1、分析与检测2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)253DOI:10 13995/j cnki 11 1802/ts 033142引用格式:宋虹，李一雪，李然，等 顶空固相微萃取/气质联用技术结合电子鼻分析类干酪乳杆菌发酵豆渣饮料过程中风味特征 J 食品与发酵工业，2023，49(5):253 260 SONG Hong，LI Yixue，LI an，et al SPME/GC-MS combined with electronicnose to analyze the flavor characteristics of okara beverages fermented by Lac
2、tobacillus casei J Food and Fermentation Industries，2023，49(5):253 260顶空固相微萃取/气质联用技术结合电子鼻分析类干酪乳杆菌发酵豆渣饮料过程中风味特征宋虹1，李一雪1，李然1，张尊琴1，许新月1，杨立娜1，王胜男1，朱丹实1，刘军2，霍达非3，刘贺1*1(渤海大学 食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州，121013)2(山东禹王生态食业有限公司，山东 禹城，251200)3(辽宁豆华天宝食品科技股份有限公司，辽宁 沈阳，110000)摘要为了对类干酪乳杆菌(Lactobac
3、illus casei)发酵豆渣饮料发酵过程中风味进行综合评价，采用顶空固相微萃取/气质联用技术(solid phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry，SPME/GC-MS)、电子鼻，结合主成分分析、聚类分析对其发酵过程中产生的挥发性风味物质组成与差异性进行研究。结果表明，豆渣饮料在发酵过程中总共检测到 87 种挥发物质，包括醇类24 种、醛类8 种、酸类10 种、酮类7 种、烷烃类14 种、酯类17 种和其他化合物7 种。随着发酵时间的延长，醛类挥发性风味物质的含量显著降低，酯类、酸类及其他类挥发性风味物质的含量显著
4、增加(P 0 05)。与其他样品相比，发酵 24 h 时挥发性风味物质有更多种类(20 种)及更低的致豆腥味物质(4 25 g/g)，主要致豆腥味(E，E)-2，4-癸二烯醛含量为 2 81 g/g，差异显著(P 0 05)。呈清香味和豆香味的挥发性物质，如 1-己醇、1-壬醇、2，4-壬二烯醛、己酸、2-壬酮、辛酸甲酯等含量较高，赋予豆渣饮料独特的香味。此外，电子鼻雷达图和主成分分析都能够提供豆渣饮料发酵过程中风味物质的分布情况。关键词类干酪乳杆菌;豆渣饮料;顶空固相微萃取/气质联用仪;电子鼻;挥发性气味物质第一作者:博士，讲师(刘贺教授为通信作者，E-mail:liuhe2069163 c
5、om)基金项目:国家自然科学基金项目(31972031);渤海大学博士启动项目(0519bs015)收稿日期:2022-07-29，改回日期:2022-09-04豆渣是大豆加工过程中产生的副产物，富含蛋白质、膳食纤维等营养成分，还含有大豆异黄酮、大豆皂苷等活性物质，具有预防心脑血管疾病、减肥等生理功效，对人体健康具有促进作用1 2。豆渣原料廉价易得，是一种低脂低糖髙膳食纤维的食物资源，具有很好的开发应用前景。但是由于豆腥味和低聚糖等不良因素的存在，豆渣的消费一直受到限制3 4。传统豆渣仅用于动物饲料，甚至会被丢弃，导致资源浪费和环境污染。豆渣制品中的豆腥味主要来源于各类链长比较短的醛、醇、酮等
6、挥发性物质，这些物质是脂肪氧化酶催化的亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸形成的。因此，如何更有效地改善豆渣制品风味成为研究热点。豆渣加工再利用的方法中，微生物发酵法是一种可行的方法。豆渣中富含的多种营养物质为微生物的生长提供了良好的条件5。发酵豆渣中的大豆蛋白能被分解为氨基酸和寡肽，破坏豆渣中的胰蛋白酶抑制剂、胀气因子等抗营养因子，更容易被人体吸收6。益生菌有较强的代谢碳水化合物产酸能力，可以改善豆渣制品的风味和质地，提高营养价值，并能降低或去除豆渣本身的豆腥味3。类干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)对酸、胆盐具有良好的抵抗力，黏附性较强，能定殖于肠道，耐受人体消化系统的防御机制，
7、是一株具有广阔应用前景的潜在功能性益生菌7。熊涛等8 通过体外细胞模型(人体结肠腺癌细胞系 Caco-2 细胞)测定副干酪乳杆菌 NCU622 的黏附性能，结果表明副干酪乳杆菌 NCU622 具有良好的耐酸耐胆盐能力及较强的黏附性能，且对 Caco-2细胞无裂解作用，符合微生态制剂和乳酸菌发酵功能食品的菌种要求。LIU 等9 采用酸米汤与副干酪乳杆菌和马克斯克鲁维酵母进行混合发酵，提高了酸米汤的产酸和香气，缩短其发酵时间，风味和品质特性明显得到改善。目前针对益生菌发酵豆渣饮料的挥发性芳香物质的组成以及特征气味分析的研究较少，且有关于豆渣的发酵研究多集中在其发酵前后的风味对比或是一些工艺的优化。
8、因此，本研究选用类干酪乳杆菌为发酵菌种与豆渣混合发酵制成豆渣饮料，并对该豆渣食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES2542023 Vol.49 No.5(Total 473)饮料发酵过程中风味物质的组成与差异进行分析。旨在为豆渣的综合利用以及益生菌发酵豆渣饮料的开发与生产提供理论支撑。1材料与方法1 1材料与仪器鲜豆渣，盘锦宋大房豆制品厂;类干酪乳杆菌CICC 6244，中国工业微生物菌种保藏管理中心;白砂糖、无水柠檬酸、稳定剂(果胶、羧甲基纤维素钠)、维生素 C、菠萝香精，广东永信食品配料公司;环己酮，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。JM50 胶体磨，上海
9、贝工泵业制造有限公司;QDGX-18 高精密湿法超细粉碎机，无锡轻大食品设备有限公司;SW-CJ-2FD 超净工作台，苏州安泰空气技术有限公司;LH-250F 生化培养箱，上海一恒科学仪器有限公司;DHG-9243BS-立式压力蒸汽灭菌锅，上海新苗医疗器械制造有限公司;CHOMA ME-TE C-400 色彩色差计，日本 Minolta 公司;PEN3 电子鼻，日本 Insent 公司;A7890 气相色谱-质谱联用仪、P-5MS 弹性石英毛细管柱(30 m 0.25 mm 0.25 m)，美国 Agilent 公司。1 2实验方法1 2 1发酵豆渣饮料的制备新鲜豆渣经过 2%4%食用碱处理后
10、，90 水浴加热60 min，并用纱布滤去脱腥用碱，经清水清洗，最后采用食品级柠檬酸溶液中和过量碱，与水质量比为 1 10，过胶体磨和湿法粉碎机，制成豆渣原浆。加入 8%白砂糖、0 15%柠檬酸、1%维生素 C、0 2%菠萝香精、0 3%稳定剂 m(果胶)m(羧甲基纤维素钠)=1 1，均质 20 min，121 高压蒸汽灭菌20 min，冷却之后接种，接种体积分数为 3%菌液(108CFU/mL)的种子液，37 发酵24 h，于4 冰箱保藏。分别于发酵0、6、12、18、24 h 取样，以0 h 代表未发酵豆渣饮料，作为对照组(CK)。1 2 2色差测定豆渣饮料的色泽指标用全自动色彩色差计 C
11、-400 通过反射法进行测定。L*值表示亮度;a*值表示红绿偏向;b*值表示黄蓝偏向10。1 2 3不同发酵时间的豆渣饮料香气成分检测1 2 3 1感官评价采用 9 点快感标度法11 对发酵过程中豆渣饮料的感官品质进行评价，20 名受试者对 5 种豆渣饮料进行感官评估，其中包括学生和教职员工(10 名男性和 10 名女性)，对颜色、酸甜度、香气、味道、体态、风味和整体接受性 7 个性质进行评价，评级范围从极度不喜欢(1 分)到极度喜欢(9 分)。1 2 3 2电子鼻分析样品预处理:取 10 mL 样品于 50 mL 样品瓶中，用保鲜膜密封并盖上瓶盖。平衡 20 min 后进行检测，每个样品重复
12、 6 次。检测条件:采用顶空抽样的方法，不同传感器的性能参考王当丰等12 的描述如表 1，电子鼻样品准备时间5 s，清洗时间100 s，检测时间120 s。分析样品的风味成分信息，进行 3 次重复实验。59 61 s 数据较稳定，可进行分析。运用 PEN3 型电子鼻配套软件WinMuster 对数据进行主成分分析(principal compo-nent analysis，PCA)、负荷加载(loadings)分析和线性判别分析(linear discriminant analysis，LDA)。表 1PEN3 便携式标准传感器阵列及性能Table 1PEN3 portable standar
13、d sensor arrayand performance编号传感器传感器响应特征检查极限/(mLmL1)1W1C对芳香化合物敏感1052W5S对氮氧化物敏感1063W3C对氨和芳香化合物敏感1054W6S对氢敏感1045W5C对烯烃和芳香化合物敏感1066W1S对碳氢化合物敏感1047W1W对硫化氢敏感1068W2S对醇类和一些芳香族化合物敏感1049W2W对芳香族化合物和有机硫化物敏感10610W3S对烷烃(甲烷等)敏感1051 2 3 3GC-MS 分析样品处理:样品用量5 0 g、内标环己酮10 g，加入 15 mL 带聚四氟乙烯隔膜的顶空瓶中，在 55 水浴处理 10 min，向该瓶
14、中插入 SPME 手动进样柄的针头。让其在空气中进行萃取反应，30 min 后将其插入气相色谱-质谱进样口，在 250 环境下解析 5 min。色谱条件:分离柱，HP-5MS 弹性石英毛细管柱(30 m 0 25 mm 0 25 m);进样口温度250;载气为 He;载气流速 0 8 mL/min;不分流进样;采用程序升温方式，柱箱初始温度 35 保持 5 min，以2 /min 升至 65，再以 3 /min 升至 110，再以 10 /min 升至 230 保持 5 min。质谱条件:离子化模式，EI+;电子能 70 eV;离子源温度 200;发射电流 200 A;传输温度 250;检测气
15、压 350 V;数据采集，全扫描。定性定量分析:利用质谱全离子扫描图谱及 NIST分析与检测2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)255质谱数据库，相似度80%初步判定为目标化合物，并根据 C8C20烷烃混合标准品的保留时间，用保留指数法(retention index，I)对挥发性物质进行定性，挥发性组分采用加入内标物质进行半定量分析 13。1 3数据处理采用 Origin 2018 和 SPSS 22 0 进行图像绘制及数据处理。平均值的差异性用单因素方差分析(ANOVA)中的最 小 显 著 差 异 法(least significantdifference，LSD)检验。除电子
16、鼻外，所有试验均重复3 次，数值用平均值 标准差表示，P 0 05 为有统计学差异。2结果与分析2 1色差分析表 2 给出了不同发酵时间豆渣饮料的颜色分析结果，结合图 1 可知，与 CK 组豆渣饮料相比，随着发酵时间的延长，L*值、b*值逐渐升高，呈现出更饱和的淡黄色。a*值较稳定，高温处理促进酶失活，这有助于维持特征颜色。图 1不同发酵时间的豆渣饮料Fig 1Okara beverages with different fermentation times表 2发酵豆渣饮料的色泽Table 2Color of fermented okara beverages样品L*a*b*CK4714 218c1251 089a1484 1 08c6 h 组5175 193b1078 250b1374 2 57c12 h 组5121 047b1307 046a1509 0 86bc18 h 组5400 173ab1287 075a1910 1 60b24 h 组5557 258a1498 139a2364 2 49a注:同一列中不同字母表示有显著性差异(P 005)2 2不同发酵时间豆渣饮料的感官
