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        廣西武宣地區(qū)紅曲米揮發(fā)性風味組分分析

        2021-12-22 06:58:52羅佳沂李洋楊琪李慧敏覃麗毛瑞豐李凱
        中國調(diào)味品 2021年12期

        羅佳沂,李洋,楊琪,李慧敏,覃麗,毛瑞豐,李凱

        (廣西大學 輕工與食品工程學院,南寧 530004)

        紅曲霉菌屬是一種小型絲狀腐生真菌,1884年由Van Tieghem命名[1],具有良好的耐酸和耐乙醇能力。紅曲霉不僅可以釀造紅曲酒、烹飪飲食、發(fā)酵食品[2-4],同時,它的代謝產(chǎn)物Monacolin K具有降低膽固醇和防止心血管疾病的活性物質(zhì)[5],在我國已有超過千年的使用歷史。紅曲米是以秈稻為原料,接種紅曲霉菌發(fā)酵而成的棕紅色或紫紅色不規(guī)則顆粒。在我國有些地方也稱之為“丹曲”、“赤曲”、“紅米”等[6-7]。大多數(shù)學者以大米為發(fā)酵基質(zhì)做紅曲米,也有少數(shù)學者使用玉米粒、糙米等[8]。根據(jù)紅曲米的用途不同,可將其分為三大類別:輕曲、庫曲、色曲。

        我國紅曲產(chǎn)品主要分布在福建、浙江、臺灣、江西、廣東、山東等地,其中福建的古田紅曲、烏衣紅曲較為出名。廣西武宣地區(qū)的紅曲米雖歷史悠久,但生產(chǎn)基本上還處于傳統(tǒng)的小規(guī)模作坊式水平。相比于福建紅曲,廣西紅曲米因知名度較小,較少有學者對其進行研究。目前對紅曲的研究主要集中在其代謝產(chǎn)物Monacolin K、洛伐他汀、桔霉素以及產(chǎn)色素和發(fā)酵食品等方面,少有對紅曲風味的研究[9]。頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)是檢測食品風味組分的實用技術(shù),相比于傳統(tǒng)的檢測方法,其具有靈敏度高、檢測時間短、樣品用量少的特點[10]。本研究采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對廣西武宣地區(qū)8種紅曲米的風味組成進行解析,結(jié)合主成分分析法(PCA),進一步研究武宣地區(qū)紅曲米的各種揮發(fā)性成分對其整體風味的貢獻程度,為了解廣西紅曲米的風味構(gòu)成、進一步對其品質(zhì)進行探索提供了依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 儀器與材料

        7890B GC-5977A MSD型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-Wax彈性石英毛細管柱(30 m×250 μm×0.25 μm) 美國Agilent公司;50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR on PDMS)萃取頭 美國Supelco公司;白米、紅曲米 廣西來賓市武宣縣。

        表1 紅曲米的采樣點Table 1 The sampling sites of red yeast rice

        1.2 方法

        1.2.1 紅曲米制作工藝

        由圖1可知,廣西武宣紅曲米以白米為原料,蒸熟米飯后加入用白醋泡發(fā)的干紅曲米米漿,充分拌勻后自然發(fā)酵。發(fā)酵過程的前12 h蓋布保溫,12 h后揭開布繼續(xù)發(fā)酵。發(fā)酵24 h時,洗米2次,晾干至不滴水且內(nèi)部發(fā)熱,在發(fā)酵24 h時,再次洗米,晾干后即為紅曲米。

        圖1 工藝流程Fig.1 The technological process

        續(xù) 表

        續(xù) 表

        續(xù) 表

        續(xù) 表

        1.2.2 揮發(fā)性風味組分分析

        GC條件:DB-Wax毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);載氣為氦氣(He),流速為20 mL/min,不分流進樣;進樣口溫度為240 ℃;起始溫度為40 ℃,保持5 min后以2 ℃/min的速度升溫至120 ℃,隨后將升溫速度改為4 ℃/min,當溫度升至240 ℃時保留5 min;后運行溫度設(shè)為240 ℃,后運行時間為5 min。

        MS條件:電子電離(electronic ionization,EI),電子能量為70 eV,離子源溫度為230 ℃,連接桿溫度為150 ℃。采用全掃描模式收集信號,掃描范圍為33~550 m/z。

        香氣成分的提?。喝?.5 g待測樣品裝入20 mL的萃取瓶中密封后置于60 ℃水浴鍋中平衡30 min,將老化的萃取頭插入樣品瓶中,頂空萃取30 min。

        1.2.3 數(shù)據(jù)分析1.2.3.1 定性方法

        將檢測得到的物質(zhì)譜圖與標準譜庫NIST 11和Wiley進行比對檢索,結(jié)合保留指數(shù)相關(guān)文獻及書籍資料的查詢,準確鑒定出武宣地區(qū)紅曲米香氣中的各個化學成分。

        1.2.3.2 主成分分析

        采用R語言軟件,根據(jù)相關(guān)成分的相對含量、特征根以及特征向量,計算各主成分值,并以此做PCA圖和載荷圖[11]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 廣西武宣地區(qū)紅曲米揮發(fā)性風味物質(zhì)組成分析

        采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)檢測了白米和廣西武宣地區(qū)8種紅曲米的揮發(fā)性風味組分,由表2可知,BM中共鑒定出68種揮發(fā)性風味物質(zhì),其中酯類6種、酮類6種、醇類4種、酸類1種、醛類13種、酚類5種、吡嗪類2種、烷烴類7種、醚類4種、其他化合物20種。紅曲米中共鑒定出95種揮發(fā)性風味物質(zhì),其中酯類18種、酮類17種、醇類14種、酸類12種、醛類4種、酚類8種、吡嗪類6種、烷烴類4種、醚類3種、其他化合物9種。

        表2 白米中主要揮發(fā)性物質(zhì)檢出結(jié)果Table 2 The detection results of main volatile substances in white rice

        由表3可知,GS1、GS2、GS3、GS4、GS5、SL、HM、HT分別檢出55,46,45,46,61,63,46,47種揮發(fā)性成分,其中,SL檢測出的化合物數(shù)量最多,GS3檢測出的化合物數(shù)量最少。

        表3 武宣地區(qū)紅曲米中揮發(fā)性物質(zhì)檢出結(jié)果Table 3 The detection results of volatile substances in red yeast rice in Wuxuan region

        本次試驗白米檢出的揮發(fā)性組分中,醛類、其他類、酚類物質(zhì)的占比較高,醛類物質(zhì)的相對含量占比為52.44%,是白米風味物質(zhì)中的主要成分,包含己醛、正辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、癸醛、苯甲醛、苯乙醛等,這些物質(zhì)多具有茉莉、水仙花等令人愉悅的花香。3-糠醛是含量最高的醛類物質(zhì),其次是5-甲基呋喃醛,分別占總含量的26.58%和12.45%。3-糠醛可以作為香精油、化妝品或藥物的中間體,有杏仁氣味。5-甲基呋喃醛是通用食用香料的一種重要組成,也是2,5-二甲基呋喃的重要中間體,具有芳香的氣味[12]。酚類物質(zhì)是白米風味物質(zhì)中的重要成分,相對含量占比為12.76%,其中2,6-二叔丁基對甲酚在總含量占比達到11.76%,具有烘烤的氣味。張敏等[13]對不同品種稻米的風味進行了研究,發(fā)現(xiàn)醛類在稻米所有風味化合物類別中占比最大,是主要風味物質(zhì),其檢測出了稻米中含有辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、2-戊基呋喃等,與本研究的檢測結(jié)果相同。

        本次試驗紅曲米檢出的揮發(fā)性組分中,酸類、醇類、酮類、酯類物質(zhì)的占比較高。紅曲米中的乳酸菌在發(fā)酵過程中會生成一些有機酸,如乙酸、己酸、戊酸等,其相對含量較高,是廣西武宣地區(qū)紅曲米中重要的呈味物質(zhì)[14]。8種紅曲米中檢出的醇類物質(zhì)多為C6-C8的低碳鏈醇,其中1-辛烯-3-醇具有蘑菇、薰衣草的香氣,2-庚醇呈檸檬和青草香,苯乙醇具有玫瑰花香,這些醇類物質(zhì)賦予紅曲米醇香、花香的氣味。酮類是大米中非常重要的揮發(fā)性風味組分[15],其通常來自于發(fā)酵過程中多不飽和脂肪酸的氧化或熱降解、氨基酸的降解或微生物的氧化[16]。本次試驗檢出的酮類物質(zhì)中,多具有水果、牛奶和藥草的香氣,如2-庚酮具有干酪、香蕉的香氣,甲基壬基甲酮呈柑橘類、油脂香,香葉基丙酮具有木蘭香氣,略帶玫瑰香。酯類物質(zhì)是酵母或絲狀真菌在發(fā)酵時期的代謝產(chǎn)物,通過脂肪酸酯化得來[17],如甲酸己酯、醋酸辛酯等酯類化合物,對廣西武宣地區(qū)紅曲米中的果香香氣有貢獻。

        進一步對紅曲米中定性的化合物進行對比分析,發(fā)現(xiàn)武宣地區(qū)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)生產(chǎn)的紅曲米中揮發(fā)性風味組分存在顯著性差異。由圖2可知,根據(jù)各類揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量占比,對A村地區(qū)紅曲米的香氣貢獻最大的是酸類,其次是醇類和酯類,貢獻最少的是醚類;對B村地區(qū)紅曲米的風味而言,占據(jù)主導位置的物質(zhì)是醇類,其次是酮類;C村和D村生產(chǎn)的紅曲米,風味物質(zhì)的含量大體相同,但C村貢獻最大的物質(zhì)是酮類,而D村是醇類,其次均為吡嗪類。由此可見,廣西武宣地區(qū)紅曲米風味化合物的種類大體相同,但不同村落生產(chǎn)的紅曲米在起關(guān)鍵風味作用的化合物上存在差異。

        圖2 武宣地區(qū)不同村落紅曲米中揮發(fā)性物質(zhì)種類分布Fig.2 The distribution of volatile substances in red yeast rice from different villages in Wuxuan region

        圖3直觀地表現(xiàn)了8種紅曲米中各種揮發(fā)性組分相對含量的相對豐度。對紅曲米風味物質(zhì)豐度進行標準化層次聚類后得到相對豐度,數(shù)字越大表示相對含量越高[18]。由圖3可知,GS4紅曲米中,特有的揮發(fā)性物質(zhì)是乙酸己酯、3-辛烯-2-酮、2-十四烷醇、對甲基苯甲酸甲酯和丙位辛內(nèi)酯,其中乙酸己酯賦予GS4梨和蘋果的香氣,丙位辛內(nèi)酯為其增添了藥草和椰子的風味。GS2紅曲米含有的甲酸己酯,使其具有蘋果和未成熟梅子的甜香。N-氨基四氫吡咯、α-戊基-γ-丁內(nèi)酯、(±)-6-甲基-5-庚烯基-2-醇、2-茨酮、癸酸、2-哌嗪酮、丙位庚內(nèi)酯這些化合物只存在于A村所產(chǎn)的紅曲米中,在其他村落所產(chǎn)紅曲米中沒有檢測到。SL紅曲米中,酮類化合物的種類最多,因此其風味中,干酪和油脂的香韻較濃郁。且2,5-二叔丁基酚、棕櫚酸是只存在于SL紅曲米中的揮發(fā)性物質(zhì)。HM和HT紅曲米中,2,6-二甲基吡嗪和2-庚酮的含量較高,可能是這些化合物的協(xié)同作用,導致不同村落所產(chǎn)紅曲米的特征香氣存在差異。A村紅曲米的香氣傾向于果香;B村紅曲米的香氣傾向于脂香和花香;C村和D村紅曲米的香氣傾向于烘焙香型。8種紅曲米中均檢出的揮發(fā)性風味組分為2,6-二甲基吡嗪、十六烷、壬醛、十四烷、乙酸、1-辛烯-3-醇、長葉烯、香葉基丙酮,這些化合物構(gòu)成了紅曲米特有的風味。通過對比分析可以得出,武宣地區(qū)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)生產(chǎn)的紅曲米中風味物質(zhì)明顯不同,這可能與紅曲米中微生物種類不同以及地方水質(zhì)有關(guān)。

        圖3 武宣地區(qū)紅曲米中揮發(fā)性風味化合物熱圖Fig.3 Heat map of volatile flavor compounds in red yeast rice in Wuxuan region

        程偉等[19]利用氣相色譜-質(zhì)譜分析技術(shù)(GC-MS)測定一株紅曲霉菌種子液的香氣物質(zhì),研究表明,紅曲霉種子液中主要風味的貢獻者是醇類物質(zhì)。其檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)與本研究一致的有苯乙醇、2-甲基吡嗪、棕櫚酸乙酯。紅曲米是以白米為原料,由多種紅曲霉菌、乳酸菌、醋酸桿菌等微生物發(fā)酵而成的傳統(tǒng)食品,由近年來學者對普通白米和紅曲霉菌株揮發(fā)性化合物檢測的研究可認為[20-22],紅曲霉在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了帶有花香的醇類物質(zhì),具有堅果香、烘烤香的吡嗪類物質(zhì)及富含果香的酯類物質(zhì),這些重要的風味化合物賦予了紅曲米獨特的風味。

        2.2 廣西武宣地區(qū)紅曲米揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分分析

        主成分分析是一種研究多個變量間相關(guān)性的多元統(tǒng)計方法,其原理是將原有變量重新組合,通過較少的幾個主成分盡可能多地反映原有多個變量間的相關(guān)性[23]。本研究利用R語言對白米及8種紅曲米香氣成分的含量進行主成分分析,結(jié)果見圖4。

        由圖4可知,A村紅曲米和B、C、D村紅曲米處于不同的象限,說明A村紅曲米與其他村落的紅曲米在揮發(fā)性物質(zhì)的組成上有較大差異。其中,A村紅曲米處于圖4(a)的第四象限,主要和第二主成分(PC2)呈負相關(guān),與其相關(guān)性較大的主成分有乙酸(C27)、壬酸(C77)、2-正戊基呋喃(C4)、異戊酸(C43)和2,6-二甲氧基苯酚(C75)。

        (a)

        B、C、D 3個村落的紅曲米處于圖4(a)的第一象限,與第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)均呈正相關(guān)關(guān)系。三者彼此間隔距離較小,說明這3種紅曲米中揮發(fā)性物質(zhì)的組成差異較小。與這三者相關(guān)性較大的主成分包括2,6-二甲基吡嗪(C12)、2-庚酮(C2)、十六烷(C19)、壬醛(C22)、正己醇(C16)、α-松油醇(C45)、4-羥基丁酸乙酰酯(C17)。這4個不同村落生產(chǎn)的紅曲米,其揮發(fā)性化合物在種類和含量上存在顯著差異,這可能是由于所用曲種不同,其內(nèi)含的微生物種類和數(shù)量不同,影響紅曲米發(fā)酵過程,導致風味上差異顯著。后續(xù)可以通過對廣西紅曲米中微生物菌群的鑒定,分析其影響紅曲米風味形成過程的機理。同時,篩選出發(fā)酵過程中有益的優(yōu)勢菌株,利用純種混合發(fā)酵,提高廣西紅曲米的發(fā)酵特性及品質(zhì)。

        3 結(jié)論

        采用頂空固相微萃取技術(shù)對廣西武宣地區(qū)不同村落所產(chǎn)8種紅曲米的香氣成分進行提取,并使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其進行分析鑒定,結(jié)果表明,8種紅曲米中共鑒定出95種揮發(fā)性風味物質(zhì),其中酯類18種、酮類17種、醇類14種、酸類12種、醛類4種、酚類8種、吡嗪類6種、烷烴類4種、醚類3種、其他化合物9種。均檢出的揮發(fā)性風味組分是2,6-二甲基吡嗪、十六烷、壬醛、十四烷、乙酸、1-辛烯-3-醇、長葉烯和香葉基丙酮,這些化合物多具有脂香、花香和果香,構(gòu)成了紅曲米獨特的主體香氣特征。

        對8種紅曲米的香氣成分進行主成分分析,結(jié)果表明,A村紅曲米與其他村落的紅曲米在揮發(fā)性物質(zhì)的組成上有較大差異,而B、C、D 3個村落的紅曲米中揮發(fā)性物質(zhì)的組成差異較小。乙酸、壬酸、2-正戊基呋喃、異戊酸和2,6-二甲氧基苯酚對A村紅曲米的主體香氣有重要貢獻;2,6-二甲基吡嗪、2-庚酮、十六烷、壬醛、正己醇、α-松油醇、4-羥基丁酸乙酰酯對B、C、D村紅曲米主體香氣的貢獻較顯著。

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