5 种红曲发酵食物的电子感官评价与对比

高 铭，王 晴，雷 蕾，柳 嘉，丁方莉，曹续东，苑 鹏，段盛林*

（1.中国食品发酵工业研究院有限公司，北京 100015；2.功能主食创制与慢病营养干预北京市重点实验室，北京 100015；3.宁波御坊堂生物科技有限公司，浙江宁波 315012）

红曲是以固体营养物（通常为米）为底物，利用红曲霉（Monascus ruber）发酵得到的固体发酵产物。研究表明，红曲含有丰富的莫纳可林K（Monacolin K）、红曲色素、麦角甾醇等活性物质[1]，具有抗氧化、抑制胆固醇合成等功效，可有效预防心脑血管疾病[2]。其中，红曲米是最常见的红曲产物，是中国传统的发酵食品，被广泛应用于酿酒、食品着色和发酵等方面[3]。近年来出现了以山药、荞麦、燕麦、玉米等淀粉含量较多的物质作为新的固态基质进行红曲发酵的探索[4]。可见，采用具有一定功效的原料进行发酵已成为红曲发酵的新趋势。

与常见食品形态相比，红曲产品中胶囊、片剂产品数量更多，主要原因在于红曲发酵后的颜色、气味和味道发生了改变，发酵导致的苦味、涩味以及不愉快的气味等影响了红曲发酵产品直接食用的范围。因此，针对红曲发酵对红曲产物感官影响的研究十分重要。传统感官评定需要至少十位经过培训的感官评定员对随机编号的样品进行感官质量评定，并依据评分表对各样品每个方面打分[5-6]。这种方法对感官评定员的依赖性较大，并且评价结果因评分表内容、色香味相互影响、样品状态等因素的变化而出现较大差异[7]。因而与传统感官评定相比，电子感官检测技术具有重复性好、结果客观且感官不疲劳等优点[8]。

电子感官技术一般包括电子舌、电子鼻和色差仪等[8]。电子舌可以分析挥发性较低的可溶性化合物，通过数据转换，把食物、药品等样品的味道转化成数值的形式[9]。胡荣锁等[10]用电子舌判别了三种不同干燥方式获得的咖啡的风味，并剖析了各加工方式对咖啡品质的影响。电子鼻根据仿生原理，模仿哺乳动物嗅觉系统的结构和机理，分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成分[11]。许春华等[12]采用电子鼻和电子舌检测4 种酒样，并结合主成分分析（principal component analysis，PCA）和判别因子分析两种识别方法评价果酒的风味，其分析结果与人工感官评价结果一致。色差仪可以自动检测样品与标准样间的颜色差异，直接输出CIELAB 模式（是国际照明委员会于1976 年公布的一种色彩模式）的L*、a*、b*三组数据[13]。周蓉等[14]通过测定番茄的L*、a*、b*值与番茄红素含量，建立了一种用色差仪分析番茄中番茄红素含量的方法。而现有的红曲发酵感官研究多为传统感官评定，未见以电子感官评价为手段的研究报道。

本实验分别以5 种可作为红曲霉发酵底物的常见食物（大米、紫薯、土豆、牛蒡和苹果）进行红曲发酵，得到了红曲发酵产物。5 种食物使用色差仪、电子舌和电子鼻对发酵前后底物的感官变化进行测定，并对电子感官测定数据进行PCA 分析以及双样本t 检验，得到红曲发酵感官变化特点，以期为红曲发酵底物品种的开发提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

大米、紫薯、苹果、马铃薯、牛蒡，市售；红色红曲菌CICC 41183，中国工业微生物菌种保藏管理中心；麦芽浸粉肉汤、麦芽浸粉琼脂、细菌琼脂粉，北京陆桥技术股份有限公司。

TS-5000Z 电子舌，日本Insent 公司；Fox 4000 电子鼻，法国Alpha M.O.S 公司；SE-6000 分光色差计，日本电色公司；Spectra Max i3 酶标仪，美国Molecular Devices 公司；Gen Pure xCAD Plus 超纯水系统，美国Thermofisher Scientific（赛默飞世尔）公司；MJ-250I 霉菌培养箱，上海一恒科技有限公司；DL-CJ-2ND I 洁净工作台，北京东联哈尔仪器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 红曲种子液制备

红色红曲菌（CICC 41183）菌株经麦芽汁琼脂斜面培养基活化培养5 d 后，接入液体摇瓶培养基进行液态发酵培养，制备红曲种子液。

1.2.2 红曲固态发酵

大米淘净后加入适量的蒸馏水；紫薯、土豆、苹果、牛蒡洗净，将原料蒸熟后放入洁净工作台中冷却至30 ℃左右，分别去皮切成1 cm3的立方体。在超净台中以10%（v/w）接种量分别向装有各原料的500 mL 锥形瓶中接入红曲种子液（约106个/mL 孢子）。将锥形瓶置于培养箱中30 ℃培养10 d，分别于50 ℃烘干后得到5 种红曲发酵产物。

1.2.3 测试样品前处理

同批次紫薯、土豆、苹果、牛蒡洗净后切块，与大米分别于50 ℃烘干，粉碎后过60 目筛得到发酵前待测样品，于实验室阴凉处（20 ℃）储存；红曲发酵产物分别粉碎后过60 目筛，于阴凉处（20 ℃）储存。

1.2.4 红曲发酵产物颜色测定

分别称取5 g 待测样品于样品池内并用色差仪测定红曲发酵前后样品的颜色变化。用L*、a*、b*这3 个参数进行评价。

1.2.5 红曲发酵产物风味测定

分别称取1.5 g 各待测样品于20 mL 顶空瓶内，采用顶空取样进行风味测定，电子鼻主机参数设置为取样时间120 s，样品延迟1 080 s，洁净空气流速150 mL/min，取样体积4 mL，注射速度500 μL/s；自动进样器参数设置为孵化时间600 s，孵化温度40 ℃。

1.2.6 红曲发酵产物口味测定

采用蒸煮水提的方法制备各红曲发酵产物的水溶液。分别取红曲发酵产物25 g 于500 mL 三角瓶中，用100 mL 蒸馏水浸泡蒸煮30 min，6 500 r/min 离心10 min，取上清液100 mL 分装于2 个样品杯中。在室温（25 ℃）下用电子舌测定各样品的口味，方法为电极清洗90 s→缓冲液清洗120 s→缓冲液清洗120 s→稳定化30 s→测试样品30 s→缓冲液清洗3 s→缓冲液清洗3 s→回味测定30 s。

1.3 数据分析

采用 Teste sensing system TS-5000Z Analysis Application Ver170 对电子舌传感器的分辨能力进行分析，采用SPSS 22.0 软件进行数据处理，采用PCA 进行降维分析，采用双样本t 检验进行发酵前后对比分析。

2 结果与分析

2.1 发酵前后样品颜色变化

在CIELAB 中，L*是亮度，a*（-a～+a，从绿色到红色）和b*（-b～+b，从蓝色到黄色）是色度坐标。

表1 为红曲发酵前后样品的颜色变化情况。由表知大米颜色变化最明显，大米的L*值由92.65 降到34.15，说明发酵使大米的亮度降低；a*值由-1.1 提升到24.35，大米从略带绿色的原米经发酵变成了带红色的红曲米；b*值由6.6 提升到14.33，可知大米发酵后黄色更深。整体分析5 个底物，由表可知，样品发酵后L*值普遍降低，大多数底物的a*值和b*值均有不同程度上升，其中紫薯a*值略降低（从14.29 降低到13.15），可能因为紫薯本身红色较深，影响了对红曲色素的观察。综合以上分析，说明红曲发酵后底物亮度降低，颜色普遍向红色、黄色方向变化，可能是因为红曲菌代谢产生了红曲红色素和红曲黄色素[15]。

表1 红曲发酵前后样品颜色变化Table 1 The color of samples before and after red yeast fermentation

2.2 发酵前后样品风味分析

2.2.1 原始数据分析

图1 中不同曲线代表电子鼻不同传感器的响应值随时间的变化情况。通过分析各传感器响应值的变化可以看出，部分传感器在检测初期即快速产生响应（上升或下降），40 s 后逐渐趋于平稳而达到一个稳定的状态。

根据电子鼻仪器说明，传感器原始信号大于1 说明信号过载，且要求T、P 型传感器响应值在0.3 以上时，定性分析中样品的差异信息可以更明显地表现出来。根据图1 可知，所有传感器强度小于1，且大部分T、P 型传感器的响应值在0.3 以上，可以较好地区分样品间差异；图中基线附近的响应曲线均来自LY2 型传感器，说明LY2型传感器对测试样品几乎不响应。

图1 红曲苹果电子鼻传感器响应图Fig.1 The electronic nose sensor response diagram of red yeast apple

2.2.2 整体风味分析

Fox 4000 电子鼻传感器可与氧化物、有机物（聚合物及衍生物）及其他气味分子反应，产生信号[16]。传感器共分为三类，LY2 类：LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/gCT、LY2/gCTL；P 类：PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、P10/1、P10/2、P40/1；T 类：T30/1、T40/2、T40/1、TA/2、T70/2，具体如表2所示。

表2 FOX4000 电子鼻传感器性能表Table 2 Electronic nose sensors performance of FOX4000

由图2 可见，所有的发酵前样品在LY2 类传感器上响应值最强，且大多数红曲发酵样品与发酵前对比（如大米与红曲米相比），LY2 类传感器响应值区别不明显，只有苹果在被红曲发酵后响应值出现了明显降低，说明在LY2 类传感器所涉及的气味类型中，红曲发酵过程对苹果的影响程度最大；在T 类、P 类传感器上，红曲发酵后样品与发酵前样品相比，整体响应值均有不同程度上升，其中苹果的气味改变最大，红曲苹果的响应值明显高于发酵前的苹果，且气味更均衡。综合而言，红曲发酵作用对于大米、紫薯、土豆、牛蒡和苹果这5 种底物的气味有明显改变，整体上气味增强，其中，发酵作用对苹果风味的影响最大，且苹果的风味变化最为独特。

图2 5 种样品发酵前后气味比较Fig.2 The odour comparison of the 5 samples before and after fermentation

2.3 发酵前后样品口味分析

2.3.1 传感器分辨能力分析

电子舌测定结果的误差率分为两种：一是传感器误差率（m1），表征同种样品不同质量浓度对测定结果的影响，m1/%=误差平均值/各味道平均值；二是区别能力误差率（m2），表征不同样品对测定结果的影响，反映传感器的区分能力（值越低样品的区分性越好），m2/%=误差平均值/样品标准差。当m2≤50%时，传感器能够有效区分样品中的味觉指标，否则判定测试数据无效。由表3 可知，每个味觉指标的m2均小于50%，说明传感器对样品进行了有效地区分。

表3 传感器分辨能力分析Table 3 The resolution capability analysis of sensor

2.3.2 PCA 分析

利用PCA 分析，将红曲发酵前后气味、口味的多个指标转化为少数几个综合指标。对电子鼻数据进行PCA 分析，提取出2 个主成分，通过成分系数矩阵可知，成分1 中较为重要的传感器为T40/1，成分2 中较为重要的传感器为PA/2 和P30/1，说明红曲发酵可明显增加底物的挥发性物质，有独特的红曲发酵风味。对电子舌数据进行PCA分析，提取出3 个主成分，通过成分系数矩阵可知，成分1、2、3 中较为重要的味觉指标分别为涩回味、鲜味和涩味，说明各样品之间的差异主要体现在涩回味和鲜味上。

2.3.3 口味变化分析

由图3 可知，所有底物的味道都在经过红曲发酵后产生了明显的变化。为了分析味觉变化程度，对实验所得数据进行离差标准化，使得结果映射到[0,1]区间。其中大米的味道变化最大，甜味和涩味明显减弱，苦味和苦回味明显增强；紫薯、土豆、牛蒡也出现了较大的味觉变化，紫薯的涩回味、苦回味在发酵后明显增强；土豆的酸味、鲜回味明显增强，鲜味明显降低；牛蒡酸味明显增强，鲜味显著降低。

图3 5 个样品发酵前后口味比较Fig.3 The flavor comparison of the 5 samples before and after fermentation

相较于其他底物，苹果的各项味觉变化相对较为均衡。除苹果外，其余4 种底物经过红曲发酵后其酸味均有所上升，推测为红曲发酵过程中微生物作用使结合态的酚酸类物质游离所致，这与实验室前期得到的红曲发酵后底物中多酚含量上升的结果相符。而苹果在发酵前含有柠檬酸、苹果酸和酒石酸等有机酸，在发酵过程中，有机酸结构被破坏，故酸味降低[17]。

红曲发酵后，底物中的蛋白质被分解成的游离氨基酸呈现苦味，红曲菌产生的次级代谢物也具有一定的苦味，因此5 种底物的苦味与苦回味有不同程度上升[2]，其中苹果、土豆的苦味变化相对较小。

2.4 双样本t 检验

选取电子鼻、电子舌PCA分析中得分较高的6 个指标（PA/2、P30/1、T40/1、涩味、涩回味、鲜味）与味觉分析中有普遍提升的苦味、苦回味，对5 个底物发酵前后的数据分别做t 检验分析，结果见表4。由表4 可知，整体而言，发酵过程使得所有底物的气味和味道都发生了明显的变化；少数底物的具体类型气味及味觉变化不明显。例如，苹果发酵后苦味、涩回味增加不明显，是所有底物中唯一苦味变化不明显的发酵底物，因此，可以考虑以苹果为底物进行红曲发酵，得到红曲发酵产品；大米发酵前后，气味有明显变化；苦味、苦回味、涩味变化显著，涩回味、鲜味变化不明显。

表4 双样本t 检验分析结果Table 4 The results of two sample test

3 结论

可食用植物资源种类繁多，其营养组成与组织结构各不相同，红曲发酵常选择淀粉含量较多或含糖量较高的植物材料为发酵底物。与传统感官评定相比，电子感官结果可用于对红曲发酵颜色、风味、味道等细节方面的调整。

本试验对所选的大米、紫薯、土豆、苹果和牛蒡5 种植物材料红曲发酵前后的色香味进行了比较分析。结果表明，红曲发酵后，大部分底物亮度降低，整体颜色向红、黄偏移；整体风味有所提升；苦味及苦回味均有所增加。其中，大米的颜色变化最大，常用于红曲色素生产；苹果的风味变化更好，苦味增加最不明显，可用作食用红曲发酵底物。