益生菌发酵南瓜籽工艺优化及产氨基酸和挥发性香气成分分析.pdf
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1、食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.17.017基金项目:新疆生产建设兵团重点领域科技攻关计划项目(2019AB027)作者简介:刘战霞(1992),女(汉),助理研究员,硕士,研究方向:农产品加工与副产物综合利用。*通信作者:吴宏(1966),女,研究员,研究方向:果蔬加工与副产物利用;贾文婷(1987),女,副研究员,硕士,研究方向:果蔬加工与副产物利用。益生菌发酵南瓜籽工艺优化及产氨基酸和挥发性香气成分分析刘战霞1,李文琦2,杨慧1,吴宏1*,贾文婷1*(1.新疆农垦科学院 农产品加工研究所,新疆
2、 石河子 832000;2.石河子质量与计量检测所,新疆 石河子832000)摘要:以裸仁南瓜籽为材料,通过单因素和正交试验对益生菌发酵南瓜籽进行优化,并利用氨基酸自动分析仪、气相色谱-质谱联用对自然发酵和益生菌发酵南瓜籽的品质、风味特性进行对比分析。结果表明,益生菌发酵制备南瓜籽最优工艺条件为发酵时间 5 d、接种量 5%、菌种比例 1 颐 1 颐 1,发酵温度为 36 益,在该条件下发酵得到的益生菌发酵南瓜籽 pH 值为 7.1,感官评分为 20;益生菌发酵南瓜籽苦味氨基酸含量均降低,而甜味氨基酸含量均升高。共检测出27 种挥发性成分,与自然发酵相比,益生菌发酵挥发性风味物质相对含量明显增
3、加,经因子分析,植物乳杆菌和酿酒酵母对益生菌发酵南瓜籽酯的产生贡献较大。关键词:南瓜籽;发酵;益生菌;游离氨基酸;风味Process Optimization and Content of Amino Acids and Volatile Flavor Components in theFermentation of Pumpkin Seeds with Compound ProbioticsLIU Zhanxia1,LI Wenqi2,YANG Hui1,WU Hong1*,JIA Wenting1*(1.Institute of Agricultural Product Processin
4、g,Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences,Shihezi 832000,Xinjiang,China;2.Shihezi Institute of Quality Inspection and Metrology,Shihezi 832000,Xinjiang,China)粤遭泽贼则葬糟贼:The seeds were optimized by single factor and orthogonal test,and the quality and flavorcharacteristics of natural and
5、probiotic fermented pumpkin seeds were compared by automatic amino acidanalyzer and GC-MS.The results showed that the optimal conditions for preparing pumpkin seeds by probioticfermentation were fermentation time 5 d,inoculation amount 5%,strain ratio 1 颐 1 颐 1,fermentation temperature36 益.The pH va
6、lue of pumpkin seeds was 7.1,and sensory score was 20.The contents of bitter amino acids inpumpkin seeds fermented by probiotics decreased,but the contents of sweet amino acids increased.A total of 27volatile components were detected.Compared with natural fermentation,the relative contents of volati
7、le flavorsubstances in probiotic fermentation were significantly increased.Factor analysis showed that Lactobacillusplantarum and saccharomyces cerevisiae contributed more to the production of pumpkin seed ester in probioticfermentation.运藻赠 憎燥则凿泽:pumpkin seeds;fermentation;probiotics;free amino acid
8、s;flavor引文格式:刘战霞,李文琦,杨慧,等.益生菌发酵南瓜籽工艺优化及产氨基酸和挥发性香气成分分析J.食品研究与开发,2023,44(17):118-125.LIUZhanxia,LI Wenqi,YANGHui,et al.ProcessOptimization and Content of Amino Acids and Volatile Flavor Components intheFermentationofPumpkinSeedswithCompoundProbioticsJ.Food Research and Development,2023,44(17):118-125.
9、应用技术118食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期籽用南瓜是葫芦科植物的重要组成部分,是遗传和形态上最为多样的南瓜品种,可分为无壳南瓜(又称“裸瓜”)和带壳南瓜1,其籽仁富含蛋白质、脂肪、多种不饱和脂肪酸等营养活性成分2-3。近年来,南瓜籽因其具有抗氧化、抗炎、降血糖、降血脂等营养保健作用而受到人们的广泛关注4。除了煮熟、炒制和作为蔬菜食用,南瓜籽还可以发酵,用作各种食品的调味剂、蛋白质补充物和功能保健品等5。菌种对香气、品质发挥重要作用,是影响发酵过程及发酵结果的重要因素6-8。庞惟俏等9探究了大豆酱中主要菌种与香气成分的关系,对人工接种优势菌发酵的大豆酱进行挥发性成分
10、的测定,结果表明优势菌 M2 和 M3 对宝泉酱香气成分酯和醇的产生贡献较大,是大豆酱发酵的有益菌株,有利于大豆酱风味的形成;Giami10研究了传统自然发酵对南瓜籽蛋白质、氨基酸、抗营养物质及营养品质的影响,研究发现发酵显著提高了种子粗蛋白质和体外蛋白质消化率;Adeyemo 等11在研究发酵豆类和谷物用作婴儿断奶食品时,发现植物乳杆菌能够为人体提供营养;周婵等12将南瓜籽打浆后与牛奶复配进行混合发酵,利用模糊数学综合评价法和响应面法优化发酵工艺,用南瓜籽和牛奶复合发酵的酸奶产品增加了南瓜籽的抗氧化、提高免疫力等优良特性,丰富了酸奶的营养。目前,南瓜籽的发酵研究大多采用单菌株发酵13-14,
11、利用益生菌株发酵南瓜籽的研究相对较少。本研究将具有益生特性的菌种混合发酵,通过单因素和正交试验对发酵南瓜籽工艺进行优化,并利用氨基酸自动分析仪、气相色谱-质谱联用对自然发酵和益生菌发酵南瓜籽的品质、风味特性进行对比分析,以期为开发新型南瓜籽产品提供基础,为制备具有独特风味的益生菌发酵南瓜籽产品及其风味评价提供一定参考。1材料与方法1.1材料与试剂塞外明珠 品种籽用南瓜:第十师北屯市新疆海川三新食品有限公司有机南瓜基地,挑选成熟度良好、个体大小均匀的南瓜籽作为试验材料。益生菌(植物乳杆菌 CICC20265、酿酒酵母菌 CICC1015、紫色红曲菌 CICC 40806):新疆农垦科学院微生物试
12、验室。MRS 肉汤培养基、麦芽汁培养基、马铃薯葡萄糖水培养基:北京路桥技术有限责任公司;三氯乙酸(99%)、茚三酮(逸98%)、氨基酸混合标准品:美国 sig原ma 试剂公司。1.2仪器与设备LDZX-SOKBS 立式压力蒸汽灭菌器:上海申安医疗器械厂;SW-CJ-2D 超净工作台:北京九润天成仪器公司;SPx-150B 生化培养箱、SPX-250C 恒温恒湿箱:济南卓隆生物科技有限公司;K9840 自动凯氏定氮仪:海能未来技术集团股份有限公司;S433D 全自动氨基酸分析仪:大昌洋行(上海)有限公司。1.3方法1.3.1样品的制备对益生菌种(植物乳杆菌 CICC 20265、酿酒酵母菌CIC
13、C 1015、紫色红曲菌 CICC 40806)进行活化,种子液按 3%比例接种于相应培养基中。30 益蒸馏水浸泡 58 h,软化南瓜籽,分别取 100 g 浸泡好的南瓜籽和 5 mL蒸馏水于 250 mL 锥形瓶中,121 益 灭菌 15 min。以 5%接种量将培养至二代的菌分别接种于已高温灭菌并已冷却好的南瓜籽中,做好标记,37益下每 12h 扣瓶 1次,固态发酵 5 d。以自然发酵的南瓜籽作为空白试验,自然发酵南瓜籽不接种益生菌,其他条件方法同上。1.3.2指标测定参考 GB 5009.62016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定 和 GB 5009.52016 食品安全国家标准 食品
14、中蛋白质的测定 测定南瓜籽中脂肪和蛋白质含量;pH 值测定:称取 10.0 g 发酵完成的南瓜籽溶于90.0 mL 去离子水中,均质 10 s 后,于 4 益条件下浸提24 h,用 pH 计测定其 pH 值。1.3.3感官评价感官评价组由 10 名具有较强专业背景的人员组成,分别对发酵南瓜籽进行感官评价。详细评分规则见表 1。表 1益生菌发酵南瓜籽感官评分标准Table 1Criteria for sensory evaluation of pumpkin seeds fermented with probiotics评价指标5 分4 分3 分2 分1 分外观颗粒完整,色泽均匀,光泽度好颗粒完
15、整,色泽较均匀,光泽度较好颗粒完整,色泽较均匀,光泽度较好颗粒不完整,色泽较差颗粒不完整,色泽差且无光泽香味气味温和,具有南瓜籽发酵的醇香味气味温和,无令人不适的气味有淡淡的腥臭味,可接受气味较刺激,有明显的腥臭味腥臭味浓郁,气味较刺激,无法接受口感口感酥软湿润,后味醇香口感较湿润,稍有酸味口感较湿润,较酸口感较干,酸味明显口感较硬,酸味太重咀嚼性质地均匀,酥软,具有黏性质地均匀,酥软,较有黏性质地较均匀,酥软,黏腻质地过软或过硬,无黏性或黏性不好质地过软或过硬,无黏性应用技术119食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期表 3发酵南瓜籽感官数据及理化数据Table 3Sen
16、sory score and nutrient content of pumpkin seedsfermented with probiotics菌种感官评分蛋白含量/(g/100 g)脂肪含量/(g/100 g)氨基酸含量/(g/100 g)20265(植物乳杆菌)16.00依0.02 31.09依0.01 50.10依0.0427.20依0.011015(酿酒酵母菌)18.00依0.04 31.25依0.02 46.90依0.0125.20依0.0240806(紫色红曲菌)14.00依0.05 32.28依0.05 32.30依0.0228.80依0.0120265+1015(植物乳杆菌颐
17、酿酒酵母菌)16.00依0.02 32.12依0.03 49.20依0.0528.80依0.041015+40806(酿酒酵母菌颐紫色红曲菌)15.00依0.04 31.22依0.0243.9依0.0327.20依0.0320265+40806(植物乳杆菌颐紫色红曲菌)1.01依0.03 33.03依0.04 50.50依0.0126.40依0.0320265+40806+1015(植物乳杆菌颐紫色红曲菌颐酿酒酵母菌)18.00依0.02 37.47依0.03 51.00依0.0127.20依0.02蒸煮南瓜籽(空白)15.00依0.03 30.50依0.04 46.60依0.0225.80依
18、0.021.3.4最适发酵南瓜籽单菌种的筛选及菌种复配筛选分别进行单菌、双菌和三菌混菌复配筛选,进行南瓜籽模拟发酵试验,每组均设 3 个重复,以蛋白质含量、脂肪含量和感官评分为指标,筛选出发酵南瓜籽的菌株组合。1.3.5单因素试验1.3.5.1菌种接种量南瓜籽在 121 益灭菌 15 min,然后按 1%、3%、5%、7%、9%,植物乳杆菌 颐紫色红曲菌 颐 酿酒酵母菌 1 颐 1 颐 1(质量比)接种。接种于南瓜籽后,36 益发酵 5 d 后,对发酵南瓜籽进行感官评价。1.3.5.2菌种比例南瓜籽在 121 益灭菌 15 min,然后按 5%,植物乳杆菌 颐 紫色红曲菌 颐 酿酒酵母菌 1
19、颐 1 颐 1、1 颐 2 颐 2、1 颐 2颐 1、1 颐 1 颐 2、2 颐 1 颐 1(质量比)接种。接种于南瓜籽后,36 益发酵 5 d 后,对发酵南瓜籽进行感官评价。1.3.5.3发酵温度南瓜籽在 121 益灭菌 15 min,然后按 5%,植物乳杆菌 颐 紫色红曲菌 颐 酿酒酵母菌 1 颐 1 颐 1(质量比)接种。接种于南瓜籽后,32、34、36、38、40 益发酵 5 d 后,对发酵南瓜籽进行感官评价。1.3.5.4发酵时间南瓜籽在 121 益灭菌 15 min,然后按 5%,植物乳杆菌 颐 紫色红曲菌 颐 酿酒酵母菌 1 颐 1 颐 1(质量比)接种。接种于南瓜籽后,36益发
20、酵 3、4、5、6、7d 后,对发酵南瓜籽进行感官评价。每种条件下进行 3 组平行试验。1.3.6正交试验优发混菌发酵条件采用 L9(34)正交试验,以 pH 值和感官评分为评价指标,正交试验因素及水平如表 2 所示。1.3.7益生菌发酵南瓜籽样品中氨基酸成分分析参考武俊瑞等15对样品中游离氨基酸的分析方法,取干燥样品 0.1 g 于研钵中,加入体积分数为5%的磺基水杨酸溶液 3 mL,充分研磨后静置 1 h,于12 000 r/min 离心 10 min(离心半径为 10 cm),取上清液用 0.22 滋m 微孔滤膜过滤,滤液采用全自动氨基酸分析仪进行测定。1.3.8香气成分富集及测定顶空固
21、相微萃取(headspace solid-phase microex原traction,HS-SPME)条件16:取 5.0 g 发酵南瓜籽样品置于 20 mL 顶空瓶中,将老化后的 50/30 滋m CAR/PDMS/DVB 萃取头插入样品瓶顶空部分,于60 益吸附 30 min,吸附后的萃取头取出插入气相色谱进样口,于 250 益解吸 3 min,同时启动仪器采集数据。色谱条件:设定初始温度为 40 益,保持温度恒定3min,随后按以下方式升温:以 3.5益/min的速度升温至142 益,以 2 益/min 的速度升温至 150 益,以 3.5 益/min的速度升温至 177益,以 6益/
22、min的速度升温至 200益,以 10 益/min 升温至 230 益,保持温度恒定 3 min。使用高纯度氦气(99.999 0%)为载气,以 1.2 mL/min 的速度作为载气的恒定流速,进样口温度 250 益,设置为不分流状态。质谱条件17:电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量 70 eV,离子源温度 230 益,四极杆温度150 益,传输线温度 28 益,质量扫描范围 m/z 40250。1.4数据分析采用 Origin 8.5 建立数据系统、统计分析和作图,利用 SPSS 18.0 软件对主要的风味物质进行因子分析。2结果与分析2.1最适单菌种的筛选及菌
23、种复配筛选乳酸菌、酵母菌和红曲菌等益生特性的菌株经常被添加到食品中,产生各种有机酸和香味物质,对人体健康具有很大作用。因此,分别进行了单菌、双菌和三菌混菌复配筛选,进行南瓜籽模拟发酵试验,每组均设 3 个重复,以蛋白质含量、脂肪含量、氨基酸含量和感官评分为指标,筛选出发酵南瓜籽的菌株组合。单株发酵接种率 5%,双菌和三菌混合发酵时菌种配比为 1 颐 1 和 1 颐 1 颐 1(5%),于 37 益发酵 5 d,得发酵南瓜籽。表 3 列出了 3 种不同类型菌种混合发酵南瓜籽的蛋白质、脂肪、氨基酸和感官评分。表 2发酵工艺正交试验因素及水平Table 2Factors and levels of
24、orthogonal design水平因素A 接种量/%B 发酵温度/益C 菌种比例D 发酵时间/d13341颐2颐1425361颐1颐1537381颐1颐26应用技术120食品研究与开发圆园23 年 9 月第 44 卷第 17 期由表 3 可知,与空白相比,大部分发酵样品组的蛋白质含量、脂肪含量、氨基酸含量有明显增加,其中三菌种(植物乳杆菌 颐 紫色红曲霉 颐 酿酒酵母)混菌发酵南瓜籽的蛋白质含量、脂肪含量最高,分别为(37.47依0.03)、(51.00依0.01)g/100 g;三菌种发酵南瓜籽的氨基酸含量为(27.20依0.02)g/100g,较空白组南瓜籽(25.80依0.02)g/
25、100 g 有明显增加。因此,选择三菌复配进行后续研究。2.2单因素试验结果三菌复配发酵南瓜籽的 pH 值和感官评分单因素试验试验结果分别如图 1 所示。从图 1a 可以看出,随着接种量的增加,pH 值先升7654347发酵时间/d52015106感官评分pH 值d76541颐2颐22颐1颐1菌种比例1颐2颐11颐1颐22015101颐1颐1感官评分pH 值c7654323440发酵温度/益3638201510感官评分pH 值b76540210接种量/%482015106感官评分pH 值aa.接种量;b.发酵温度;c.菌种比例;d.发酵时间。图 1单因素试验结果Fig.1Results of
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