楊星星, 崔迎雪, 武凌宇, 王亞囡, 劉遠(yuǎn)平, 李鈺金, 魏玉西

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一種新型功能性海帶豆醬的制備工藝研究

楊星星1, 崔迎雪1, 武凌宇1, 王亞囡1, 劉遠(yuǎn)平2, 李鈺金2, 魏玉西1

(1. 青島大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 山東青島 266071; 2. 榮成泰祥食品股份有限公司, 山東榮成264309)

為了探究一種新型納豆菌發(fā)酵食品的最佳工藝, 利用納豆菌發(fā)酵大豆和海帶, 以發(fā)酵物中游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活性為評(píng)價(jià)指標(biāo), 通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳發(fā)酵條件。結(jié)果表明, 發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時(shí)間54 h、接種量1%、料水比(/)1︰4、配料比(大豆︰海帶) 2︰1時(shí)發(fā)酵產(chǎn)物中游離氨基酸態(tài)氮含量最高(0.041%); 發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時(shí)間48 h、接種量3%、料水比(/) 1︰2, 配料比(大豆︰海帶) 3︰1時(shí)發(fā)酵產(chǎn)物中納豆激酶活性最高(可達(dá)1426.53IU/g)。

海帶; 大豆; 納豆菌; 發(fā)酵; 游離氨基酸態(tài)氮; 納豆激酶活性

納豆作為一種最早起源于中國(guó)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品, 系由納豆菌發(fā)酵大豆制得, 在日本已有2000年的食用歷史[1-2]。納豆菌()屬細(xì)菌科、芽孢桿菌屬, 具有耐酸、耐堿、耐100℃高溫及耐擠壓的特性, 在胃部酸性環(huán)境中仍能保持其穩(wěn)定性[3]。由于納豆菌能分解蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等大分子物質(zhì), 使納豆菌發(fā)酵產(chǎn)品中富含氨基酸、寡聚糖等多種易被人體吸收利用的營(yíng)養(yǎng)成分[4]。同時(shí), 納豆制品中還含豐富的納豆激酶, 具有溶血栓、降血壓、抗腫瘤、抗氧化性等作用[5-6]。因此, 納豆制品是一類(lèi)很好的功能性食品。

海帶(Aresch)又名昆布, 屬于褐藻門(mén)(Phaeophyta)海帶目(Laminarales)海帶科(Laminariaceae)海帶屬(), 因其富含褐藻多糖、褐藻多酚以及碘等人體需宜營(yíng)養(yǎng)成分, 具有抗癌、防癌、降三高、補(bǔ)鈣、提高免疫力、皮膚祛皺增白等功效, 還是低脂肪、低熱量的保健食品[7]。但是, 由于海帶中的褐藻糖膠、褐藻淀粉及海藻酸鹽等多糖不易被腸道消化, 大大限制了海帶的利用領(lǐng)域。

如果將納豆與海帶搭配作為納豆菌發(fā)酵原料, 一方面, 海帶為納豆菌的生長(zhǎng)提供了充分的碳源, 另一方面, 納豆菌的發(fā)酵過(guò)程可以將海帶中褐藻膠進(jìn)行降解, 可進(jìn)一步提高海帶的利用率。所獲得的發(fā)酵產(chǎn)物, 不僅保留傳統(tǒng)納豆制品與海帶原有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及藥用價(jià)值, 而且有利于人體對(duì)海帶的吸收[8], 兩者之間作用互補(bǔ), 堪稱(chēng)黃金搭檔。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó), 海帶與大豆資源豐富且價(jià)格低廉, 二者搭配制成的功能性食品適合中國(guó)的大眾消費(fèi)。目前, 國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)納豆菌發(fā)酵海帶和黃豆制備功能性食品的報(bào)道。

本文以大豆和海帶為納豆菌發(fā)酵的原料, 探究使發(fā)酵產(chǎn)品中游離氨基酸態(tài)氮和納豆激酶含量最高的功能性海帶豆醬的生產(chǎn)工藝。研究結(jié)果可為大豆和海帶的高值化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆市售優(yōu)質(zhì)大豆, 新鮮飽滿顆粒完整; 海帶市售新鮮海帶; 納豆芽孢桿菌()菌粉, 購(gòu)于北京川秀貿(mào)易國(guó)際有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HC-2518高速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司; HH4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國(guó)華電器有限公司; 721G可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密儀器有限公司; 88-1型定時(shí)恒溫磁力攪拌器 上海司樂(lè)儀器公司; Sartorius PB-10 pH計(jì)賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司; 電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海-恒科學(xué)儀器有限公司; 電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司。

1.3 工藝流程

1.4 方法

1.4.1 原料處理

大豆, 選取顆粒飽滿完整的大豆浸泡12 h后用攪碎機(jī)打碎; 海帶, 選取新鮮的海帶洗凈后放入烘干箱中烘干、粉碎, 過(guò)60目篩, 海帶粉備用。

1.4.2 游離氨基酸態(tài)氮(free ammonia nitrogen, FAN)含量的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[9]進(jìn)行, 游離氨基酸態(tài)氮含量計(jì)算如下:

其中,: 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L);: 被測(cè)樣品的質(zhì)量(g);1: 滴定消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積(mL);2: 空白試驗(yàn)消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積(mL);: 稀釋倍數(shù)。

1.4.3 納豆激酶(natto kinase, NK)活性的測(cè)定

采用Folin-酚法[10-14]進(jìn)行, 酶活力計(jì)算公式如下:

其中,樣: 樣品液的光吸收值OD680nm;對(duì): 對(duì)照液的光吸收值OD680nm;: 標(biāo)準(zhǔn)曲線上光吸收為1時(shí)的酪氨酸的質(zhì)量(mg): 酶促反應(yīng)體系的總體積(mL);: 酶促反應(yīng)的時(shí)間(min);: 粗酶液的稀釋倍數(shù)。

1.4.4 單因素試驗(yàn)

發(fā)酵后置于冰箱后熟24 h, 分別用Folin-酚法、甲醛滴定法測(cè)定發(fā)酵物中納豆激酶活性及游離氨基酸態(tài)氮含量, 以此評(píng)價(jià)發(fā)酵效果并確定單因素試驗(yàn)水平。各因素試驗(yàn)及后續(xù)正交試驗(yàn)均做三組平行試驗(yàn), 結(jié)果取其平均值。

1.4.4.1 接種量的選擇

取5 g大豆(打碎后的顆粒狀, 下同)、2.5 g海帶粉(干粉末, 下同), 22.5 mL水, 121℃滅菌20 min, 分別接入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%、4%、5%的納豆菌粉, 放入42℃的恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h。

1.4.4.2 料水比(大豆、海帶總質(zhì)量與水的質(zhì)量的比例)的選擇

取5 g大豆、2.5 g海帶粉, 分別加水15 mL(1︰2)、22.5 mL(1︰3)、30 mL(1︰4)、37.5 mL(1︰5), 121℃滅菌20 min, 接入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的納豆菌粉, 放入42℃的恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h。

1.4.4.3 發(fā)酵時(shí)間的選擇

取5 g大豆、2.5 g海帶粉, 22.5 mL水, 121℃滅菌20 min, 接入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的納豆菌粉, 放入42℃的恒溫培養(yǎng)箱中分別發(fā)酵24、36、42、48、54、60 h。

1.4.4.4 配料比(大豆和海帶質(zhì)量的比例)的選擇

取編號(hào)分別為1、2、3、4、5的5個(gè)錐形瓶, 1號(hào)瓶中加入5 g大豆、10 g海帶粉(1︰2); 2號(hào)瓶中加入5 g大豆、15 g海帶粉(1︰3); 3號(hào)瓶中加入5 g大豆、2.5 g海帶粉(2︰1); 4號(hào)瓶中加入5 g大豆、1.67 g海帶粉(3︰1); 5號(hào)瓶中加入5 g大豆、5g海帶粉(1︰1)。以料水比1︰3, 分別加水45、60、22.5、20.1、30 mL, 121℃滅菌20 min, 接入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的納豆菌粉, 放入42℃的恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h。

1.4.4.5 發(fā)酵溫度的選擇

取5 g大豆、2.5 g海帶粉, 22.5 mL水, 121℃滅菌20 min, 接入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的納豆菌粉, 分別放入38、40、42、44、46℃的恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h。

1.4.5 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述單因素試驗(yàn)結(jié)果, 按照L18(37)方案設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 接種量的選擇

接種量是影響發(fā)酵的主要因素之一。一般來(lái)說(shuō), 采用大的接種量會(huì)縮短發(fā)酵時(shí)間, 同時(shí)也會(huì)減少雜菌的污染。但是, 由于納豆菌是需氧菌, 接種量過(guò)大不但會(huì)造成菌種浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加, 也會(huì)引起溶氧不足影響菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。而且, 菌種繁殖過(guò)快, 也會(huì)造成菌體生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足, 產(chǎn)生的游離氨基酸可能被菌體重新利用, 從而導(dǎo)致游離氨基酸態(tài)氮含量降低[15-16]。本試驗(yàn)研究了不同接種量對(duì)發(fā)酵大豆和海帶的影響, 分別取樣測(cè)定了納豆激酶活力和游離氨基酸態(tài)氮含量, 納豆激酶活力和游離氨基酸態(tài)氮含量隨接種量不同而變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

從圖1中可知, 48 h發(fā)酵時(shí)間內(nèi), 游離氨基酸態(tài)氮含量在接種量為2%時(shí)達(dá)到峰值(0.025%), 當(dāng)接種量超過(guò)2%時(shí), 游離氨基酸態(tài)氮含量逐漸降低; 納豆激酶活力和游離氨基酸態(tài)氮的變化趨勢(shì)基本一致, 在接種量為2%時(shí)達(dá)到峰值(332.12 IU)。

2.1.2 料水比的選擇

料水比也是影響發(fā)酵的主要因素之一。本試驗(yàn)研究了不同的料水比對(duì)發(fā)酵大豆和海帶的影響。各樣品中游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力變化趨勢(shì)如圖2所示。

從圖2可以看出, 當(dāng)料水比為1︰3時(shí)游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力達(dá)到峰值, 分別為0.038%和404.27IU; 此后, 游離氨基酸態(tài)氮含量與納豆激酶活力逐漸降低。

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間的選擇

發(fā)酵時(shí)間是控制發(fā)酵效果的又一主要因素。一般來(lái)說(shuō), 發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 可能導(dǎo)致菌體死亡、自溶, 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物可能產(chǎn)生不良影響; 發(fā)酵時(shí)間過(guò)短, 則可能導(dǎo)致發(fā)酵不完全, 產(chǎn)品品質(zhì)低下, 增加產(chǎn)品生產(chǎn)成本[17]。本試驗(yàn)研究了不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的影響, 分別取樣測(cè)定了游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力, 其變化趨勢(shì)如圖3所示。

在60 h發(fā)酵時(shí)間內(nèi), 游離氨基酸態(tài)氮含量先呈上升趨勢(shì)并在48 h達(dá)到峰值(0.036%), 之后隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)其含量逐漸降低。同時(shí), 納豆激酶活力也在48 h時(shí)達(dá)到峰值(為404.27IU)。

2.1.4 配料比的選擇

與大豆相比, 海帶中蛋白質(zhì)含量較低, 但含有大量活性海藻多糖等活性成分, 可為納豆菌生長(zhǎng)提供碳源。碳源按照利用快慢又分為迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源。前者能夠較快速地參與代謝, 提供菌體生長(zhǎng)所需要的能量, 因此有利于菌體生長(zhǎng), 但是碳源代謝產(chǎn)生的某些分解產(chǎn)物有可能對(duì)某些發(fā)酵產(chǎn)物的合成產(chǎn)生阻遏作用; 緩慢利用的碳源, 被菌體緩慢利用, 有利于延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物的合成。因此, 一方面大豆與海帶搭配給納豆菌提供了新型碳源, 另一方面二者的配比對(duì)發(fā)酵效果可能會(huì)有影響。本試驗(yàn)研究了不同配料比對(duì)游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力的影響, 游離氨基酸態(tài)氮和納豆激酶活力的變化趨勢(shì)如圖4所示。

由圖4可見(jiàn), 當(dāng)大豆與海帶的比例為3︰1時(shí), 游離氨基酸態(tài)氮含量達(dá)到峰值(0.032%), 納豆激酶活力也達(dá)到峰值(745.24IU)。

2.1.5 發(fā)酵溫度的選擇

納豆菌雖然對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng), 但不同的溫度對(duì)納豆菌的生長(zhǎng)繁殖都有不同的影響[18]。本試驗(yàn)研究了不同的溫度對(duì)游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力的影響, 各樣品中游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力的變化趨勢(shì)如圖5。

由圖5可見(jiàn), 隨溫度升高, 游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力均呈上升趨勢(shì), 在42℃時(shí)兩者同時(shí)達(dá)到峰值, 游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力的峰值分別為0.032%和758.30IU。42℃之后隨溫度升高, 發(fā)酵物中游離氨基酸態(tài)氮含量和納豆激酶活力均逐漸下降。推測(cè)這是因?yàn)楦邷厥沟眉{豆菌發(fā)酵過(guò)程中酶部分失活, 影響發(fā)酵效果。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

在上述單因素篩選基礎(chǔ)上, 確定的因素與水平排列表見(jiàn)表1。

2.2.1 以納豆激酶活力為評(píng)價(jià)指標(biāo)

正交試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)極差結(jié)果R分析可知,>>>>, 即發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物中納豆激酶活力的影響最大, 其次依次為發(fā)酵時(shí)間、接種量、料水比、配料比, 根據(jù)均值結(jié)果1、2、3, 分析可知, 最優(yōu)組合為32113, 因此納豆菌發(fā)酵大豆和海帶產(chǎn)高活力納豆激酶的最適宜條件為: 發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時(shí)間48 h、接種量3%、料水比1︰2, 大豆與海帶配料比3︰1。按此最佳工藝制備的功能性海帶豆醬中, 納豆激酶活力為1426.53IU/g。

表1 因素與水平排列表

表2 以納豆激酶活力為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

續(xù)表

2.2.2 以游離氨基酸態(tài)氮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)

正交試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表3, 根據(jù)極差R分析可知,>>>=, 發(fā)酵溫度對(duì)游離氨基酸態(tài)氮含量的影響最大, 其余影響因子的影響順序依次為接種量、配料比、發(fā)酵時(shí)間和料水比; 根據(jù)均值結(jié)果1、2、3分析可知, 最優(yōu)方案為13132, 因此納豆菌發(fā)酵大豆和海帶產(chǎn)生游離氨基酸態(tài)氮含量的最優(yōu)方案為: 發(fā)酵溫度44℃、發(fā)酵時(shí)間54 h、接種量1%、料水比1︰4、配料比2︰1。按此最佳工藝制備的功能性海帶豆醬中, 游離氨基酸態(tài)氮的含量0.041%。

因此, 最高納豆激酶酶活的發(fā)酵條件與最高游離氨基酸態(tài)氮的發(fā)酵條件并不完全一致, 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)對(duì)產(chǎn)品鮮度或納豆激酶活性的需要靈活選用發(fā)酵條件。如優(yōu)先考慮功能, 則選前者; 如優(yōu)先考慮風(fēng)味, 則選后者。

表3 以游離氨基酸態(tài)氮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

3 結(jié)論

納豆作為一種傳統(tǒng)的功能性食品, 深受消費(fèi)者喜愛(ài)。本文在其原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效的基礎(chǔ)上, 嘗試在大豆中加入營(yíng)養(yǎng)和醫(yī)用價(jià)值豐富的海帶共同作為發(fā)酵原料, 制作一種新型的功能性海帶豆醬。正交試驗(yàn)結(jié)果顯示: 以納豆激酶為評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)發(fā)酵條件為: 發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時(shí)間48 h、接種量3%、料水比1︰2, 大豆與海帶配料比3︰1, 按此最佳工藝制備的功能性海帶豆醬中, 納豆激酶活力為1426.53IU/g; 以游離氨基酸態(tài)氮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)發(fā)酵條件為: 發(fā)酵溫度44℃、發(fā)酵時(shí)間54 h、接種量1%、料水比1︰4、配料比2︰1, 按此最佳工藝制備的功能性海帶豆醬中, 游離氨基酸態(tài)氮的含量0.041%。

本文確定了納豆菌發(fā)酵大豆和海帶的最佳工藝條件, 產(chǎn)品既保留了納豆食品原有的功效, 又增加了海帶的營(yíng)養(yǎng)和活性成分。

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Study on the optimal fermentation technology for a new type of bean sauce with kelp using

YANG Xing-xing1, CUI Ying-xue1, WU Ling-yu1, WANG Ya-nan1, LIU Yuan-ping2, LI Yu-jin2, WEI Yu-xi1

(1. College of Life Sciences, Qingdao University, Qingdao 266071, China; 2. Rongcheng Taixiang Food Co. Ltd., Rongcheng 264309, China)

This study investigated the optimal fermentation technology for a new type of food using. [Method] After fermentation of kelp and soybean by, the concentration of freeamino nitrogen and nattokinase activity were determined, and then the optimum conditions were confirmed by single factor analysis and orthogonal test. [Result] The maximum concentration of free amino nitrogen reached 0.041% when the fermentation was performed at 44℃ for 54 h with an inoculation amount of 1%, a solid-to-water ratio of 1︰4 (/), and a mixing ratio of 2︰1. Meanwhile, the maximum activity of nattokinase reached 1426.53 IU/g after 48 h of fermentation at 40℃ with an inoculation amount of 3%, a solid-to-water ratio of 1︰2 (/), and a mixing ratio of 3︰1.

kelp; soybean sauce;; fermentation; freeamino nitrogen; nattokinase activity

(本文編輯: 康亦兼)

Jan. 10, 2017

[This study was financially supported by Shandong province key R & D projects (Key technologies)(No.2016ZDJS06A01)]

TS254

A

1000-3096(2017)06-0048-07

10.11759/hykx20170110001

2017-01-10;

2017-03-19

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(重大關(guān)鍵技術(shù))(2016ZDJS06A01)

楊星星(1994-), 男, 甘肅慶陽(yáng)人, 本科生, 研究方向: 食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè), 電話: 18363997324, E-mail: 1490494577@qq.com; 魏玉西(1964-), 通信作者, 教授, 博士, 研究方向: 海洋生物資源高值化利用, 電話: 0532-85953227, E-mail: yuxiw729@163.com; 李鈺金(1966-), 通信作者, 研究員, 研究方向: 水產(chǎn)食品加工, E-mail: r.lyj@163.com