天然辛香料對桐柏豆筋防腐保鮮效果的研究

李 霞，劉尚軍，郭萌萌

南陽理工學院 生物與化學工程學院,河南省工業(yè)微生物資源與發(fā)酵技術(shù)重點實驗室,河南 南陽 473000

桐柏豆筋是以桐柏縣“世界野生大豆自然保護區(qū)”境內(nèi)種植的大豆為原料，經(jīng)浸泡、打漿、煮沸、成膜、挑膜、干燥等工序制成的豆制品。桐柏豆筋富含多種營養(yǎng)素，有“軟黃金”之稱，其蛋白質(zhì)含量高于肉、蛋、奶。根據(jù)新鮮程度和水分含量，桐柏豆筋有干豆筋和濕豆筋之分。干豆筋保存的時間較長，食用前需泡發(fā)；濕豆筋口感好，可以直接食用，但保質(zhì)期短，不易保藏，限制了該類產(chǎn)品的推廣及新產(chǎn)品開發(fā)。

辛香料是常用的天然植物調(diào)味品，賦予食品特定的風味。辛香料中含有的酚類、酮類、硫醚類等化合物具有一定的抑菌殺菌效果[1-4]，可明顯延長食品的保存期限。國內(nèi)外對天然辛香料在防腐保鮮方面的研究主要集中在以下幾個方面：防腐保鮮機理的研究，主要是辛香料主成分對微生物細胞膜功能[5-7]、細胞代謝[5]、細胞壁的影響和抗氧化作用[8-10]；抑蟲殺蟲作用，辛香料對稗蟲、虱蟲等昆蟲有明顯的抑制或殺滅作用[11-12]；主要抑菌成分及抑菌對象的研究[13]；抗菌活性研究，包括體內(nèi)和體外抗菌活性[14-16]、抗菌濃度、抑菌濃度等。馬同鎖等[17]研究表明八角、茴香、辣椒、丁香等的提取液對霉菌的抑菌效果一般，但可以明顯抑制細菌的生長。吳傳茂等[18]研究發(fā)現(xiàn)丁香提取液對常見食品腐敗菌(如細菌、真菌和酵母菌)均有很強的抑制效果。張雪松[19]研究了花椒、辣椒、大蒜和生姜油樹脂對大腸桿菌和酵母菌的抑制效果，結(jié)果表明4種辛香料油樹脂均具有較強的抑菌活性。

利用辛香料對豆筋類產(chǎn)品進行防腐保鮮的研究尚未見報道。作者研究了9種天然辛香料提取液對濕桐柏豆筋的防腐保鮮效果，旨在探索濕豆筋的天然保鮮技術(shù)，為其產(chǎn)品推廣和新產(chǎn)品開發(fā)提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 材料和試劑

桐柏豆筋：桐柏縣“盤古爺”豆筋制品有限公司；桂皮、辣椒、八角、花椒、小茴香、肉桂、丁香、姜、蒜：張仲景大藥房。

蛋白胨肉湯(固態(tài))培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術(shù)有限公司。 乙醇：食品級，天冠集團。

1.2 儀器與設備

LDZM-80KCS-II型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；LRHS-300-II型恒溫恒濕培養(yǎng)箱、MJ-300-II型霉菌培養(yǎng)箱：上海躍進醫(yī)療器械有限公司；XSP-BM-8C型生物顯微鏡：上海彼愛光學儀器制造有限公司；IP67型游標卡尺：上工工具廠股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 天然辛香料的篩選

分別將9種天然辛香料(八角、丁香、桂皮、肉桂、辣椒、小茴香、姜、蒜、花椒)粉碎，按液料比10∶1(mL/g)加水，70 ℃水浴2 h后抽濾，濾液備用。將濕豆筋浸入濾液，室溫(25 ℃)放置，觀察保存情況，通過比較保鮮時間(以菌落總數(shù)不超過1×105cfu/g為準)對天然辛香料進行篩選。

1.3.2 提取劑種類對抑菌圈的影響

分別稱取10 g粉碎的八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香，按液料比10∶1(mL/g)，分別加入水、75%乙醇和乙醚，70 ℃水浴1.0 h后抽濾，濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后密封保存。以抑菌圈直徑為指標選擇合適的提取劑。

1.3.3 單因素試驗

分別稱取10 g粉碎的八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香，以抑菌圈直徑為指標，考察乙醇體積分數(shù)(30%、45%、60%、75%、90%)、液料比(8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1)、浸提溫度(60、70、80、90、100 ℃)、浸提時間(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h)對提取效果的影響。

1.3.4 正交試驗

以單因素試驗為基礎，選擇八角、丁香和辣椒3種原料，以乙醇體積分數(shù)(A)、液料比(B)、浸提溫度(C)和浸提時間(D)為因素，設計正交試驗進行提取工藝的優(yōu)化。

1.3.5 提取液對濕桐柏豆筋的保鮮效果研究

模擬室溫(25 ℃)、微生物最適生長溫度(37 ℃)和夏季運輸溫度(45 ℃)，進行保鮮試驗，以未經(jīng)任何防腐的濕豆筋為對照，間隔8 h測定菌落總數(shù)，研究提取液對濕豆筋的保鮮效果。

1.3.6 檢測方法

菌落總數(shù)測定采用平板菌落計數(shù)法，抑菌圈直徑測定采用藥敏紙片法[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 辛香料種類的影響

八角、丁香、桂皮、肉桂、辣椒、小茴香、姜、蒜、花椒的浸提液保鮮濕豆筋的時間分別為6、6、4、4、7、5、4、4、2 d。姜和蒜的浸提液風味過于濃郁，接受性差，且揮發(fā)性過強導致保鮮時間較短。綜合考慮保鮮效果和原料價格，最終選用八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香5種天然辛香料進行抑菌活性研究。

2.2 提取劑種類的確定

圖1為3種提取劑對辛香料抑菌效果的影響，乙醚和乙醇的提取效果明顯優(yōu)于水，水對5種辛香料的提取效果較差，其抑菌圈直徑約為其他兩種提取液的70%～80%。這可能是由于辛香料中對防腐作用有效的成分在不同溶劑中的溶解性不同，導致提取液中有效成分種類和含量不同，最終使提取液的抑菌效果存在差異。綜合考慮抑菌效果、原料成本及溶劑特性，采用乙醇溶液作為提取溶劑。

圖1 提取劑種類對抑菌效果的影響Fig.1 Effect of extraction solvents on antibacterial effect of spices

2.3 單因素試驗

2.3.1 乙醇體積分數(shù)的影響

圖2 乙醇體積分數(shù)對抑菌效果的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on antibacterial effect of spices

乙醇體積分數(shù)對提取液抑菌效果的影響見圖2。5種辛香料的乙醇提取液抑菌圈直徑均隨著乙醇體積分數(shù)的增加而逐步增大，均在乙醇體積分數(shù)為75%時達到最大值，其中丁香的抑菌圈直徑為19.0 mm，是5種辛香料中最高的；當乙醇體積分數(shù)大于75%時，抑菌圈直徑變小。這是因為抑菌成分中有水溶性的也有醇溶性的[1]，改變乙醇體積分數(shù)會引起溶劑溶解性能的變化。

2.3.2 液料比的影響

溶劑量是決定溶出成分多少的重要因素，當溶劑量越大，溶出的有效成分越多，但同時回收溶劑時，會造成有效成分損失，溶劑量越大，損失的有效成分就越多，最終導致抑菌效果反而下降。如圖3所示，當液料比10∶1時，5種辛香料的提取液的抑菌圈直徑均達最大值，其中丁香的抑菌圈直徑最大，為19.0 mm。

圖3 液料比對抑菌效果的影響Fig.3 Effect of liquid-solid ratio on antibacterial effect of spices

2.3.3 提取溫度的影響

從圖4可以看出，當溫度低于80 ℃時，抑菌圈直徑均隨著溫度的升高而增加，在80 ℃時達到最大，其中丁香的抑菌圈直徑為19.8 mm，在5種辛香料中最高。當溫度高于80 ℃時，隨著溫度的升高抑菌圈的直徑緩慢減小。

圖4 提取溫度對抑菌效果的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on antibacterial effect of spices

2.3.4 提取時間的影響

圖5 提取時間對抑菌效果的影響Fig.5 Effect of extraction time on antibacterial effect of spices

提取時間對提取液抑菌效果的影響如圖5所示，當提取時間少于2.0 h時，5種辛香料提取液的抑菌圈直徑都與提取時間成正比關(guān)系；當提取時間超過2.0 h時，抑菌圈的直徑隨著時間的增加緩慢減小；在2.0 h時5種辛香料的抑菌圈直徑均達到最大，其中丁香的抑菌圈直徑最大，為20.5 mm。延長時間可充分提取辛香料中有效成分，但若提取時間過長，則會造成高溫條件下有效成分的氧化、分解、縮合等化學變化，最終使抑菌成分的抑菌能力下降。

2.4 濕豆筋保鮮條件的優(yōu)化

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇抑菌效果較好的八角、丁香和辣椒，以提取液抑菌圈直徑為指標，對提取工藝進行優(yōu)化，L9(34)正交試驗結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在影響八角、丁香和辣椒提取液的抑菌效果的因素中，乙醇體積分數(shù)影響均最大，接下來依次是液料比、提取溫度和時間。

表1 正交試驗設計和結(jié)果Table 1 Orthogonal experiment arrangements and results

八角、丁香和辣椒的最優(yōu)提取工藝條件分別為A2B2C3D2、A2B2C3D3和A2B2C1D2，即最佳溶劑均為75%乙醇、液料比均為10∶1，溫度分別為90、90、70 ℃，時間分別為2.0、2.5、2.0 h。在最優(yōu)提取工藝條件下進行驗證試驗，八角、丁香和辣椒提取液的抑菌圈直徑分別為19.6、20.7、20.4 mm，結(jié)果見圖6。3組試驗的抑菌效果均符合預期，可以使桐柏濕豆筋(室溫25 ℃)分別保存8、9、9 d。

圖6 優(yōu)化條件下辛香料的抑菌效果Fig.6 Antibacterial effect of spices under optimal conditions

2.5 提取液對濕桐柏豆筋的保鮮效果

在最優(yōu)提取工藝條件下，八角、丁香和辣椒提取液分別在室溫(25 ℃)、37 ℃和45 ℃的保鮮試驗結(jié)果顯示：濕豆筋可以保鮮的時間分別為8、9、9 d(25 ℃)，3、4、4 d(37 ℃)，4、5、5 d(45 ℃)。對照試驗(濕豆筋未做防腐處理)結(jié)果顯示，濕豆筋保鮮時間分別為3 d(25 ℃)、1 d(37 ℃)、1.5 d(45 ℃)。

3 結(jié)論

本文研究了天然辛香料對濕豆筋防腐保鮮效果的影響，結(jié)果表明：9種天然辛香料中八角、丁香、辣椒對濕桐柏豆筋的保鮮效果較為明顯；乙醇溶液作為提取劑最為合適。辛香料提取工藝條件優(yōu)化結(jié)果表明，乙醇體積分數(shù)對抑菌效果影響最大。八角、丁香和辣椒的最佳溶劑均為75%乙醇、液料比均為10∶1，最優(yōu)提取溫度分別為90、90、70 ℃，最優(yōu)提取時間分別為2.0、2.5、2.0 h，抑菌圈直徑分別為19.6、20.7、20.4 mm。最優(yōu)提取工藝條件下，八角、丁香、辣椒對濕豆筋具有較好的防腐保鮮效果，室溫分別保鮮8、9、9 d；37 ℃分別保鮮3、4、4 d；45 ℃分別保鮮4、5、5 d。