乳酸菌發(fā)酵對薯干質構和風味的影響

韓艷秋，葉春苗，李莉峰

（1.遼寧省農業(yè)科學院，遼寧 沈陽 110161；2.遼陽職業(yè)技術學院，遼寧 遼陽 111000）

甘薯又稱紅薯、地瓜等，是重要的食品、飼料、工業(yè)原料和新能源作物，被許多國家廣泛種植。我國甘薯種植面積和總產量居世界首位，甘薯在國家糧食安全和能源安全中發(fā)揮著非常重要的作用[1]。甘薯具有極高的營養(yǎng)和藥用價值，富含淀粉、蛋白質、果膠、纖維素，長期食用可增強人體免疫力、延緩衰老、改善肝功能等。然而，新鮮薯類含水量高，貯藏時容易發(fā)生脫水、萌芽、腐爛，開展薯類深加工是薯產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的有效保障。薯干是我國傳統特色食品，深受廣大消費者喜愛。傳統薯干由甘薯經煮熟后晾曬、干制而成，質地較硬，口味單一。隨著人們生活質量的不斷提高，傳統薯干產品難以滿足人們對食物更營養(yǎng)、更美味的品質需求。

目前，市場上甘薯脫水制品的種類仍較為單一，多數都是傳統工藝生產的薯干，也有少量采用先進干燥技術[2]，如微波、熱風-微波聯用干燥技術生產的產品，但薯干的質地、風味仍沒有顯著提升。近年來，微生物發(fā)酵在果蔬加工領域得到了廣泛應用，尤其是乳酸發(fā)酵。乳酸菌代謝過程不僅可以賦予產品特殊的口感、質地和風味，而且還可以顯著提高產品游離氨基酸等營養(yǎng)指標，利于人體消化吸收。乳酸菌發(fā)酵薯干的研究還是空白，因此，本文嘗試采用乳酸菌發(fā)酵甘薯制備發(fā)酵型薯干，研究乳酸菌發(fā)酵對薯干色度、質構、游離氨基酸組成和風味特征物質的影響，為發(fā)酵型薯干開發(fā)及產業(yè)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、腸膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）：遼寧省農業(yè)科學院食品與加工研究所微生物資源室保藏；新鮮甘薯：遼寧省本溪縣農業(yè)技術推廣中心。

D-異抗壞血酸鈉、偏重亞硫酸鈉（均為食品級）：山東中森生物技術有限公司；鹽酸、蒽酮、氫氧化鈉、酚酞、草酸、二氯酚靛酚、抗壞血酸、硫酸亞鐵、H2O2、無水乙醇、NaOH、無水葡萄糖、HCl、Na2CO3（均為分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

721 分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；GC-MS 6800S 氣相色譜-質譜聯用儀：美國Agilent 公司；UltraScan PRO 型全自動色差儀：上海韻鼎國際貿易有限公司；L-8800 氨基酸自動分析儀：日立科學儀器有限公司；CT-3 質構儀：美國Brookfield 公司。

1.3 方法

1.3.1 植物乳桿菌和腸膜明串珠菌的培養(yǎng)

將降溫后的MRS 培養(yǎng)基分裝到10 支試管中，121 ℃滅菌后自然冷卻15 min。將植物乳桿菌、腸膜明串珠菌分別接種到試管中。30 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h，保持細胞濃度在107CFU/mL 以上[3]。

1.3.2 發(fā)酵型薯干的制備工藝

操作要點：

1）護色劑配制：焦亞硫酸鈉250 mg/L，VC300 mg/L，添加量均為5 mL/kg。

2）乳酸菌接種：植物乳桿菌、腸膜明串珠菌以2∶1的質量比制備種子發(fā)酵液，接種量2%。

3）控溫發(fā)酵：發(fā)酵溫度30 ℃，時間為48 h。

1.3.3 質構的測定

采用質構儀測定薯干樣品的硬度、彈性、回復性、黏性、膠黏性和咀嚼性，每組樣品平行測定5 次取平均值。

1.3.4 游離氨基酸的測定

樣品按料液比1∶40（g/mL）加水，超聲輔助提取20 min，功率380 W，采用氨基酸自動分析儀測定薯干樣品的游離氨基酸組成和含量，每組樣品平行測定3 次取平均值。

1.3.5 淀粉含量測定

采用蒽酮比色法測定薯干樣品的淀粉含量[4]。

1.3.6 還原糖含量測定

采用3，5-二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）法測定薯干樣品的還原糖含量[5]。

1.3.7 VC含量測定

采用2，6-二氯酚靛酚（2，6-dichlorophenol indophenol，2，6-DCIP）法測定薯干樣品的VC含量[6]。

1.3.8 揮發(fā)性成分的測定

薯干揮發(fā)性成分測定參照李莉峰等[7]的方法。

氣相色譜條件：色譜柱為HP-INNOWAX 色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；柱溫50 ℃，保留時間2 min，以5 ℃/min 升至250 ℃，氣化室溫度為220 ℃，載氣為He，流速1 mL/min，不分流進樣。質譜條件：電子轟擊電離源（electron ionization，EI），離子溫度為230 ℃，掃描范圍m/z 20～500。

1.3.9 感官評價

感官評價小組由10 名有經驗的不同年齡、性別的人員組成，從外形、色澤、氣味、質地4 個方面對薯干樣品質量進行評價，評分標準見表1[8]。

表1 薯干感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of dried potato

1.4 數據處理

采用Excel 2007 進行數據處理和繪圖，結果以平均值±標準差表示，采用SPSS 18.0 軟件進行顯著性分析（P＜0.05 表示存在顯著性差異），圖譜分析采用G1701 化學工作站數據處理系統在NIST 標準譜圖庫中檢索。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵對薯干質構的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干質構的影響見表2。

表2 薯干全質構分析Table 2 Total texture analysis of dried potato

從表2 可知，與傳統薯干相比，乳酸菌發(fā)酵薯干的硬度較小，為20.97 N，僅為傳統薯干的50.19%，彈性與傳統薯干相近，回復性優(yōu)于傳統薯干且具有適宜的黏性，膠黏性、咀嚼性僅為10.05 N 和6.69 N。乳酸菌發(fā)酵薯干硬度、黏性、膠黏性和咀嚼性與傳統薯干差異顯著（P＜0.05）。可見乳酸菌發(fā)酵處理可明顯改善薯干的質構特性，賦予發(fā)酵薯干柔軟飽滿的口感，產品軟糯適口。這種變化是由于發(fā)酵后薯干纖維、淀粉顆粒等多糖類大分子通過糖代謝生成了更多的單糖，有效改善傳統薯干硬度大、難咀嚼的缺點[9]。

2.2 乳酸菌發(fā)酵對薯干中游離氨基酸的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干中游離氨基酸組成和含量的影響見表3。

表3 乳酸菌發(fā)酵對薯干中游離氨基酸組成和含量的影響Table 3 Effect of lactic acid bacteria fermentation on composition and contents of free amino acids of dried potato mg/g

游離氨基酸含量是衡量食品鮮度和風味的一項重要指標[10]。由表3 可知，乳酸菌發(fā)酵薯干游離氨基酸總量為9.82 mg/g，傳統薯干游離氨基酸總量為6.56 mg/g，薯干經發(fā)酵處理，游離氨基酸含量提高了49.70%。乳酸菌發(fā)酵薯干的必需氨基酸總量為3.32 mg/g，較傳統薯干（2.20 mg/g）提高了50.91%；發(fā)酵薯干的呈味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸）總量為3.25 mg/g，較傳統薯干（1.80 mg/g）提高了80.56%。由此可以看出，乳酸菌發(fā)酵過程提高了薯干中游離氨基酸總量，也提高了必需氨基酸和呈味氨基酸的含量。分析原因可能是乳酸菌發(fā)酵對薯干產品中蛋白質的降解起促進作用，從而提高游離氨基酸總量。

2.3 乳酸菌發(fā)酵對薯干中淀粉、還原糖含量的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干中淀粉、還原糖含量的影響見圖1。

圖1 乳酸菌發(fā)酵對薯干中淀粉、還原糖含量的影響Fig.1 Effect of lactic acid bacteria fermentation on starch content，soluble sugar content and reducing sugar content of dry sweet potato

甘薯熟化后甜度與還原糖含量密切相關[11]。由圖1可知，傳統薯干和乳酸菌發(fā)酵薯干中淀粉含量與鮮薯相比均呈現降低趨勢，還原糖含量呈升高趨勢，且差異顯著（P＜0.05），發(fā)酵薯干還原糖含量較傳統薯干提高22.16%。分析原因可能是甘薯中本身含有淀粉酶，在熟化過程中淀粉酶將鮮薯中的淀粉水解成還原糖，所以傳統薯干和發(fā)酵薯干淀粉含量均較鮮薯低，而發(fā)酵過程促進淀粉水解產生還原糖，因此發(fā)酵薯干中淀粉含量較低，還原糖含量較高[12]。

2.4 乳酸菌發(fā)酵對薯干中VC 含量的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干中VC含量影響見圖2。

圖2 乳酸菌發(fā)酵對薯干中VC 含量的影響Fig.2 Effect of lactic acid bacteria fermentation on VC content of dried sweet potato

VC穩(wěn)定性較差，會受貯藏時間或溫度等因素影響而被破壞[13]。由圖2 可知，鮮薯的VC含量最高，為2.41 mg/g，發(fā)酵薯干次之，為1.20 mg/g，傳統薯干VC含量最低，為0.89 mg/g，發(fā)酵薯干較傳統薯干的VC含量提高了34.83%。分析原因可能為薯干加工過程中熟化與干制工藝使VC受到破壞[14]，VC含量降低，然而，乳酸菌發(fā)酵處理可以增加薯干VC含量，但無顯著差異（P＞0.05）。分析原因可能是乳酸菌發(fā)酵過程中產生了VC，使得發(fā)酵薯干VC含量提高[15]。

2.5 乳酸菌發(fā)酵對薯干中揮發(fā)性風味成分的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干中揮發(fā)性風味成分的影響見表4。

表4 乳酸菌發(fā)酵對薯干中揮發(fā)性風味成分的影響Table 4 Effect of lactic acid bacteria fermentation on volatile flavor components of dried potato

發(fā)酵過程會形成很多新的有機物質，也會形成新的風味物質[16]。由表4 可知，從薯干中共鑒定出27 種香氣成分，其中傳統薯干共檢出20 種，發(fā)酵薯干共檢出22 種。發(fā)酵薯干主要香氣成分為醇類（20.14%）、酯類（28.19%）、醛類（19.65%）、烷烴及烯萜類（14.40%），經發(fā)酵處理的薯干香氣成分中醇類、酯類、醛類物質含量明顯增加，烷烴和稀萜類物質減少?？梢姲l(fā)酵后，薯干產品含有更多的酯類和醇類物質，這些成分可為薯干提供果香等更豐富、愉悅的香氣，由于發(fā)酵過程中一系列的生化反應（如糖代謝、蛋白質降解等）生成了醇類、酸類及醛類物質，在薯干反復干燥加熱過程發(fā)生美拉德反應，從而促使酯類物質生成[17]。

2.6 乳酸菌發(fā)酵對薯干感官評分的影響

乳酸菌發(fā)酵對薯干感官評分的影響見表5。

表5 乳酸菌發(fā)酵薯干感官評分Table 5 Sensory evaluation of dried potato fermented by lactic acid bacteria

由表5 可知，利用乳酸菌發(fā)酵工藝生產的薯干，其在外形、色澤、氣味、質地4 項中的評分均優(yōu)于傳統薯干，尤其在色澤和質地方面，發(fā)酵薯干比傳統薯干具有突出優(yōu)勢，這與質構分析結果相吻合[18-19]。

3 結論

本試驗以甘薯為原料，采用乳酸菌發(fā)酵工藝改進傳統薯干加工工藝，研究發(fā)酵薯干和傳統薯干質構和風味的不同。結果表明：發(fā)酵薯干硬度、黏性、膠黏性、咀嚼性較傳統薯干顯著降低，彈性也有所降低，但與傳統薯干相比差異不大。發(fā)酵工藝賦予薯干柔軟飽滿的口感，產品軟糯適口，易于咀嚼和吞咽，品質更佳；發(fā)酵薯干中必需氨基酸含量和呈味氨基酸含量均較傳統薯干分別提高50.91%和80.56%，還原糖含量提高22.16%，VC含量提高34.83%，經發(fā)酵工藝處理的薯干香氣成分中醇類、酯類、醛類物質含量明顯增加，烷烴和稀萜類物質減少，感官評分也優(yōu)于傳統薯干，因此，發(fā)酵薯干具有廣闊的市場開發(fā)前景。