酵母發酵改善麩皮食用品質的研究

王小平,雷　激,唐　詩,陸羽霜,王祖文

(西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039)

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酵母發酵改善麩皮食用品質的研究

王小平,雷激*,唐詩,陸羽霜,王祖文

(西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039)

為改善麩皮粗糙的口感及苦澀味,提高麩皮的營養價值,本實驗利用酵母對麩皮進行發酵處理,對發酵過程中麩皮的感官及理化性質進行評定。結果表明:發酵后麩皮的風味顯著改善,苦澀味變為米酒芳香味;麩皮在發酵過程中pH由5.13下降至3.88再回升至4.12;發酵后麩皮葡萄糖透析延遲指數(GDRI)提高,陽離子交換能力下降,蛋白質含量提高79.8%(p<0.05)。因此利用酵母對麩皮進行發酵,可以顯著改善麩皮的風味及理化性質,其中發酵24 h的麩皮食用品質最好。

麩皮,酵母,發酵,食用品質

麩皮是小麥制粉過程中的主要副產物,其主要由小麥的表皮、果皮、種皮、珠心層和糊粉層組成[1]。研究發現,麩皮中除含有大量的膳食纖維、蛋白質、脂肪、維生素等營養元素外,還含有多種具有抗氧化、抗腫瘤作用的生理活性物質,如黃酮類化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[2]。但是由于麩皮口感粗糙導致其難以食用,絕大部分被當作飼料來使用,目前食品領域中對麩皮的利用遠遠不足,綜合利用率不到20%[3]。

相關文獻報道了改善麩皮口感并應用于食品的研究,湯衛東[4]等將麩皮超微粉碎后應用于饅頭中,得到色澤、氣味、組織結構、口感良好的麩皮饅頭;黃晟[5]等研究發現,冷凍后粉碎的麩皮膳食纖維各功能性質均要優于超微粉碎;周利茗[6]等應用纖維素酶酶解麩皮后制備出麩皮香茶。陳洪偉[7]等在研究混菌固態發酵麩皮制備蛋白飼料中發現,發酵后的麩皮粗蛋白提高了33.93%,但此僅僅應用于飼料行業中,未應用于食品行業。

本實驗擬通過測定酵母發酵麩皮過程中的感官及理化性質的變化,研究麩皮發酵后的風味和營養價值變化,提高麩皮的利用價值,為開發麩皮食品提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

麩皮四川巴中龍頭食品有限公司;高活性干酵母(No.1388560128)安琪酵母股份有限公司;蒽酮分析純,濟寧佰一化工有限公司;葡萄糖分析純,天津市致遠化學試劑有限公司;其他所用試劑均為分析純。

HK-02A萬能粉碎機廈門旭朗機械設備有限公司;18LSYQ-DSX-280B手提式滅菌鍋金壇市富華儀器有限公司;PHS-3C pH計方舟科技有限公司;ZWY-100H恒溫培養振蕩器金壇市富華儀器有限公司;K9840凱氏定氮儀上海華睿儀器有限公司;PEN3電子鼻北京盈盛恒泰科技有限責任公司;SPME手動進樣手柄、75 μm CAR/PDMS萃取頭美國Supelco公司;Trace GC 2000/TraceMS氣相色譜質譜聯用儀美國Finnigan公司;透析袋(14000MWCO)及夾子美國碳業化工。

1.2實驗方法

1.2.1發酵麩皮制備除雜:用30目分樣篩篩除麩皮中雜質;粉碎過篩:用轉速25000 r/min萬能粉碎機將除雜后麩皮粉碎3 min,過40目分樣篩篩除較大粒徑的麩皮;加水:稱取10 g粉碎過篩后的麩皮置于200 mL玻璃瓶中,加入40 mL水充分攪拌;滅菌:將復水后麩皮置于滅菌鍋中115 ℃滅菌10 min;發酵:向冷卻至室溫的滅菌麩皮中加入5%酵母攪拌均勻,置于恒溫振蕩器中發酵培養,溫度為30 ℃,振蕩速度為120 r/min,發酵結束后置于-10 ℃冰箱中保存。

1.2.2感官評價由10個品評員組成的評分小組,根據發酵后的麩皮的色澤及風味進行感官評價,具體評分標準見表1,最后評定結果取10人的平均值。

表1　發酵麩皮感官評分標準

1.2.3最佳發酵時間的確定設置未添加酵母而其他處理條件與發酵組一樣的對照組。為確定最佳發酵時間,進行發酵時間單因素實驗,即將麩皮分別發酵12、24、36 h共3組,研究不同發酵時間對麩皮感官品質、風味及理化性質等的影響。

1.2.4風味分析

1.2.4.1電子鼻分析利用PEN3電子鼻對發酵麩皮的風味差異性進行分析。方法如下:將發酵后麩皮攪拌均勻,稱取5 g樣品置于20 mL頂空瓶中,加蓋密封待檢。測定參數設定如下:傳感器自清洗時間為60 s;傳感器歸零時間為10 s;樣品準備時間為5 s;進樣流量為300 mL/min;分析采樣時間為120 s[8],每組重復測6次。采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)對從電子鼻的十個傳感器獲取的數據進行分析[9],得到發酵麩皮的風味差異性。

1.2.4.2揮發性成分測定參照文獻[10]的方法。

1.2.5理化性質研究

1.2.5.1麩皮發酵過程pH測定每4 h用pH計測定一次麩皮的pH。

1.2.5.2葡萄糖透析延遲指數(GDRI)的測定在15 mL 0.2%葡萄糖溶液中加入1 g樣品。經過1 h連續攪拌,樣品轉移到15 cm長透析袋中。用15 mL 0.2%葡萄糖溶液作參比液,將上述透析袋分別放進盛有400 mL蒸餾水的燒杯中,放入37 ℃的恒溫振蕩器中振蕩1 h,振蕩過程中每10 min吸取葡萄糖透析液1 mL[11],用蒽酮比色法測定葡萄糖的濃度[12]。根據以下公式計算GDRI。

1.2.5.3陽離子交換能力的測定準確稱取1 g樣品,置于150 mL三角瓶中,加入100 mL 5% NaCl溶液,用磁力攪拌器攪拌5 min后,用1 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴定,測定溶液的pH,直到pH變化小于0.2為止,并根據得到的數據作VNaOH-pH關系圖,觀察pH隨NaOH變化而變化的趨勢[13]。

1.2.6蛋白質測定參照國標GB 5009.5-2010[14]。

1.3統計方法

采用Microsoft Excel 2007軟件對實驗數據進行統計分析和繪制圖表,采用SPSS(IBM公司)19.0統計軟件軟件進行方差分析。

2　結果與分析

2.1感官評價結果

通過感官評定發現,麩皮經過發酵后由原來苦澀味轉變為濃郁的米酒芳香味,且色澤呈亮黃色。從圖1可知,對照組感官評分顯著低于發酵組,說明應用酵母對麩皮進行發酵處理后,可以顯著改善麩皮的感官品質進而提升麩皮的食用品質;隨發酵時間的增加,感官評分先顯著增加后顯著降低,是因為發酵12 h麩皮的風味不及發酵24、36 h的濃郁純正,發酵36 h與發酵24 h的麩皮風味上沒有明顯差異,但色澤上發酵36 h明顯比發酵24 h的暗淡,因此根據感官評定結果選擇發酵時間為24 h為宜。

圖1　麩皮發酵不同時間的感官評分結果Fig.1　Sensory ratings of the bran fermentation at different times注:不同字母表示差異顯著(p<0.05)。表3,圖9相同。

2.2風味分析

圖2 PCA分析圖中,PC1和PC2總貢獻率為99.87%,遠大于80%,所以這兩個主成分已經很好的代表了樣品的主要信息特征。從圖2可知,對照組與發酵組數據點分布于各自區域,能夠明顯區分開,說明對照組與發酵組的風味物質存在顯著差異,證明麩皮經過酵母發酵后風味明顯不同于未發酵的麩皮,該結果與感官評定結果一致。但3組發酵組的數據點重疊在一起,不能夠區分開,是因為經過不同時間的發酵其麩皮特征風味沒有明顯變化,只是濃烈程度有所變化,而電子鼻主要是針對特征風味物質進行檢測,所以3組發酵的麩皮風味差異不顯著。

圖2　發酵麩皮風味分析Fig.2　Analysis of flavor of fermented bran

由電子鼻分析結果得對照組和發酵組的風味差異明顯,而不同發酵時間之間差異不明顯。因此,選取發酵24 h與對照組,采用GS-MS進行具體風味物質的分析,結果見圖3、圖4。經統計,發酵組共檢測出有47種化合物,對照組共檢測出有48種化合物。兩者具體成分見表2。

圖3　發酵24 h麩皮的GC-MS分析得到總離子流色譜圖Fig.3　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of bran by 24 h fermentation

圖4　對照組的GC-MS分析得到總離子流色譜圖Fig.4　Total ion current chromatograms of the volatile flavor components of control group

由表2可知,發酵組和對照組揮發性物質差異很明顯,發酵組中醇類和酯類的種類及相對含量都顯著高于對照組,其中發酵組中乙醇和異戊醇相對含量分別達到34.07%、28.33%,這使得發酵組出現濃烈酒味,但對照組的酮類和醛類的種類相對含量多于發酵組。酵母主要利用麩皮水解后的葡萄糖進行無氧呼吸生成醇類和有機酸,而有機酸可以和醇類生成酯類,所以醇類和酯類成了發酵組主要風味物質來源。通過樣品檢出物的分析,并與感官評價進行對比,初步判斷發酵后的麩皮之所以具有米酒的芳香味,是因為其酯、醇及其衍生物含量高;而對照組的麩皮,在感官上出現苦澀味,是因為其酮類和醛類含量高。

2.3理化性質分析

2.3.1發酵過程中麩皮pH變化由圖5可知,對照組時間增加pH基本保持不變,而發酵組隨發酵時間延長pH出現下降,說明酵母能夠利用麩皮中的營養物質,且產生一些酸性物質使麩皮pH下降;在0～8 h之間,pH下降趨勢緩慢,8～24 h之間,pH先急劇下降再上升,而24 h后不再變化。這是因為發酵剛開始會有一定的遲緩期和對數期,停滯期結束后進入穩定期,該時期產生大量的代謝產物;無氧呼吸生成的乳酸等有機酸,使麩皮pH急劇下降,但下降到一定程度后再呈現上升,因為隨著糖的消耗,酵母開始少量利用積累的有機酸產生乙酸,并與鈉離子結合生成乙酸鈉,進而造成pH上升;同時利用氨基酸的羧基,導致羥基偏多,使得pH回升[15]。當發酵到24 h以后,pH不再變化,因此在24 h時就可以終止發酵。

圖5　pH隨發酵時間的變化Fig.5　The change of pH value with fermentation time

2.3.2葡萄糖透析延遲指數的測定當葡萄糖在胃腸道被延遲吸收時,葡萄糖在腸道中能被益生菌高效地發酵利用,產生短鏈脂肪酸,從而降低腸道pH,可以抵抗感染,從而降低染疾病的危險性,對人體是有益[16]。但餐后血糖的降低程度通常需要通過體內實驗來完成,而GDRI是一個有效反映葡萄糖在胃腸道被延遲吸收的體外指標,因此,研究麩皮的葡萄糖透析延遲指數可以大大節約實驗成本和時間,并達到預測麩皮降低餐后血糖能力的目的。葡萄糖標準曲線見圖6，GDRI與時間關系見圖7。從圖7可得,發酵組與對照組的GDRI均隨時間的延長呈增加趨勢,說明發酵組與對照組麩皮都能起到使胃腸對葡萄糖延遲吸收的效果。發酵組的GDRI都高于對照組麩皮的GDRI,且發酵時間長短與GDRI也有關,隨發酵時間延長GDRI先上升再下降,這是因為麩皮經過發酵后生成大量的有機酸,它能使纖維素的糖苷鍵斷開,產生新的還原性末端,同時發酵過程中膳食纖維的大分子聚合度會不斷下降,一部分會轉化成不可消化性的可溶性多糖,從而達到提高可溶膳食纖維的目的[17],而GDRI與可溶性膳食纖維的含量有關,可溶性膳食纖維的含量越高,GDRI越高[18]。

表2　發酵組與對照組風味成分鑒定

注:“-”表示未檢測出該化合物。

圖6　葡萄糖標準曲線Fig.6　Glucose standard curve

圖7　GDRI與時間的關系圖Fig.7　Relationship between glucosedialysis retardation index and time

圖8　不同發酵時間對麩皮陽離子交換能力的影響Fig.8　Effect of fermentation time on the cation exchange capacity of wheat bran relationship between exponential and time

2.3.3陽離子交換能力的測定麩皮中的膳食纖維含量在40%左右,而膳食纖維具有陽離子交換能力是因為膳食纖維化學結構中所包含的側鏈基團,如羧基、羥基和氨基等可以產生類似弱酸性的陽離子交換樹脂的作用[18]。在人體內,膳食纖維的陽離子交換能力能改變離子的瞬時濃度,影響消化道環境,可與一些陽離子進行可逆交換,如鈣、鋅、銅、鉛等離子,影響消化道的pH、滲透壓等,出現一個有利于消化吸收的緩沖環境。也可降低因攝入過多陽離子而引起疾病的發病率,如因Na+攝入過量而引起的心血管疾病等[19]。陽離子交換能力強弱,依據隨NaOH加入溶液pH的變化量,變化量越小陽離子交換能力越強[20]。由圖8可得,NaOH溶液滴入量在0～3 mL時,溶液的pH隨NaOH滴入量的增加而急劇增加;3～6 mL時,溶液pH隨NaOH溶液滴入量增加而緩慢增加;滴入量達到6 mL后幾組樣品溶液pH趨于一致。由表3可知,各樣品之間的pH變化均達到了差異顯著的程度,說明發酵不同時間所得產品的陽離子交換能力的差異性顯著(p<0.05),對照組pH增加量顯著低于發酵組,這說明麩皮經過發酵后,其化學結構發生變化,膳食纖維側鏈基團減少,從而陽離子交換能力降低,且隨發酵時間增加這種改變越明顯,因此導致隨發酵時間增加麩皮陽離子交換能力顯著下降。

對照組發酵12h發酵24h發酵36h3.87±0.10a4.25±0.06b4.40±0.06c4.58±0.05d

2.4蛋白質含量分析

由圖9可知,對照組蛋白質含量顯著低于發酵組,說明利用酵母發酵麩皮可以提高麩皮的蛋白質含量,是因為添加酵母后,麩皮中的淀粉等可利用的碳水化合物被分解利用,使其相對含量降低,從而提升了蛋白質相對含量,即發酵后可使麩皮蛋白質含量的提高量達79.8%,這對于麩皮的綜合利用更具現實意義。由發酵12 h延長至24 h,蛋白質含量顯著提高,但發酵時間延長至36 h與發酵24 h蛋白質含量差異不顯著,是因為發酵至24 h后,可利用的碳水化合物被消耗完,從而蛋白質含量保持不變。

圖9　蛋白質含量與發酵時間的關系Fig.9　Relationship between protein content and fermentation time

3　結論

發酵24 h后麩皮感官風味明顯改善,由原來不可接受苦澀味變成讓人愉悅的米酒芳香味;同時理化性質也發生改變,pH下降,GDRI得到提高,但陽離子交換能力有所下降;尤其變化較大的為蛋白質含量,發酵后麩皮蛋白質含量增加了79.8%。綜上所述,麩皮經過酵母發酵,食用品質得到改善,可望將其應用于食品工業中,提高麩皮的應用價值。

[1]APPRICH S,TIRPANALAN ?,HELL J,et al. Wheat bran-based biorefinery 2:Valorization of products[J]. LWT-Food Science and Technology,2014,56(2):222-231.

[2]STEVENSON L,PHILLIPS F,O’SULLIVAN K,et al. Wheat bran:its composition and benefits to health,a European perspective[J]. Int J Food Sci Nutr,2012,63(8):1001-1013.

[3]包成龍,許曉燕,劉博文. 小麥麩皮營養成分和綜合利用[J]. 糧食與油脂,2014,27(8):58-60.

[4]湯衛東,吳敬濤,趙丹. 麥麩超微粉對面團特性及制品品質的影響[J]. 食品科學,2010,31(19):204-208.

[5]黃晟,朱科學,錢海峰,等. 超微及冷凍粉碎對麥麩膳食纖維理化性質的影響[J]. 食品科學,2009,30(15):40-44.

[6]周利茗,羅松明,張志清. 模糊數學方法應用于麥麩香茶研制[J]. 食品科學,2013,34(17):61-64.

[7]陳洪偉,葉淑紅,王際輝,等. 混菌固態發酵麩皮制備蛋白飼料的研究[J]. 中國釀造,2011(6):74-77.

[8]徐亞丹,王俊,趙國軍. 基于電子鼻的對摻假的“伊利”牛奶的檢測[J]. 中國食品學報,2006,6(5):111-118.

[9]鄒慧琴,劉勇,林輝,等. 電子鼻技術及應用研究進展[J]. 傳感器世界,2011(11):6-11.

[10]曲宏宏,段文艷,唐學燕,等. 不同樣品采集方法對米糠風味物質測定的影響[J]. 食品工業科技,2013,34(4):84-88.

[11]Fuentes-alventosa J M,Rodr Guez-guti Rrez G,Jaramillo-carmona S,et al. Effect of extraction method on chemical composition and functional characteristics of high dietary fibre powders obtained from asparagus by-products[J]. Food Chemistry,2009,113(2):665-671.

[12]魏曉明,符紅,萬幼平. 硫酸蒽酮比色法測定鹿龜酒中多糖的含量[J]. 中成藥,2000,22(5):62-64.

[13]周一冉. 年產500噸紅薯渣膳食纖維生產線設計及產業化實施[D].南昌:南昌大學,2011.

[14]中華人民共和國衛生部. GB 5009.5-2010中國標準書號[S].北京:中國標準出版社,2010.

[15]熊海燕,李瑩. 不同果汁發酵液中酵母菌生長曲線的測定及pH的變化[J]. 農產品加工(學刊),2009(4):26-27.

[16]金建昌.茭白殼中不溶性膳食纖維的研究[D].杭州:浙江大學,2006.

[17]鄭建仙.膳食纖維及其生理功能[J].糧食與油脂,1994(1):1-3.

[18]李麗. 小麥膳食纖維品質研究[D].武漢:武漢工業學院,2009.

[19]歐仕益,高孔榮,吳暉.麥麩膳食纖維清除金屬離子的研究[J].食品科學,1998,19(5):7-10.

[20]黃清霞,雷激,李華鑫,等. 高生物活性檸檬膳食纖維的功能特性研究[J]. 食品工業科技,2012,33(5):226-229.

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，碩士研究生，研究方向：食品科學，E-mail：1213193763@qq.com。

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

四川省科技廳(2014NZ0078，2015ZYZF0107)；四川省經信委(2015ZYZF0107)；四川省教育廳重點項目(13ZA0029)；西華大學人才基金項目(R0910507)；西華大學食品生物技術省級重點實驗室開放基金，西華大學研究生創新基金資助項目(ycjj2015022)；西華大學“西華杯”項目(2016)。

TS209

A

1002-0306(2016)10-0231-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.038