田海娟1,,胡征宇3,孫 宇,張 艷1,,張傳智1,,潘 艷

(1.吉林工商學(xué)院,糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長(zhǎng)春 130507; 2.吉林工商學(xué)院糧食學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130507; 3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春130018)

紫蘇[Perillafrutescens(L.)Britt]是一種具有奇異香味的系唇形科的草本植物[1],其根、莖、葉、籽均有較高的利用價(jià)值[2]。俄羅斯、日本、韓國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)對(duì)紫蘇屬植物進(jìn)行了大量的商業(yè)性栽種,開發(fā)出了食用油、藥品、腌漬品、化妝品等幾十種紫蘇產(chǎn)品。冷榨提油后的紫蘇籽粕中含有豐富的蛋白質(zhì)、纖維素等營(yíng)養(yǎng)成分[3-5],目前對(duì)于紫蘇粕的可食化加工,研究集中在紫蘇粕初級(jí)產(chǎn)品的開發(fā)利用以及生物活性成分的提取優(yōu)化等方面[6-13],課題組在前期研究過程中發(fā)現(xiàn)其加工適宜性稍差,其濃郁的紫蘇風(fēng)味也限制了它在食品工業(yè)中的應(yīng)用[14-19]。前期試驗(yàn)利用凝結(jié)芽孢桿菌(Bacilluscoagulans)和乳酸克魯維酵母菌(Kluyveromyceslactis)對(duì)紫蘇粕進(jìn)行混菌固態(tài)發(fā)酵處理,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的紫蘇粉中的小肽含量顯著提高[20],發(fā)酵后紫蘇粕濃郁的香氣變淡,因此進(jìn)一步拓展了紫蘇粕在食品中的應(yīng)用。面包儲(chǔ)藏中易失水進(jìn)而短時(shí)間內(nèi)發(fā)生老化,貨架期短,鑒于菌種在紫蘇粉中的發(fā)酵代謝作用,致使發(fā)酵紫蘇粉中小分子物質(zhì)含量提高,進(jìn)而可能對(duì)于面包的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性有影響,因此,實(shí)驗(yàn)將混菌發(fā)酵紫蘇粉應(yīng)用于面包的生產(chǎn)中,研究不同紫蘇粉對(duì)于儲(chǔ)藏期的面包的水分分布、遷移規(guī)律、保水性、老化度、面包的淀粉老化焓值以及面包中脂肪氧化程度的影響,以揭示混菌固態(tài)發(fā)酵紫蘇粉對(duì)于面包儲(chǔ)藏期穩(wěn)定性的影響,為發(fā)酵紫蘇粉的食品工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

凝結(jié)芽孢桿菌(Bacilluscoagulans) 糧油食品深加工吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存菌種;標(biāo)準(zhǔn)菌株乳酸克魯維酵母菌(KluyveromyceslactisATCC 12426) 北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院;紫蘇籽 洮南市百群食品科技有限公司;面包專用小麥粉 南順(三東)食品有限公司;面粉改良劑 樂福斯(明光)有限公司;高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;黃油 秦皇島金海特種食用油工業(yè)有限公司;牛肉膏(生物試劑) 北京奧博星生物技術(shù)有限公司;蛋白胨(生物試劑) 北京奧博星生物技術(shù)有限公司;氯化鈉(分析純) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;LB培養(yǎng)基(粉劑) 北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司;MRS肉湯 青島高科園海博生物技術(shù)有限公司。

SQW-601三清超微粉碎機(jī) 濟(jì)南易辰超微粉碎技術(shù)有限公司;4A220-50-06超臨界萃取裝置 江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司;TS2231020高壓滅菌鍋 上海東亞壓力容器制造有限公司;SW-CJ-2FD超靜工作臺(tái) 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;SM30FA-1全自動(dòng)和面機(jī) 瑞典Glimek公司;S200/DC-11/DCJ-1組合烤爐 瑞典Sveba-Dahlen公司;SFY-60紅外線快速水分測(cè)定儀 冠亞電子科技有限公司;布拉德班粉質(zhì)儀 德國(guó)Brabender公司;CT3食品物性分析儀 美國(guó)博勒飛公司;DHG-9245A鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司;Simga3K15型高速冷凍離心機(jī) 美國(guó)Sigma公司;Q20型調(diào)制差式掃描量熱儀 美國(guó)TA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵紫蘇粉制備工藝 紫蘇籽清洗→烘干→粗粉碎→超臨界萃取(萃取壓力25 MPa,萃取溫度40 ℃,CO2流量20 L/h)→超微粉碎(200目)→高壓蒸汽滅菌→接菌→恒溫培養(yǎng)→高壓蒸汽滅菌→烘干→超微粉碎→接種發(fā)酵→滅菌→凍干→備用

制備LB培養(yǎng)基及MRS培養(yǎng)基,將兩種培養(yǎng)基滅菌,備用。吸取1%乳酸克魯維酵母菌于MRS培養(yǎng)基中,將含菌的MRS培養(yǎng)基放入30 ℃搖床中,培養(yǎng)18 h,作為一代菌液。將凝結(jié)芽孢桿菌粉末取少許加入LB培養(yǎng)基中,含菌培養(yǎng)基放入37 ℃搖床中培養(yǎng)18 h,作為一代菌液。培養(yǎng)好的一代菌液吸取1%加入到對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)18 h作為2代菌液。

將培養(yǎng)好的乳酸克魯維酵母菌和凝結(jié)芽孢桿菌2代菌液接入到超臨界萃取脫脂并滅菌后的紫蘇粕中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為:乳酸克魯維酵母菌與凝結(jié)芽孢桿菌的比例為1∶1、料水比為1∶2.5、接種量為12%,在33 ℃環(huán)境下培養(yǎng)48 h,混菌發(fā)酵期間每隔12 h翻動(dòng)一次發(fā)酵基料,發(fā)酵期間共翻動(dòng)4次。

1.2.2 面包的配方 以面包專用小麥粉為基準(zhǔn),其他輔料加入量為:綿白糖20%、鹽1%、活性干酵母2%、面包改良劑1%、黃油8%、雞蛋8%、水50%。以一次發(fā)酵法制備面包[21]。未添加紫蘇粉的面包為空白組,直接添加超臨界萃取脫脂后并超微粉碎過200目篩的紫蘇粉的面包為對(duì)照組,添加混菌紫蘇粕粉的面包為實(shí)驗(yàn)組。

1.2.3 低場(chǎng)核磁測(cè)定紫蘇粉面包的水分分布 NMR自旋-自旋弛豫時(shí)間(T2)測(cè)量:紫蘇粉面包弛豫時(shí)間測(cè)試條件:共振頻率23.137 MHz,磁體強(qiáng)度0.55 T,線圈直徑為15 mm,磁體溫度為32 ℃;按照1.2.2方法制備的面包樣品放入直徑為15 mm的核磁管,核磁管放入磁體腔中心處測(cè)試。自旋-自旋弛豫時(shí)間T2用Carr-Purcell-Mebiboom-Gill(CPMG)序列進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試參數(shù)為:回波時(shí)間(90°脈沖和180°脈沖之間的時(shí)間)為100 μs,8000個(gè)回波個(gè)數(shù),重復(fù)掃描32次,重復(fù)掃描間隔時(shí)間為3000 ms,得到的信號(hào)衰減曲線為指數(shù)衰減曲線。利用核磁共振弛豫時(shí)間反演擬合軟件Ver 4.09進(jìn)行反演[22]。

1.2.4 發(fā)酵紫蘇粉面包保水性測(cè)定 做好的面包自然冷卻1 h后,稱取面包重量。將稱重后的面包放在紫外燈滅菌1 h后的恒溫培養(yǎng)箱中,溫度設(shè)為23 ℃,并用飽和食鹽水調(diào)整恒溫培養(yǎng)箱中濕度,濕度達(dá)70%。以后每24 h稱量一次,持續(xù)測(cè)量5 d。

利用公式:失水量=原重量-測(cè)量重量,表示保水性[23-24]。

1.2.5 發(fā)酵紫蘇粉面包老化度測(cè)定 將面包在1.2.4的環(huán)境下放置48 h后,各組取面包瓤10 g,分別放入孔徑0.425 mm標(biāo)準(zhǔn)篩(40目)中,然后在篩中放入10個(gè)直徑7 mm的不銹鋼珠,以120 r/min頻率振蕩5 min,稱量篩下物。

根據(jù)公式:老化度(g/min)=篩下物/振蕩時(shí)間,以單位時(shí)間內(nèi)篩下物重量作為衡量產(chǎn)品老化度的標(biāo)準(zhǔn)[25]。

1.2.6 發(fā)酵紫蘇粉面包支鏈淀粉老化焓值測(cè)定 用差示掃描量熱儀測(cè)定分別在1.2.4的環(huán)境下存放1、3、5 d時(shí)的面包。取15 mg左右的面包芯放置在鋁坩堝中封蓋,放入差示掃描量熱儀中檢測(cè),升溫速率為10 ℃/min,樣品溫度100 ℃,檢測(cè)溫度從30 ℃至100 ℃升溫過程的相變焓值ΔH[26],空坩堝為空白對(duì)照。

1.2.7 發(fā)酵紫蘇粉面包脂肪氧化程度(TBA)測(cè)定 將面包在1.2.4環(huán)境放置24 h后,揉碎、研磨均勻后稱取10 g樣品加入到干凈的燒杯中,加入10%的三氯乙酸溶液40 mL,用磁力攪拌器攪拌均勻。離心5 min后過濾,將濾液轉(zhuǎn)移至50 mL的容量瓶中,用10%的三氯乙酸溶液定容至50 mL,混勻,靜置10 min。移取5 mL濾液于25 mL比色管中,加入5 mL硫代巴比妥酸(TBA)溶液,混勻,蓋塞。放置于95 ℃的水浴鍋內(nèi)50 min,然后取出冷水中降溫10 min,在532 nm處測(cè)吸光值。

TBA值(mg/kg)=A532×41.5

式中:A532為溶液在532 nm處的吸光度;41.5為每mL含丙二醛量的換算系數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

圖表中數(shù)據(jù)為三次平行檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值,誤差為標(biāo)準(zhǔn)偏差。所得數(shù)據(jù)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫蘇粉添加量對(duì)面包水分分布及遷移的影響

NMR技術(shù)是研究生物體系中水分動(dòng)態(tài)變化的一種有效技術(shù)。NMR技術(shù)中用弛豫時(shí)間來表明生物體系中水的運(yùn)動(dòng),含水量的多少是弛豫速度變化的根本原因。弛豫速度與含水量大致成線性函數(shù)關(guān)系。Camerona等[27]證實(shí)了水氫鍵結(jié)構(gòu)的變化使測(cè)量水溶液弛豫時(shí)間發(fā)生變化,可能是因?yàn)殡x子濃度升高或添加了食物。影響生物聚合體中水分移動(dòng)的因素有:水分、分子量、分子結(jié)構(gòu)和溫度。紫蘇面包水分分布在弛豫時(shí)間(T2)0.1～1000 ms之間,出現(xiàn)三個(gè)特征峰,其中T21(0.01～2.0 ms)區(qū)間是紫蘇面包分子中極性基團(tuán)與水以氫鍵鍵合的水,結(jié)合比較緊密,該區(qū)間的水被認(rèn)為是結(jié)合水[28-29];T22(2～13 ms)區(qū)間為紫蘇面包中成分與水以較小鍵能結(jié)合,紫蘇面包中多分子層水,與溶質(zhì)成分結(jié)合程度相對(duì)較差,是被紫蘇面包網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛的水分,被認(rèn)為是不易流動(dòng)的水;T23(14～1000 ms)區(qū)間為自由水,即未束縛進(jìn)紫蘇面包面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水,附著于面包面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的表面。

由表1可知,發(fā)酵紫蘇粉面包與空白組對(duì)比,結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水比例均較大,除了5%發(fā)酵紫蘇添加量的面包中結(jié)合水對(duì)比差異不顯著,其他添加量與空白組相比,差異均顯著(P<0.05)。從峰面積大小看,在發(fā)酵紫蘇面包中,不易流動(dòng)的水所占的比例有明顯優(yōu)勢(shì);且隨著發(fā)酵紫蘇粉在面包中的質(zhì)量百分比提高,結(jié)合水、不易流動(dòng)水和結(jié)合水質(zhì)量均提高;發(fā)酵紫蘇粉面包的結(jié)合水與不易流動(dòng)水均高于空白組與對(duì)照組。當(dāng)發(fā)酵紫蘇粉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時(shí),紫蘇面包結(jié)合水比例達(dá)到第一個(gè)峰值,此時(shí)峰面積為227.47±10.40;此后隨著發(fā)酵紫蘇粉添加量提高,峰面積先逐漸下降后提高,當(dāng)發(fā)酵紫蘇粉添加的質(zhì)量百分比達(dá)到25%時(shí),結(jié)合水部分的峰面積最大值為522.62±37.65。結(jié)果分析可知,紫蘇粉添加量對(duì)紫蘇面包結(jié)合H質(zhì)子的能力有影響,且發(fā)酵紫蘇粉對(duì)面包中結(jié)合水與不易流動(dòng)水的影響大于未發(fā)酵紫蘇粉。

表1 不同紫蘇粉添加量面包水分分布Table 1 The changes of moisture distribution of various perilla contents of bread with different content of Perilla powder

2.2 發(fā)酵紫蘇粉面包儲(chǔ)藏品質(zhì)

面包的老化一般是指面包皮粗糙,光澤暗淡,面包瓤硬度增加,易掉渣,芳香味消失產(chǎn)生刺鼻氣味,可溶性淀粉含量減少等現(xiàn)象。對(duì)面包老化的研究已經(jīng)有一百多年歷史,這一問題仍然存在,每年都會(huì)因?yàn)槔匣瘑栴}造成極大的損失,延長(zhǎng)焙烤食品的貨架期問題是值得關(guān)注的問題[30]。

2.2.1 面包保水性 如圖1所示,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,面包的失水量逐漸增大,說明隨著面包的儲(chǔ)藏,面包中水分逐漸減少;兩種紫蘇粕粉的添加對(duì)面包保水性有不同程度的影響,添加量不同影響程度也不同。放置1 d對(duì)面包影響不大,2 d時(shí)面包失水增加緩慢,放置3～4 d時(shí),面包失水量增加速度較快,放置5 d時(shí),失水量變化趨于平緩。隨著發(fā)酵紫蘇粕粉添加量的增多,面包失水量逐漸減少。相同儲(chǔ)藏天數(shù),發(fā)酵紫蘇粉面包添加量5%～10%失水量增長(zhǎng)緩慢,15%～25%時(shí),失水量增長(zhǎng)速度較快,對(duì)照組面包也有相同的表現(xiàn)。相較空白組,兩種紫蘇粕粉的加入都降低了面包的失水量,且相同添加量發(fā)酵紫蘇粉面包失水量低于對(duì)照組面包失水量,這一結(jié)果與2.1的檢測(cè)結(jié)果一致。儲(chǔ)藏5 d,紫蘇粉添加質(zhì)量百分比為10%時(shí),發(fā)酵紫蘇粕面包失水量與對(duì)照組差異明顯,發(fā)酵紫蘇粉面包失水為5.5 g,對(duì)照組為6.2 g,與空白組比降低了9.84%,與對(duì)照組比失水率降低了11.29%。推測(cè)其原因可能是,隨著發(fā)酵紫蘇粕粉的加入,面包中的小肽含量提高,增強(qiáng)了水分與蛋白質(zhì)與小肽中親水基團(tuán)發(fā)生水合作用的能力,結(jié)合水含量增加,且不易流失,紫蘇粕粉經(jīng)過發(fā)酵后,蛋白含量提高,減緩面包中水分流失。

圖1 發(fā)酵紫蘇粉對(duì)面包水分的影響Fig.1 The effect of fermented Perillapowder on bread water content

2.2.2 面包老化度 如圖2所示,隨著添加量的增大,添加兩種紫蘇粉面包老化度均逐漸減小;對(duì)照組面包老化度降低程度緩慢,添加發(fā)酵紫蘇粉粉面包5%～20%老化度下降程度較快,20%～25%老化度幾乎不變。添加發(fā)酵紫蘇粉面包5%～15%老化度下降程度較快,由0.3 g/min下降到0.2 g/min。20%～25%老化度幾乎不變,均為0.16 g/min。當(dāng)紫蘇粉添加量為20%時(shí),發(fā)酵紫蘇粉面包的老化度比空白組降低了55.56%,比對(duì)照組降低了12.50%。發(fā)酵紫蘇粕粉的加入可改善面包的老化。分析其原因在于隨著發(fā)酵紫蘇粕粉的加入,面包中纖維含量增大,膳食纖維也隨之增加。膳食纖維可以與面包中淀粉對(duì)結(jié)合,形成穩(wěn)定的復(fù)合物,復(fù)合物的形成可以減緩淀粉從無序態(tài)向有序態(tài)的轉(zhuǎn)化的速度[31],使面包老化延緩。發(fā)酵紫蘇粕粉經(jīng)過發(fā)酵膳食纖維的含量增加,形成穩(wěn)定復(fù)合物更多,較對(duì)照組能夠更加有效地抑制面包的老化,延長(zhǎng)面包的儲(chǔ)藏期。

圖2 不同紫蘇粉添加量對(duì)面包老化度的影響Fig.2 The effect of different content ofPerilla powder on bread aging

2.2.3 面包支鏈淀粉老化焓值 面包在儲(chǔ)藏的過程中,其中的支鏈淀粉發(fā)生重結(jié)晶,導(dǎo)致面包老化。支鏈淀粉的重結(jié)晶老化往往會(huì)使熱焓(ΔH)變化[32],測(cè)定面包支鏈淀粉的老化熱焓值變化能夠反映出面包的氧化程度。如圖3所示,隨著儲(chǔ)藏天數(shù)的增加,各組面包的老化焓值均在增加。分析其原因在于隨著儲(chǔ)藏期的延長(zhǎng),面包支鏈淀粉重結(jié)晶的程度及速率增大,導(dǎo)致面包中淀粉聚合物增多,使面包老化[33]。添加兩種紫蘇粕粉面包的老化焓值,均低于對(duì)照空白組,說明紫蘇粕的添加可以延緩面包的老化;儲(chǔ)藏1 d時(shí),空白組為34.48 J/g,與空白組比,發(fā)酵紫蘇面包組老化焓值最大降低了69.18%;3 d時(shí)添加兩種紫蘇粕面包與空白組差異明顯,當(dāng)發(fā)酵紫蘇添加量為25%，老化焓值降低最多達(dá)到61.11%;儲(chǔ)藏5 d時(shí),當(dāng)發(fā)酵紫蘇添加量為20%，老化焓值降低最多達(dá)到41.79%。與對(duì)照組面包相比,老化焓值在儲(chǔ)藏1 d時(shí)，發(fā)酵紫蘇粕粉添加量為25%時(shí)最多降低了47.66%,在3 d時(shí)降低最多達(dá)到14.71%,在儲(chǔ)藏5 d時(shí)降低最多達(dá)到了17.38%。發(fā)酵紫蘇粕有效地延緩了面包的老化,推測(cè)可能由于發(fā)酵紫蘇粕粉的加入,面包中的小分子的纖維與蛋白質(zhì)及多肽的含量提高,這些分子能夠水合更多的水分子,因此有效地抑制的支鏈淀粉的重結(jié)晶,淀粉聚合物的合成受阻,延緩面包的老化。

圖3 紫蘇粉對(duì)面包淀粉老化焓值的影響Fig.3 The effect of different content of Perilla powder on aging enthalpy of bread starch

2.2.4 面包脂肪氧化程度(TBA) TBA值反映的是面包中脂類物質(zhì)的氧化程度的高低。脂類物質(zhì)在氧化的過程中產(chǎn)生丙二醛,丙二醛與硫代巴比妥酸作用生成粉紅色化合物,紅色物質(zhì)的深淺與氧化程度成正相關(guān)[34]。TBA值越大,面包氧化的越嚴(yán)重。脂肪物質(zhì)氧化后,導(dǎo)致面包的酸敗,產(chǎn)生不良的氣味,影響面包的感官及風(fēng)味。如圖4所示,隨著發(fā)酵紫蘇粕粉的加入,面包脂肪氧化程度(TBA)值在逐漸減小。對(duì)照組面包添加量為5%～10%時(shí),TBA值急劇下降,由65.28 mg/kg下降到45.47 mg/kg。15%～25%呈緩慢下降趨勢(shì)由44.33 mg/kg下降到37.15 mg/kg。發(fā)酵紫蘇粕粉添加量為5%時(shí),樣品的TBA值急劇下降至42.66 mg/kg,10%～25%整個(gè)過程呈緩慢下降趨勢(shì);發(fā)酵紫蘇粕粉添加量為25%時(shí),樣品的TBA值降至最低值34.42 mg/kg,比空白組降低了58.18%,而此時(shí)未發(fā)酵紫蘇面包組的TBA值為37.15 mg/kg,比空白組降低了54.86%,發(fā)酵紫蘇粉面包與對(duì)照組相比降低了7.35%?？傮w而言,添加發(fā)酵紫蘇粉面包TBA值下降幅度及趨勢(shì)大于添加紫蘇粕粉面包,添加發(fā)酵紫蘇粕粉延緩面包氧化效果優(yōu)于添加紫蘇粕粉面包,比空白組均有明顯降低。

圖4 紫蘇粕粉對(duì)面包脂肪氧化程度的影響Fig.4 The effect of different fermented Perilla powder on the oxidation degree of bread fat

3 結(jié)論

將發(fā)酵紫蘇粉面包放在溫度23 ℃、相對(duì)濕度70%的環(huán)境中，存放不同的天數(shù)測(cè)定儲(chǔ)藏期各項(xiàng)指標(biāo)。發(fā)酵紫蘇粉添加量的變化,引起面包的橫向弛豫時(shí)間T2、失水率、老化度及脂肪氧化程度發(fā)生明顯變化。發(fā)酵紫蘇粉面包結(jié)合H質(zhì)子能力優(yōu)于未發(fā)酵紫蘇面包,且隨著發(fā)酵紫蘇粕粉添加量的逐漸增大,面包的老化度、脂肪氧化程度(TBA)值逐漸減小;儲(chǔ)藏天數(shù)增加,面包的失水量、支鏈淀粉老化焓變?cè)龃?焓值增大，意味著面包中支鏈淀粉的重結(jié)晶速率增大,老化程度增大。隨著發(fā)酵紫蘇粕粉添加量的增加,面包失水及支鏈淀粉老化焓值呈下降趨勢(shì)。結(jié)果表明,發(fā)酵紫蘇粕面包儲(chǔ)藏期4項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于空白組面包,優(yōu)于未發(fā)酵紫蘇粉面包。