渥堆發酵牛蒡茶工藝條件的研究

于沛沛，屠玥之，許艷順，姜啟興，王斌，楊方，夏文水

（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

渥堆發酵牛蒡茶工藝條件的研究

于沛沛，屠玥之，許艷順，姜啟興，王斌，楊方，夏文水*

（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

對發酵牛蒡茶渥堆發酵工藝條件進行探究，以可溶性糖和總黃酮為特色指標，研究發酵量、水分含量、溫度、時間、接種量對發酵工藝的影響，通過單因素和正交優化試驗確定了最優發酵工藝。結果表明：最佳發酵條件為發酵量為1 000 g，含水量為40%，溫度60℃，接種量3.5%，渥堆發酵時間21 d，正交試驗中4個因素對綜合評分的影響依次為含水量＞溫度＞接種量＞時間。

渥堆發酵；牛蒡茶；發酵工藝

牛蒡是一種富含多種營養成分與生物活性成分的藥食兩用的高檔蔬菜，目前已有多種牛蒡相關產品被開發，尤以牛蒡茶品居多，但是現有牛蒡茶品一般由牛蒡茶片簡易風干或者烘烤制成，存在質量隱患，并且由于烘烤溫度較高，其營養物質容易流失，不利于牛蒡在日常飲食中發揮其營養功能作用，同時牛蒡茶口感發澀，淡而無味，無法完全消費者的口感需求。本論文利用接入黑曲霉定向人工發酵處理渥堆發酵，控制其發酵進程，縮短發酵周期，豐富了營養功效成分，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酵茶獨特的風味，在口感上滿足消費者的需求。為牛蒡資源的深度開發提供了一種新思路與理論依據[1]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮牛蒡（食品級）：市售；烘烤牛蒡茶（食品級）：天益食品（徐州）有限公司；黑曲霉CICC2169菌株：中國工業微生物菌種保藏中心；蘆丁標準品、水合茚三酮、鄰苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮（分析純）：上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

UV-1000紫外可見分光光度計：上海天美科學儀器有限公司；FW80高速全能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；LPH-50生化培養箱、PHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海-恒科技儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 黑曲霉菌液的制備

以牛蒡粉為碳源，添加量為35 g/L，氮源選擇蛋白胨20 g/L，添加NaCl 5 g/L，ZnSO40.5 g/L時用醋酸鹽緩沖液調節pH值為6.0，接種量為18 g/L在35℃下以200 r/min的搖瓶轉速培養4 d后制成黑曲霉種子液，用作后續發酵牛蒡茶的人工接種的試驗菌株。

1.2.2 發酵牛蒡茶的工藝流程

1.2.3 單因素試驗

控制牛蒡樣品品質和環境濕度為不變因素，對發酵條件中的水分含量、黑曲霉接種量、發酵量、溫度及時間分別進行單因素試驗，單因素每個變量設置4到5個水平，分析發酵牛蒡茶的功能性成分指標（包括總黃酮和可溶性糖）含量，具體如下。

1.2.3.1 發酵量對牛蒡茶渥堆發酵的影響

分別控制 250、500、1 000、1 500、2 000，為不同裝樣量，整個發酵堆控制含水量在40%，初始溫度為50℃，渥堆發酵時間選擇在20 d，接種量為2%。

1.2.3.2 含水量對牛蒡茶渥堆發酵的影響

分別控制15%、25%、30%、40%、50%為不同接種量，控制整個發酵堆的裝罐量在1 000 g，初始溫度為50℃，渥堆發酵時間選擇在20 d，接種量為2%。

1.2.3.3 溫度對牛蒡茶渥堆發酵的影響

分別控制 30、40、50、60、70 ℃為不同溫度，控制整個發酵堆的裝罐量在1 000 g，整個發酵堆控制含水量在40%，渥堆發酵時間選擇在20 d，接種量為2%。

1.2.3.4 接種量對牛蒡茶渥堆發酵的影響

分別控制 0%、1%、2%、3%、4%、5%為不同接種量，控制整個發酵堆的裝罐量在1 000 g，初始溫度為50℃，渥堆發酵時間選擇在20 d。

1.2.3.5 發酵時間

控制 14、16、18、20、22、24 d 為不同發酵時間，控制整個發酵堆的裝罐量在1 000 g，含水量為40%，初始溫度為50℃，接種量為2%。

1.2.4 正交優化試驗

按照單因素試驗結果，以不同含水量（A）、溫度（B）、時間（C）、接種量（D）條件做L9（34）試驗，以牛蒡中含有的可溶性糖含量和總黃酮含量為指標進行綜合評價，確定最佳渥堆發酵牛蒡茶正交水平因素表，見表1。

綜合分=牛蒡中可溶性糖隸屬度×0.5+總黃酮隸屬度×0.5

表1 發酵牛蒡茶渥堆發酵正交水平因素表Table 1 The orthogonal horizontal factor table of fermentation burdock tea

可溶性糖含量的測定：蒽酮比色法，參照NY/T 1278-2007《蔬菜及其制品中可溶性糖的測定銅還原碘量法》。

總黃酮含量的測定：牛蒡中總黃酮含量的測定根據NY/T 2010-2011《柑橘類水果及制品中總黃酮含量的測定》的方法做進一步改進。繪制標準曲線后，精確吸取1.0 mL溶液放于10 mL的容量瓶中，同時根據標曲的繪制，對樣品的吸光度進行測定并帶入方程后，計算得出牛蒡中的黃酮類物質含量[2]。

2 結果與討論

2.1 發酵牛蒡茶發酵工藝參數的確定

2.1.1 渥堆發酵工藝條件的單因素試驗

2.1.1.1 不同發酵量對渥堆發酵牛蒡茶活性成分的影響

不同發酵量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響見圖1。

圖1 不同發酵量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響Fig.1 Effect of sample loading capacity on the soluble sugar and total flavonoids in burdock tea

當發酵量較高時，可溶性糖和總黃酮的含量前期隨著裝樣量的上升而升高，由于發酵量的上升，微生物繁殖旺盛，在生化反應過程中可以將大分子化合物分解成可溶性糖，同時在纖維素酶等一系列酶的生化作用下加快了牛蒡中黃酮類物質的析出[3]，在1 000 g下各種成分的組分達到一個最適宜的狀態，所以后續渥堆發酵過程中選擇1 000 g發酵量進行發酵。

2.1.1.2 不同水分含量對渥堆發酵牛蒡茶活性成分的影響

不同水分含量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響見圖2。

圖2 不同水分含量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響Fig.2 Effect of on the moisture on the soluble sugar and total flavonoids in burdock tea

初始潮水量的增加可以加快微生物的繁殖和一系列生化反應的進行，后期由于水分含量的過度上升時會導致厭氧細菌的大量滋生，同時茶片也會變軟，外形的感官質量也會隨之下降，所以應選擇適宜的水分含量進行渥堆發酵。含水量增加使黑曲霉產菊粉酶活性增加，可以分解菊粉產生一些小分子果糖導致可溶性糖含量增加，合適的水分含量不僅有利于黑曲霉的穩定生長，同時也有利于酵母菌的生長，酵母菌可以在厭氧環境下將大分子糖分解成可溶性糖，同時總黃酮含量也呈現出上升趨勢。綜上，相對過高和過低的水分含量對于渥堆發酵過程中微生物的生長繁殖都有消極影響，因此選擇30%～40%作為水分含量的單因素考察指標[4]。

2.1.1.3 不同溫度對渥堆發酵牛蒡茶活性成分的影響

不同溫度對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響見圖3。

從圖3中可以看出，隨著溫度逐漸升高，微生物在相對適宜的條件下繁殖迅速，酶活力也達到最大，所以在相對高溫高濕的環境下，微生物的生長旺盛，對于將大分子碳水化合物分解成可溶性糖和黃酮類活性物質的增加是有利的，另一方面如果發酵牛蒡茶的中心溫度不夠高，會導致微生物活動不劇烈，會使得發酵程度不十分明顯，另一方面，溫度太高會導致渥堆發酵中水分蒸發含量嚴重下降，同樣不利于發酵的進行，所以，單因素條件下選擇50℃～60℃作為適合溫度的考量[5-7]。

圖3 不同溫度對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響Fig.3 Effect of temperature on the soluble sugar and total flavonoids in burdock tea

2.1.1.4 不同接種量對渥堆發酵牛蒡茶中活性成分的影響

不同接種量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響見圖4。

圖4 不同接種量對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響Fig.4 Effect of inoculum on the soluble sugar and total flavonoids in burdock tea

從圖4中可以看出，隨著接種量的增多，微生物發生了一系列的生化反應以及酶促反應激烈，可溶性糖含量隨著接種量的增加呈現出先上升后下降的趨勢，可以認為是由于接種量的增多帶來了生化反應的劇烈，酶活力也隨之增加，可以將大分子糖分解成可溶性糖，后期進入一個平緩期，是由于微生物自身也需要一些消耗成糖類物質[8-9]。同時黃酮類物質在后期由于發生氧化、聚合、偶聯等反應生成其他的有色類物質，構成了牛蒡茶湯色紅亮的原因，黃酮類物質的氧化也是有利于后期發酵牛蒡茶滋味的形成。綜合考量，微生物的接種量不宜過高，接種量太高會導致外觀上的不美觀，掛滿白霜不有利于產品的擴大化生產，并且接種量過高時功能性成分并沒有顯著增加，而微生物含量過低時渥堆發酵程不明顯，發酵效果不好，所以選擇2.5%～3.5%作為單因素區間進行考量[10-11]。

2.1.1.5 不同發酵時間對渥堆發酵中牛蒡活性成分的影響

不同發酵時間對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響見圖5。

圖5 不同發酵時間對牛蒡茶中可溶性糖和總黃酮含量的影響Fig.5 Effect of time on the soluble sugar and total flavonoids in burdock tea

在發酵的前期過程中，微生物產生的酶類物質將大分子糖水解成可溶性糖，可溶性糖含量呈現出明顯上升的趨勢，隨著時間的繼續增加，游離氨基酸的分解速率會大于前期蛋白質合成氨基酸的速率，所以游離氨基酸的變化趨勢呈現出一個相對平緩的趨勢[12-13]。隨著時間的延長，微生物的生長繁殖需要消耗掉一部分營養物質且生長速率也在放緩，活性物質的含量變化均進入一個相對平緩的時期，后期如果產品發酵時間過久，產品容易變軟影響質構和口感，所以應選擇20 d～22 d作為單因素最優時間考慮。

2.1.2 正交優化試驗結果

通過單因素試驗，選擇含水量、溫度、接種量、時間4個單因素試驗設計正交試驗L9（34）正交表，結果見表2和表3。

由表2和表3能夠看出，綜合可溶性糖含量和總黃酮含量比較其功能性成分，其最適渥堆反應條件：裝樣量為1 000 g時在含水量為40%，溫度60℃條件下，接種量為3.5%時渥堆發酵21 d，可以達到最佳發酵條件。4個影響因素中可以看出含水量的影響程度最大，同時溫度和接種量也對渥堆發酵的有一定程度的影響，時間的影響是最為不顯著的。

表2 正交試驗結果Table 2 The result of orthogonal test and range analysis

表3 結果方差分析Table 3 The result of analysis of Variance

對上述結果進行進一步分析，在顯著水平α=0.05下，可知F0.05（2，2）=19.00，顯然在顯著水平0.05上，可知含水量，溫度對結果有顯著影響，而在F0.01（2，2）=99，對于渥堆發酵而言含水量有非常顯著的影響。

2.2 正交試驗驗證分析

驗證正交中方案最優結果有效性，見表4。

表4 正交驗證試驗表Table 4 The table of orthogonal test

4種不同條件下的中總黃酮和可溶性糖含量見圖6。

圖6 4種不同條件下的中總黃酮和可溶性糖含量Fig.6 The contents of total flavonoids and soluble sugar in 4 different conditions

對正交得到最佳方案與正交表中的最優6號方案同時結合自然渥堆發酵和未發酵的牛蒡茶方案進行橫向比較分析，正交得到的最佳方案比較正交表中6號試驗結果高，最優方案中牛蒡中可溶性糖和總黃酮含量較自然渥堆發酵的含量均有一定程度的提高，因此最佳方案能夠明顯提高牛蒡根部中的生物活性成分含量，并能夠在牛蒡根部的一些普通營養成分消耗比較低的前提條件下顯著提高了牛蒡根部的食用價值。

3 結論

本文對發酵牛蒡茶渥堆發酵工藝條件進行了探究，以可溶性糖和總黃酮為特色指標，研究了發酵量，水分含量、溫度、時間、接種量對發酵工藝的影響，通過單因素和正交優化試驗確定了發酵工藝，結果表明：在裝樣量為1 000 g時在含水量為40%，溫度60℃條件，接種量為3.5%，渥堆發酵21 d時，正交試驗中4個因素對綜合評分的影響依次為含水量＞溫度＞接種量＞時間。對于渥堆發酵而言，在顯著水平0.05上，F0.05（2，2）=19.00，可知含水量，溫度，接種量對結果有顯著影響，而在F0.01（2，2）=99，對于渥堆發酵而言含水量有非常顯著的影響。

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Study on the Technological Conditions of Pile Fermented Burdock Tea

YU Pei-pei，TU Yue-zhi，XU Yan-shun，JIANG Qi-xing，WANG Bin，YANG Fang，XIA Wen-shui*
（College of Food Science&Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China）

The pile-fermentation conditions of burdock tea were explored in this article.The effect of the fermentation content，moisture content，temperature，time and inoculum on the fermentation technology was studied，based on the soluble sugar and total flavonoids as characteristic indexes.Furthermore，the optimal fermentation process was determined by single factor and orthogonal optimization test.The optimum fermentation conditions were as follows：the fermentation content was 1 000 g，water content was 40%，the temperature was 60℃，inoculum was 3.5%，and pile-fermentation time was 21 d.The influence of four factors on the comprehensive score in the orthogonal test was as follows：moisture content＞temperature＞inoculum ＞ time.

pile fermented；burdock tea；fermentation process

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.016

江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心資助項目

于沛沛（1983—），女（漢），實驗師，碩士，研究方向：食品加工與配料。

*通信作者：夏文水（1958—），男，教授，博士生導師。

2017-07-27