Mg 含量提高了0.80～1.40 倍、Ca 含量提高了0.90～2.00 倍、Fe 含量提高了0.95～3.50倍、Zn含量提高了0.73～1.45倍，Lc組的Na、Fe、Zn 元素含量最高、Lp 組的Mg 元素含量最高、SZ 組的Ca 和Se 元素含量最高。上述結(jié)果表明甘薯渣經(jīng)發(fā)酵后，可顯著提高Mg、Ca、Fe、Zn 等對人體有益的礦物質(zhì)含量，尤其以Lc組總礦物質(zhì)元素含量最高。

表5 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的礦物質(zhì)元素含量Table 5 The mineral elements of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

2.3 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合營養(yǎng)評價灰色關(guān)聯(lián)度排名

由表6可知，不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的灰色關(guān)聯(lián)度評分為0.701～0.823，從排名結(jié)果來看，保加利亞乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物綜合營養(yǎng)價值較高。熱圖分析結(jié)果（圖3）可以更直觀地反映每個指標(biāo)對最終結(jié)果的貢獻(xiàn)程度，從而解釋樣品加權(quán)關(guān)聯(lián)度之間的差異。排名第一的保加利亞乳桿菌和排名第二的干酪乳桿菌具有更多的綠色區(qū)域，保加利亞乳桿菌具有優(yōu)勢的指標(biāo)主要包括乙酸、乳酸、pH 值、可溶性膳食纖維、總膳食纖維、蛋白質(zhì)、灰分、EAA/TAA、K，說明該菌種與理想菌種更接近；而排名最后的戊糖片球菌發(fā)酵產(chǎn)物中具有更多的紅色區(qū)域，表明該菌種的大部分指標(biāo)在綜合排序中不占優(yōu)勢，是該菌種最終排名較低的原因。

表6 不同乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合營養(yǎng)評價灰色關(guān)聯(lián)度排名表Table 6 Grey correlation ranking of comprehensive nutritional evaluation of sweet potato residue fermented by different lactic acid bacteria

3 討論

甘薯渣經(jīng)酶解、6種乳酸菌發(fā)酵后，所得產(chǎn)物的pH值降低、總酸含量升高，以Lb 組的pH 值最低，Lc 組總酸含量最高（表1）。進一步分析顯示，發(fā)酵產(chǎn)物中的酸類物質(zhì)以乳酸、乙酸為主，其中Lb組乳酸含量最高，SZ、Lb 和Lc 組乙酸含量無顯著差異（表2），該結(jié)果與Weng 等［12］、趙昕琪［30］的研究結(jié)果一致。這是因為乳酸菌可利用底物中的小分子糖（如葡萄糖等）為碳源進行發(fā)酵，且不同種類乳酸菌的發(fā)酵能力存在顯著差異，這也解釋了發(fā)酵產(chǎn)物中還原糖含量下降的現(xiàn)象。同時，發(fā)酵產(chǎn)物中可溶性膳食纖維等營養(yǎng)成分含量較對照顯著增加，以Lb 組最高，Pp 組、Lc 組次之，是因為乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機酸等代謝產(chǎn)物，使甘薯渣中不溶性膳食纖維的糖苷鍵斷裂，部分轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維［31］。

乳酸菌在發(fā)酵過程中可利用甘薯渣中的蛋白質(zhì)及水解產(chǎn)物作為氮源，生成低分子肽及氨基酸等，因此，6 種甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量整體顯著提高，這與劉秋豆等［32］的研究結(jié)果一致。究其原因，可能是乳酸菌發(fā)酵可使蛋白質(zhì)由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)釋放到上清液中。此外，不同發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的氨基酸組成存在明顯不同，這可能是由于不同乳酸菌具有不同的轉(zhuǎn)氨酶活性，使得氨基酸之間的轉(zhuǎn)化不同［33］。

甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中總酚含量較對照顯著提高，以St組含量最高（圖2），這是因為酚類物質(zhì)被碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等大分子包裹，經(jīng)過酶和微生物發(fā)酵的去酯化、水解等作用轉(zhuǎn)換為游離態(tài)釋放到液體中［34-35］。在發(fā)酵過程中，部分酚類物質(zhì)與礦物質(zhì)的螯合作用被微生物的酶類體系解除，乳酸菌也會發(fā)生細(xì)胞自溶，釋放細(xì)胞質(zhì)成分，導(dǎo)致礦物質(zhì)元素含量增多［36-37］；而經(jīng)過發(fā)酵后P元素含量呈現(xiàn)下降的趨勢，主要是因為乳酸菌對有機磷具有降解作用［38］。

綜上，采用灰色理論加權(quán)關(guān)聯(lián)度對6 種乳酸菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的理化特性及營養(yǎng)功能成分進行歸一化處理與分析，篩選出保加利亞乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合營養(yǎng)價值較高，后續(xù)可進一步深入研究上述兩種乳酸菌復(fù)配應(yīng)用于甘薯渣發(fā)酵的加工工藝及其產(chǎn)物的功能活性。

4 結(jié)論

本試驗系統(tǒng)研究了不同種類乳酸菌對甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物的pH 值、總酸含量、乳酸及短鏈脂肪酸、膳食纖維、蛋白質(zhì)、總酚、游離氨基酸、礦物質(zhì)元素等營養(yǎng)功能成分的影響。結(jié)果顯示，乳酸菌可提高甘薯渣發(fā)酵產(chǎn)物中乳酸、乙酸、丙酸、總膳食纖維、可溶性膳食纖維、總酚、游離氨基酸及礦物質(zhì)元素的含量，且不同菌種對甘薯渣的發(fā)酵能力存在顯著差異。對不同菌種發(fā)酵產(chǎn)物進行灰色理論加權(quán)關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果顯示保加利亞乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵甘薯渣產(chǎn)物的綜合營養(yǎng)價值較高。