利用乳酸菌發(fā)酵紅酸湯的品質變化研究

鄭莎莎，胡萍

(貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽 550025)

凱里紅酸湯是用西紅柿、新鮮紅辣椒、食鹽等經自然發(fā)酵而成的一種調味品，用其煮制的火鍋口感醇厚、細膩、柔和、酸味純正、辣味悠厚、咸味適中，并且具有開胃、健脾、增強食欲的獨特作用，其味道鮮美，百食不厭，深受海內外消費者的青睞[1]。

番茄作為主要原料，因其對人體健康的有益作用被認為是一種重要的功能性食品[2]，而番茄的益生功效與其所含的抗氧化物質、有機酸等密切相關[3]，如番茄紅素、β-胡蘿卜素、維生素E、維生素C、酚類物質、乳酸等[4]；其中，番茄紅素、酚類和類黃酮作為天然的抗氧化物質，對人體的健康有著重要的意義。有研究報道通過乳酸菌發(fā)酵紅酸湯，可以使紅酸湯中的番茄紅素、酚類物質等含量上升[5-8]，并且通過乳酸菌中糖苷酶的作用轉化為抗氧化活性更高以及更易于人體吸收的物質，使得其營養(yǎng)價值得到極大的提升。

紅酸湯產業(yè)在迅速發(fā)展的同時，也存在著一些制約企業(yè)規(guī)模化生產的問題：企業(yè)一直采用傳統(tǒng)的自然發(fā)酵工藝，發(fā)酵液中微生物來源復雜，紅酸湯中微生物的生長無法合理控制，且發(fā)酵出來的紅酸湯品質不均，發(fā)酵周期長，影響番茄紅酸湯發(fā)酵的品質，這樣不利于紅酸湯產業(yè)的規(guī)?；a。故本研究采用從自然發(fā)酵紅酸湯中分離出來的兩株優(yōu)勢乳桿菌進行復合發(fā)酵，以未接菌組作為對照，測定紅酸湯發(fā)酵過程中相應的理化指標并進行分析，對接菌發(fā)酵的方式進行評價，為今后紅酸湯乳酸菌發(fā)酵劑的制備提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄、糯米粉、食鹽、生姜、辣椒、白酒：均購于當?shù)爻小?/p>

主要試劑：氫氧化鈉、酚酞、3，5-二硝基水楊酸、四硼酸鈉、亞鐵氰化鉀、對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、鹽酸、磷酸二氫銨、無水乙醇、甲醛(濃度為38%)、葡萄糖標品、氯化鈉、MRS肉湯培養(yǎng)基、MRS瓊脂培養(yǎng)基、甲醇(色譜純)、乳酸、草酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸等：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

HPX-9082 MBE型數(shù)顯電熱培養(yǎng)箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；便攜式pH計 深圳德圖儀表有限公司；FA2004N電子天平 上海菁海儀器有限公司；TGL20M臺式高速冷凍離心機 長沙邁佳森儀器設備有限公司；SW-CJ-1FD型超凈工作臺 蘇州蘇潔凈化設備有限公司；LS-B75L-I型立式壓力蒸汽滅菌鍋 江陰濱江醫(yī)療設備有限公司；Agilent 1260型高效液相色譜儀(配有可變波長紫外檢測器) 美國安捷倫公司；SinoChrom ODS-BP C18色譜柱(4.6 mm×200 mm，5 μm) 大連伊力特分析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵劑的制備

干酪乳桿菌H1與鼠李糖乳桿菌H3經MRS肉湯培養(yǎng)基活化后，離心得到菌體，用濃度為0.85%的生理鹽水調整濃度為109CFU/mL備用。

1.3.2 紅酸湯的制作工藝

番茄→挑選→去雜、去柄→洗凈→晾干→切碎→加入糯米、辣椒、姜→粉碎→巴氏殺菌(低溫消毒65 ℃)→混勻→加入鹽、白酒→發(fā)酵→成品。

1.3.3 理化指標的測定

pH的測定：采用PHS-3C pH計測定；總酸的測定：參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》[9]；氨基酸態(tài)氮(AN)的測定：參照GB 5009.235-2016《食品中氨基酸態(tài)氮的測定》[10]；還原糖含量的測定：參照NY/T 2742-2015《水果及制品可溶性糖的測定》[11]；亞硝酸鹽含量的測定：參照GB 5009.33-2016《食品中亞硝酸鹽的含量測定》[12]；揮發(fā)性風味物質的測定：樣品送至貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室進行分析測定[13]；有機酸的測定：參照熊瑛等人[14]的方法；乳酸菌計數(shù)：參考江志杰等人的研究方法進行乳酸菌計數(shù)[15]。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有試驗均重復3次，結果用平均值±標準差來表示，使用Oringe 2018 Pro作圖，分析數(shù)據(jù)的變化趨勢，用統(tǒng)計分析軟件SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 紅酸湯發(fā)酵過程中乳酸菌的動態(tài)變化

圖1 紅酸湯發(fā)酵過程中乳酸菌計數(shù)Fig.1 Lactic acid bacteria count in the fermentation process of red sour soup

乳酸菌是紅酸湯發(fā)酵過程中的主要菌群，通過乳酸菌的發(fā)酵產生有機酸、氨基酸等代謝產物，這些代謝產物本身以及通過相互作用賦予了紅酸湯獨特的風味。紅酸湯開始發(fā)酵后，酸湯中營養(yǎng)物質由于滲透壓的作用析出，使得乳酸菌的生長環(huán)境優(yōu)越，且紅酸湯中加入了生姜、鹽等物質，能夠在發(fā)酵前期有效地抑制腐敗菌的生長；開始發(fā)酵后，發(fā)酵液中營養(yǎng)物質迅速被利用以促進其生長。由圖1可知，接菌組初始的乳酸菌計數(shù)為107CFU/mL，在發(fā)酵的前3 d，乳酸菌數(shù)量呈快速上升的趨勢，到第3天時達到109CFU/mL；隨著紅酸湯中的營養(yǎng)物質被消耗殆盡以及代謝產物的影響，乳酸菌數(shù)量也開始下降[16]；而未接菌組在發(fā)酵開始時，紅酸湯中的乳酸菌數(shù)量較少，為102CFU/mL，主要是因為未接菌中雜菌較多，抑制了乳酸菌的生長，因此發(fā)酵前期以異型發(fā)酵和酒精發(fā)酵為主[17]，發(fā)酵后期則以正型發(fā)酵為主，此時乳酸菌數(shù)量急劇升高，第9天乳酸菌活菌數(shù)達到最高，為107CFU/mL，之后便開始下降。

2.2 紅酸湯發(fā)酵過程中pH的動態(tài)變化

圖2 紅酸湯發(fā)酵過程中pH值的變化Fig.2 Changes of pH in the fermentation process of red sour soup

由圖2可知，兩組紅酸湯的pH值隨發(fā)酵時間的延長呈下降的趨勢，發(fā)酵第3天時，未接菌組的pH值從初始的3.96±0.005下降至3.8±0.005，而接菌組的pH值則從初始的3.96±0.005快速下降至3.31±0.001，達到未接菌組第13天的pH值，下降速度顯著大于未接菌組，這主要是由于乳酸菌接種到紅酸湯中成為優(yōu)勢菌群，快速利用發(fā)酵液中的碳水化合物產生乳酸等酸類物質，從而快速降低了酸湯的pH值[18]，隨著發(fā)酵的進行，其他代謝產物的積累以及氨、胺類等堿性含氮物質的產生，使pH值變化速度減緩。pH值不僅影響微生物的生長，還對食品中內源酶的活性具有重要意義，是衡量食品風味和口感的重要指標[19]。

2.3 紅酸湯發(fā)酵過程中總酸含量的動態(tài)變化

由圖3可知，總酸含量在兩組紅酸湯發(fā)酵過程中隨時間的變化不斷地增加，總酸含量的增加是由于酸湯發(fā)酵過程產生大量的有機酸。在發(fā)酵第5天時，未接菌組的總酸含量從初始的(0.442±0.000)%上升至(0.6±0.022)%，而接菌組的總酸含量則從初始的(0.442±0.000)%快速上升至(1.0±0.022)%左右，達到未接菌組第15天的總酸含量，達到快速產酸的目的。

圖3 紅酸湯發(fā)酵過程中總酸的變化Fig.3 Changes of total acid in the fermentation process of red sour soup

2.4 紅酸湯發(fā)酵過程中還原糖含量的動態(tài)變化

圖4 紅酸湯發(fā)酵過程中還原糖含量的變化Fig.4 Changes of reducing sugar content in the fermentation process of red sour soup

成熟的番茄果實內含有果糖和葡萄糖[20]，而果糖與葡萄糖均屬于還原糖，乳酸菌利用還原糖產生乳酸等代謝產物，產生獨特芳香及風味物質[21]。由圖4可知，隨著發(fā)酵時間的延長，兩組紅酸湯還原糖含量都在不斷地降低，在發(fā)酵第1天時，還原糖含量出現(xiàn)上升趨勢，是因為番茄中的雙糖、三糖和多糖水解成還原性糖溶解到酸湯發(fā)酵液中，而微生物還處于適應階段，其溶出速度大于微生物的利用速度；從發(fā)酵的第2天開始，還原糖含量迅速下降，說明還原糖開始被乳酸菌利用，且還原糖利用效率遠高于還原糖溶出效率，所以還原糖由最初的(25±0.054) mg/mL下降到第5天的(5±0.071) mg/mL左右，隨后仍然在緩慢的下降，直至利用完全。

2.5 紅酸湯發(fā)酵過程中氨基酸態(tài)氮含量的動態(tài)變化

氨基酸作為發(fā)酵食品一個重要的評價指標和風味物質的前體物質，理論上通常采用氨基酸態(tài)氮的含量來表示。氨基酸種類和含量不僅能夠影響發(fā)酵蔬菜的品質，且通過化合反應產生的風味物質對發(fā)酵蔬菜的品質存在很重要的作用[22]，如食品中主要鮮味氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸，能夠與Na+結合形成鮮味物質，對紅酸湯的風味和品質起重要的作用[23]。由圖5可知，在兩組紅酸湯的整個發(fā)酵過程中，無論是否接菌發(fā)酵，酸湯總氨基酸態(tài)氮含量呈現(xiàn)不規(guī)則波動的趨勢，在發(fā)酵后期，接菌組的氨基酸態(tài)氮含量明顯高于未接菌組。有文獻報道，蛋白質通過微生物發(fā)酵后分解成人體更易吸收的氨基酸，提高人體對蛋白質的利用效率[24]。

圖5 紅酸湯發(fā)酵過程中氨基酸態(tài)氮含量的變化Fig.5 Changes of amino acid nitrogen content in the fermentation process of red sour soup

2.6 紅酸湯發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量的動態(tài)變化

圖6 紅酸湯發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量的變化Fig.6 Changes of nitrite content during the fermentation of red sour soup

發(fā)酵制品中最需要關心的安全指標之一就是亞硝酸鹽含量。眾所周知，亞硝酸鹽會對人體產生多種危害，主要包括引發(fā)高鐵紅蛋白癥和形成致癌物質亞硝胺[25]。大量研究證實，蔬菜腌漬過程中亞硝酸鹽含量均呈先增加后減少的變化趨勢，且都會出現(xiàn)NO2-高峰即亞硝峰現(xiàn)象[26]。由圖6可知，未接菌組在整個發(fā)酵過程中，其亞硝酸的波動較大，可能是由于各種菌相互作用引起的，而接菌組的亞硝峰則出現(xiàn)在第3天，之后便趨于穩(wěn)定，在整個發(fā)酵過程中，接菌發(fā)酵的亞硝酸鹽的含量比未接菌組要低，從而保證了紅酸湯的安全性。

2.7 紅酸湯發(fā)酵前后有機酸的變化

圖7 紅酸湯發(fā)酵前后有機酸的變化

新鮮番茄中的酸味主要歸因于檸檬酸和蘋果酸，占番茄總有機酸含量的90%[27,28]；有機酸不僅是發(fā)酵程度的重要指標，也是紅酸湯中的主要風味營養(yǎng)物質之一和天然防腐劑，其含量的高低與紅酸湯的品質有密切關系。生番茄經過乳酸菌發(fā)酵后，生成了口味更加柔和以及對人體更有益的乳酸[29]；研究證實乳酸可以提高人體對鈣、鐵的利用[30]，促進鐵和維生素D的吸收。由圖 7可知，通過發(fā)酵，兩組酸湯中的乳酸含量都顯著增加，但接菌組的乳酸增加量為未接菌組的1倍左右。

2.8 紅酸湯發(fā)酵前后風味物質的變化

圖8 紅酸湯發(fā)酵前后風味成分的變化Fig.8 Changes of flavor components before and after fermentation of red sour soup

圖9 紅酸湯風味成分PCA分析圖Fig.9 PCA analysis chart of flavor components of red sour soup

風味物質是衡量發(fā)酵食品品質的重要指標之一，酸湯在發(fā)酵過程中，各種物質在微生物的作用下通過各種代謝途徑轉化為新的代謝物，形成獨特的風味；通過 GC-MS 分析，從接菌發(fā)酵組和未接菌組中共檢測出75種風味物質；且兩組紅酸湯中主要的揮發(fā)性風味物質均為醇類、酯類、烯烴類。由圖 8可知，兩組酸湯通過發(fā)酵后，醇類是紅酸湯中含量最高的風味物質，而醇類物質可以和有機酸在酯酶的作用下生成酯類物質[31]，醇類物質還能和甘油酯或乙酰輔酶A 在酰基轉移酶或酯酶的作用下合成酯類物質[32]，而未接菌組中的醇類、酸類等物質含量較接菌組多，可能是由于未接菌組酸湯中雜菌較多，產生的代謝物質比較復雜且不穩(wěn)定；酸湯中相對含量增加最多的物質是酯類，酯類物質為風味成分中重要的成分，具有水果香[33]。由于酯類物質的風味閾值較低，氣味活度值相比其他物質較高，所以對發(fā)酵風味的貢獻較大，由圖 9中PCA分析圖可知，接菌組與未接菌組在PC1(66.8%)的正軸，而未發(fā)酵組位于PC1的負軸，說明發(fā)酵后的番茄酸湯風味與未發(fā)酵的番茄風味差異顯著，其中，酸類、醇類、酯類和醛酮類對接菌組和未接菌組的風味影響較大。

3 結論

本實驗通過對其發(fā)酵過程中與營養(yǎng)品質相關的指標進行測定及分析，并對其發(fā)酵前后的有機酸的變化和風味物質的變化進行測定及分析，結果表明本實驗所采用的這兩株乳酸菌能夠很好地適應紅酸湯的發(fā)酵環(huán)境并快速產酸，將紅酸湯發(fā)酵周期由15 d縮短至5 d，而相應的營養(yǎng)及安全指標得到提升，如氨基酸態(tài)氮含量與乳酸含量顯著高于未接菌發(fā)酵組，亞硝酸鹽含量顯著低于未接菌發(fā)酵組；且通過發(fā)酵前后有機酸以及風味物質的數(shù)據(jù)可知，接菌發(fā)酵組的有機酸中乳酸含量超過未接菌組的1倍左右，風味組成及含量與未接菌組相似；表明本實驗所用的兩株乳酸菌可以作為紅酸湯的發(fā)酵劑，且通過乳酸菌復合發(fā)酵可以改善其風味，提高其營養(yǎng)保健價值和安全性，可以為紅酸湯產業(yè)化發(fā)展提供參考和理論依據(jù)。