不同發酵時間對沙米甜醅營養、感官品質及其酚類物質抗氧化活性的影響

黃玉敏, 韓富娟, 韓立宏

(北方民族大學生物科學與工程學院,銀川 750021)

沙米是莧科沙蓬屬一年生草本植物沙蓬的籽粒,具有耐寒、耐旱、耐貧瘠等特點,適于生長在沙漠或沙化地帶[1],是優異的防風固沙先鋒植物,也是一種藥食兼用植物[2]。沙米富含蛋白質、粗脂肪、碳水化合物、礦物質等營養成分[3],其中Ca含量達到0.229 mg/g,顯著高于糜子、黃米、糯米和燕麥,Fe含量約為30.650 mg/kg,顯著高于黃米、糯米;Zn含量約15.735 mg/kg,顯著高于水稻、黃米和糯米[4],有益于降血糖[5,6]、抗氧化[7,8]、降血脂[9]等。代表性的傳統沙米食品有沙米轉刀面、沙米涼粉、沙米羊肉面等[10]。目前國內外也有關于沙米深加工食品相關的零星研究報道,例如沙米酸奶[11,12]、沙米復配代餐粉[13]和沙米粉條[14]。由于其優異的營養價值和保健功能,且不與水稻、小麥、燕麥等常規糧食爭奪種植土地,所以沙米被認為是潛在糧食作物[15,16]。因此,尋求經濟實效的沙米深加工途徑,開發高品質、低成本的沙米深加工食品,對于挖掘沙蓬的經濟價值,推進沙漠生態環境治理與農業經濟發展的有機結合具有非常重要的意義。

甜醅是我國寧夏、甘肅、陜西、青海等地區的民間傳統小吃[15]。傳統甜醅是以燕麥、蕎麥、青稞等谷物為原料,經過甜酒曲固態發酵而成的低酒精度的食品[18],其醅汁如糖水、醅粒似果肉、口感甘甜且帶有醇酒香味,有一定的降血脂和抗氧化能力[19]。本研究以沙米為原料,進行沙米甜醅制作,系統探究了不同處理時間所得沙米甜醅的營養價值、食用品質及其酚類物質抗氧化活性,以期為沙米資源的深加工利用及新型甜醅產品的研發和工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙米,產自騰格里沙漠甘肅省民勤地段(2021年秋收獲);甜酒曲。

氫氧化鈉,磷酸二氫鉀,鄰苯二甲酸氫鉀,磷酸氫二鈉,硼砂,冰乙酸,無水乙酸鈉,酚酞,濃硫酸,可溶性淀粉,鎢酸鈉,鐵氰化鉀,硫代硫酸鈉,甲醇;豬胰腺α-淀粉酶(50 U/mg),糖化酶(30～60 U/mg),葡萄糖苷酶(30～60 U/mg),D-G標準品,沒食子酸標準品,ABTS,DPPH,Folin-Ciocalteu,均為分析純。D-葡萄糖試劑盒(GOPOD)。

1.2 儀器與設備

H2050R-1高速冷凍離心機,BILON92-IIL超聲波細胞粉碎機,LGJ-10S真空冷凍干燥器,AL 104分析天平,CR-400/410色彩色差計,UV-5500分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 沙米甜醅制作

沙米與水的比例為1.0∶3.5(m/V),稱取150.0 g沙米,加入525.0 mL蒸餾水,4 ℃條件下浸泡1 h,下鍋蒸煮25.00 min,出鍋自然冷卻至25 ℃,加入0.3 g甜酒曲攪拌均勻,放入發酵箱在29 ℃和80%濕度條件下進行發酵。發酵時間分別設定為0、6、12、24、36、48、60 h。每個時間段發酵結束取出成品60 g立即進行測定,剩余部分冷凍干燥后磨粉過100目篩備用。

1.3.2 沙米甜醅pH變化

采用侯曼玲[21]的方法測定,沙米甜醅樣品搗碎勻漿后稱取5.00 g,量取50.00 mL煮沸冷卻后的蒸餾水加入其中,振蕩5 min后離心,離心參數設定為3 000 r/min 4 ℃。離心后取上清液用酸度計測定。

1.3.3 總酸含量測定

采用直接滴定法測定[22]。稱量40.00 g沙米甜醅樣品于150 mL三角瓶中,加入80 ℃的蒸餾水100 mL,沸水浴30 min,冷卻至室溫,轉移至250 mL容量瓶,使用煮沸冷卻后的蒸餾水定容,快速濾紙過濾。稱取40.00 g濾液,置于250 mL三角瓶中,加50.00 mL水和0.20 mL 1%酚酞指示劑,用0.01 mol/L NaOH標準滴定溶液滴定至微紅色且30 s不褪色,記錄消耗0.01 mol/L氫氧化鈉標準滴定溶液的體積,計算總酸含量。

1.3.4 還原糖含量測定

采用鐵氰化鉀法[23]進行測定。稱取沙米甜醅樣品5.00 g于100 mL錐形瓶中,依次加入5.00 mL 95%乙醇和50.00 mL乙酸緩沖液,振搖勻后立即加入2.00 mL 12%的鎢酸鈉溶液,振搖5 min。精確吸取樣品溶液0.50 mL于試管中,再精確加入5.00 mL鐵氰化鉀溶液,混勻后立即將試管浸入沸水浴中,并確保試管內液面低于沸水液面下3～4 cm,加熱20 min,取出試管用冷水浴冷卻。將試管內液體倒入100 mL錐形瓶中,用25.00 mL乙酸鹽溶液振洗試管后傾入錐形瓶中,加5.00 mL 10% 碘化鉀溶液,混勻后立即用0.10 mol/L硫代硫酸鈉溶液滴定至淡黃色,再加1.00 mL淀粉溶液,繼續滴定直至溶液藍色消失,記下消耗硫代硫酸鈉溶液體積,計算還原糖含量。

1.3.5 游離氨基酸含量測定

采用茚三酮比色法進行測定[24]。配制谷氨酸標準溶液,繪制標準曲線,然后根據標準曲線計算沙米甜醅凍干粉中游離氨基酸的含量。

1.3.6 總酚含量測定

采用福林酚法進行測定[25]。取2.50 g沙米甜醅凍干粉置于50.00 mL體積分數80%的甲醇溶液中,37 ℃水浴中振蕩取(120 r/min)2 h,接著室溫超聲30 min, 3 000 r/min 離心15 min得多酚提取液。精確稱取沒食子酸標準品0.011 0 g,用蒸餾水溶解并定容至100 mL,得質量濃度為0.110 0 mg/mL 的標準溶液,準確吸取0.00、0.50、1.00、1.50、2.00 mL分別置于25 mL的棕色容量瓶中,分別加蒸餾水6.00、5.50、5.00、4.50、4.00 mL,然后分別加入福林酚試0.50 mL混勻,最后在8 min之內加入0.50 mL質量分數20%的碳酸鈉溶液,充分混勻后定容,25 ℃避光放置1 h,760 nm下測定吸光值。測定結果以沒食子酸當量表示(mg 沒食子酸/g 甜醅干物質)。標準曲線方程為y=79.131x+0.0105,決定系數R2=0.999 5。

1.3.7 抗氧化能力測定

采用Kim等[24]的方法測定沙米甜醅多酚提取液的DPPH游離基清除能力。配制0.40 mmol/L的DPPH無水乙醇溶液,分別取2.00 mL多酚提取液和 2.00 mL DPPH溶液混勻,避光條件下反應30 min,反應液在517 nm處測定其吸光值。以2.00 mL無水乙醇替代2.00 mL DPPH溶液配制對照組,以2.00 mL無水乙醇替代2 mL多酚提取液配制空白組,其他條件同上。DPPH 自由基清除率按照公式進行計算:

式中:A空白為2 mL DPPH溶液和2 mL無水乙醇的混合液體的吸光度;A對照為2 mL多酚提取液和2 mL無水乙醇的混合液體的吸光度;A樣品為2 mL DPPH溶液和2 mL多酚提取液的混合液體的吸光度。

采用水楊酸法測定沙米甜醅酚類物質羥基自由基清除能力[27]。將沙米甜醅多酚提取液、FeSO4溶液(6 mmol/L),水楊酸溶液(6 mmol/L)H2O2溶液(6 mmol/L)各2 mL依次加入25 mL容量瓶中,搖勻定容10 mL,在510 nm處測定其吸光度,取空白溶液對比。

1.3.8 體外消化特性測定

采用Englyst[28]的方法對發酵沙米甜醅的體外消化性進行測定。稱取1.00 g糖化酶溶于10.00 mL蒸餾水中,使用磁力攪拌器攪拌30 min后1 500 g離心10 min制得糖化酶溶液。稱量1.00 g α-淀粉酶溶于16.30 mL蒸餾水中,使用磁力攪拌器攪拌30 min后1 500 g離心10 min制得α-淀粉酶溶液。取0.10 mL糖化酶溶液并向其中加入8.00 mL α-淀粉酶溶液,用磁力攪拌器混合均勻,制成酶液。稱取100 mg沙米甜醅凍干粉末(干基)于50 mL離心管中,向離心管中加入4.00 mL酶液和20.00 mL醋酸鈉緩沖液,混勻后在37 ℃恒溫水浴振蕩器中振蕩20 min和120 min 取出。用移液槍吸取0.10 mL樣液于2.00 mL離心管中,向離心管中加入95%乙醇0.90 mL,5 000 r/min離心10 min,取上清液0.10 mL于5.00 mL離心管中,加入3.00 mL葡萄糖氧化酶/過氧化物試劑,放入恒溫水浴鍋在40～50 ℃下恒溫水浴20 min。將離心管取出后用分光光度計在510 nm處測量吸光度值。

1.3.9 色澤測定

將經過不同時間發酵處理所得的沙米甜醅勻漿后,稱取30.00 g用保鮮膜包裹,使用高精度色差儀多點測定樣品的亮度(L值)、紅綠值(a,偏紅為正值,偏綠為負值)和黃藍值(b,偏黃為正值,偏藍為負值)。樣品的白度值w=L-a-b。

1.3.10 沙米甜醅食用品質評價

參照張杰等[29]的方法,在保持發酵終點一致的基礎上,根據不同發酵時間制備樣品并進行發酵。發酵結束后,取出所有樣品,室溫放置10 min,由10位經過專業感官評價訓練的評定員進行感官評價。沙米甜醅的感官評價指標及評定標準見表1。感官評分采用模糊數學法進行統計。因素集A={A1氣味,A2組織狀態,A3滋味,A4色澤};各因素權重B={0.3,0.2,0.3,0.2};評語集C={良好,中等,差},其中良好得分在80～100分,中等在50～79分,差在0～49分。感官評定員對不同發酵時間段的沙米甜醅一一進行評定,各因素每個等級所得的票數除以參與感官評定的評定人員總數,得到模糊矩陣W。模糊關系綜合評定集Z=B(各因素權重集)×W(模糊矩陣)。

表1 感官評價標準

1.4 數據統計與分析

除色差的測定每個樣品重復6次之外,其余指標的測定均重復3次。測試數據采用SPSS 25.0軟件分析,并通過多因素方差分析法(Duncan法,P<0.05)進行差異顯著性分析,實驗結果表示為“平均值±SD(標準差)”。采用Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 沙米甜醅在不同發酵時間下的pH和總酸含量變化

由圖1可知,發酵時間在0～12 h之間時,沙米甜醅pH呈現緩慢下降的趨勢,總酸含量隨著發酵時間的延長沒有發生顯著性變化(P>0.05);當發酵時間超過12 h后,沙米甜醅中的pH隨發酵時間延長顯著降低(P<0.05),而總酸含量隨之顯著增大(P<0.05);當發酵達到48 h之后,隨著發酵繼續進行,甜醅pH和總酸含量不再發生顯著性變化(P>0.05)。pH降低反映了發酵體系中微生物的繁殖速率和代謝活性[30]。pH變化趨勢說明沙米發酵體系在12 h后進入發酵高峰期。發酵引起的乳酸和其他有機酸的積累使得沙米中的總酸含量顯著升高。本研究采用以米根霉為主要菌種的甜酒曲,發酵過程中總酸含量的增大與米根霉分解沙米籽料中的淀粉,利用碳源大量產酸有關。 pH下降可以起到防腐作用,防止與腐敗有關的微生物及其他致病微生物的生長繁殖[31],總酸積累也可賦予發酵體系豐富的口感[32]。

圖1 沙米甜醅在不同發酵時間下的pH和總酸含量變化

2.2 沙米甜醅在不同發酵時間下的還原糖和游離氨基酸含量變化

由圖2可知,發酵時間為0～12 h的時候,沙米甜醅中的還原糖和游離氨基酸含量沒有隨著發酵進行發生顯著性變化(P>0.05);12～48 h的時候,沙米甜醅中的還原糖和游離氨基酸含量隨著發酵時間延長顯著(P<0.05)升高;發酵達到48 h之后,兩者的含量均隨著發酵進行顯著下降(P<0.05)。

還原糖是發酵體系中微生物可以直接利用的碳源,其在發酵過程中的含量變化趨勢直接反映微生物的生長情況。本實驗中還原糖隨著發酵進程的變化規律,說明發酵12 h以上時,甜酒曲中的米根霉大量繁殖,并分泌大量糖化酶,酶分解淀粉使得發酵體系中的還原糖含量急劇上升[33]。發酵48 h之后,一方面糖化酶活力下降,另一方面還原糖又用于酒精發酵[34],因此還原糖含量隨著發酵持續進行顯著下降。甜醅發酵過程中,還原糖量的積累可以增進沙米甜醅的甘甜口感的形成。發酵前的蒸煮處理增大了沙米蛋白的溶解度,為發酵過程中微生物能夠更有效地利用沙米蛋白提供了可能,微生物分解蛋白產生其生長所需要的小分子氮源。同時,微生物代謝的蛋白水解酶使得大量蛋白質水解,使得發酵體系中游離氨基酸數量顯著增加。發酵48 h后,與還原糖變化同樣的原因導致發酵體系中游離氨基酸數量呈現下降趨勢。發酵過程中微生物對蛋白的水解,不但可以極大增強人體對蛋白的利用率[32],而且各種呈味氨基酸的產生與相互配合對沙米甜醅的風味也發揮了非常重要的作用。

圖2 沙米甜醅在不同發酵時間下的還原糖和游離氨基酸含量變化

2.3 沙米甜醅在不同發酵時間下的酚類物質含量及其抗氧化活性變化

由圖3可知,0～24 h之內,沙米甜醅的總酚含量隨著發酵時間的進行無顯著性變化(P>0.05),當發酵時間超過24 h后,沙米甜醅中的總酚含量隨著發酵時間的延長呈現顯著增大(P<0.05)的趨勢。發酵前期(0～24 h),發酵體系中的總酚含量幾乎無變化,這是因為微生物在這個階段主要消耗發酵體系中的營養物質進行繁殖,而沙米中酚類物質的轉化或生成尚未開始。隨著發酵的逐步完成,一方面,存在于沙米籽粒中的結合態酚在微生物酶和發酵所產酸的作用下轉化為游離酚[35];另一方面,微生物代謝可以改變沙米中的生物活性物質,合成酚類化合物等新的物質[32],所以,發酵體系中的總酚含量隨著發酵進程顯著增大。

圖3 沙米甜醅在不同發酵時間下的酚類物質含量變化

由圖4可知,沙米甜醅的抗氧化活性隨著發酵時間的變化趨勢與甜醅中總酚含量呈現高度正相關關系。酚類物質的抗氧化活性與其化學結構息息相關[36]。這說明甜醅發酵不但增大了發酵體系中總酚類物質的含量,而且對酚類物質的抗氧化活性不會產生顯著的破壞性影響。

圖4 沙米甜醅在不同發酵時間下的抗氧化活性變化

2.4 沙米甜醅在不同發酵時間下的淀粉體外消化特性的變化

依據淀粉在人體內的消化情況可將為其分為快速消化淀粉、慢速消化淀粉和抗性淀粉3類,快速消化淀粉,指進食后20 min內在口腔和小腸中被快速消化吸收的部分,慢消化淀粉,指進食后20～120 min間可在小腸中被完全消化吸收但速度緩慢的淀粉,而抗性淀粉則指在進食120 min后依然不能被小腸消化吸收的淀粉[37,38]。由圖5可知,當發酵時間達到36 h及以上時,沙米淀粉中的快速消化淀粉相比未發酵樣品顯著下降(P<0.05),而抗性淀粉含量相比未發酵樣品顯著升高(P<0.05)。隨著發酵的進行,一方面酒曲微生物代謝的糖化酶、α-淀粉酶對淀粉進行了水解;另一方面發酵產酸使得淀粉處于酸性環境。已有研究表明,淀粉酶處理及酸處理均會增加大米淀粉中抗性淀粉含量[39],所以當發酵進行到一定程度后沙米甜醅的抗性淀粉含量會有所增加。

圖5 沙米甜醅在不同發酵時間下的淀粉體外消化特性的變化

2.5 沙米甜醅在不同發酵時間下的的色澤變化

色澤是影響食品商品價值的重要指標之一。由表2可知,發酵0～12 h的時候,沙米甜醅的a、b、L和w值隨著發酵進行均沒有發生顯著性變化(P>0.05),當發酵時間達到24 h及以上時,不同發酵時間所得沙米甜醅樣品的a、b和L值均顯著(P<0.05)大于未發酵產品。沙米甜醅的w值也隨著發酵時間的延長發生不規律的變化。這些結果說明,24 h及以上的發酵處理使得沙米樣品相對于未發酵樣品在色澤上更紅更黃,亮度更高。酚類物質及其所處食品體系的酸堿度跟食品色澤直接相關[40,41]。甜醅發酵處理增大了沙米體系中總酚類物質的含量,而且隨著發酵進行沙米體系的pH不斷下降,這些因素都會直接引起發酵體系色澤的改變。

表2 沙米甜醅在不同發酵時間下的的色澤變化

2.6 發酵時間對沙米甜醅感官品質的影響

未經發酵的沙米煮制樣品固體胚比較干爽疏松,沙米籽粒相對完整分散。隨著發酵時間的延長,沙米籽粒不斷變軟,胚體質地不斷變得致密,總體積不斷減小,有汁液流出。由表3可見,隨著發酵時間延長,沙米甜醅的感官品質評分顯著增大(P<0.05),發酵48 h時,沙米甜醅的感官品質評分最高,這時的沙米甜醅的酒香味濃而不膩,顆粒均勻完整,有少量的液體,酸甜適中,具有一定的咀嚼性。發酵超過48 h之后,沙米甜醅的酒香味過重,且醅粒破裂嚴重,沒有咀嚼性,口感較差,所以感官評分顯著(P<0.05)下降。

表3 不同發酵時間沙米甜醅的食用品質評定結果

3 結論

甜醅發酵過程借助米根霉代謝酶對沙米籽粒中淀粉、蛋白質的降解作用,顯著改變了蒸煮沙米的營養組成、質地形態和食用品質。適當發酵時間(48 h)顯著提高了沙米固態胚中總酸、總還原糖、游離氨基酸和總酚的含量及其抗氧化活性,所得沙米甜醅的酒香味濃而不膩,顆粒均勻完整,有少量的液體,酸甜適中,具有一定的咀嚼性,感官評價得分最高。后續可進一步研究多菌種復合發酵處理對不同產地、不同直鏈淀粉含量沙米的營養和食用品質的影響。