酵母发酵改善麸皮食用品质的研究

王小平,雷　激,唐　诗,陆羽霜,王祖文

(西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039)



酵母发酵改善麸皮食用品质的研究

王小平,雷激*,唐诗,陆羽霜,王祖文

(西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039)

为改善麸皮粗糙的口感及苦涩味,提高麸皮的营养价值,本实验利用酵母对麸皮进行发酵处理,对发酵过程中麸皮的感官及理化性质进行评定。结果表明:发酵后麸皮的风味显著改善,苦涩味变为米酒芳香味;麸皮在发酵过程中pH由5.13下降至3.88再回升至4.12;发酵后麸皮葡萄糖透析延迟指数(GDRI)提高,阳离子交换能力下降,蛋白质含量提高79.8%(p<0.05)。因此利用酵母对麸皮进行发酵,可以显著改善麸皮的风味及理化性质,其中发酵24 h的麸皮食用品质最好。

麸皮,酵母,发酵,食用品质

麸皮是小麦制粉过程中的主要副产物,其主要由小麦的表皮、果皮、种皮、珠心层和糊粉层组成[1]。研究发现,麸皮中除含有大量的膳食纤维、蛋白质、脂肪、维生素等营养元素外,还含有多种具有抗氧化、抗肿瘤作用的生理活性物质,如黄酮类化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[2]。但是由于麸皮口感粗糙导致其难以食用,绝大部分被当作饲料来使用,目前食品领域中对麸皮的利用远远不足,综合利用率不到20%[3]。

相关文献报道了改善麸皮口感并应用于食品的研究,汤卫东[4]等将麸皮超微粉碎后应用于馒头中,得到色泽、气味、组织结构、口感良好的麸皮馒头;黄晟[5]等研究发现,冷冻后粉碎的麸皮膳食纤维各功能性质均要优于超微粉碎;周利茗[6]等应用纤维素酶酶解麸皮后制备出麸皮香茶。陈洪伟[7]等在研究混菌固态发酵麸皮制备蛋白饲料中发现,发酵后的麸皮粗蛋白提高了33.93%,但此仅仅应用于饲料行业中,未应用于食品行业。

本实验拟通过测定酵母发酵麸皮过程中的感官及理化性质的变化,研究麸皮发酵后的风味和营养价值变化,提高麸皮的利用价值,为开发麸皮食品提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

麸皮四川巴中龙头食品有限公司;高活性干酵母(No.1388560128)安琪酵母股份有限公司;蒽酮分析纯,济宁佰一化工有限公司;葡萄糖分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;其他所用试剂均为分析纯。

HK-02A万能粉碎机厦门旭朗机械设备有限公司;18LSYQ-DSX-280B手提式灭菌锅金坛市富华仪器有限公司;PHS-3C pH计方舟科技有限公司;ZWY-100H恒温培养振荡器金坛市富华仪器有限公司;K9840凯氏定氮仪上海华睿仪器有限公司;PEN3电子鼻北京盈盛恒泰科技有限责任公司;SPME手动进样手柄、75 μm CAR/PDMS萃取头美国Supelco公司;Trace GC 2000/TraceMS气相色谱质谱联用仪美国Finnigan公司;透析袋(14000MWCO)及夹子美国碳业化工。

1.2实验方法

1.2.1发酵麸皮制备除杂:用30目分样筛筛除麸皮中杂质;粉碎过筛:用转速25000 r/min万能粉碎机将除杂后麸皮粉碎3 min,过40目分样筛筛除较大粒径的麸皮;加水:称取10 g粉碎过筛后的麸皮置于200 mL玻璃瓶中,加入40 mL水充分搅拌;灭菌:将复水后麸皮置于灭菌锅中115 ℃灭菌10 min;发酵:向冷却至室温的灭菌麸皮中加入5%酵母搅拌均匀,置于恒温振荡器中发酵培养,温度为30 ℃,振荡速度为120 r/min,发酵结束后置于-10 ℃冰箱中保存。

1.2.2感官评价由10个品评员组成的评分小组,根据发酵后的麸皮的色泽及风味进行感官评价,具体评分标准见表1,最后评定结果取10人的平均值。

表1　发酵麸皮感官评分标准

1.2.3最佳发酵时间的确定设置未添加酵母而其他处理条件与发酵组一样的对照组。为确定最佳发酵时间,进行发酵时间单因素实验,即将麸皮分别发酵12、24、36 h共3组,研究不同发酵时间对麸皮感官品质、风味及理化性质等的影响。

1.2.4风味分析

1.2.4.1电子鼻分析利用PEN3电子鼻对发酵麸皮的风味差异性进行分析。方法如下:将发酵后麸皮搅拌均匀,称取5 g样品置于20 mL顶空瓶中,加盖密封待检。测定参数设定如下:传感器自清洗时间为60 s;传感器归零时间为10 s;样品准备时间为5 s;进样流量为300 mL/min;分析采样时间为120 s[8],每组重复测6次。采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)对从电子鼻的十个传感器获取的数据进行分析[9],得到发酵麸皮的风味差异性。

1.2.4.2挥发性成分测定参照文献[10]的方法。

1.2.5理化性质研究

1.2.5.1麸皮发酵过程pH测定每4 h用pH计测定一次麸皮的pH。

1.2.5.2葡萄糖透析延迟指数(GDRI)的测定在15 mL 0.2%葡萄糖溶液中加入1 g样品。经过1 h连续搅拌,样品转移到15 cm长透析袋中。用15 mL 0.2%葡萄糖溶液作参比液,将上述透析袋分别放进盛有400 mL蒸馏水的烧杯中,放入37 ℃的恒温振荡器中振荡1 h,振荡过程中每10 min吸取葡萄糖透析液1 mL[11],用蒽酮比色法测定葡萄糖的浓度[12]。根据以下公式计算GDRI。

1.2.5.3阳离子交换能力的测定准确称取1 g样品,置于150 mL三角瓶中,加入100 mL 5% NaCl溶液,用磁力搅拌器搅拌5 min后,用1 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液滴定,测定溶液的pH,直到pH变化小于0.2为止,并根据得到的数据作VNaOH-pH关系图,观察pH随NaOH变化而变化的趋势[13]。

1.2.6蛋白质测定参照国标GB 5009.5-2010[14]。

1.3统计方法

采用Microsoft Excel 2007软件对实验数据进行统计分析和绘制图表,采用SPSS(IBM公司)19.0统计软件软件进行方差分析。

2　结果与分析

2.1感官评价结果

通过感官评定发现,麸皮经过发酵后由原来苦涩味转变为浓郁的米酒芳香味,且色泽呈亮黄色。从图1可知,对照组感官评分显著低于发酵组,说明应用酵母对麸皮进行发酵处理后,可以显著改善麸皮的感官品质进而提升麸皮的食用品质;随发酵时间的增加,感官评分先显著增加后显著降低,是因为发酵12 h麸皮的风味不及发酵24、36 h的浓郁纯正,发酵36 h与发酵24 h的麸皮风味上没有明显差异,但色泽上发酵36 h明显比发酵24 h的暗淡,因此根据感官评定结果选择发酵时间为24 h为宜。

图1　麸皮发酵不同时间的感官评分结果Fig.1　Sensory ratings of the bran fermentation at different times注:不同字母表示差异显著(p<0.05)。表3,图9相同。

2.2风味分析

图2 PCA分析图中,PC1和PC2总贡献率为99.87%,远大于80%,所以这两个主成分已经很好的代表了样品的主要信息特征。从图2可知,对照组与发酵组数据点分布于各自区域,能够明显区分开,说明对照组与发酵组的风味物质存在显著差异,证明麸皮经过酵母发酵后风味明显不同于未发酵的麸皮,该结果与感官评定结果一致。但3组发酵组的数据点重叠在一起,不能够区分开,是因为经过不同时间的发酵其麸皮特征风味没有明显变化,只是浓烈程度有所变化,而电子鼻主要是针对特征风味物质进行检测,所以3组发酵的麸皮风味差异不显著。

图2　发酵麸皮风味分析Fig.2　Analysis of flavor of fermented bran

由电子鼻分析结果得对照组和发酵组的风味差异明显,而不同发酵时间之间差异不明显。因此,选取发酵24 h与对照组,采用GS-MS进行具体风味物质的分析,结果见图3、图4。经统计,发酵组共检测出有47种化合物,对照组共检测出有48种化合物。两者具体成分见表2。

图3　发酵24 h麸皮的GC-MS分析得到总离子流色谱图Fig.3　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of bran by 24 h fermentation

图4　对照组的GC-MS分析得到总离子流色谱图Fig.4　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of control group

由表2可知,发酵组和对照组挥发性物质差异很明显,发酵组中醇类和酯类的种类及相对含量都显著高于对照组,其中发酵组中乙醇和异戊醇相对含量分别达到34.07%、28.33%,这使得发酵组出现浓烈酒味,但对照组的酮类和醛类的种类相对含量多于发酵组。酵母主要利用麸皮水解后的葡萄糖进行无氧呼吸生成醇类和有机酸,而有机酸可以和醇类生成酯类,所以醇类和酯类成了发酵组主要风味物质来源。通过样品检出物的分析,并与感官评价进行对比,初步判断发酵后的麸皮之所以具有米酒的芳香味,是因为其酯、醇及其衍生物含量高;而对照组的麸皮,在感官上出现苦涩味,是因为其酮类和醛类含量高。

2.3理化性质分析

2.3.1发酵过程中麸皮pH变化由图5可知,对照组时间增加pH基本保持不变,而发酵组随发酵时间延长pH出现下降,说明酵母能够利用麸皮中的营养物质,且产生一些酸性物质使麸皮pH下降;在0～8 h之间,pH下降趋势缓慢,8～24 h之间,pH先急剧下降再上升,而24 h后不再变化。这是因为发酵刚开始会有一定的迟缓期和对数期,停滞期结束后进入稳定期,该时期产生大量的代谢产物;无氧呼吸生成的乳酸等有机酸,使麸皮pH急剧下降,但下降到一定程度后再呈现上升,因为随着糖的消耗,酵母开始少量利用积累的有机酸产生乙酸,并与钠离子结合生成乙酸钠,进而造成pH上升;同时利用氨基酸的羧基,导致羟基偏多,使得pH回升[15]。当发酵到24 h以后,pH不再变化,因此在24 h时就可以终止发酵。

图5　pH随发酵时间的变化Fig.5　The change of pH value with fermentation time

2.3.2葡萄糖透析延迟指数的测定当葡萄糖在胃肠道被延迟吸收时,葡萄糖在肠道中能被益生菌高效地发酵利用,产生短链脂肪酸,从而降低肠道pH,可以抵抗感染,从而降低染疾病的危险性,对人体是有益[16]。但餐后血糖的降低程度通常需要通过体内实验来完成,而GDRI是一个有效反映葡萄糖在胃肠道被延迟吸收的体外指标,因此,研究麸皮的葡萄糖透析延迟指数可以大大节约实验成本和时间,并达到预测麸皮降低餐后血糖能力的目的。葡萄糖标准曲线见图6，GDRI与时间关系见图7。从图7可得,发酵组与对照组的GDRI均随时间的延长呈增加趋势,说明发酵组与对照组麸皮都能起到使胃肠对葡萄糖延迟吸收的效果。发酵组的GDRI都高于对照组麸皮的GDRI,且发酵时间长短与GDRI也有关,随发酵时间延长GDRI先上升再下降,这是因为麸皮经过发酵后生成大量的有机酸,它能使纤维素的糖苷键断开,产生新的还原性末端,同时发酵过程中膳食纤维的大分子聚合度会不断下降,一部分会转化成不可消化性的可溶性多糖,从而达到提高可溶膳食纤维的目的[17],而GDRI与可溶性膳食纤维的含量有关,可溶性膳食纤维的含量越高,GDRI越高[18]。

表2　发酵组与对照组风味成分鉴定

注:“-”表示未检测出该化合物。

图6　葡萄糖标准曲线Fig.6　Glucose standard curve

图7　GDRI与时间的关系图Fig.7　Relationship between glucosedialysis retardation index and time

图8　不同发酵时间对麸皮阳离子交换能力的影响Fig.8　Effect of fermentation time on the cation exchange capacity of wheat bran relationship between exponential and time

2.3.3阳离子交换能力的测定麸皮中的膳食纤维含量在40%左右,而膳食纤维具有阳离子交换能力是因为膳食纤维化学结构中所包含的侧链基团,如羧基、羟基和氨基等可以产生类似弱酸性的阳离子交换树脂的作用[18]。在人体内,膳食纤维的阳离子交换能力能改变离子的瞬时浓度,影响消化道环境,可与一些阳离子进行可逆交换,如钙、锌、铜、铅等离子,影响消化道的pH、渗透压等,出现一个有利于消化吸收的缓冲环境。也可降低因摄入过多阳离子而引起疾病的发病率,如因Na+摄入过量而引起的心血管疾病等[19]。阳离子交换能力强弱,依据随NaOH加入溶液pH的变化量,变化量越小阳离子交换能力越强[20]。由图8可得,NaOH溶液滴入量在0～3 mL时,溶液的pH随NaOH滴入量的增加而急剧增加;3～6 mL时,溶液pH随NaOH溶液滴入量增加而缓慢增加;滴入量达到6 mL后几组样品溶液pH趋于一致。由表3可知,各样品之间的pH变化均达到了差异显著的程度,说明发酵不同时间所得产品的阳离子交换能力的差异性显著(p<0.05),对照组pH增加量显著低于发酵组,这说明麸皮经过发酵后,其化学结构发生变化,膳食纤维侧链基团减少,从而阳离子交换能力降低,且随发酵时间增加这种改变越明显,因此导致随发酵时间增加麸皮阳离子交换能力显著下降。

对照组发酵12h发酵24h发酵36h3.87±0.10a4.25±0.06b4.40±0.06c4.58±0.05d

2.4蛋白质含量分析

由图9可知,对照组蛋白质含量显著低于发酵组,说明利用酵母发酵麸皮可以提高麸皮的蛋白质含量,是因为添加酵母后,麸皮中的淀粉等可利用的碳水化合物被分解利用,使其相对含量降低,从而提升了蛋白质相对含量,即发酵后可使麸皮蛋白质含量的提高量达79.8%,这对于麸皮的综合利用更具现实意义。由发酵12 h延长至24 h,蛋白质含量显著提高,但发酵时间延长至36 h与发酵24 h蛋白质含量差异不显著,是因为发酵至24 h后,可利用的碳水化合物被消耗完,从而蛋白质含量保持不变。

图9　蛋白质含量与发酵时间的关系Fig.9　Relationship between protein content and fermentation time

3　结论

发酵24 h后麸皮感官风味明显改善,由原来不可接受苦涩味变成让人愉悦的米酒芳香味;同时理化性质也发生改变,pH下降,GDRI得到提高,但阳离子交换能力有所下降;尤其变化较大的为蛋白质含量,发酵后麸皮蛋白质含量增加了79.8%。综上所述,麸皮经过酵母发酵,食用品质得到改善,可望将其应用于食品工业中,提高麸皮的应用价值。

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Improving the edible quality of the bran by yeast fermentation

WANG Xiao-ping,LEI Ji*,TANG Shi,LU Yu-shuang,WANG Zu-wen

(School of Food and Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China)

To improve rough and bitter taste of bran,and enhance its nutritional value,yeast was used to be fermented in bran,and the sensory,physical and chemical properties of bran were assessed after fermentation. The results showed that bran flavor improved significantly after fermentation,the bitter taste changed to the aroma of rice wine. during fermentation,the pH of bran dropped to 3.88 from 5.13,and then increased to 4.12. After fermentation the glucose dialysis retardation index(GDRI)of bran increased,with cation exchange capacity decreased and protein content increased by 79.8%(p<0.05). Overall,the sensory,physical and chemical properties of bran were improved obviously after yeast fermentation,with best quality at 24 h of fermentation.

wheat bran;yeast;fermentation;edible quality

2015-10-22

王小平(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：食品科学，E-mail：1213193763@qq.com。

雷激(1966-)，女，博士，教授，研究方向：食品科学，E-mail：121175698@qq.com。

四川省科技厅(2014NZ0078，2015ZYZF0107)；四川省经信委(2015ZYZF0107)；四川省教育厅重点项目(13ZA0029)；西华大学人才基金项目(R0910507)；西华大学食品生物技术省级重点实验室开放基金，西华大学研究生创新基金资助项目(ycjj2015022)；西华大学“西华杯”项目(2016)。

TS209

A

1002-0306(2016)10-0231-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.038