江蘇大學(xué)袁麗教授:基于菌株強化和風(fēng)味品質(zhì)分析的蝦醬二次快速發(fā)酵方法

2024-01-18作者:來源:責任編輯:食品界 字體A+AA-

江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院的Li Ying以傳統(tǒng)蝦醬為原料,研究枝孢屬(Cladosporium)Z3(一次發(fā)酵)和糞腸球菌(Enterococcus faecalis)X1連續(xù)發(fā)酵(二次發(fā)酵)對蝦醬發(fā)酵過程的影響。采用單因素和響應(yīng)面試驗相結(jié)合的方法,確定二次發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)。在優(yōu)化的發(fā)酵工藝條件下,獲得品質(zhì)較好的快速發(fā)酵蝦醬產(chǎn)品,并對產(chǎn)品的理化參數(shù)、感官和揮發(fā)性成分進行分析。

Introduction
蝦醬是一種傳統(tǒng)的發(fā)酵食品,在沿海的中國和東南亞地區(qū)普遍用于調(diào)味。傳統(tǒng)上,通過向蝦中加入鹽并將其研磨黏稠,在自然環(huán)境中長時間發(fā)酵制成。較好的蝦醬是紫紅色、黏稠、氣味新鮮、魚腥味低、質(zhì)地柔和、無雜質(zhì)、咸味。蝦醬因其獨特的風(fēng)味和營養(yǎng)特性而廣受歡迎。
我國蝦醬的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大多是開放式自然發(fā)酵,易受到有害微生物的污染,產(chǎn)生亞硝酸鹽、生物胺等對人體有害的物質(zhì);因此,通常通過增加含鹽量抑制有害微生物的生長;然而,長期食用含鹽量高的食物可能導(dǎo)致高血壓等健康問題。因此,在維持蝦醬的傳統(tǒng)風(fēng)味和安全性的同時,在低鹽條件下實現(xiàn)更快、更穩(wěn)定的發(fā)酵越來越受關(guān)注。快速發(fā)酵主要有加酶和接種菌種的方法,這些方法可以縮短發(fā)酵時間,但仍存在風(fēng)味不足等缺點。從傳統(tǒng)發(fā)酵食品中篩選功能核心菌株強化發(fā)酵,已成為傳統(tǒng)發(fā)酵食品現(xiàn)代化生產(chǎn)的研究熱點。蝦醬的發(fā)酵過程是一個緩慢的菌群演替過程,這些菌群在不同的發(fā)酵階段扮演重要的角色。人們已經(jīng)探索了多種傳統(tǒng)發(fā)酵食品,如酸菜、豬肉醬、葡萄酒、蘋果酒和辣椒醬的分次發(fā)酵方法,但不同菌株分次發(fā)酵對蝦醬風(fēng)味形成影響的研究較少。
Results
單因素試驗
發(fā)酵時間對發(fā)酵效果的影響
蝦醬中的氨基酸氮(the amino acid nitrogen,AAN)含量在一次發(fā)酵過程中逐漸增加,在發(fā)酵15 d的樣品中達到最大值;隨發(fā)酵時間延長,AAN含量略有下降。在發(fā)酵前15 d,蝦醬的感官評分逐漸增加;發(fā)酵到20 d,感官評分顯著下降。發(fā)酵15 d的樣品中AAN含量最高,感官評分最好。然而,由于發(fā)酵10 d和15 d的AAN含量和感官評分差異不大,因此選擇10 d發(fā)酵時間,縮短發(fā)酵時間。
在二次發(fā)酵的第2天,AAN含量比最初含量有所下降。隨發(fā)酵時間延長,AAN含量緩慢增加。在二次發(fā)酵過程中,風(fēng)味發(fā)生顯著變化,與一次發(fā)酵相比,風(fēng)味變得更加強烈,感官評分呈現(xiàn)先低后升的趨勢。二次發(fā)酵的最佳時間為4 d,在發(fā)酵的第4天感官評分最高。

A. 一次發(fā)酵;B. 二次發(fā)酵。字母不同,表示組間存在顯著性差異(P<0.05)。下同。

1 發(fā)酵蝦醬中AAN含量及發(fā)酵時間對感官評價的影響

發(fā)酵溫度對發(fā)酵效果的影響

在10~25 ℃的一次發(fā)酵溫度下,ANN含量隨溫度的升高而增加。當溫度升高到30 ℃時,ANN含量略有下降。在10~20 ℃,感官評分隨風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)量的增加而增加,而后由于高溫導(dǎo)致蝦醬的異味而下降。因此,一次發(fā)酵溫度為20 ℃,可獲得較高的ANN含量和感官評分。二次發(fā)酵蝦醬中的AAN含量隨溫度升高而緩慢增加。由于菌株X1的代謝活性和酶活性在低溫下較慢,所以發(fā)酵風(fēng)味不明顯。菌株X1的理想發(fā)酵溫度為25 ℃,感官評分最好,而溫度過高會導(dǎo)致二次發(fā)酵蝦醬產(chǎn)生明顯的異味,降低感官評分。

A. 一次發(fā)酵;B. 二次發(fā)酵。
2 發(fā)酵蝦醬中AAN含量及發(fā)酵溫度對感官評價的影響
接種量對發(fā)酵效果的影響

AAN含量隨接種量的增加而緩慢增加,但在菌株Z3接種量為10%時略有下降。感官評分在接種量為4%時達到最高,然后下降。因此,菌株Z3的最佳接種量為4%。菌株X1接種量為2%~6%時,AAN含量隨接種量的增加而緩慢增加,然后略有下降。接種量2%~6%時,感官評分保持在較高水平;接種量為4%時,感官評分最高。接種量為2%時,菌體生長緩慢,蝦醬風(fēng)味形成較慢。綜合考慮,菌株X1的最佳接種量為4%。

A. 一次發(fā)酵;B. 二次發(fā)酵。

3 發(fā)酵菌劑對蝦醬中AAN含量及感官評價的影響
響應(yīng)面分析
一次發(fā)酵過程響應(yīng)面分析
發(fā)酵周期為12 d,發(fā)酵溫度為21 ℃,菌株Z3接種量為3%(V/m),并結(jié)合生產(chǎn)實際確定了最優(yōu)的一次發(fā)酵工藝參數(shù)。
二次發(fā)酵過程響應(yīng)面分析
優(yōu)化后的二次發(fā)酵工藝參數(shù)為發(fā)酵周期4 d,發(fā)酵溫度25 ℃,菌株X1接種量4%(V/m)。3 次平行驗證實驗得到的平均感官評分為8.057,說明響應(yīng)面法優(yōu)化的二次發(fā)酵工藝參數(shù)可靠。
發(fā)酵蝦醬的理化指標
發(fā)酵蝦醬的pH值為堿性,菌株Z3能夠產(chǎn)生堿性物質(zhì),菌株X1在一定程度上能夠減緩pH值上升。接種發(fā)酵劑的發(fā)酵蝦醬中的AAN含量高于未接種的對照組,說明添加發(fā)酵劑的發(fā)酵有效地提高了發(fā)酵蝦醬中的AAN含量。這提高了發(fā)酵程度,并使蝦醬中的蛋白質(zhì)得到更充分的水解。接種發(fā)酵劑總揮發(fā)性鹽基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)含量顯著下降,表明發(fā)酵劑中的菌株最終可能占主導(dǎo)地位,阻止腐敗菌生長。結(jié)果表明,二次發(fā)酵法是一種快速的蝦醬發(fā)酵法,可提高蝦醬發(fā)酵率和產(chǎn)品品質(zhì)。
1 3 組樣品pH值、AAN含量TVB-N含量

發(fā)酵蝦醬中的揮發(fā)性風(fēng)味成分
電子鼻分析

3 組樣品的硫化物含量有顯著差異,K-Z3組樣品的硫化物含量高于K-X1組和D組。此外,K-Z3組樣品的長鏈烷烴比K-X1組和D組樣品的長鏈烷烴少。主成分分析結(jié)果表明,PC1和PC2的方差貢獻率分別為51.30%和36.59%,2 個主成分的累計方差貢獻率達到87.89%。3 組樣品均相對獨立,說明揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量存在一定差異。尤其是K-Z3和K-X1組的樣品與D組的樣品差異顯著,說明強化發(fā)酵劑對樣品中揮發(fā)物的產(chǎn)生有較大影響。

A. 雷達圖;B. 得分圖。

4 3組發(fā)酵蝦醬樣品中的揮發(fā)性成分

揮發(fā)性化合物

3 組蝦醬樣品共檢出65 種揮發(fā)性化合物,其中醇類、酮類、酯類、酸類、烴類、胺類、吡嗪類、醛類、其他物質(zhì)分別為18、8、7、2、10、3、4、2、10 種。經(jīng)過二次發(fā)酵后,蝦醬樣品中揮發(fā)性化合物的種類和含量增加。
感官評價
不同組樣品的感官之間存在一定差異。其中,D組樣品的總體風(fēng)味以氨和發(fā)酵風(fēng)味為主,這與D組樣品中TVB-N含量較高的結(jié)果一致。K-Z3和K-X1組的樣品以蝦味、鮮度、甜度和發(fā)酵風(fēng)味為主,這與這2 組樣品中較高的AAN含量和較低的TVB-N含量相一致。與K-Z3組相比,K-X1組的樣品在新鮮度和甜度方面評分更高,總體風(fēng)味更柔和。結(jié)果表明,采用強化發(fā)酵劑的二次發(fā)酵法可以提高蝦醬產(chǎn)品品質(zhì)。

5 3 組發(fā)酵蝦醬樣品風(fēng)味雷達圖

Conclusion

從中國傳統(tǒng)蝦醬中篩選出2 株功能菌株用于蝦醬的二次快速發(fā)酵。同時,通過單因素和響應(yīng)面試驗確定最佳工藝參數(shù)。接種菌株Z3一次發(fā)酵的較理想工藝參數(shù)為:發(fā)酵時間12 d、溫度21 ℃、接種量3%(V/m)。接種菌株X1后二次發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為:發(fā)酵時間4 d,溫度25 ℃,接種量4%(V/m)。對蝦醬的感官風(fēng)味和理化指標進行分析,結(jié)果表明,該方法能生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的蝦醬產(chǎn)品,有利于蝦醬風(fēng)味的產(chǎn)生。

Abstract

A two-step rapid fermentation shrimp paste process based on strain enhancement was developed by inoculating functional strains into shrimp paste in two steps. This improved the drawbacks of traditional fermented shrimp paste products, such as their lengthy fermentation times, high salt contents, and unstable fermentation quality. Single factorial and response surface analyses was employed to optimize the two-step fermentation process, and the physicochemical indices, sensory and volatile components of the rapid fermentation products were analyzed and compared with the uninoculated fermented shrimp paste. The results showed that the optimal process parameters for the one-step fermentation with Cladosporium Z3 were 12 d, 21 ℃ and 3% (V/V) inoculum, and the optimal parameters for the two-step fermentation with Enterococcus faecalis X1 were 4 d, 25 ℃ and 4% (V/V) inoculum. Compared with the uninoculated fermented shrimp paste, the two-step fermented shrimp paste samples with starters had higher amino acid nitrogen (AAN) content, more complete protein hydrolysis and lower total volatile base nitrogen (TVB-N) content, while the two-step fermentation method with intensified starters was able to promote the formation of good flavor and the good quality of shrimp paste.

專家介紹

袁麗 教授
江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院

袁麗,江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,教授、博士生導(dǎo)師。研究領(lǐng)域:1.食品營養(yǎng)組分與吸收;2.食品化學(xué);3.傳統(tǒng)發(fā)酵水產(chǎn)品風(fēng)味化學(xué)。主持在研科研項目:1.國家自然科學(xué)基金面上項目NO.32072248:基于分子對接技術(shù)氨基酸穩(wěn)定鰱肌球蛋白熱誘導(dǎo)相行為機理研究(58萬);2.“藍色糧倉科技創(chuàng)新”國家重點研發(fā)計劃“水產(chǎn)品高質(zhì)化生物加工新技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)”子課題——蝦醬發(fā)酵過程控制技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)(2019YFD0901903,149萬)。科研獎勵:1)2020江蘇省科學(xué)技術(shù)進步獎三等獎(3/9);2)2020年中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會科技進步二等獎(4/7);3)2007年河北省科技進步三等獎(排名第4);4)2009年獲得鎮(zhèn)江市優(yōu)秀科技論文二等獎(排名第2);5)2015年河北省保定市科技進步二等獎(排名第3);6)2014年河北省科技成果鑒定(排名第4);7)教材《水產(chǎn)加工與貯藏(第二版)》獲2014年中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物獎(教材獎)二等獎;8)2018江蘇大學(xué)教學(xué)比賽高級組優(yōu)秀獎。

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