前期發(fā)酵溫度對甜面醬揮發(fā)性成分的形成及品質(zhì)的影響

孟 鴛，喬 宇，劉彩香，康 旭，李冬生,3，胡建中，黃紅霞,*

(1.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；2.湖北省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢430064；3.湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068)

前期發(fā)酵溫度對甜面醬揮發(fā)性成分的形成及品質(zhì)的影響

孟 鴛1，喬 宇2，劉彩香1，康 旭1，李冬生1,3，胡建中1，黃紅霞1,*

(1.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；2.湖北省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢430064；3.湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068)

采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用方法，測定前期在不同發(fā)酵溫度(20、30、40、50℃)條件下釀制的甜面醬成品揮發(fā)性成分。結(jié)果表明：隨著發(fā)酵溫度升高，酯類、醇類、酸類含量逐漸降低，醛類含量逐漸增多，酮類、酚類含量在40℃時最高，而低溫發(fā)酵時揮發(fā)性化合物種類少于高溫發(fā)酵。結(jié)合pH值、總酸、氨基態(tài)氮及還原糖含量等理化指標(biāo)的分析，確定前期最適發(fā)酵溫度為40℃。

甜面醬；溫度；揮發(fā)性成分；理化指標(biāo)；頂空固相微萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法

甜面醬是我國傳統(tǒng)的發(fā)酵調(diào)味品，主要以面粉為原料，經(jīng)過微生物長期發(fā)酵而形成的具有濃郁醬香和兼具鮮、甜、咸等口感的佐菜佳品。由于微生物發(fā)酵的復(fù)雜和獨特性，為保持甜面醬獨特的口感和風(fēng)味，國內(nèi)甜面醬生產(chǎn)仍以自然接種發(fā)酵的傳統(tǒng)工藝釀造，造成成本高、規(guī)模小、生產(chǎn)周期過長、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定及衛(wèi)生條件不達(dá)標(biāo)等現(xiàn)狀。盡管已有采用人工接種、酶法制醬等新工藝出現(xiàn)，但產(chǎn)品的口感及風(fēng)味遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)甜面醬。甜面醬特殊的風(fēng)味是由各種霉菌如米曲霉及酵母菌，乳酸菌等多種微生物共同發(fā)酵形成，其種類繁多、形成途徑復(fù)雜。

隨著分析方法的不斷創(chuàng)新，人們開始重視風(fēng)味的研究，自近20年以來，對于傳統(tǒng)發(fā)酵調(diào)味品風(fēng)味的研究也逐漸豐富，如醬油、豆豉、日本的納豆醬、泰式醬油、醬等[1-6]。金華勇等[7]采集3個不同地方的傳統(tǒng)甜面醬進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)分析；趙建新等[8]使用GC-MS聯(lián)合GC-O分析豆醬的揮發(fā)性物質(zhì)成分，確定豆醬中的特征風(fēng)味物質(zhì)；秦禮康等[9]對比傳統(tǒng)陳窖豆豉粑和霉菌型豆豉揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異。本研究采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析發(fā)酵前期不同溫度對于甜面醬揮發(fā)性成分及理化指標(biāo)的影響，為甜面醬風(fēng)味產(chǎn)生的機理及工藝改進(jìn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

按照實驗室自制甜面醬工藝流程制作甜面醬，分別選取前期發(fā)酵溫度為20、30、40、50℃的4個樣品；NaOH、甲醛、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸、苯酚、無水乙醇(均為分析純) 國藥集團化學(xué)試劑有限公司；乙酸正戊酯(色譜純) Alfa Aesar公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SPME手動進(jìn)樣手柄、50/30μmDVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；Agilent GC-MS7890A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；FE20型pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；HH-4水浴鍋 常州國華電器有限公司；UV-2000型可見分光光度計 尤尼柯儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜面醬制作工藝

面粉→添加酵母發(fā)酵→蒸煮粉碎→拌面接種→通風(fēng)制曲2d→加12%的鹽水→攪拌均勻→密封放入溫度不同的培養(yǎng)箱發(fā)酵7d→全部放入溫度相同的培養(yǎng)箱發(fā)酵23d→甜面醬成品

1.3.2 理化指標(biāo)測定

pH值測定：稱取5g溶于50mL水，加熱沸騰3min，攪拌均勻后用pH計測定pH值；總酸測定：按中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB X 66037—87《總酸測定法》要求測定；氨基態(tài)氮測定：按中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB X 66038—87《氨基態(tài)氮測定法》要求測定；還原糖測定：3,5-二硝基水楊酸比色法。

1.3.3 揮發(fā)性成分鑒定

1.3.3.1 樣品前處理條件

將50/30μmDVB/CAR/PDMS固相萃取頭在GC進(jìn)樣口于270℃進(jìn)行老化5min，插入裝有3g甜面醬和5mL水的樣品瓶中，于65℃水浴中平衡5min，保溫51min，加鹽量為0.9g，攪拌轉(zhuǎn)速900r/min，再將萃取頭插入GCMS儀器進(jìn)樣口于250℃條件下解析5min。

1.3.3.2 色譜條件

色譜柱：Agilent DB-5非極性毛細(xì)管柱(60m×0.25mm，0.25μm)；升溫程序：初溫40℃以2.5℃/min的速率升溫到130℃，保持1min，再以8℃/min的速率升溫到250℃保持1min；載氣(He)流速：1.0mL/min，進(jìn)樣口溫度：2 5 0℃，不分流。

1.3.3.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊(EI)離子源；電子能量：70eV；電壓：350V；質(zhì)量掃描范圍m/z35～395；化合物定性方法：經(jīng)NIST07數(shù)據(jù)庫檢索定性；化合物定量方法：根據(jù)各組分峰面積和內(nèi)標(biāo)峰面積之比計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 前期不同發(fā)酵溫度條件下樣品總酸及pH值變化

圖1 前期不同發(fā)酵溫度條件下樣品總酸及pH值變化Fig.1 Changes of total acids and pH in sweet flour paste prepared at different fermentation temperatures in the early stage

如圖1所示，隨著前期發(fā)酵溫度的升高，pH值逐漸升高及總酸含量逐漸下降。說明前期發(fā)酵溫度較低的發(fā)酵過程中乳酸菌等微生物生長更加旺盛，能更有利地利用原料中的糖類產(chǎn)生酸，使總酸含量增加。

2.2 前期不同發(fā)酵溫度條件下樣品氨基態(tài)氮和還原糖含量變化

圖2 前期不同發(fā)酵溫度條件下樣品氨基態(tài)氮及還原糖含量變化Fig.2 Changes of amino nitrogen and reducing sugar in sweet flour paste prepared at different fermentation temperatures in the early stage

如圖2所示，在不同溫度下，微生物利用原料中的有機碳、可溶性糖和蛋白質(zhì)等，在發(fā)酵體系中形成還原糖和氨基態(tài)氮。在40℃時，還原糖和氨基態(tài)氮的含量達(dá)到最高值。

2.3 前期不同發(fā)酵溫度條件下樣品揮發(fā)性成分的變化

經(jīng)檢索整理及計算，分離鑒定出的揮發(fā)性化合物的種類和含量見表1。發(fā)酵食品風(fēng)味化合物的形成，與許多因素有關(guān)，如原材料組成、熱處理工藝，發(fā)酵的目的是借助微生物產(chǎn)酶，大分子在酶的作用下降解從而產(chǎn)生風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)，因此微生物對于發(fā)酵食品風(fēng)味影響最大。而發(fā)酵溫度直接影響微生物生理代謝，進(jìn)而影響風(fēng)味的形成。

發(fā)酵階段的前期主要是乳酸菌作用，本研究通過對比前期的發(fā)酵溫度分別為20、30、40、50℃的條件下的發(fā)酵成品，分析發(fā)酵溫度對甜面醬揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生的影響。如表1和圖3所示，4種甜面醬的揮發(fā)性化合物含量最高的均是酯類，分別為48.8179×10-2、38.4691×10-2、22.7868×10-2、13.1326×10-2μg/g，隨著發(fā)酵溫度的升高，酯類含量逐漸降低，酯類物質(zhì)是醬制品揮發(fā)性成分的主體，能賦予食品甜香味和果香味，結(jié)合圖1推測，可能在低溫條件下乳酸菌等產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸能力較強，從而使通過非酶催化的酯化反應(yīng)形成的酯類含量更多。另外，發(fā)酵溫度的升高引起醇類含量逐漸下降而醛類含量逐漸增多。雖然醇類物質(zhì)閾值普遍較高，對風(fēng)味的影響不大，但醇類物質(zhì)與香氣的組成關(guān)系密切，能與有機酸形成酯類，而且部分醇類具有使人愉快的氣味，如正辛醇具有干甜而尖銳的脂蠟香氣，又帶有柑橘、橙皮和玫瑰樣的氣息以及油脂果香、甜而微有草香味。醛類的閾值較低，對風(fēng)味影響比較大，能給予醬制品果香和清香。如糠醛帶有苦杏仁氣味，結(jié)合圖1、2可知， 戊糖在酸性條件下加熱分解成糠醛，而后通過縮合等反應(yīng)生成深褐色的色素，由此，醛類與甜面醬色澤深淺有一定關(guān)系。但醛類含量較高會給甜面醬帶來一種焦糖味，而且含量過多會產(chǎn)生過多的辛辣味，刺激性大。在50℃條件下發(fā)酵而成的甜面醬不論從醛類的種類或是含量上看都多于低溫條件下，這也與醛類化合物多為加熱引起，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成，或由相應(yīng)的醇，酚氧化生成相符[10]。40℃條件下發(fā)酵而成的甜面醬酚類含量比30℃條件下發(fā)酵而成的甜面醬酚類的含量低，在檢測到的酚類中發(fā)現(xiàn)呈強烈香辛料、丁香和發(fā)酵似香氣的4-乙基愈創(chuàng)木酚，此種物質(zhì)是醬油的特征風(fēng)味物質(zhì)之一[11-12]，經(jīng)過本研究發(fā)現(xiàn)甜面醬中也能檢出此物質(zhì)。4-乙基愈創(chuàng)木酚的含量受溫度影響較大，在前期發(fā)酵溫度為30℃時的相對含量達(dá)到最大，大約是前期發(fā)酵溫度為20℃的6.5倍。說明發(fā)酵溫度適度升高會導(dǎo)致酚類總類及含量增多。對于酮類化合物，20℃和40℃條件下酮類含量較高，兩者相比較而言，20℃條件下，酮類種類少但個體含量多，如具有水果香味的5-甲基-3-庚酮含量為3.6363×10-2μg/g，含量為5種酮類中最高的，而具有青香、果香、蠟香、木香的順式香葉基丙酮含量差異不大。從溫度對酮類的揮發(fā)性化合物的影響看，從20℃到40℃，酮類的種類逐漸增多，與加熱生成酮類有關(guān)，而在50℃時酮類化合物急劇減少，可能是與溫度過高對于微生物生長代謝不適有關(guān)。另外，從趨勢上可以看出，在40℃和50℃都產(chǎn)生了低溫沒有產(chǎn)生的2-十一酮，這種化合物具有柑橘類、油脂和蕓香似香氣，對于甜面醬的風(fēng)味有增香作用。

表1 前期不同溫度發(fā)酵甜面醬的揮發(fā)性化合物及含量Table 1 Volatile compounds and corresponding contents in sweet flour paste prepared at different fermentation temperatures in the early period

續(xù)表1

圖3 前期不同溫度發(fā)酵甜面醬的揮發(fā)性化合物及含量比較Fig.3 Comparison on volatile components and corresponding contents in sweet flour paste prepared at different fermentation temperatures in the early period

3 結(jié) 論

綜合理化指標(biāo)和產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物考慮，前期最適發(fā)酵溫度為40℃，此種條件下，能賦予甜面醬鮮味和甜味的氨基態(tài)氮和還原糖含量較高，并且揮發(fā)性化合物從種類和含量上都較其余3種全面。微生物發(fā)酵產(chǎn)物是風(fēng)味產(chǎn)生的主要來源，而前期發(fā)酵溫度對甜面醬揮發(fā)性成分的影響僅僅是對風(fēng)味產(chǎn)生機理的一種初步探索，我們將在本研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列更為深入的研究，如后期的溫度變化、光照、鹽水量等，以期為發(fā)酵工藝的優(yōu)化及品質(zhì)控制提供更多實驗依據(jù)。

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Effect of Primary Fermentation Temperature on Volatile Compounds and Quality of Sweet Flour Paste

MENG Yuan1，QIAO Yu2，LIU Cai-xiang1，KANG Xu1，LI Dong-sheng1,3，HU Jian-zhong1，HUANG Hong-xia1,*
(1. College of Bioengineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China；2. Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China；3. Research Center of Food Fermentation Engineering and Technology of Hubei, Wuhan 430068, China )

Volatile compounds in sweet flour paste in the early period of fermentation at different temperatures were extracted using head space solid-phase microextraction (HS-SPME) apparatus and analyzed by GC-MS. Results showed that increased fermentation temperature could result in a gradual decrease in the contents of esters, alcohols and acids, and gradual increase in the content of aldehydes. The highest contents of ketones and phenols were observed at the fermentation temperature of 40 ℃.However, less species of volatile compounds was identified in sweet flour paste prepared by low-temperature fermentation.Based on the comprehensive analysis of pH, total acids, amino nitrogen and reducing sugars, the optimal fermentation temperature in the early stage was 40 ℃.

sweet flour paste；fermentation temperature；volatile component；physico-chemical index；HS-SPME；GC-MS

TS201.3

A

1002-6630(2010)23-0248-05

2010-08-14

湖北省科技廳項目(鄂財企發(fā)[2007]119號)

孟鴛(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：hugongdaxue@163.com

*通信作者：黃紅霞(1976—)，女，副教授，博士，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：huang760814@163.com