桑叶乳酸菌发酵及其品质特性研究

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桑叶(Folium Mori)在我国种植范围广泛、年产量大且营养价值丰富,是一种物美价廉的功能性食品,有着极高的食用与药用价值。但是在开发桑叶食品的过程中,由于桑叶挥发性成分复杂,且存在较重的草腥味,导致部分人群对其难以接受,阻碍了其在食品领域的发展。因此,对于桑叶的加工工艺进行研究有助于桑叶的开发利用,为今后桑叶深加工提供一定的参考。本文以5种乳酸菌分别发酵桑叶,筛选出在桑叶培养基中能够生长良好、迅速产酸且能改善桑叶风味的菌株;对发酵工艺参数进行优化;对发酵过程中基本成分、活性物质及挥发性成分等进行动态分析。主要研究结果如下:(1)通过对桑叶不同菌株发酵过程中总酸、pH值、OD600等指标的测定与分析,初步筛选出三株适宜用于桑叶发酵的菌株(肠膜明串珠菌、植物乳酸杆菌、短乳杆菌)。用三株菌进行复配发酵试验,得到最佳发酵菌株组合为:肠膜明串珠菌与短乳杆菌等比例混合发酵,该复配组发酵桑叶模糊感官评分值最高,为82.8;此时乳酸菌生长良好,总酸含量为8.72±0.42 g/kg,OD600值为1.397±0.03。在此基础上进行单因素与响应面优化试验,得到发酵条件的响应面模型为:Y=-145.39+10.23A+1.46B+10.63C+4.54D-8.333e-003AB-0.045AC-0.113AD+9.583e-003BC+0.067BD+0.025CD-0.778A~2-0.027B~2-0.178C~2-0.69D~2。确定最优工艺条件为葡萄糖添加量5%,培养温度31℃,培养时间39 h,接种量5%。(2)利用气相色谱-嗅闻-质谱联用技术(GC-O-MS)结合气味活度值法(OAV)分析桑叶乳酸菌发酵过程中挥发性物质的动态变化。通过OAV值分析,未发酵桑叶中OAV>1的风味化合物按OAV值从大到小依次为1-辛烯-3-醇>肉豆蔻醛>丁香酚>辛醇>壬醛>反-2-辛烯醛>癸醛>β-环柠檬醛>顺式-3-己烯醇。通过GC-O嗅辨出的带有青草味和腥味的物质有:顺式-3-己烯醇、1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、肉豆蔻醛。结合OAV值与GC-O嗅辨结果初步鉴定出未发酵桑叶中的青草味和腥味是顺式-3-己烯醇、1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、肉豆蔻醛共同作用的结果。桑叶经过乳酸菌发酵后,呈现青草味和腥味的物质含量显著性降低(p<0.05),转而增加了呈现浓郁花香、果香的芳樟醇、壬醇等醇类和己酸乙酯、癸酸乙酯等酯类化合物。(3)利用主成分分析法(Principle Component Analysis,PCA)对桑叶发酵过程中的挥发性风味物质的种类进行分析和筛选,PCA将7类挥发性成分转化为3个主成分,累计贡献率为96.210%,能较大程度上保留原数据。酚类和酸类与PC1高度正相关(载荷系数分别为0.952、0.814);醛酮类与PC1呈高度负相关(载荷系数为-0.949);醇类与PC2呈高度正相关(载荷系数为0.971);烯烃类与PC3高度正相关(载荷系数为0.975);酯类物质与PC1和PC2均存在一定程度的正相关性(载荷系数分别为0.629、0.757)。通过对不同发酵时间段桑叶样品中挥发性物质的载荷分布图进行分析,可知醛类、酯类、醇类、酸类、烯烃类以及酚类物质是不同发酵阶段样品中含量发生显著变化的挥发性物质(p<0.05),且PCA可以对桑叶不同发酵阶段样品进行有效区分。(4)对发酵过程中的总酚、总黄酮、单宁等9个指标的变化进行分析测定。结果显示,桑叶经乳酸菌发酵60 h后,在活性物质方面:总酚含量上升14.07%,总黄酮含量下降8.01%;在营养物质方面:多糖含量保留77.56%、粗蛋白含量保留92.17%,粗纤维含量无显著性变化(p<0.05);在抗营养因子方面:植酸与单宁含量均显著性下降(p<0.05),分别下降20.57%、67.40%;扫描电镜结果显示,随着发酵时间的延长,桑叶组织变形皱缩越来越严重,当发酵到60 h时,已无法观测到完整的气孔结构。(5)对桑叶乳酸菌发酵过程中的DPPH自由基清除活性、ABTS+自由基清除活性、铁离子还原能力和总抗氧化能力4种体外抗氧化指标进行测定,并对发酵过程的代谢物与体外抗氧化能力进行相关性分析。结果显示,4种体外抗氧化能力指标均呈现先短暂下降后逐渐上升的趋势。总酚含量与DPPH自由基清除率和ABTS+自由基清除率呈极显著相关(p<0.01),与铁离子还原能力和总抗氧化能力呈显著性相关(p<0.05);铁离子还原能力还与总酸含量呈显著性相关(p<0.05),与植酸含量呈极显著相关(p<0.01)。
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