协同发酵生产的鲜湿米粉及其品质特性和风味研究

任元元，李宇航，孟资宽，张鑫，邹育，王拥军

(四川省食品发酵工业研究设计院有限公司，四川 成都，611130)

鲜湿米粉是我国的一种传统食物，距今已有几千年的历史[1]。现在生产米粉的作坊和小厂多为自然发酵，经过自然发酵的米粉，比未发酵过的米粉食用品质更佳[2]。但自然发酵时间较长，一般为2～3 d，容易被环境影响而导致杂菌污染，不能控制产品质量的稳定性[3]。微生物强化发酵成为目前受欢迎的发酵方式，马霞等[4]从大米发酵液中分离鉴定出乳酸乳球菌，利用其发酵米粉后品质明显提高；李芸等[5]采用从米粉中分离的4株优势菌混合发酵，米粉品质最接近于自然发酵。微生物强化发酵可加快发酵速度，提高发酵产品的质量和安全性[6]。

米粉发酵液中起主要作用的是乳酸菌[7]。杨有望[8]通过对大米自然发酵液高通量测序发现，各个阶段乳酸菌的含量占整个细菌含量的90%以上，植物乳杆菌属是鲜湿米粉自然发酵的优势菌。樊振南等[9]利用3种不同的植物乳杆菌分别强化发酵，发现鲜湿米粉的品质都有一定程度地提升，风味也呈现出各自的优势特征。目前，关于不同种类乳酸菌、乳酸菌协同酵母菌发酵鲜湿米粉的研究较少，有学者以植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌和酿酒酵母3种微生物纯种发酵米粉，研究了其对食用品质的影响[10]，而植物乳杆菌、酿酒酵母和干酪乳杆菌协同发酵对鲜湿米粉风味的研究未见报道。本研究利用这3种菌协同发酵鲜湿米粉，并测定产酸能力、植物乳杆菌活菌数、理化性质、蒸煮特性、质构特性、挥发性风味物质，研究协同发酵对鲜湿米粉品质特性和风味的影响，对进一步促进多种微生物在鲜湿米粉产业的应用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

早籼米，广汉市鑫发农副产品有限公司；植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum.9，L.p.9)，酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae.23,S.c.23)，干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei.17,L.c.17)，由本实验室分离筛选于自然米粉发酵液；其余试剂均为分析纯，成都市科龙化学品有限公司。

1.1.2 实验仪器

超净台，苏州安泰空气技术有限公司；DM-140型磨粉磨浆机，上海双亿机电有限公司；SZ-30型米粉机，广州旭众有限公司；TA-XT型质构仪，上海腾拔科技有限公司；7890A-5975C气相色谱质谱联用仪，安捷伦科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鲜湿米粉的制备

参照席慧婷等[11]的方法，鲜湿米粉的制备工艺：原料→清洗→磨浆→发酵→糊化挤压→冷冻老化→水洗→包装。工艺要点：称取10 kg大米，清洗米粒3遍，加入8 kg蒸馏水后打浆。分别称取3 kg的米浆，放在紫外灯下灭菌，发酵过程共分为4组，分别接入L.p.9；L.p.9+S.c.23；L.p.9+L.c.17；L.p.9+S.c.23和L.c.17。各实验组菌液初始浓度用磷酸盐缓冲液稀释到1×109CFU/mL。对照为自然发酵组，将各实验组于37 ℃恒温培养箱发酵12 h。

1.2.2 产酸能力的测定和微生物计数

取各组样品中发酵米浆的溶液，每3 h取1次，用pH计测量。在3、6、9、12 h分别取发酵米浆样品，采用稀释法，使用乳酸菌MRS培养基培养，于37 ℃培养48～72 h后计数。

1.2.3 理化性质的测定

直链淀粉含量参照GB/T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》；蛋白质含量参照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》；脂肪含量参照GB/T 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》。

1.2.4 蒸煮特性测定

参照文献[12]的方法：取发酵12 h的10 g左右鲜湿米粉(m0)，加入300 mL沸水煮3 min，沥干5 min，称质量得m1。蒸煮液于105 ℃下干燥至恒重，称量得水中固形物m2。蒸煮损失率和复水率的计算如公式(1)(2)所示：

(1)

(2)

1.2.5 质构特性测定

取发酵12 h的鲜湿米粉测量。质构仪参数[13]：测定模式TPA；测定探头，TA 3/100；下行速度1 mm/s；测定速度0.5 mm/s；上行速度1 mm/s；测试距离20 mm；应变位移50%；引发力5 g；引发类型，自动；获取数率200 PPS。质构TPA指标包括硬度、弹性、咀嚼性、回复性和黏聚性。

1.2.6 挥发性成分测定

参照文献[11]的方法。

1.2.7 数据处理

每组实验重复3次，使用SPSS 25.0和Origin 2018软件进行统计学分析和作图。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中pH的变化

乳酸菌作为米粉发酵过程中的主要微生物，能利用碳水化合物产生大量乳酸，降低发酵液的pH并抑制有害微生物的生长[14]。如图1所示，不同发酵方式产酸能力差异显著(P<0.05)。随着发酵时间的增加，pH不断降低，发酵开始到9 h pH下降最明显，在12 h时除了自然发酵组外，各组的pH均在4.5以下，其中L.p.9+S.c.23+L.c.17产酸能力最强，达到(4.02±0.10)。3个协同发酵组pH下降趋势和L.p.9的趋势一致，并且协同发酵组的pH值要低于L.p.9，说明植物乳杆菌在发酵初期就成为主导优势菌，并且在不同菌种协同作用下酸度更低。酸度下降最慢的是自然发酵组，是因为环境中的多种微生物相互竞争和作用，包括霉菌等参与发酵，这与李芸等[5]的研究结果相似。

图1 发酵过程pH的变化Fig.1 Change of pH during fermentation

2.2 发酵过程中植物乳杆菌活菌数的变化

如图2所示，随着发酵时间的增加，植物乳杆菌活菌数呈现增长的趋势。在发酵3 h，植物乳杆菌活菌数快速增长，在9 h增长速度趋于平缓，此时L.p.9+S.c.23+L.c.17组植物乳杆菌活菌数最高，为(9.06±0.15) lg CFU/g，自然发酵组植物乳杆菌的活菌数最低。单一植物乳杆菌发酵组的活菌数低于3组协同发酵组，说明协同发酵能够促进乳酸菌的生长，这是因为植物乳杆菌蛋白水解系统不完全，对大米中蛋白质含量减少作用不明显，而干酪乳杆菌蛋白酶活力强，能分解蛋白质产生多肽和氨基酸为植物乳杆菌提

图2 植物乳杆菌活菌数的变化Fig.2 Changes of viable number of L.plantarum

供氮源，促进其生长[15]；酵母菌也能分解蛋白质产生氨基酸和维生素为植物乳杆菌提供营养，乳酸菌产酸为酵母菌生长提供良好的酸性环境，相互促进的共生关系使得植物乳杆菌作用更强[16]。协同发酵明显促进了植物乳杆菌在发酵液中的生长，活菌数显著高于单一植物乳杆菌发酵。

2.3 协同发酵对直链淀粉的影响

如图3所示，经过发酵各组大米直链淀粉含量均有所增长，其中L.p.9+S.c.23+L.c.17组直链淀粉增加了24.3%，增长比例最大，自然发酵组增长比例最小。L.p.9+S.c.23组和S.c.23+L.c.17组直链淀粉含量增加差异不显著(P>0.05)。单一植物乳杆菌发酵组直链淀粉增长的相对比例均小于协同发酵组。淀粉的非结晶区主要是由直链淀粉构成，发酵中微生物产生的酸和酶会水解支链淀粉，降解淀粉颗粒，提高结晶度，增加非结晶区的比例，所以发酵后的大米直链淀粉含量增加，并且协同发酵优势微生物越多，产生的酸和酶也越多，支链淀粉水解作用更强，直链淀粉含量增加越明显[17]。

图3 直链淀粉含量的变化Fig.3 Change of amylose content

2.4 协同发酵对蛋白质的影响

如图4所示，发酵显著降低了大米中蛋白质的含量。自然发酵组的蛋白质含量下降最少，由8.05%下降到6.49%。3个协同发酵组蛋白质含量下降比例显著高于单一植物乳杆菌组，其中L.p.9+S.c.23+L.c.17组由8.05%下降到5.09%，下降相对比例最高为36.77%。L.p.9+S.c.23组蛋白质降低的比例低于L.p.9+L.c.17组，可能是酵母菌的蛋白酶活力较弱，分解蛋白质能力不强，主要起分解作用的是乳酸菌产酸的蛋白酶[18]。虽然从营养方面，协同发酵降低了一定的蛋白质含量，但是却起到了纯化淀粉，增强淀粉凝胶能力的作用，此外，蛋白质分解而成的游离氨基酸也参与风味物质的形成[19]。

图4 蛋白质含量的变化Fig.4 Changes of protein content

2.5 协同发酵对脂肪的影响

如图5所示，发酵显著降低了大米中脂肪的含量。植物乳杆菌L.p.9组脂肪含量下降比例最少，从1.3%到0.74%。协同发酵组与自然发酵组脂肪下降幅度均高于L.p.9组，其中，L.p.9+S.c.23+L.c.17组脂肪下降到最低，为0.52%。自然发酵组消耗脂肪的能力要强于L.p.9+S.c.23组和L.p.9+L.c.17组，原因是自然发酵存在多种微生物，而霉菌和细菌有较强产脂肪酸的能力，所以自然发酵分解脂肪效率更高[10]。L.p.9+L.c.17组消耗脂肪的能力强于L.p.9+S.c.23组，这可能是因为干酪乳杆菌作为肠道益生菌，具有高效分解脂肪的能力[20]。协同发酵有利于脂肪的降解，也利于风味物质的形成[21]。

图5 脂肪含量的变化Fig.5 Change of fat content

2.6 协同发酵对米粉蒸煮特性的影响

如表1所示，自然发酵组的米粉蒸煮损失率显著高于L.p.9(P<0.05)，复水率显著低于L.p.9(P<0.05)。L.p.9组的米粉蒸煮损失率显著高于3个协同发酵组(P<0.05)，复水率显著低于3个协同发酵组(P<0.05)。经过多种微生物协同发酵的米粉更耐煮，不浑汤，这可能是发酵改变了米粉颗粒和淀粉结构，米粉颗粒减小更易糊化，复水力增加，淀粉结构中支链淀粉含量下降，形成结构更稳定的凝胶结构，蒸煮损失率降低[22]。

表1 发酵对米粉蒸煮特性的影响Table 1 Effect of fermentation on cooking characteristics of rice noodles

2.7 协同发酵对米粉质构的影响

如表2所示，除L.p.9+S.c.23和L.p.9+L.c.17组黏弹性差异不显著外，米粉各质构指标变化差异显著(P<0.05)。L.p.9组在5种质构特性指标上均优于自然发酵组，说明植物乳杆菌发酵改善了米粉的品质，这与周显青等[23]的结论一致。L.p.9+S.c.23+L.c.17组质构特性品质最高，说明多种微生物协同作用提高了米粉的硬度和弹性，改善了黏聚性、咀嚼性和回复性。L.p.9+L.c.17组干酪乳杆菌协同发酵在硬度、咀嚼性和回复性上均高于L.p.9+S.c.23组。这可能是乳酸菌发酵产生的酸，乳酸菌和酵母菌产生的酶直接作用于淀粉分子结构，使直链淀粉分子断链及脱支，减弱其再结晶能力，保持凝胶水分，发酵也增强了直链淀粉的聚合度，形成较强的凝胶网络结构，这些变化有利于米粉糊化和老化，增强米粉的质构特性[24]。

表2 发酵对米粉质构的影响Table 2 Effect of fermentation on texture of rice noodles

2.8 协同发酵对米粉风味的影响

由表3可知，L.p.9组检测出的香气成分有25种，其中以己醛和十一醛为代表的醛类化合物含量最多，占37.13%；以丙二酸和乙酸为代表的酸类化合物其次，占21.63%。L.p.9+S.c.23组检测出的香气成分有31种，其中以乙酸乙酯和己酸乙酯为代表的酯类化合物含量最多，占31.42%；以苯乙醇为代表的醇类化合物其次，占31.21%。L.p.9+L.c.17组检测出的香气成分有28种，其中以己醛和壬醛为代表的醛类化合物含量最多，占38.7%；以丙酸和丙二酸为代表的酸类化合物其次，占25.43%。L.p.9+S.c.23+L.c.17组检测出的香气成分有38种，其中以乙酸乙酯和乳酸丁酯为代表的酯类化合物含量最多，占46.17%，以癸醇和苯乙醇为代表的醇类化合物其次，占25.46%。自然发酵组检测出的香气成分有29种，其中以丁酸辛酯和丁酸丁酯为代表的酯类化合物含量最多，占34%；以1-壬烯-3-醇和苯乙醇为代表的醇类化合物其次，占27.64%。

表3 协同发酵的米粉香气成分分析结果Table 3 Analysis results of aroma components of rice noodles by co-fermentation

续表3

发酵米粉的挥发性成分包括醛、醇、酸、酯、烃类化合物，自然发酵的米粉中香气成分以酯类和醇类为主。醛类和酸类物质也是乳酸菌发酵米粉中主要挥发性气味。酯类物质是酵母菌和乳酸菌协同发酵米粉中的主要挥发性气味。醇类物质在酵母菌的协同作用下也变成了主要香气成分，检测出的苯乙醇在酵母菌和植物乳杆菌协同发酵时含量最高。酵母菌的加入使得米粉在风味物质上生成更多酯类、醇类香气物质，可能是酵母发酵主要产物是酒精和CO2，还有其他醇类，酒精与乳酸菌发酵产生的有机酸生成酯，对米粉的香气有着重要的贡献[25]。乳酸菌主要影响鲜湿米粉的品质特性，酵母菌主要影响其风味成分，这与易翠平等[26]结论一致。

3 结论

本研究将筛选得到的干酪乳杆菌、酿酒酵母菌与植物乳杆菌协同发酵，并对产酸能力、植物乳杆菌活菌数、理化性质、蒸煮特性、质构特性、挥发性风味物质进行测定。结果显示，协同发酵生产的发酵米粉品质良好，挥发性风味物质显著增加。其中L.p.9+S.c.23+L.c.17产酸能力最强，植物乳杆菌活菌数最高，达到(9.06±0.15) lg CFU/g。在降低蛋白质、脂肪含量，提高直链淀粉含量方面优于其他组，在蒸煮特性和质构特性上也是发酵组中最佳。L.p.9+S.c.23+L.c.17共检测出38种挥发性风味成分，种类最多，主要呈味物质为酯类和醇类。因此，多菌种协同发酵得到的米粉品质和风味良好，有利于微生物菌剂的开发和在米粉产业中的广泛应用。