发酵牛蒡茶的风味物质与营养成分研究

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(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

发酵牛蒡茶的风味物质与营养成分研究

屠玥之,姜启兴,于沛沛,许艳顺,夏文水*

(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

将牛蒡进行人工接种发酵制备牛蒡茶,分析测定牛蒡茶的主要营养成分、抗氧化能力及风味物质组成,并与烘烤牛蒡茶和自然渥堆发酵牛蒡茶比较,以此评价人工发酵牛蒡茶的功能性品质。结果表明:人工接种发酵牛蒡茶中可溶性糖和总黄酮含量较自然渥堆发酵的含量分别提高10.41%和13.17%,并且游离氨基酸含量为1279.70mg/100g DW,呈味氨基酸含量高,人工接种发酵牛蒡茶中共检出了97种风味物质,其中醇类、酸类和醛类等物质的种类比烘烤牛蒡茶均有所增加,结合感官评定发酵牛蒡茶口味醇甜回甘,风味醇香。

发酵牛蒡茶,营养成分,风味物质,TCT-GS/MS

牛蒡(ArticunLappa.L)别名又叫树根菜、大力子,作为药食兼用的草本植物[1]具有极高的营养价值和科学研究价值[2]2013年国家已批准牛蒡为新资源食品,目前已开发出牛蒡罐头、牛蒡酱、牛蒡茶、牛蒡饮料、低糖口含片等一系列加工食品,牛蒡的精深加工和功能因子的开发[3-5]具有良好的前景和潜在市场。

现有市售牛蒡茶一般由牛蒡茶片简易风干或者烘烤制成,口感发涩缺乏牛蒡自身的风味和特点,加之高温易导致其营养物质受损,不利于牛蒡在日常饮食中发挥其营养功能作用。希望能够通过对普通牛蒡茶进行人工发酵处理[6-7],控制其发酵进程缩短发酵周期,满足消费者的需求,同时能减轻牛蒡本身的腥味[8-9],增加发酵牛蒡茶特有的风味物质,提高了牛蒡茶的营养价值与保健功能,并且使冲泡出来的溶液更为透明澄清,颜色更加诱人,并具有牛蒡发酵茶独特的风味。

本文通过对人工接种发酵牛蒡茶与普通发酵牛蒡茶以及市售烘进行分析比较,发现人工发酵牛蒡茶产品营养成分与风味都得到了优化,且产品携带方便,食用简便,老少皆宜。为牛蒡资源的深度开发提供了一种新思路与理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

生牛蒡片与市售烘烤牛蒡茶由徐州天益食品有限公司提供；发酵牛蒡茶由江南大学食品加工与配料实验室通过实验方法发酵制备。

UV-1000 紫外分光光度计；FW80高速万能粉碎机；TDL-5-A离心机；THZ-D恒温振荡器；HH-4数显恒温水浴锅；FW80高速万能粉碎机；LPH-50生化培养箱；PHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱；日立全自动氨基酸分析仪；日本岛津公司的GC-MS-QP201plus气一质联用仪；日立Z-5000型原子吸收光谱仪；美国Supelco公司的手动SPME装置；配有65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(PDMS/DVB)纤维萃取头。

表1 发酵牛蒡茶与同类产品基本营养成分的比较Table 1 The nutritional element contents of Fermentation burdock tea and other similar commercial products

1.2实验方法

1.2.1 发酵牛蒡茶的制备 将活化的黑曲霉孢子粉在添加量在25g,氮源选择0.5g的蛋白胨,醋酸盐缓冲液调节pH为6的发酵培养基30℃下摇瓶培养5天[10-13],将得到的母发酵剂均匀的与生发酵片混合,控制条件在含水量为35%,温度60℃条件下,接种量为3.5%时渥堆发酵16 d,合理翻堆3～5次,并且在翻堆的时候进行合理洒水,翻堆过程要符合清洁化生产。

再将成品切片,于60℃～70℃下烘干,用高速组织捣碎机处理之后,过60目筛备用[11-13]。

1.2.2 发酵牛蒡茶营养成分测定

1.2.2.1 牛蒡茶中可溶性糖含量 蒽酮比色法[14]

1.2.2.2 牛蒡茶中总黄酮含量 总黄酮含量的测定根据NY/T 1295-2007中的方法稍有改动。绘制标准曲线后,准确吸取1.0mL提取液置于10mL 容量瓶中,按照芦丁标准曲线的绘制方法,测定样品的吸光值,代入标准曲线方程求出总黄酮浓度,根据计算公式得总黄酮含量。

1.2.2.3 牛蒡茶中蛋白质含量 凯氏定氮法

1.2.2.4 牛蒡中微量元素含量 精密称取0.7033g样品置于聚四氟乙烯罐中,加入5mL HNO3及2mL H2O2过夜,消解,冷却后用1∶1 HNO3溶解,定容至100mL,取2 mL再定容至100mL,待测；再采用原子吸收火焰法进行测定。

1.2.2.5 牛蒡中氨基酸含量 用全自动氨基酸分析仪测定不同牛蒡茶样品中17种氨基酸含量。样品处理:取样60～85mg于厌氧管中,准确加入6mL/L的盐酸溶液10mL,置于4℃冰箱中冷藏20min,真空泵抽真空30s,氮吹5min,110℃烘箱中水解22h,过滤,移取滤液0.5mL在60℃下浓缩至干,加入3mL样品稀释液溶解,过0.22μm滤膜供上机用。结果用干基表示。

1.2.3 发酵牛蒡茶风味物质测定

1.2.3.1 样品处理 称取牛蒡茶粉2.00g左右于顶空瓶中,于65℃条件下将65mm PDMS/DVB纤维萃取头插入顶空瓶中萃取30 min,拔出萃取头立即插入GC—MS进样口中,于220℃脱附2min,进行GC-MS分析。

1.2.3.2 色谱质谱条件 色谱柱:RX一5MS毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度220℃；程序升温50℃保持1min,以3℃/min升温速率升至120℃保持3 rain,以5℃/min升温速率升至260℃保持10min；载气:He(纯度>99.999%)；流速1.3mL/min；不分流进样。

质谱条件:离子源为EI；电离能量为70eV；检测器电压绝对值为0.7kV；离子源温度为200℃；传输线温度250℃;扫描范围为45～500U；溶剂延迟时间为1 min。NIST2008谱库。

1.3数据处理

样品经检测得到各组分的质谱图,质谱分析由Xcaliar软件系统完成,未知化合物经检索与NIST谱库相匹配,仅当匹配大于800(最大值1000)的鉴定结果才予以报导,以各挥发性组分的峰面积占总面积之比值表示组分相对含量。

2 结果与分析

2.1发酵牛蒡茶的营养价值

2.1.1 发酵牛蒡茶的基本营养成分分析 营养品质是衡量茶饮料质量优劣的一个重要的评价指标,从表1中可以看出,人工接种发酵牛蒡茶中可溶性糖和总黄酮含量较自然渥堆发酵的含量分别提高10.41%和13.17%,比其他工艺条件下制备的牛蒡茶的营养物质含量也有显著提高,蛋白质的损失率也较普通渥堆发酵牛蒡茶得到了降低,说明在渥堆发酵中添加黑曲霉人工控制发酵产生的酶类物质将大分子糖水解成还原糖,植物细胞壁中木质素、纤维素等一些分子在一些相关酶的作用下转变成黄酮类物质浸出[15]。因此人工接种渥堆发酵条件在较短时间内显著的提高了两种功能性成分在牛蒡根部的含量,下大大的提高了牛蒡根部的食用价值。

2.1.2 发酵牛蒡茶的矿物质组成 从表2中可以看出,在发酵过程后元素含量的消长情况是不一样的,推测是跟微生物的发酵利用率不一样有关。接种发酵虽然对牛蒡的微量元素有一定的损失,但是总体来看损失率不大,微量元素、维生素及其他有机成分共同构成了牛蒡的生物活性和药效,接种发酵后的牛蒡茶比市售烘烤类的牛蒡茶中矿物质含量有一定程度的提高,同时接种发酵牛蒡茶较好的保持了牛蒡本身的功能特性,更有助于开发利用药食两用植物牛蒡。

表2 不同工艺条件下牛蒡茶的微量元素含量Table 2 Trace elements under three different conditions burdock tea

表3 不同工艺条件下牛蒡茶中游离氨基酸含量Table 3 Free amino acid content of burdock tea under different process conditions

2.1.3 发酵牛蒡茶游离氨基酸组成及含量比较 氨基酸分析结果表明,接种发酵牛蒡茶中游离氨基酸含量为1279.70 mg/100g DW,损失率进一步降低,呈味氨基酸含量进一步保留。含羰基化合物发生反应,同时微生物生长繁殖消耗了大量的氨基酸作为氮源或碳源[16]。对于接种发酵后的牛蒡茶,在测定的17种氨基酸中,8种人体必需氨基酸(苏氨酸、组氨酸、精氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和赖氨酸)中,8种均被检出(色氨酸未在测定范围内)。说明发酵牛蒡茶含有丰富的氨基酸,有利于满足人体各种氨基酸,特别是人体必需氨基酸的需要,维持各种氨基酸的代谢平衡,另外,从营养角度也说明了其营养较全面。

2.2发酵牛蒡茶的风味分析

2.2.1 不同工艺方法制备的牛蒡茶中挥发性成分的定性分析 图1到图4分别是SDE提取得到的挥发性成分的总离子流图。

图1 生牛蒡茶香气成分GC/MS总离子流图Fig.1 Raw burdock tea aroma components GC/MS total ion chromatogram

图2 自然渥堆发酵牛蒡茶香气成分GC/MS总离子流图Fig.2 Natural pile-fermentation burdock tea aroma components GC/MS total ion

图3 人工接种渥堆发酵牛蒡茶香气 成分GC/MS总离子流图Fig.3 Inoculated pile-fermentation burdock tea aroma components GC/MS total ion

图4 烘烤类发酵牛蒡茶香气成分GC/MS总离子流图Fig .4 Roasted burdock tea fermented aroma components GC/MS total ion chromatogram

通过对不同工艺条件下挥发性成分种类分析,经过渥堆发酵牛蒡挥发性成分的种类进一步增加,证明是由酸、醇、醛、酮、酯、含氮化合物等近百种挥发成分复合而成。其挥发性成分主要来源为来自生牛蒡中非挥发性物质在发酵过程中被断开或经反应所衍生而来形成,同时我们发现接种发酵与烘烤后的牛蒡茶中芳香烃和醛类物质均得到进一步增加。

结合文献[17]发现,这两类物质有助于形成了牛蒡茶特有的滋味醇厚回甘,具有独特陈香的品质特征。值得注意的是在发酵牛蒡茶中检出酯类类化合物较其他三种产品居多。酮类、醛类以及酚类物质则是在牛蒡茶的后期发酵过程中产生。在后发酵过程中,游离氨基酸和羰基会发生羰氨反应,以及Strecker氨基酸反应,其产物大都为醛、酮和酚类化合物,酯类类化合物具有典型的可可香味,其口味阈值低,接种发酵茶中含有这类物质可能给牛蒡茶带来特有的风味。

2.2.2 不同工艺方法制备的牛蒡茶中主要挥发性成分的定量分析 由于挥发性物质较多,本文列出了不同工艺条件下牛蒡茶中10种最主要的风味物质,发现经过发酵过程可能是因为牛蒡中存在酶体系,它能使牛蒡种多不饱和脂肪酸(如亚麻酸)分解,生成的挥发性物种如上表所示有呋喃、乙醇及醇醛等物质。同时推测牛蒡发酵中的糖醛类物质也是由纤维产生的,因为糖醛是迄今为止无法用合成方法制取[18-19]而只能有植物纤维产生的一种重要物质。

表4 不同工艺条件下牛蒡茶检出香气分类统计结果Table 4 Different conditions burdock tea aroma detection classification statistics

进行横向对比发现生牛蒡片及自然发酵牛蒡茶片中含量较多的2-(4-甲氧基苯基)-3,5,7-三甲氧基-4H-1-苯并吡喃-4-酮,但是在接种发酵及烘烤后含量大幅度下降,我们推测由于接种发酵中微生物活动剧烈,烘烤过程中温度较高,这一酮类物质发生分解生成了许多新的小分子物质或其他化学反应的中间体,从上表中我们可以看出经过发酵或者烘烤的处理均生成了5-羟甲基糠醛这一物质,葡萄糖或果糖脱水生成的一种衍生物,化学性质较为活泼,似有蜂蜜那样的甜味而发酵过程中产生了烘烤以及生牛蒡片都没有产生的柠檬烯这一物质,分析可得柠檬烯这一物质无色油状液体,有类似柠檬精油的淡淡的香气,丰富了发酵后的增香。而烘焙后的牛蒡茶中含有的巴伦西亚橘烯是一种天然类精油物质存在于可可类物质中,所以烘烤后的牛蒡茶存在于咖啡类似的香气。

3 结论

本文通过对人工发酵牛蒡茶与其他不同工艺条件下的牛蒡茶进行横向比较,发现添加微生物菌种人工发酵牛蒡茶后,其营养成分中可溶性糖、总黄酮分别较自然渥堆发酵的含量分别提高10.41%和13.17%,接种发酵虽然对牛蒡的蛋白质含量有一定的损失,但是总体来看氨基酸损失率得到进一步降低。8种人体必需氨基酸均被检出说明发酵牛蒡茶含有丰富的氨基酸。

表5 生牛蒡片主要挥发性化合物分析结果Table 5 Raw burdock sheet main results of the analysis of volatile compounds

表6 自然渥堆发酵主要挥发性化合物分析结果Table 6 natural pile-fermentation main results of the analysis of volatile compounds

表7 人工接种渥堆发酵主要挥发性化合物分析结果Table 7 Inoculated pile-fermentation main results of the analysis of volatile compounds

表8 烘烤后主要挥发性化合物分析结果Table 8 The main results of the analysis of volatile compounds after baking

同时对发酵牛蒡茶风味物质可以发现接种发酵牛蒡茶风味物质中醇类、酸类和醛类等物质的种类较其他类型牛蒡茶均有所增加,所以人工接种发酵牛蒡茶产品风味得到较大的改善。

综上所述,可以认为接种发酵牛蒡茶无论从营养价值和风味口感这两方面较其他类型牛蒡茶均有所提高,是一种具有市场潜力的功能性饮品。

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Volatile flavor compounds and nutrients analysis of fermented burdock tea

TUYue-zhi,JIANGQi-xing,YUPei-pei,XUYan-shun,XIAWen-shui*

(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Jiangsu Wuxi,214122)

Burdock is prepared through fermentation,Parallel Comparison of baking burdock tea and natural fermentation of burdock tea through the main nutrients,antioxidants and flavor,functional quality so as to evaluate the artificial fermentation burdock tea. The results showed that:the content of the pile fermentation inoculated fermentation burdock tea in soluble sugar and total flavonoid content are increased by 10.41% and 13.17% respectively,natural fermentation,and the free amino acid content was 1279.70mg/100gDW,flavor amino acid content was high;Artificial inoculation fermentation burdock tea was detected by 97 kinds of flavor substances,which kinds of alcohols,acids and aldehydes and other substances more than baking burdock tea,combined with sensory evaluation fermentation burdock tea tastes sweet,mellow flavor.

fermented burdock tea;nutrition;aroma components;TCT-GS/MS

2014-02-10 *通讯联系人

屠玥之(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：食品加工与保藏。

TS272.5

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001