發(fā)酵牛蒡茶的風味物質與營養(yǎng)成分研究

,,,,

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

發(fā)酵牛蒡茶的風味物質與營養(yǎng)成分研究

屠玥之,姜啟興,于沛沛,許艷順,夏文水*

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

將牛蒡進行人工接種發(fā)酵制備牛蒡茶,分析測定牛蒡茶的主要營養(yǎng)成分、抗氧化能力及風味物質組成,并與烘烤牛蒡茶和自然渥堆發(fā)酵牛蒡茶比較,以此評價人工發(fā)酵牛蒡茶的功能性品質。結果表明:人工接種發(fā)酵牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量較自然渥堆發(fā)酵的含量分別提高10.41%和13.17%,并且游離氨基酸含量為1279.70mg/100g DW,呈味氨基酸含量高,人工接種發(fā)酵牛蒡茶中共檢出了97種風味物質,其中醇類、酸類和醛類等物質的種類比烘烤牛蒡茶均有所增加,結合感官評定發(fā)酵牛蒡茶口味醇甜回甘,風味醇香。

發(fā)酵牛蒡茶,營養(yǎng)成分,風味物質,TCT-GS/MS

牛蒡(ArticunLappa.L)別名又叫樹根菜、大力子,作為藥食兼用的草本植物[1]具有極高的營養(yǎng)價值和科學研究價值[2]2013年國家已批準牛蒡為新資源食品,目前已開發(fā)出牛蒡罐頭、牛蒡醬、牛蒡茶、牛蒡飲料、低糖口含片等一系列加工食品,牛蒡的精深加工和功能因子的開發(fā)[3-5]具有良好的前景和潛在市場。

現(xiàn)有市售牛蒡茶一般由牛蒡茶片簡易風干或者烘烤制成,口感發(fā)澀缺乏牛蒡自身的風味和特點,加之高溫易導致其營養(yǎng)物質受損,不利于牛蒡在日常飲食中發(fā)揮其營養(yǎng)功能作用。希望能夠通過對普通牛蒡茶進行人工發(fā)酵處理[6-7],控制其發(fā)酵進程縮短發(fā)酵周期,滿足消費者的需求,同時能減輕牛蒡本身的腥味[8-9],增加發(fā)酵牛蒡茶特有的風味物質,提高了牛蒡茶的營養(yǎng)價值與保健功能,并且使沖泡出來的溶液更為透明澄清,顏色更加誘人,并具有牛蒡發(fā)酵茶獨特的風味。

本文通過對人工接種發(fā)酵牛蒡茶與普通發(fā)酵牛蒡茶以及市售烘進行分析比較,發(fā)現(xiàn)人工發(fā)酵牛蒡茶產品營養(yǎng)成分與風味都得到了優(yōu)化,且產品攜帶方便,食用簡便,老少皆宜。為牛蒡資源的深度開發(fā)提供了一種新思路與理論依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

生牛蒡片與市售烘烤牛蒡茶由徐州天益食品有限公司提供；發(fā)酵牛蒡茶由江南大學食品加工與配料實驗室通過實驗方法發(fā)酵制備。

UV-1000 紫外分光光度計；FW80高速萬能粉碎機；TDL-5-A離心機；THZ-D恒溫振蕩器；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋；FW80高速萬能粉碎機；LPH-50生化培養(yǎng)箱；PHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱；日立全自動氨基酸分析儀；日本島津公司的GC-MS-QP201plus氣一質聯(lián)用儀；日立Z-5000型原子吸收光譜儀；美國Supelco公司的手動SPME裝置；配有65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)纖維萃取頭。

表1 發(fā)酵牛蒡茶與同類產品基本營養(yǎng)成分的比較Table 1 The nutritional element contents of Fermentation burdock tea and other similar commercial products

1.2實驗方法

1.2.1 發(fā)酵牛蒡茶的制備 將活化的黑曲霉孢子粉在添加量在25g,氮源選擇0.5g的蛋白胨,醋酸鹽緩沖液調節(jié)pH為6的發(fā)酵培養(yǎng)基30℃下?lián)u瓶培養(yǎng)5天[10-13],將得到的母發(fā)酵劑均勻的與生發(fā)酵片混合,控制條件在含水量為35%,溫度60℃條件下,接種量為3.5%時渥堆發(fā)酵16 d,合理翻堆3～5次,并且在翻堆的時候進行合理灑水,翻堆過程要符合清潔化生產。

再將成品切片,于60℃～70℃下烘干,用高速組織搗碎機處理之后,過60目篩備用[11-13]。

1.2.2 發(fā)酵牛蒡茶營養(yǎng)成分測定

1.2.2.1 牛蒡茶中可溶性糖含量 蒽酮比色法[14]

1.2.2.2 牛蒡茶中總黃酮含量 總黃酮含量的測定根據NY/T 1295-2007中的方法稍有改動。繪制標準曲線后,準確吸取1.0mL提取液置于10mL 容量瓶中,按照蘆丁標準曲線的繪制方法,測定樣品的吸光值,代入標準曲線方程求出總黃酮濃度,根據計算公式得總黃酮含量。

1.2.2.3 牛蒡茶中蛋白質含量 凱氏定氮法

1.2.2.4 牛蒡中微量元素含量 精密稱取0.7033g樣品置于聚四氟乙烯罐中,加入5mL HNO3及2mL H2O2過夜,消解,冷卻后用1∶1 HNO3溶解,定容至100mL,取2 mL再定容至100mL,待測；再采用原子吸收火焰法進行測定。

1.2.2.5 牛蒡中氨基酸含量 用全自動氨基酸分析儀測定不同牛蒡茶樣品中17種氨基酸含量。樣品處理:取樣60～85mg于厭氧管中,準確加入6mL/L的鹽酸溶液10mL,置于4℃冰箱中冷藏20min,真空泵抽真空30s,氮吹5min,110℃烘箱中水解22h,過濾,移取濾液0.5mL在60℃下濃縮至干,加入3mL樣品稀釋液溶解,過0.22μm濾膜供上機用。結果用干基表示。

1.2.3 發(fā)酵牛蒡茶風味物質測定

1.2.3.1 樣品處理 稱取牛蒡茶粉2.00g左右于頂空瓶中,于65℃條件下將65mm PDMS/DVB纖維萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min,拔出萃取頭立即插入GC—MS進樣口中,于220℃脫附2min,進行GC-MS分析。

1.2.3.2 色譜質譜條件 色譜柱:RX一5MS毛細管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；進樣口溫度220℃；程序升溫50℃保持1min,以3℃/min升溫速率升至120℃保持3 rain,以5℃/min升溫速率升至260℃保持10min；載氣:He(純度>99.999%)；流速1.3mL/min；不分流進樣。

質譜條件:離子源為EI；電離能量為70eV；檢測器電壓絕對值為0.7kV；離子源溫度為200℃；傳輸線溫度250℃;掃描范圍為45～500U；溶劑延遲時間為1 min。NIST2008譜庫。

1.3數(shù)據處理

樣品經檢測得到各組分的質譜圖,質譜分析由Xcaliar軟件系統(tǒng)完成,未知化合物經檢索與NIST譜庫相匹配,僅當匹配大于800(最大值1000)的鑒定結果才予以報導,以各揮發(fā)性組分的峰面積占總面積之比值表示組分相對含量。

2 結果與分析

2.1發(fā)酵牛蒡茶的營養(yǎng)價值

2.1.1 發(fā)酵牛蒡茶的基本營養(yǎng)成分分析 營養(yǎng)品質是衡量茶飲料質量優(yōu)劣的一個重要的評價指標,從表1中可以看出,人工接種發(fā)酵牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量較自然渥堆發(fā)酵的含量分別提高10.41%和13.17%,比其他工藝條件下制備的牛蒡茶的營養(yǎng)物質含量也有顯著提高,蛋白質的損失率也較普通渥堆發(fā)酵牛蒡茶得到了降低,說明在渥堆發(fā)酵中添加黑曲霉人工控制發(fā)酵產生的酶類物質將大分子糖水解成還原糖,植物細胞壁中木質素、纖維素等一些分子在一些相關酶的作用下轉變成黃酮類物質浸出[15]。因此人工接種渥堆發(fā)酵條件在較短時間內顯著的提高了兩種功能性成分在牛蒡根部的含量,下大大的提高了牛蒡根部的食用價值。

2.1.2 發(fā)酵牛蒡茶的礦物質組成 從表2中可以看出,在發(fā)酵過程后元素含量的消長情況是不一樣的,推測是跟微生物的發(fā)酵利用率不一樣有關。接種發(fā)酵雖然對牛蒡的微量元素有一定的損失,但是總體來看損失率不大,微量元素、維生素及其他有機成分共同構成了牛蒡的生物活性和藥效,接種發(fā)酵后的牛蒡茶比市售烘烤類的牛蒡茶中礦物質含量有一定程度的提高,同時接種發(fā)酵牛蒡茶較好的保持了牛蒡本身的功能特性,更有助于開發(fā)利用藥食兩用植物牛蒡。

表2 不同工藝條件下牛蒡茶的微量元素含量Table 2 Trace elements under three different conditions burdock tea

表3 不同工藝條件下牛蒡茶中游離氨基酸含量Table 3 Free amino acid content of burdock tea under different process conditions

2.1.3 發(fā)酵牛蒡茶游離氨基酸組成及含量比較 氨基酸分析結果表明,接種發(fā)酵牛蒡茶中游離氨基酸含量為1279.70 mg/100g DW,損失率進一步降低,呈味氨基酸含量進一步保留。含羰基化合物發(fā)生反應,同時微生物生長繁殖消耗了大量的氨基酸作為氮源或碳源[16]。對于接種發(fā)酵后的牛蒡茶,在測定的17種氨基酸中,8種人體必需氨基酸(蘇氨酸、組氨酸、精氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和賴氨酸)中,8種均被檢出(色氨酸未在測定范圍內)。說明發(fā)酵牛蒡茶含有豐富的氨基酸,有利于滿足人體各種氨基酸,特別是人體必需氨基酸的需要,維持各種氨基酸的代謝平衡,另外,從營養(yǎng)角度也說明了其營養(yǎng)較全面。

2.2發(fā)酵牛蒡茶的風味分析

2.2.1 不同工藝方法制備的牛蒡茶中揮發(fā)性成分的定性分析 圖1到圖4分別是SDE提取得到的揮發(fā)性成分的總離子流圖。

圖1 生牛蒡茶香氣成分GC/MS總離子流圖Fig.1 Raw burdock tea aroma components GC/MS total ion chromatogram

圖2 自然渥堆發(fā)酵牛蒡茶香氣成分GC/MS總離子流圖Fig.2 Natural pile-fermentation burdock tea aroma components GC/MS total ion

圖3 人工接種渥堆發(fā)酵牛蒡茶香氣 成分GC/MS總離子流圖Fig.3 Inoculated pile-fermentation burdock tea aroma components GC/MS total ion

圖4 烘烤類發(fā)酵牛蒡茶香氣成分GC/MS總離子流圖Fig .4 Roasted burdock tea fermented aroma components GC/MS total ion chromatogram

通過對不同工藝條件下?lián)]發(fā)性成分種類分析,經過渥堆發(fā)酵牛蒡揮發(fā)性成分的種類進一步增加,證明是由酸、醇、醛、酮、酯、含氮化合物等近百種揮發(fā)成分復合而成。其揮發(fā)性成分主要來源為來自生牛蒡中非揮發(fā)性物質在發(fā)酵過程中被斷開或經反應所衍生而來形成,同時我們發(fā)現(xiàn)接種發(fā)酵與烘烤后的牛蒡茶中芳香烴和醛類物質均得到進一步增加。

結合文獻[17]發(fā)現(xiàn),這兩類物質有助于形成了牛蒡茶特有的滋味醇厚回甘,具有獨特陳香的品質特征。值得注意的是在發(fā)酵牛蒡茶中檢出酯類類化合物較其他三種產品居多。酮類、醛類以及酚類物質則是在牛蒡茶的后期發(fā)酵過程中產生。在后發(fā)酵過程中,游離氨基酸和羰基會發(fā)生羰氨反應,以及Strecker氨基酸反應,其產物大都為醛、酮和酚類化合物,酯類類化合物具有典型的可可香味,其口味閾值低,接種發(fā)酵茶中含有這類物質可能給牛蒡茶帶來特有的風味。

2.2.2 不同工藝方法制備的牛蒡茶中主要揮發(fā)性成分的定量分析 由于揮發(fā)性物質較多,本文列出了不同工藝條件下牛蒡茶中10種最主要的風味物質,發(fā)現(xiàn)經過發(fā)酵過程可能是因為牛蒡中存在酶體系,它能使牛蒡種多不飽和脂肪酸(如亞麻酸)分解,生成的揮發(fā)性物種如上表所示有呋喃、乙醇及醇醛等物質。同時推測牛蒡發(fā)酵中的糖醛類物質也是由纖維產生的,因為糖醛是迄今為止無法用合成方法制取[18-19]而只能有植物纖維產生的一種重要物質。

表4 不同工藝條件下牛蒡茶檢出香氣分類統(tǒng)計結果Table 4 Different conditions burdock tea aroma detection classification statistics

進行橫向對比發(fā)現(xiàn)生牛蒡片及自然發(fā)酵牛蒡茶片中含量較多的2-(4-甲氧基苯基)-3,5,7-三甲氧基-4H-1-苯并吡喃-4-酮,但是在接種發(fā)酵及烘烤后含量大幅度下降,我們推測由于接種發(fā)酵中微生物活動劇烈,烘烤過程中溫度較高,這一酮類物質發(fā)生分解生成了許多新的小分子物質或其他化學反應的中間體,從上表中我們可以看出經過發(fā)酵或者烘烤的處理均生成了5-羥甲基糠醛這一物質,葡萄糖或果糖脫水生成的一種衍生物,化學性質較為活潑,似有蜂蜜那樣的甜味而發(fā)酵過程中產生了烘烤以及生牛蒡片都沒有產生的檸檬烯這一物質,分析可得檸檬烯這一物質無色油狀液體,有類似檸檬精油的淡淡的香氣,豐富了發(fā)酵后的增香。而烘焙后的牛蒡茶中含有的巴倫西亞橘烯是一種天然類精油物質存在于可可類物質中,所以烘烤后的牛蒡茶存在于咖啡類似的香氣。

3 結論

本文通過對人工發(fā)酵牛蒡茶與其他不同工藝條件下的牛蒡茶進行橫向比較,發(fā)現(xiàn)添加微生物菌種人工發(fā)酵牛蒡茶后,其營養(yǎng)成分中可溶性糖、總黃酮分別較自然渥堆發(fā)酵的含量分別提高10.41%和13.17%,接種發(fā)酵雖然對牛蒡的蛋白質含量有一定的損失,但是總體來看氨基酸損失率得到進一步降低。8種人體必需氨基酸均被檢出說明發(fā)酵牛蒡茶含有豐富的氨基酸。

表5 生牛蒡片主要揮發(fā)性化合物分析結果Table 5 Raw burdock sheet main results of the analysis of volatile compounds

表6 自然渥堆發(fā)酵主要揮發(fā)性化合物分析結果Table 6 natural pile-fermentation main results of the analysis of volatile compounds

表7 人工接種渥堆發(fā)酵主要揮發(fā)性化合物分析結果Table 7 Inoculated pile-fermentation main results of the analysis of volatile compounds

表8 烘烤后主要揮發(fā)性化合物分析結果Table 8 The main results of the analysis of volatile compounds after baking

同時對發(fā)酵牛蒡茶風味物質可以發(fā)現(xiàn)接種發(fā)酵牛蒡茶風味物質中醇類、酸類和醛類等物質的種類較其他類型牛蒡茶均有所增加,所以人工接種發(fā)酵牛蒡茶產品風味得到較大的改善。

綜上所述,可以認為接種發(fā)酵牛蒡茶無論從營養(yǎng)價值和風味口感這兩方面較其他類型牛蒡茶均有所提高,是一種具有市場潛力的功能性飲品。

[1]劉丹赤,尹玲,邵長明.牛蒡的研究與開發(fā)進展[J]. 北方園藝,2007,(8):41-42.

[2]金新華.食藥俱佳話牛蒡[J]. 上海蔬菜,2008,(1):110-111.

[3]董梅,姚惠遠.牛蒡根中菊糖的提取與制備[J]. 食品工業(yè),2005,(2):43-45.

[4]Hsiu S L,Hou Y C. Flavonoids in herbs:Biological fates and potential interactions with xenobiotics[J]. Journal of Food and Drug Analysis,2002,10(4):219-228

[5]Hertog M G,Kromhout D,Aravanis C,etal. Flavonoid intake and long-term risk of coronary heart disease and cancer in the seven contries study[J]. Archives of internal medicine,1995,155(4):381-386

[6]Naveen K.Production of inulinase using tap roots of dandelion(Taraxacum officinale)by Aspergillus niger[J]. Journal of Food Engineering,2008,85(3):473-478.

[7]Vinicius D,Juliana G B,Mcircia Z B,etal.Production and action pattern of inulinase from Aspergillus niger-245:hydrolysis of inulin from several sources[J]. Microbiology,1998.29(4):301-306.

[8]Pratap K. Optimization of process parameters for the production of imulinase from a newly isolated Aspergillusniger AUP-19[J]. World Journal of Microbiology and Biotechnology,2005,21:1359-1361.

[9]Helen T,MarcioA M,Francisco M,etal.Use of a sequential strategy of experimentaldesign to optimize the inulinase production

in a batchbioreactor[J]. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology,2009,36(7):895-900.

[10]謝秋宏.菊粉酶生產菌的選育及發(fā)酵條件[J]. 吉林大自然科學學報,1996,ll(4):83-86.

[11]王建華,劉艷艷.高產菊粉酶酵母篩選、發(fā)酵和酶學特征研究[J]. 生物工程學報,2000,16(1):60-64.

[12]北京大學生物系生物化學教研室生物化學實驗指導[M]. 北京:高等教育出版社.1979 22-24.

[13]唐仕榮,劉全德,苗敬芝.兩種微波輔助萃取法萃取牛蒡多糖[J]. 食品科學,2009,30(18):102-105.

[14]張志軍,劉建華,李淑芳等.靈芝多糖含量的苯酚硫酸法檢測研究[J]. 食品工業(yè)科技,

2006,27(2):193-195.

[15]時新剛,張紅俠,李賽玨等.牛蒡營養(yǎng)成分分析與評價[J].食品與藥品,2007,12(9):39-40.

[16]黃振興,趙明星.普洱茶渥堆過程中微生物對其品質形成的影響及其研究進展[J].安徽農業(yè)科學,2008,36(28):12496-12498.

[17]呂海鵬,鐘秋生.普洱茶加工過程中香氣成分的變化規(guī)律研究[J]. 茶葉科學,2009,29(2):95-101

[18]Liu F.He Y,Wang L.Determination of effective wavelengths for discrimination of fruit vinegars using near infrared spectroscopy and multivariate analysis[J]. Analytica Chemiea Acta,2008,615(1):10-17.

[19]Zhang W J,Zheng F P.Analysis of essential oil composition from flowers of Syringa oblata Lindl. by simuItaneous distillation and solvent extraction combined with GGMS[J]. Food Science,2008,29(9):523-525.

Volatile flavor compounds and nutrients analysis of fermented burdock tea

TUYue-zhi,JIANGQi-xing,YUPei-pei,XUYan-shun,XIAWen-shui*

(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Jiangsu Wuxi,214122)

Burdock is prepared through fermentation,Parallel Comparison of baking burdock tea and natural fermentation of burdock tea through the main nutrients,antioxidants and flavor,functional quality so as to evaluate the artificial fermentation burdock tea. The results showed that:the content of the pile fermentation inoculated fermentation burdock tea in soluble sugar and total flavonoid content are increased by 10.41% and 13.17% respectively,natural fermentation,and the free amino acid content was 1279.70mg/100gDW,flavor amino acid content was high;Artificial inoculation fermentation burdock tea was detected by 97 kinds of flavor substances,which kinds of alcohols,acids and aldehydes and other substances more than baking burdock tea,combined with sensory evaluation fermentation burdock tea tastes sweet,mellow flavor.

fermented burdock tea;nutrition;aroma components;TCT-GS/MS

2014-02-10 *通訊聯(lián)系人

屠玥之(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：食品加工與保藏。

TS272.5

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001