植物乳桿菌發酵對富硒發芽糙小米飲料風味特征的影響

周大宇，門雨薇，金子燦，華正瑩，楚彩云，薛井生，盧丙軒，馬濤*

（1.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧錦州 121013；2.葫蘆島后峪生態農業科技有限公司，遼寧葫蘆島 125001；3.遼寧寨香生態農業股份有限公司，遼寧本溪 117007）

近年來，隨著我國經濟水平不斷提高，食材的精細化加工在具有良好風味口感的同時，造成大量營養素的損失，導致我國高血壓、高血糖和高血脂的發病率逐年上升，因此營養全面的全谷物類食品受到消費者的廣泛關注。粟米又稱糙小米、谷子，屬禾本科植物，卵圓形籽實，粒小多為黃色，去殼后俗稱小米[1]。與小米相比，糙小米由胚乳、胚芽和皮層組成，含有更豐富的功能性營養元素，但糙小米富含纖維的皮層使籽粒不易炊熟，產品風味口感不佳，因此采用現代集成技術改善糙小米的感官品質具有重要意義。

硒是人體必需的微量營養元素，富硒食品在發揮功能作用的同時，對食品的風味也起到改善作用。Gao等[2]研究發現以富硒大豆為原料釀制醬油，可顯著提高醬油的口感和芳香性化合物含量。發芽是提高谷類感官品質的重要手段，谷物發芽過程中，多糖和蛋白質轉化為寡糖和氨基酸，并提升谷物的風味與口感[3]。Sun 等[4]研究發現，以發芽糙米為原料制成的饅頭，感官品質顯著提高，其他醇類香氣成分顯著增多。仲夢涵等[5]研究發現，烘烤發芽大麥茶產生的揮發性風味物質與未發芽大麥茶相比香氣種類更加豐富，風味更好。益生菌被廣泛應用于食品中，改善食品風味與營養。植物乳桿菌屬于乳酸桿菌科中的乳酸桿菌屬，革蘭陽性兼性厭氧發酵，被廣泛地應用于乳酸菌飲料、酸奶、發酵調味料等食品中，提升產品風味品質；Wang等[6]研究中發現，經過植物乳桿菌發酵的米糠和麥麩異味風味含量減低。基于上述研究，本試驗分別以富硒發芽糙小米、富硒糙小米、發芽糙小米以及普通糙小米為原料通過感官評定、氣相色譜?質譜聯用（gas chro?matography?mass spectrometry，GC?MS）和電子舌、電子鼻技術，分析植物乳桿菌發酵對糙小米飲料風味特征的影響，以期為進一步開發高質量富硒發芽糙小米食品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙小米、富硒糙小米：葫蘆島后峪生態農業科技有限公司；中溫α?淀粉酶（酶活10 000 U/g）、植物乳桿菌550：四川高福記生物科技有限公司；MRS 肉湯培養基：青島高科園海博生物技術有限公司；無水氯化鈣、磷酸氫二鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；氯化鈉（分析純）：遼寧泉瑞試劑有限公司；環己酮（分析純）：上海晶純生化科技股份有限公司

1.2 儀器與設備

PL303 電子天平：梅特勒?托利多儀器（上海）有限公司；PEN3 電子鼻、SA402B 電子舌：日本Insent 公司；DF?101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鄭州長城基金科工貿有限公司；7890A 氣相色譜?質譜聯用儀、HP?5MS 彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：美國安捷倫科技有限公司；50/30μm DVB/CAR/PDMS 萃取頭、20 mL 頂空鉗口樣品瓶、固相微萃取裝置：美國Supelco 公司；SPX?150B?Z 生化培養箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

1.3 方法

1.3.1 發芽糙小米、富硒發芽糙小米的制作

參考華正瑩等[7]的方法并稍作改動。將洗凈除雜后的糙小米、富硒糙小米在3.5 mmol/L CaCl2溶液、35 ℃條件下恒溫浸泡13 h 后，在31 ℃下恒溫發芽48 h，得到發芽糙小米和富硒發芽糙小米。

1.3.2 糙小米飲料的制作

參考郭敏等[8]的方法并稍作改動。洗凈除雜后的糙小米制粉，過80 目篩，加水[料液比為1∶12（g/mL）]，100 ℃糊化20 min，調pH 值至6.4 后加入中溫α?淀粉酶，90 ℃酶解50 min，殺菌、冷卻后即為糙小米飲料。富硒糙小米、發芽糙小米以及富硒發芽糙小米的飲料制備方式與上述相同。

1.3.3 糙小米發酵飲料的制作

參考侯金麗[9]的方法并稍作改動。菌種活化及母發酵劑的制備：植物乳桿菌菌粉按0.1%的質量比接種于MRS 肉湯培養基中，37 ℃培養12 h，再以3%（體積分數）接種于試管MRS 肉湯培養基中37 ℃培養12 h，兩次活化后活菌數達到9×109CFU/mL 以上。將上述母發酵劑按2%接種量加入糙小米飲料，再加入3%蔗糖，37 ℃恒溫發酵10 h，即得糙小米發酵飲料。富硒糙小米、發芽糙小米以及富硒發芽糙小米的植物乳桿菌發酵飲料制備方式與上述相同。

1.3.4 感官分析

將樣品按照GB/T 29605—2013《感官分析食品感官質量控制導則》[10]中所述的方法設置感官評價的指標，選取10 名評價員，男女比例1∶1。經基本味道識別能力、觀察閾、識別閾培訓后，對氣味、滋味、組織狀態3 個方面進行感官品評、打分，采用百分制，感官評價標準見表1。

表1 糙小米飲料感官評價標準Table 1 Sensory evaluation of brown millet beverage

1.3.5 電子鼻分析

電子鼻測定：參考李東紅等[11]的方法并稍作修改。取10 mL 樣品于樣品瓶中，用3 層保鮮膜密封，平衡20 min 后，進行氣味測定。電子鼻清洗時間為100 s，樣品準備時間為5 s，檢測時間為120 s，進行3 次重復試驗。電子鼻的傳感器是由10 種金屬氧化物半導體型化學傳感元件組成，不同傳感器的性能描述如表2所示。

表2 PEN3 便攜式標準傳感器陣列及性能Table 2 PEN3 portable standard sensor array and its performance

1.3.6 電子舌分析

用電子舌進行味覺分析，味覺傳感器由5 個測試傳感器和2 個參考傳感器組成，其中重要的5 個測試傳感器為CT0、CA0、C00、AAE 和AE1，分別代表咸、酸、苦、鮮和澀味。取60 mL 樣品抽濾過膜后置于樣品杯中進行測定，每個樣品測試4 次，取3 次穩定數據進行分析。為了減小測量誤差，其余的樣品槽放置正負電極液和基準液。

1.3.7 GC?MS 檢測

參考宋虹等[12]的方法并稍作修改。

樣品處理：取5.0 g 樣品放入15 mL 帶聚四氟乙烯隔膜的頂空瓶中，加入1.8 g NaCl，再加入10 μg 環己酮，混合均勻。55 ℃恒溫水浴平衡10 min，再把固相微萃取手動進樣柄的針頭插入頂空瓶中。將纖維伸出置于樣品上空的氣體中萃取45 min，然后縮回纖維將萃取頭拔出頂空瓶并立即插入氣相色譜?質譜進樣口。再次伸出纖維在250 ℃條件下進行5 min 解吸。縮回纖維拔出萃取頭，開始采集數據進行分析。

色譜條件：分離柱HP?5MS 彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度250 ℃；載氣He；載氣流速0.8 mL/min；不分流進樣；升溫程序：柱箱初始溫度35 ℃保持3 min，以2 ℃/min 升至65 ℃，再以3 ℃/min 升至110 ℃，再以10 ℃/min 升至230 ℃保持7 min。

質譜條件：離子化模式為電子電離（electron ioniza?tion，EI）；電子能70 eV；離子源溫度200 ℃；發射電流200 μA；傳輸溫度250 ℃；檢測氣壓350 V；數據采集為全掃描。

內標法定量分析：保留匹配度大于800 的物質，根據色譜峰面積計算揮發性化合物的含量，樣品中揮發性化合物含量的計算公式如下。

式中：M為揮發性化合物含量，μg/100 g；S1為待測化合物的色譜峰面積；S2為內標物的色譜峰面積；m1為樣品質量，g；m2為內標質量，μg。

1.4 數據處理

采用Excel 和SPSS 19 進行數據統計分析，運用方差分析法（analysis of variance ，ANOVA）進行顯著性分析；采用Origin 9.0 軟件對電子鼻與電子舌響應值做雷達圖，并進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 感官評定結果

對糙小米飲料、糙小米發酵飲料、富硒糙小米飲料、富硒糙小米發酵飲料、發芽糙小米飲料、發芽糙小米發酵飲料、富硒發芽糙小米飲料、富硒發芽糙小米發酵飲料8 種糙小米飲料分別按S1～S8 命名。評價員對8 種糙小米飲料樣品的組織狀態、甜味、酸味、鮮味和米香味的感官評定結果見圖1。

圖1 糙小米飲料的感官雷達圖Fig.1 Sensory radar map of brown millet beverage

由圖1 可知，糙小米飲料在不同方式處理下，感官評定有較大差異，S1 糙小米飲料的組織狀態、甜味、酸味、鮮味和米香味都是最低；S4 富硒糙小米發酵飲料的組織狀態、甜味強度和酸味強度較高；S8 富硒發芽糙小米發酵飲料的組織狀態和整體風味較好。

2.2 電子舌分析

電子舌通過模擬人體的舌器官實現對味覺物質快速、準確地檢測識別[13]。8 種糙小米飲料特征信號響應值如圖2所示。

圖2 糙小米飲料電子舌傳感器響應雷達圖Fig.2 Response radar map of electronic tongue sensor of brownmillet beverage

由圖2 可知，糙小米飲料酸味較弱，苦味與苦味的回味明顯高于S2～S8。糙小米含有更多的多酚黃酮類物質，可能是糙小米飲料苦澀味更重的原因[14]。富硒對糙小米飲料的影響不明顯。發芽會使糙小米飲料鮮味和咸味稍有減弱。經植物乳桿菌發酵后的飲料酸味要高于未發酵飲料，可能是植物乳桿菌可通過進一步生物轉化醇、醛、酸等化合物的原因，此外發酵后飲料的苦味、澀味、苦味的回味、澀味的回味降低，豐富度和咸味變化不明顯[15]。

2.3 電子鼻分析

電子鼻系統對于樣品的揮發性風味物質很靈敏，不同物質輕微的變化即可通過傳感器響應值反映。8 種糙小米飲料的電子鼻雷達圖如圖3所示。

圖3 糙小米飲料香氣成分響應值電子鼻雷達圖Fig.3 Electronic nose radar map of response values of aroma components of brown millet beverage

圖3 中每一條直線代表著一個傳感器的相對電阻率（G/G0 或G0/G）的變化情況。由圖3 可知，不同飲料的風味輪廓之間存在差異，說明8 種飲料的揮發性物質有一定程度的不同。在電子鼻的10 個傳感器中，R1、R2、R6、R7、R8、R10 號傳感器的響應值變化較為明顯，表明傳感器對糙小米飲料的芳香化合物、氮氧化物、碳氫化物、硫化氫、醇類、烷烴等揮發性成分較靈敏。通過R1、R2、R6 號傳感器的變化規律可以看出，發芽使糙小米飲料芳香化合物、氮氧化物、碳氫化合物升高，而富硒使糙小米飲料芳香化合物、氮氧化物、碳氫化合物降低。

2.4 頂空固相微萃取?GC?MS 分析

8 種糙小米飲料揮發性組分的分析結果如表3所示，風味物質含量變化如表4所示。

表3 糙小米飲料揮發性組分的分析結果Table 3 Analysis results of volatile components of brown millet beverage

表4 風味物質含量變化Table 4 Change in flavor substance contentμg/100 g

由表3、表4 可知，8 種糙小米飲料在發酵過程中揮發性風味物質種類和含量差異較大，共檢測出揮發性物質42 種，主要包括醛類（7 種）、醇類（12 種）、烷類（4 種）、酸類（9 種）、酚類（4 種）、酮類（4 種）、酯類（2 種）。其中醛類物質通常是由酸和酯轉化而來，閾值較低，對風味貢獻較大[16]。不同處理方式的糙小米在發酵過程中其風味物質的種類和含量有所不同[17]，S1 糙小米飲料共檢測出13 種揮發性風味物質，經植物乳桿菌發酵后，S2 糙小米發酵飲料共檢測出13 種揮發性風味物質，其中酸類作為發酵的產物，種類增加，含量由0 增長為28.17 μg/100 g，但并未檢測出醛類物質。正己醇為豆腥味成分，在S2 糙小米發酵飲料中含量明顯降低，飲料風味改善。S3 富硒糙小米飲料風味物質的種類與S1 糙小米飲料明顯不同，其醛類、醇類、烷類、酸類等種類較少，但發酵后，風味物質的種類明顯增加，同時酸類和酚類含量明顯增加，酸類由5.92 μg/100 g 增加至93.71μg/100，酚類由100.69μg/100 g 增加至530.75μg/100 g，對飲料的風味有一定的貢獻，如具有香甜和香莢蘭豆萃取物的香氣的4?乙烯基苯酚[18]。S5 發芽糙小米飲料各類化合物含量均減少。但具有特殊揮發性氣味且具有較大風味貢獻的化合物種類增加，使得發芽后的糙小米飲料味道更加豐富；與S5 發芽糙小米飲料相比，S6 發芽糙小米發酵飲料檢測出了奶酪香的壬酸和果香的辛酸。S8 富硒發芽發酵糙小米飲料中檢測出23 種揮發性風味物質，與S7 未發酵的富硒發芽糙小米飲料相比，呈香物質2?乙基?1?己醇、壬酸和4?乙烯基苯酚等含量明顯增加，其中2?乙基?1?己醇賦予樣品花香味，對樣品風味有較大貢獻[19]；壬酸在未發酵的富硒發芽糙小米飲料中未被檢出，但賦予富硒發芽糙小米發酵飲料奶酪香氣[20]；肖彤等[21]研究中發現，己醛是引起豆腥味的揮發性成分，但在富硒發芽糙小米發酵飲料中并未檢出。乙偶姻作為發酵香氣的主要成分，存在于發酵過的樣品中，其令人愉悅、柔和的奶香確保了發酵飲料的基本風味[22]。

2.5 聚類分析

采用系統聚類分析方法并結合熱圖進一步探索不同處理的糙小米飲料揮發性風味物質的差異，不同處理的糙小米飲料的揮發性風味物質聚類分析結果如圖4所示。

圖4 糙小米飲料熱圖分析Fig.4 Analysis of heat map of brown millet beverage

由圖4 可知，熱圖可直觀展示鑒定出的42 種化合物在不同品種中的分布規律，圖中顏色由深到淺表示化合物含量由高到低，顏色越深表示化合物含量越高，顏色越淺表示化合物含量越低。聚類分析結果表明：把8 種不同處理的糙小米飲料分為3 類，S1 糙小米飲料為單獨一類，醛類物質含量較高，不良風味較多，與其他樣品揮發性風味物質差異較大；S2 糙小米發酵飲料、S6 發芽糙小米發酵飲料、S3 富硒糙小米飲料、S7富硒發芽糙小米飲料和S5 發芽糙小米飲料為一類，此類樣品中揮發性物質較接近，如產生了壬酸、乙偶姻等風味好的物質，但仍能檢測出具有豆腥味的正己醇，這與前面結果相一致；S4 和S8 為一類，證明S4 和S8 中揮發性物質較接近，如壬酸、乙偶姻等含量較高，但在S8 中并未檢測出豆腥味的正己醇，證明發芽后飲料風味要優于未發芽飲料，這與陸晨浩等[23]研究結果一致。

3 結論

采用感官評定以及電子鼻、電子舌和GC?MS 技術，對不同處理的糙小米飲料進行分析。感官評定結果表明，不同處理的糙小米飲料感官評價差異明顯。電子舌和電子鼻測定結果表明，經發酵后的飲料苦味、澀味、苦味的回味、澀味的回味要低于未發酵飲料，從試驗結果可以看出，發酵在改良富硒發芽糙小米飲料滋味上具有可行性。應用GC?MS 技術結合聚類分析，結果表明，發芽使飲料風味豐富而減少糙小米的不良氣味，從而改善樣品氣味，富硒使揮發性物質含量均有所增加，但檢測出的化合物種類減少；飲料發酵過程中產生了新的芳香性物質如1?辛烯?3?醇、乙偶姻、壬酸等，賦予糙小米飲料蘑菇香、奶香，是富硒發芽糙小米發酵飲料的主要風味物質。相比之下，富硒發芽糙小米發酵飲料的風味與口感都更有優勢，營養更加豐富，因此具有較大的發展前景。本研究解決糙小米口感差的問題，有助于開發更多營養豐富、口感好的全谷物產品。