彭婷婷,翁佩芳,吳祖芳
(寧波大學(xué) 食品與藥學(xué)學(xué)院,浙江 寧波 315832)
食品醬因其獨特的口味被廣泛用于家庭烹飪與食品加工行業(yè)[1],其中海鮮醬是以低值的魚、蝦、貝等常見海洋生物或其下腳料為主要原料,經(jīng)腌制、發(fā)酵等工藝制成的一種高營養(yǎng)、強風(fēng)味產(chǎn)品[2].我國海鮮醬品以傳統(tǒng)自然發(fā)酵工藝為主,其產(chǎn)品營養(yǎng)豐富,具有良好的風(fēng)味,但也存在著生產(chǎn)周期長,生產(chǎn)過程中極易受微生物污染等問題,是影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的主要障礙,而現(xiàn)代發(fā)酵工藝制成的產(chǎn)品又往往存在風(fēng)味不足的缺陷[3].因此,實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和風(fēng)味的穩(wěn)定控制,醬的速釀工藝必須和微生物的食品發(fā)酵作用結(jié)合.目前,微生物發(fā)酵法[4]已是食品深加工的發(fā)展趨勢,同時也是肉制品加工的必然趨勢.秘魯魷魚具有高蛋白、低脂肪特點,具備人體所需的氨基酸、DHA、鈣、鐵和硒等營養(yǎng)及微量要素,是一種良好的海洋源食品[5-6],并且味道鮮美,一直是消費者所喜好的水產(chǎn)品.目前魷魚精深加工主要是魷魚肉使用和其副產(chǎn)物利用,在生物技術(shù)不斷進步和海洋資源深度開發(fā)與利用背景下,魷魚精深加工研究也逐步深入.目前市場上主要有魷魚干[7]、調(diào)味魷魚絲、冷凍調(diào)理魷魚[8]和魷魚鹵制品[9]等加工制品.
乳酸菌具有拮抗雜菌、降解有害物質(zhì)、提高食品安全性并延長保藏期等優(yōu)點[10],在食品中的應(yīng)用是目前國內(nèi)外微生物發(fā)酵食品研究熱點之一.在水產(chǎn)品原料加工歷史中,已有乳酸菌技術(shù)的實踐應(yīng)用,如我國云南省德宏地區(qū)的傣家酸魚[11]、苗族酸魚、臭鱖魚[12]等傳統(tǒng)食品,泰國傳統(tǒng)食品Som fak 以及朝鮮的發(fā)酵魚類制品[13]都是主要通過乳酸菌發(fā)酵制得.目前,食品產(chǎn)業(yè)還停留在單一菌種的純種發(fā)酵,未能充分適配菌種的功能,將產(chǎn)品特質(zhì)完全發(fā)揮出來;相比單菌發(fā)酵,復(fù)合乳酸菌發(fā)酵則更能賦予產(chǎn)品獨特的風(fēng)味和豐富的營養(yǎng)功能[14-15].陳曉倩等[16]研究發(fā)現(xiàn),魷魚糜通過乳酸菌發(fā)酵能改善凝膠性能,此研究結(jié)果為開發(fā)以秘魯魷魚為原料的乳酸菌發(fā)酵魷魚制品加工提供了參考依據(jù).此外,高產(chǎn)蛋白酶乳酸菌還具有有效分解蛋白質(zhì)分子,產(chǎn)生多肽、氨基酸等特性,有利于人體消化吸收[17].
本研究將魷魚醬融入乳酸菌發(fā)酵有利于新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新.選取安全、適合魷魚基質(zhì),以及具有蛋白酶活性的乳酸菌復(fù)合菌劑用于魷魚醬品的發(fā)酵,是對魷魚精深加工的技術(shù)創(chuàng)新,研究結(jié)果對提高魷魚加工利用水平和豐富魷魚產(chǎn)品種類等具有重要意義,也將對水產(chǎn)品加工行業(yè)產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟與社會效益.
秘魯魷魚(下文簡稱為魷魚): 寧波飛潤海洋生物科技股份有限公司;MRS 培養(yǎng)基: 杭州微生物試劑有限公司;氫氧化鈉: 北京索萊寶科技有限公司;檸檬酸鈉: 上海源葉生物科技有限公司;焦磷酸二氫二鈉: 上海源葉生物科技有限公司;香辛料: 生姜、大蒜、辣椒、花椒、八角,購買于寧波市北侖區(qū)春曉街道益美超市;料酒: 酒精度10%,廣東美味鮮食品有限公司;食鹽: 山東菜央子鹽場有限公司;蔗糖: 寧波市糖業(yè)煙酒有限公司;菌種: 發(fā)酵乳桿菌(Lf01)、短乳桿菌(Lb-1)、戊糖片球菌(PP-1)、植物乳桿菌(Lp01),由寧波大學(xué)食品生物技術(shù)實驗室保藏.
AlphaClean 1300 垂直流潔凈工作臺: 力康精密科技(上海)有限公司;DSX-18L-I 手提式高壓蒸汽滅菌器: 上海申安醫(yī)療器械廠;5417R 大型高速離心機: 德國Eppendorf 公司;SL-502 電子天平:上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;PB-10pH(酸度)計: 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司.
1.3.1 魷魚醬發(fā)酵菌種選擇
活化后的受試菌通過MRS-脫脂乳涂平板法,挑取產(chǎn)生明顯較大透明圈的菌種,并對這些菌種進一步作蛋白酶活力測定以及復(fù)配.
1.3.2 復(fù)合乳酸菌的基本特性實驗
復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑配制: 活化選定菌種,制成菌懸液,控制2 種菌懸液的OD600值在1.5 左右(接種量在2.4×108CFU·g-1),按1:1 比例均勻混合制成復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑.
復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑的耐香辛料實驗: 生姜、花椒、大蒜、辣椒、八角各稱取10 g,前處理清洗后,各加入100 mL 純水,放置于恒溫水浴鍋中水浴加熱(55~65 ℃,5~6 h),過濾浸提物,濾液室溫下冷卻備用.分別取上述4 種香辛料浸提液各0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 至試管中,配制各香辛料體積濃度為0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%,用MRS液體培養(yǎng)基分別定容,配制完成的試液在121 ℃下滅菌15 min,再向各試液中加入體積比1.0%的復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,在37 ℃下培養(yǎng)24 h.
復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑對食鹽和料酒的可耐受特性: 配制不同濃度的食鹽和料酒,并向各培養(yǎng)基中添加復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,連續(xù)培養(yǎng)24 h 后,混勻發(fā)酵液,測定其pH 與600 nm 處菌懸液吸光值.
復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑產(chǎn)酸與生長測定: 向MRS培養(yǎng)基中加入復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,在37 ℃連續(xù)培養(yǎng)24 h,每隔2 h 測定菌懸液pH,并在600 nm 處測定菌懸液光密度值.
1.3.3 發(fā)酵魷魚醬的制備
工藝流程: 原料解凍→洗凈瀝干→除酸→絞碎混勻→輔料調(diào)配→接種發(fā)酵→裝罐→滅菌→產(chǎn)品.
基本配方: 根據(jù)菌種單因素實驗及前期預(yù)實驗,確定各種香辛料的添加量(表1).將花椒、辣椒、八角泡制2 h 后熬制3 h,冷卻過濾,濾液冷藏備用;生姜和大蒜去皮剁碎.
表1 輔料配方 %
除酸處理: 切塊并洗凈后的魷魚中加入復(fù)合脫酸劑,浸泡45 min 進行脫酸處理.復(fù)合脫酸劑主要由碳酸鈉、碳酸氫鈉、檸檬酸鈉、焦磷酸二氫二鈉組成[18],主要作用是去除魷魚原有酸味,整體上提升魷魚的口感.
1.3.4 單因素實驗
發(fā)酵溫度影響: 將前處理過的魷魚添加輔料和滅菌后,接種1.0%的復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,在不同溫度(28、32、36 ℃)下進行恒溫發(fā)酵,測定相關(guān)理化指標.
發(fā)酵時間影響: 將前處理過的魷魚添加輔料和滅菌后,接種1.0%的復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,36 ℃下恒溫發(fā)酵,分別在12、24、36 和48 h 下測定理化指標,并進行感官評定.
復(fù)合乳酸菌接種量影響: 將前處理過的魷魚添加輔料和滅菌后,接種1.0%~4.0%不同劑量的復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑,36 ℃下恒溫發(fā)酵,測定理化指標,并進行感官評分.
1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化實驗
通過前期預(yù)實驗,選取發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、復(fù)合菌種接種量作為實驗優(yōu)化目標.采用Design Expert 10.0.7 進行三水平三因素響應(yīng)面分析[19],并進行實驗組合的安排,共設(shè)17 組實驗,主要評價指標為感官評分和pH 值.實驗組安排見表2.
表2 復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬條件優(yōu)化B0X-Behnken實驗因素與水平
1.3.6 理化指標測定
pH 值根據(jù)GB 5009.237-2016 使用PHS-3C 型pH 計進行測定;揮發(fā)性鹽基氮根據(jù)GB 5009.228-2016 采用半微量定氮法測定;氨基態(tài)氮[20]根據(jù)GB 5009.235-2016 采用酸度計法測定;蛋白酶活力根據(jù)GB/T 23527-2009 福林法測定.
1.3.7 微生物指標測定
細菌總數(shù)根據(jù)GB 4789.2-2016 檢驗測定;乳酸菌總數(shù)根據(jù)GB 4789.35-2016 檢驗測定[21].
1.3.8 樣品的感官評分
采用描述性定量分析法,選取10 名訓(xùn)練有素的評估員(男性5 名,女性5 名,年齡24~30 歲)組成感官評定小組.評估員在參評前均對其進行食品感官相關(guān)內(nèi)容的專業(yè)培訓(xùn),具備對食品的各項感官指標具有獨立判斷能力.根據(jù)產(chǎn)品特征和主要感官指標制定感官評分標準表(表3).
表3 感官評分標準表
每組實驗平行測定3 次,所有數(shù)據(jù)采用SAS 8.2 軟件進行方差分析,采用Excel 2013 軟件作圖.響應(yīng)面分析采用Design Expert 10.0.7 進行實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和作圖.
魷魚是高蛋白食物,乳酸菌蛋白酶活性大小[22]直接決定了魷魚發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)降解為氨基酸和肽的能力,也直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)味[23].分別對初篩保存的4 株受試菌種進行產(chǎn)蛋白酶活性比較(圖1),從圖1 結(jié)果可見,其中2 株乳酸菌能產(chǎn)生明顯的溶蛋白圈,將產(chǎn)生較大透明圈的2 株菌株(圖1(a)和圖1(b))分別記為發(fā)酵乳桿菌(Lf01)和短乳桿菌(Lb-1).于豪杰[24]在對豆粕中大分子蛋白處理時也證明發(fā)酵乳桿菌具有較強的產(chǎn)蛋白酶活性.對2 株受試菌株及其復(fù)合菌株進行產(chǎn)蛋白酶活性的測定,由表4 可知,復(fù)合菌株的蛋白酶活性較單菌高,且發(fā)酵乳桿菌是一種異型乳酸發(fā)酵菌種,相對于同型乳酸發(fā)酵的發(fā)酵乳桿菌,其代謝產(chǎn)物更為豐富,能夠使發(fā)酵產(chǎn)品獨具風(fēng)味[25];而短乳桿菌產(chǎn)酸速度快[26],能增強發(fā)酵速度,此外國外有研究證明,短乳桿菌能產(chǎn)生蛋白酶,且具有豐富食品營養(yǎng)價值的作用[27].因此,在后續(xù)研究中采用混合菌株(發(fā)酵乳桿菌(Lf01)-短乳桿菌(Lb-1))作為復(fù)合發(fā)酵劑,以增加發(fā)酵速度和產(chǎn)品的風(fēng)味等.
圖1 產(chǎn)蛋白酶活性菌株的選擇
表4 產(chǎn)蛋白酶菌株的酶活性測定結(jié)果 U·mL-1
復(fù)合乳酸菌對大蒜、八角、花椒、辣椒、生姜5 種常用香辛料以及食鹽和料酒的可耐受性及其產(chǎn)酸性影響的研究結(jié)果如圖2 所示.從實驗結(jié)果可以看出,這些香辛料對復(fù)合乳酸菌生長有一定的促進作用.
圖2 香辛料添加量(a)、食鹽(b)和料酒(c)的耐受性和產(chǎn)酸特性(d)受復(fù)合菌種的影響
大蒜浸提液濃度在1.0%~2.0%內(nèi),菌液光密度值增加最快,當(dāng)濃度超過2.0%后,其菌液光密度值不再增加,并且有下降后趨于平緩的趨勢,表明大蒜濃度在1.0%~2.0%內(nèi)對復(fù)合乳酸菌生長已達最大促進作用.大蒜含量在2.0%以上殺菌力更強,有助于去除原料中雜菌,同時在后期發(fā)酵中有利于抑制雜菌生長.此外有研究表明[28],大蒜在食品發(fā)酵中能提升產(chǎn)品口感,增添氨基酸含量,還能分泌多種有機酸,降低腸道pH 值,間接抑制致病菌生長.鑒于大蒜濃度為2.0%~5.0%時的復(fù)合乳酸菌生長能力有所降低但趨于穩(wěn)定平緩,且5.0%時香氣比2.0%時香氣更怡人,因此綜合考慮確定大蒜最終添加量為5.0%.
八角對菌種生長有較大促進作用,實驗中發(fā)現(xiàn),隨著復(fù)合乳酸菌接種量增加,菌液光密度值也明顯增大,且增加幅度加大.八角是一種藥食同源的常用香料,可能是因其具有抗菌、抗病毒和抗氧化的特性,在體系中能有效減少和阻止有害菌群的生長,使接種的乳酸菌生長加速[29].
辣椒和花椒的濃度對于不同接種量的菌種均有促進生長作用,但其影響菌種生長效果不明顯.生姜浸提液濃度僅在1.0%~2.0%范圍內(nèi)對復(fù)合乳酸菌具有促進作用.
由此最終確定不同香辛料添加量分別如下: 生姜和八角添加量為2.0%,大蒜、花椒和辣椒的添加量為5.0%.
通過觀察細胞光密度值的變化(圖2),可以看到食鹽濃度和酒精含量均對復(fù)合菌生長產(chǎn)生一定影響.適當(dāng)濃度食鹽既能提供菌體生長所需的鈉源,又不會產(chǎn)生過高滲透壓[30].綜合復(fù)合乳酸菌的接種量和食鹽濃度對產(chǎn)酸以及菌種生長量的影響結(jié)果,食鹽濃度控制在2.0%左右更為適宜.同樣,料酒添加量對于復(fù)合乳酸菌生長也會產(chǎn)生一定影響,添加2.0%~5.0%的料酒有利于復(fù)合乳酸菌的生長繁殖,同時低濃度酒精不會抑制乳酸菌的生長,且料酒中含有各種調(diào)料的浸提液可以為復(fù)合乳酸菌提供一定的營養(yǎng)作用[31].由圖2(d)可見,接種量能影響產(chǎn)酸效果,但效果并不顯著.在發(fā)酵初期,接種量對酸度影響較大,酸度的提高有利于控制有害微生物生長,從而對腐敗菌和病原菌產(chǎn)生抑制或殺滅作用,有利于產(chǎn)品保存與質(zhì)量安全性.
發(fā)酵溫度確定: 由圖3(a)可知,在36 ℃時,產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)良好,整體風(fēng)味的感官得分較高.28 ℃和32 ℃下的產(chǎn)酸強度弱于36 ℃,且散發(fā)香氣較淡,感官評分下降,可能是因為接種乳酸菌的最適生長溫度在37 ℃左右,在此條件下,其能夠充分發(fā)揮菌種特性對產(chǎn)品發(fā)酵的最佳作用,產(chǎn)生較好風(fēng)味.因此在溫度單因素實驗中,得出最適發(fā)酵溫度為36 ℃.
發(fā)酵時間確定: 由圖3(b)~(d)可知,在相同條件的不同發(fā)酵溫度下,隨著發(fā)酵時間的增加,產(chǎn)酸總量有所增加.前期產(chǎn)酸速率較快,后期趨于平緩,且后期隨著發(fā)酵時間的增加,魷魚醬整體感官評分有所下降.原因是隨著后期發(fā)酵時間的延長,開始散發(fā)出酸腐味,且肉質(zhì)松軟無彈性,顏色發(fā)白.前期測定復(fù)合乳酸菌在0~12 h 內(nèi)生長速率最大,14 h 之后進入穩(wěn)定期,隨后的光密度值有所增加,但增幅有限.在考慮到產(chǎn)品成熟、菌種發(fā)酵效能且保證發(fā)酵品質(zhì)的前提下,選擇發(fā)酵時間為24 h,并且此條件下的整體感官評分最高(圖3(b)~(d)),且pH 值在預(yù)期值內(nèi)(pH 4.0~4.5).
復(fù)合乳酸菌接種量的確定: 由圖3(e)可知,隨著接種量的增加,產(chǎn)品pH 值下降速度也有所差異,接種量在1.0%~2.0%時的pH 值下降速度最快,但在2.0%之后,pH 值下降速度有所緩慢,且pH 值低于4.1 時,感官分顯著下降,這可能是菌的生長環(huán)境已達到其最大的承載限度.接種量在1.0%與2.0%下進行的發(fā)酵效果相當(dāng),說明不能盲目增加接種量以提高發(fā)酵速度,應(yīng)考慮不同加菌量的發(fā)酵效率及感官變化.因此綜合考慮發(fā)酵時間和感官得分,最后選取復(fù)合乳酸菌的添加量為1.0%.
圖3 發(fā)酵溫度(a)、發(fā)酵時間(b、c、d)、復(fù)合乳酸菌接種量(e)對魷魚醬發(fā)酵的影響
2.4.1 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬參數(shù)
根據(jù)制作的魷魚醬的pH 值、感官(組織感官和基礎(chǔ)味道感官)綜合評分評判最佳發(fā)酵條件(表5).
表5 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬參數(shù)分析
2.4.2 回歸模型與方差分析
從表6 復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬響應(yīng)面回歸模型方差分析可以看出[32],回歸線模型P<0.001,表明建立的方程模型具有高度顯著性;感官評價和pH 的失擬值均大于0.05,表明失擬并不顯著,證實該回歸模型具有極高的擬合性,即模型可信度較高.同時由表6 可知,回歸模型的多元相關(guān)系數(shù)R2(感官評價)為0.931 0和R2(pH)為0.981 3,說明響應(yīng)面擬合程度高,實驗因素相關(guān)性高.通過感官評價對魷魚醬發(fā)酵條件所建立的回歸模型分析(表7),模型信噪比大于4,而且失擬值并不顯著,決定系數(shù)大于0.9,這些都說明利用科學(xué)感官評價體系建立的回歸模型是可靠的.
表6 復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬響應(yīng)面回歸模型方差分析
表7 復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬回歸模型結(jié)果與分析
由上述各項參數(shù)和三維響應(yīng)曲面圖(圖4),運用Design Expert 10.0.7 分析計算出魷魚醬發(fā)酵條件的最佳點.根據(jù)感官回歸方程優(yōu)化后,實際所對應(yīng)的工藝參數(shù)分別是發(fā)酵溫度為36 ℃,發(fā)酵時間為24 h,復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑添加量為1.0%,最佳感官得分理論值為94.以pH 值回歸方程優(yōu)化后,實際所對應(yīng)的工藝參數(shù)分別是發(fā)酵溫度為33 ℃,發(fā)酵時間為22 h,復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑添加量為1.0%,理論pH 值為4.6.并且結(jié)合工廠化生產(chǎn)操作實踐,對發(fā)酵條件進行適當(dāng)調(diào)整,最后參數(shù)分別為發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時間24 h,復(fù)合乳酸菌發(fā)酵劑添加量為1.0%.
圖4 發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對感官得分影響的響應(yīng)面(a)及等高線(b)
2.4.3 響應(yīng)面優(yōu)化條件的驗證
根據(jù)優(yōu)化條件來驗證模型可靠性,在以上得到的最適條件下,通過對比接種復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚醬組和自然發(fā)酵魷魚醬組的理化指標(圖5(a)~(c)),可以看出,相比于自然發(fā)酵組,接種復(fù)合乳酸菌發(fā)酵魷魚組的氨基酸態(tài)氮含量明顯增加,提高量達36.0%,而揮發(fā)性鹽基氮減少了31.18%,pH值下降至4.0 左右,表明在此優(yōu)化條件下的產(chǎn)品品質(zhì)較好[33].通常在發(fā)酵制品加工中,產(chǎn)品質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)等品質(zhì)與微生物密切相關(guān)[34],而發(fā)酵過程中微生物的種類及變化規(guī)律又受到發(fā)酵樣品環(huán)境等條件的影響,從而使產(chǎn)品的質(zhì)量(包括感官品質(zhì)與理化甚至營養(yǎng)等指標)產(chǎn)生差異.由圖5(d)可見,在發(fā)酵初期,兩種條件下的乳酸菌活菌總數(shù)都有所增加,在進入主發(fā)酵階段后,接種發(fā)酵組中的乳酸菌起到抑制細菌生長的作用,在發(fā)酵過程中起主導(dǎo)作用,而自然發(fā)酵組細菌也呈上升趨勢,發(fā)酵后期,兩者的增長均趨于平緩,但乳酸菌活菌數(shù)方面,接種發(fā)酵組始終多于自然發(fā)酵組.以上結(jié)果也反映出條件優(yōu)化的可靠性.
圖5 自然發(fā)酵組與接種發(fā)酵組pH(a)、揮發(fā)性鹽基氮(b)、氨基酸態(tài)氮(c)、乳酸菌活菌數(shù)(d)變化
通過選擇具有產(chǎn)蛋白酶活性的發(fā)酵乳桿菌和短乳桿菌并進行復(fù)合,作為魷魚醬發(fā)酵用乳酸菌,復(fù)合乳酸菌在短時間內(nèi)可以快速生長增殖,有較好的產(chǎn)酸特性,魷魚醬發(fā)酵體系pH 值快速降低.添加輔料(辣椒、大蒜、花椒、生姜和八角)的浸提液能夠促進復(fù)合乳酸菌的增長,添加食鹽、料酒、蔗糖對發(fā)酵產(chǎn)品起到調(diào)味作用,最終確定配方: 大蒜、花椒、辣椒添加量為5.0%,生姜、八角、食鹽及醬油添加量為2.0%,蔗糖添加量為3.0%,料酒添加量為5.0%.采用響應(yīng)面優(yōu)化法最后確定優(yōu)化的發(fā)酵工藝條件為35 ℃下接種1.0%復(fù)合菌劑(發(fā)酵乳桿菌和短乳桿菌菌種比例1:1,接種量為2.4×108CFU·g-1),發(fā)酵24 h,最后魷魚醬發(fā)酵產(chǎn)品的氨基酸態(tài)氮可達0.36 g·L-1,呈現(xiàn)出較好的品質(zhì),pH 值在4.0 左右,感官評分較高.