林莉,董瑋,吳加怡,袁瑋,嚴(yán)紅光,石敏,楊濤

1(凱里學(xué)院 大健康學(xué)院,貴州 凱里,556001)2(凱里學(xué)院 理學(xué)院,貴州 凱里,556001)

薏米(Coixseed),又叫苡米、薏苡仁、薏珠子等,是禾本科薏苡屬草本植物[1],其藥性微寒,味道甘甜,能促進(jìn)人體水分的代謝,有消除水腫、去除濕氣、清熱解毒[2]等功效,被稱為“世界禾本科植物之王”[3]。薏米含有豐富的營養(yǎng)成分,除富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、磷、鈣、鐵等微量元素外,還含有多種人體所需的必需氨基酸,且不飽和脂肪酸含量較高?，F(xiàn)今,薏米作為原料已應(yīng)用于各類食品的加工生產(chǎn)中[4],如薏米曲奇餅干、山藥薏米面包、釀造薏米酒以及研制薏米發(fā)酵酸奶等等。

酸湯是苗族在幾千年的發(fā)展歷程中創(chuàng)造的一種民族飲食,有白酸湯和紅酸湯之分。白酸湯又叫米酸湯,是以水、糯米(米湯)為主要原料經(jīng)自然發(fā)酵而成的,其氣味平緩,回味甘甜,有補(bǔ)益氣虛、滋陰的功效,同時(shí)還起到清熱消暑的作用[5]。當(dāng)前,關(guān)于白酸湯的研究主要集中在微生物多樣性分析、發(fā)酵過程中風(fēng)味品質(zhì)的變化、發(fā)酵菌種篩選等方面。王琪琪等[6]對白酸湯微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析,發(fā)現(xiàn)白酸湯中細(xì)菌有30個(gè)分類操作單元(operational taxonomic units,OTUs),真菌有89個(gè)OTUs。王思婷等[7]對米酸湯發(fā)酵過程中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析得到22種主要揮發(fā)性物質(zhì)。肖甜甜等[8]對白酸湯中優(yōu)勢微生物進(jìn)行篩選共得到20株發(fā)酵性能較好的優(yōu)勢菌株。對于白酸湯原料選擇的多樣性,尤其是不同原料發(fā)酵白酸湯的工藝及風(fēng)味研究方面尚未見相關(guān)報(bào)道。

本研究以薏米為原料,探究薏米白酸湯的加工工藝,對比分析薏米白酸湯和白酸湯的揮發(fā)性風(fēng)味成分,旨在為白酸湯的原料選擇多樣性提供創(chuàng)新思路,為白酸湯市場多元化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

薏米,購于貴州省黔東南州錦屏縣;糯米,購于貴州省黔東南州黎平縣六背山;老水,實(shí)驗(yàn)室自制;山泉水,取自黔東南州凱里市舟溪鎮(zhèn)。

1.2 儀器與設(shè)備

Q-800B高速多功能粉碎機(jī),上海冰都電器有限公司;CN-LQC5001電子天平,昆山優(yōu)科維特電子科技有限公司;WK2102美的電磁爐,廣東美的生活電器制造有限公司;HH-S8電熱恒溫水浴鍋,北京科偉永興儀器有限公司;PHSJ-4A pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;HP6890/5975C GC/MS聯(lián)用儀,美國安捷倫公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

薏米白酸湯的加工工藝流程如圖1所示。

圖1 薏米白酸湯工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of Coix rice-acid soup

1.3.2 操作要點(diǎn)

a)原料處理:分別將薏米和糯米打碎后過80目的篩子,備用。

b)加水煮沸:稱取一定量原料按一定比例加入山泉水,加熱煮沸,同時(shí)攪拌。

c)糊化:將加熱煮沸好的米湯放在水浴鍋中進(jìn)行糊化,適時(shí)攪拌。

d)接種老水:待糊化好的米湯冷卻至室溫,按一定比例添加老水,裝壇。

e)發(fā)酵:置于室溫條件下自然發(fā)酵。

f)pH值的測定:跟蹤測定薏米白酸湯pH值至3.2～3.5,即發(fā)酵完成。

1.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 料液比對酸湯品質(zhì)影響試驗(yàn)

固定m(糯米)∶m(薏米)=50∶50,糊化溫度60 ℃,糊化時(shí)間30 min,老水添加量15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),以不同的料液比(1∶50、2∶50、3∶50、4∶50,g∶mL)發(fā)酵7 d后測定pH值衡量酸湯的口感。

1.4.2 單因素試驗(yàn)

選取糯米和薏米質(zhì)量比、糊化溫度、糊化時(shí)間、老水添加量為4個(gè)因素,固定料液比(g∶mL)3∶50,參照1.3.1節(jié)工藝流程發(fā)酵。以感官評分為衡量指標(biāo),進(jìn)行單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.4.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn),設(shè)計(jì)4因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)對薏米白酸湯的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 The factors and levels of response surface test

1.4.4 感官評價(jià)

1.4.4.1 評價(jià)人員選擇

感官評價(jià)小組按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16291.1—2012,招募有品鑒能力的評價(jià)人員,對評價(jià)員進(jìn)行選拔、培訓(xùn)與管理。經(jīng)過初篩、復(fù)篩,對通過選拔的品嘗測試人員進(jìn)行感官培訓(xùn)及20 h以上的強(qiáng)化訓(xùn)練,最終建立10人(5男,5女,20～30歲)的評價(jià)小組。

1.4.4.2 感官評價(jià)室

感官評價(jià)室設(shè)置在低噪音、恒溫恒濕、空氣流通、無異味的房間。室內(nèi)光線適宜,光源為白熾燈,評價(jià)室墻壁背景為白色。

1.4.4.3 感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照貴州省黔東南州凱里酸湯產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/KLST003—2021《凱里酸湯 白酸湯》,制定薏米白酸湯的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。根據(jù)感官評價(jià)指標(biāo)從色澤、口感、質(zhì)地、氣味對薏米白酸湯進(jìn)行感官評價(jià)。

表2 薏米白酸湯感官評價(jià)指標(biāo)Table 2 Sensory score index of Coix rice-acid soup

1.5 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測定

1.5.1 測定方法

參考田亞等[9]的方法,略有改動,取2 mL混合均勻的液體樣品,放入固相微萃取儀的10 mL采樣瓶中,插入裝有2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex纖維頭的手動進(jìn)樣器,于65 ℃加熱板上進(jìn)行頂空提取60 min,并用磁力攪拌使其升溫,隨后取出萃取頭,然后將其立即插入氣相色譜儀的進(jìn)樣口,于230 ℃下進(jìn)行熱解析進(jìn)樣。

1.5.2 色譜條件

色譜條件:HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),40 ℃柱溫下保持2 min,然后以3 ℃/min升到160 ℃,再以10 ℃/min升溫至220 ℃,保持10 min;載氣:99.999%的高純度He;柱壓:7.06 psi;流量:1.0 mL/min;不分流;溶劑延遲時(shí)間:1 min。

質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源為EI源,溫度230 ℃;四極桿溫度:150 ℃;電子能量70 eV;發(fā)射電流34.6 μA;倍增器電壓2 341 V;接口溫度240 ℃;質(zhì)量范圍29～500 amu。

1.5.3 定性與定量方法

定性方法:通過對總離子流圖中的各峰進(jìn)行檢索,并與Nist 20和Wiley 275標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖比對,同時(shí)結(jié)合RI值、相關(guān)文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖進(jìn)行定性。

定量方法:根據(jù)峰面積歸一化法評估揮發(fā)性成分的相對含量。計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:wi,組分i含量;Ai,組分i的峰面積。

1.6 數(shù)據(jù)處理

通過SPSS 19.0和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及差異顯著性分析,采用Origin 8.0軟件繪圖,利用Design expert 8.06軟件進(jìn)行響應(yīng)面(Box-Behnken)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對薏米酸湯品質(zhì)影響試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖2可知,當(dāng)原料∶水=3∶50(料液比,g∶mL)時(shí),其發(fā)酵效果最好,pH值為3.5,酸度適宜;當(dāng)原料∶水=4∶50(料液比,g∶mL)時(shí),則可能因米湯過于黏稠,營養(yǎng)物質(zhì)過剩,微生物生長過快,發(fā)酵至后期會抑制其生長,從而影響其發(fā)酵活力及有機(jī)酸的產(chǎn)生[10]。傳統(tǒng)米酸湯的料液比為1∶50(g∶mL)[11],但薏米白酸湯發(fā)酵時(shí),以原料∶水=1∶50(料液比,g∶mL)及原料∶水=2∶50(料液比,g∶mL)時(shí),因原料薏米中的淀粉含量較低,故導(dǎo)致發(fā)酵效果不佳。故取原料∶水=3∶50(料液比,g∶mL)作為薏米白酸湯加工的料液比。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 糯米薏米質(zhì)量比對薏米白酸湯的影響

由圖3可知,隨著糯米含量的增加,薏米白酸湯的感官評分也隨之升高,且在m(糯米)∶m(薏米)=65∶35時(shí)感官評分出現(xiàn)峰值90.63分,此時(shí)的薏米白酸湯在達(dá)到酸湯適口酸度的同時(shí),還能很好地將薏米的風(fēng)味引入白酸湯之中。當(dāng)薏米含量繼續(xù)增加時(shí),薏米白酸湯的感官評分呈下降趨勢。圖中,m(糯米)∶m(薏米)為80∶20和65∶35時(shí)所對應(yīng)的感官評分值中無顯著差異(P>0.05),但從感官評分和原料選擇多樣性上綜合考慮,選擇65∶35為糯米薏米最佳質(zhì)量比。

圖2 料液比對薏米酸湯品質(zhì)影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on quality of Coix rice-acid soup

a-糯米薏米質(zhì)量比對薏米白酸湯影響的感官雷達(dá)圖; b-糯米薏米質(zhì)量比對薏米白酸湯感官評分影響折線圖圖3 糯米薏米質(zhì)量比對薏米白酸湯的影響Fig.3 Effect of the mass ratio of glutinous rice to Coix seed on Coix rice-acid soup注:圖中不同字母代表差異顯著(P<0.05)(下同)。

2.2.2 糊化溫度對薏米白酸湯的影響

由圖4可知,感官評分隨糊化溫度呈上升后下降的趨勢。當(dāng)糊化溫度70 ℃時(shí),薏米白酸湯的感官評分達(dá)到最高91.30分,當(dāng)溫度繼續(xù)升高,其感官評分開始逐漸下降,且與70 ℃時(shí)相比差異顯著(P<0.05)。這說明在溫度升高至70 ℃時(shí),淀粉已全部糊化[12],致使白酸湯的感官評分值達(dá)到最高。從節(jié)約資源的方面考慮,故取70 ℃為薏米白酸湯的最佳糊化溫度。

a-糊化溫度對薏米白酸湯影響的感官雷達(dá)圖; b-糊化溫度對薏米白酸湯感官評分影響折線圖圖4 糊化溫度對薏米白酸湯的影響Fig.4 Effect of gelatinization temperature on Coix rice-acid soup

2.2.3 糊化時(shí)間對薏米白酸湯的影響

由圖5可知,感官評分隨糊化時(shí)間延長呈先升高后下降的趨勢。當(dāng)糊化時(shí)間在40 min時(shí),感官評分出現(xiàn)峰值92.67分,隨著糊化時(shí)間繼續(xù)延長,感官評分顯著下降(P<0.05)。糊化時(shí)間的選擇影響淀粉顆粒內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)與水分的接觸時(shí)間的長短以及風(fēng)味的好壞。糊化時(shí)間過短可能導(dǎo)致淀粉顆粒的糊化效果和吸水能力不佳,對微生物的消化吸收產(chǎn)生一定影響,糊化時(shí)間過長,雖會使淀粉顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被裂解破壞[13],但糊化時(shí)間過長會對糯米和薏米的風(fēng)味物質(zhì)造成不良影響。綜上,以糊化時(shí)間40 min為薏米白酸湯的最佳糊化時(shí)間。

2.2.4 老水添加量對薏米白酸湯的影響

由圖6可知,感官評分隨老水添加量呈先升高后降低的趨勢,在添加量15%處出現(xiàn)峰值89.27分。老水添加量5%時(shí),體系內(nèi)的菌種數(shù)量過少,其發(fā)酵能力較弱,在發(fā)酵結(jié)束時(shí)難以達(dá)到適口的酸度;老水添加量為25%～45%時(shí)感官評分逐漸下降,可能是由于老水中的菌種數(shù)量過多,米湯中的營養(yǎng)物質(zhì)也被過多的菌種消耗完,導(dǎo)致菌種的生長受到抑制,從而影響了菌種的發(fā)酵能力。因此取老水添加量15%為薏米白酸湯的最佳老水添加量。

a-糊化時(shí)間對薏米白酸湯影響的感官雷達(dá)圖; b-糊化時(shí)間對薏米白酸湯感官評分影響折線圖圖5 糊化時(shí)間對薏米白酸湯的影響Fig.5 Effect of gelatinization time on Coix rice-acid soup

a-老水添加量對薏米白酸湯影響的感官雷達(dá)圖; b-老水添加量對薏米白酸湯感官評分影響折線圖圖6 老水添加量對薏米白酸湯的影響Fig.6 Effect of adding amount of old water on Coix rice-acid soup

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行4因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表3。通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理和分析,得到二次多項(xiàng)回歸方程:

Y=+93.20-2.67A-0.67B-1.50C-0.17D+2.75AB-3.50AC-1.25AD-0.25BC+1.00BD+1.75CD-5.93A2-5.43B2-2.93C2-5.93D2

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 The response surface experimental design and results

2.3.2 方差分析

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance for the regression model

2.3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)回歸方程得到薏米白酸湯預(yù)測的最佳工藝參數(shù)為m(糯米)∶m(薏米)=62∶38,糊化溫度為68.87 ℃,糊化時(shí)間為38.69 min,老水添加量為14.80%,為方便試驗(yàn)操作,將試驗(yàn)條件調(diào)整為m(糯米)∶m(薏米)=62∶38,糊化溫度為69 ℃,糊化時(shí)間為39 min,老水添加量為15%。進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn);得到的薏米白酸湯的感官評分值為90.20分,RSD值為1.06%,與預(yù)測值93.62分較接近,故運(yùn)用響應(yīng)面優(yōu)化薏米白酸湯工藝的回歸模型可行。

2.4 揮發(fā)性風(fēng)味成分測定

由圖7和表5可知,薏米白酸湯的揮發(fā)性風(fēng)味成分為21種,白酸湯為18種,其中兩者共有的揮發(fā)性物質(zhì)有乙酸、丙酸、乙酸丙酯、乙酸異戊酯、2-羥基丙酸丙酯、2-甲基-丙酸、丙酸丙酯、苯乙醇、乙酸乙酯和丙酸乙酯10種。白酸湯和薏米白酸湯的揮發(fā)性風(fēng)味成分種類相對含量較多的是酯類、醇類和酸類。白酸湯中酯類化合物含量較高,相對含量為49.231%,薏米白酸湯中則是酸類化合物含量較高,相對含量為40.615%。

圖7 白酸湯和薏米白酸湯揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類數(shù)Fig.7 Number of volatile flavor components in rice-acid soup and Coix rice-acid soup

2.4.1 酯類物質(zhì)

酯類物質(zhì)來自于醇類的酯化反應(yīng),通常具有水果般香氣,且具有揮發(fā)性高和閾值低的特點(diǎn),是發(fā)酵食品中最重要的一類揮發(fā)性成分之一[14]。2種白酸湯中檢出共有的酯類成分有6種,分別為乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、乙酸異戊酯、2-羥基丙酸丙酯,其中具有柔和水果香味的乙酸丙酯含量分別為13.289%和15.690%,薏米白酸湯比白酸湯高2.401%。白酸湯中未檢出具有奶油香氣的十六烷酸乙酯,而薏米白酸湯的含量為2.148%。

表5 白酸湯和薏米白酸湯揮發(fā)性風(fēng)味成分種類及相對含量Table 5 Types and relative contents of volatile flavor components in rice-acid soup and Coix rice-acid soup

2.4.2 酸類物質(zhì)

酸類物質(zhì)是發(fā)酵食品中的一大類風(fēng)味成分,其除了本身可以呈味外,還能與醇類反應(yīng)生成酯類,構(gòu)成白酸湯獨(dú)特的風(fēng)味[15]。薏米白酸湯的酸類揮發(fā)性物質(zhì)比白酸湯的更為豐富,薏米白酸湯的酸類物質(zhì)相對含量為40.615%,白酸湯為34.963%,薏米白酸湯比白酸湯高5.652%。

2.4.3 醇類物質(zhì)

醇類物質(zhì)主要來自于淀粉糖化后的酒精發(fā)酵階段,通過微生物的生長繁殖,產(chǎn)生大量醇類物質(zhì),共同作用形成香氣并為有機(jī)酸提供前體物質(zhì)[16]。白酸湯和薏米白酸湯中均檢出6種醇類揮發(fā)性風(fēng)味成分。其中共有的醇類物質(zhì)為苯乙醇,呈現(xiàn)甜香、玫瑰花香和蜂蜜香味[17],在2種酸湯中的含量接近,含量分別為1.228%、1.232%。薏米白酸湯中含有1.713%的正丙醇,是在酒精發(fā)酵過程中形成的一種高級醇,具有水果、清潔和新鮮草木的風(fēng)味[18]。此外,薏米白酸湯中還檢出了庚醇,含量為2.033%。庚醇是一種具有特有芳香氣味的小分子風(fēng)味物質(zhì),常被用作調(diào)配草莓、香蕉、蘑菇等食用香料[19]。

2.4.4 其他類物質(zhì)

醛類具有閾值低、賦香能力強(qiáng)等特點(diǎn),在白酸湯中檢出少量的乙醛和丙醛,兩者都具有刺激性氣味,常與其他易揮發(fā)性物質(zhì)相互作用,對不良?xì)馕队袇f(xié)同增效作用[20]。而薏米白酸湯中則有著類似梨香氣的庚酮[21]和具有椰子香味的二氫-5-戊基-2(3H)-呋喃酮[22],相對含量分別為0.340%和1.167%。酮類物質(zhì)可能通過脂肪氧化和美拉德反應(yīng)產(chǎn)生,具有獨(dú)特的水果香、花香等令人愉悅的氣味[23],且還有對腥味減弱的作用[24]。

3 結(jié)論與討論

本研究以感官評價(jià)為衡量指標(biāo),通過響應(yīng)面優(yōu)化得出薏米白酸湯的最佳工藝參數(shù)為m(糯米)∶m(薏米)=62∶38,糊化溫度為69 ℃,糊化時(shí)間為39 min,老水添加量為15%,加工所得薏米白酸湯感官評分為90.20分。采用GC-MS技術(shù)分析得到薏米白酸湯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)較白酸湯更豐富,薏米白酸湯中具有水果香味的乙酸丙酯含量較白酸湯高2.401%,且含有具有奶油香氣的十六烷酸乙酯;2種白酸湯同時(shí)檢出具有甜香味和玫瑰花香味的苯乙醇,但薏米白酸湯還檢出了具有芳香氣味的庚醇和水果香味的正丙醇;此外,薏米白酸湯中檢出具有類似梨香氣的庚酮和椰子香味的二氫-5-戊基-2(3H)-呋喃酮。目前,對白酸湯原料多樣性的研究較少,尤其是對不同原料加工所得的白酸湯產(chǎn)品營養(yǎng)功效成分分析和風(fēng)味差異探究方面的空間很大。因此,有必要對不同原料加工的白酸湯產(chǎn)品的工藝、營養(yǎng)功效成分、風(fēng)味等方面進(jìn)行深入研究,為白酸湯的原料選擇多樣性上提供理論參考,為白酸湯市場多元化發(fā)展提供創(chuàng)新思路。