湖北文理学院郭壮教授等|基于仿生学技术不同发酵方式酸浆水品质评价- 大数跨境

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湖北文理学院郭壮教授等|基于仿生学技术不同发酵方式酸浆水品质评价

食品工业科技编辑部

2023-11-02

3类辣椒对鲊广椒细菌类群和品质的影响

图片来源于图司机

湖北文理学院郭壮教授等通过比较乳酸菌纯种发酵和加引子发酵浆水品质差异，以期为酸浆水的纯种发酵以及即食型产品的生产提供一定的参考依据。

不同发酵方式浆水品质分析

琚湾酸浆面风味特征为酸、香、辣，是湖北省非物质文化遗产和中国地理标识产品，其酸味及主体香味主要来源于酸浆水，因此，酸浆水口感、风味等发酵特征对成品酸浆面品质有着重要的影响。本研究首先使用电子舌对15份发酵乳杆菌单菌发酵酸浆水及15份老卤水引子发酵酸浆水的滋味特征进行了测定，两类样本的8个滋味指标测定结果见图1。

由图1可知，不同发酵方式制作的浆水酸、苦、涩、咸和鲜味之间均具有较大的差异，其中，涩味的差异性最大，酸味次之；后味A（涩的回味）、后味B（苦的回味）和丰度（鲜的回味）之间的差异性较小。发酵乳杆菌纯种发酵的浆水鲜味相对强度明显高于用引子发酵，而酸味和涩味正好相反。浆水经过多轮次发酵，其中的微生物相较冻存过的纯种菌株能更快适应浆汤环境，发酵产酸更快；此外，不同农户自制老卤水发酵轮次多且不尽相同也使得其中乳酸等有机酸不断积累，这也可能是导致用其发酵浆水酸度较单菌发酵浆水强度大且组内差异亦较后者明显的原因。值得注意的是不同发酵乳杆菌接菌发酵浆水涩味差异较大，表明这些菌株虽然都分离至自然发酵浆水但并不都适宜单独发酵酸浆水。

本研究进一步使用电子鼻对不同发酵方式浆水的挥发性风味进行了测定，结果见表1。

由表1可知，发酵乳杆菌纯种发酵制作的浆水在三个对芳香类风味灵敏的传感器（W1C、W3C和W5C）上的响应强度显著高于加引子发酵浆水（P<0.05），而在对有机硫化物、萜类物质（W1W）以及烷烃灵敏的传感器（W3S）上的响应值呈现相反的趋势（P<0.05）。由此可见，总体上发酵乳杆菌纯种发酵制备的浆水挥发性风味要明显优于用引子发酵的浆水，这与前期研究发现的发酵乳杆菌发酵的酸浆水芳香类风味物质的含量高于植物乳杆菌与德氏乳杆菌发酵浆水的结论相似。此外，望诗琪等采用气相色谱-质谱联用技术从琚湾酸浆面浆水中检测出的挥发性风味物质有159种，并推测较高含量3-丁炔-1-丁醇的检出可能来源于浆水的盛装容器。因此，引子发酵浆水不良风味相对强度较单一菌株发酵浆水高可能是因为引子中微生物种类复杂，开放发酵易滋生污染菌。此外，部分引子原是盛于塑料容器中发酵，长时间循环使用亦可能掺入杂味。

为更准确显示接菌及加引子发酵酸浆水的色泽特征和差异，本研究使用色度仪对的色泽特征进行了测定，分析结果见表2。

好的浆水呈淡乳白色，略带绿色，色泽均匀不分层，表面无白膜。经检测，本研究采用引子发酵和接菌发酵制作的浆水色泽均较为明亮，整体偏绿偏蓝，符合酸浆水发酵特征。经对比，发酵乳杆菌纯种发酵制备的酸浆水其明亮度显著高于加引子发酵（P<0.05），a*值则呈现出相反的趋势（P<0.05）。由此可见，较之加引子发酵，乳酸菌纯种发酵的酸浆水颜色偏亮偏绿，通过计算发现二者色差值（△E*）为3.05，因而不同发酵方式对酸浆水色泽有明显的影响。不同发酵方式酸浆水色差明显可能与其酸度及发酵程度有关，电子舌检测结果显示，加引子发酵酸浆水酸度高于加发酵乳杆菌发酵，说明引子发酵酸浆水发酵程度更高，pH降低及微生物活动会导致芹菜叶绿素损失率增加。

不同发酵方式制备酸浆水整体品质差异性分析

本研究使用PCA、MANOVA和UPGMA，以电子舌和电子鼻测试指标为对象，进一步探究了不同发酵方式酸浆水整体感官品质差异。由PCA发现，总方差87.92%的贡献率来自于前6个主成分（principal component，PC），其方差贡献率依次为32.89%、20.14%、13.65%、9.82%、6.40%和5.01%。由此可知，6 个主成分可以代表原始数据18个变量的绝大部分信息。基于PC1和PC2不同发酵方式酸浆水品质的因子载荷图如图2所示。

由图2可知，影响接菌和引子发酵浆水整体品质的关键感官指标为涩味、酸味、W5S、W2W、W1W和W1C。涩味在PC1中的系数为0.49，PC2中载荷最高的正影响指标为酸味，其载荷量为0.40，而在PC2中载荷最高的负影响指标为W1C（对芳香类物质灵敏），其载荷量为0.26。即PC1的主要差异集中在涩味，而PC2的主要差异则集中在酸味和W1C。基于PC1和PC2不同发酵方式酸浆水品质的因子得分图见图3。

由图3可知，基于感官特征接菌发酵与加引子发酵浆水样品具有明显的分离趋势，引子发酵酸浆水样本主要集中在X轴正轴方向，发酵乳杆菌接菌发酵样品大多分布在第二、三象限，部分样品在横纵坐标上均较为分散。此外，引子发酵酸浆水Z12与接菌发酵样本较为接近，而接菌发酵酸浆水T1、T7、T9和T11与引子发酵样品聚在一起，究其原因，引子来源于不同家庭手工制作酸浆水其微生物组成及品质不完全相同，因此15个样本并未完全重叠，而15株发酵乳杆菌来源于对应的15个引子，引子和菌株发酵酸浆水部分样本品质会较为相近。引子发酵与接菌发酵对应编号样本间亦存在差异。结合因子载荷图，与接菌发酵浆水相比，引子发酵酸浆酸涩味较浓但芳香味却不及前者。整体上，乳酸菌纯种发酵的酸浆水在滋味和风味品质上要优于引子发酵。将数据进行归一化处理后，采用UPGMA对PCA结果进行进一步验证。其结果如图4所示。

由图4可知，当平均距离为3.0时，酸浆水样品可分为3个聚类。聚类Ⅰ共计18个酸浆水样品，其中，引子发酵样品14个，发酵乳杆菌发酵样品4个；聚类Ⅱ共计10个酸浆水样品，其中，乳酸菌发酵的样品有9个，仅1个样品为引子发酵；而聚类Ⅲ中2个样品，均为发酵乳杆菌发酵浆水。由此可见，UPGMA聚类分析的结果与PCA基本一致，即乳酸菌纯种发酵与引子发酵的酸浆水样品在滋味和风味品质上存在明显差异。

不同发酵方式酸浆水品质与各感官指标间关系

本研究通过PCA和UPGMA聚类分析等多元统计学分析发现了不同发酵方式会对酸浆水的滋味和风味品质造成明显的影响。通过t检验亦发现，不同发酵方式的部分滋味和风味指标存在差异显著（P<0.05）。为进一步探究导致酸浆水品质整体结构的不同的感官指标，本研究采用RDA这一有监督的多元统计学方法对导致上述差异的指标进行解析，结果如图5所示。

由图5可知，W3S、W2W、W5S、W1W、W1C、W5C、W3C和鲜味与RDA排序约束轴上的酸浆水样品具有良好的赋值相关，即上述8个指标代表了不同发酵方式制作酸浆水品质总体结构差异显著相关的关键指标。W3S、W2W、W5S和W1W位于引子发酵一侧，说明这4个指标在加引子发酵的酸浆水中强度高于乳酸菌纯种发酵；而鲜味、W1C、W3C和W5C则呈现出相反的趋势。结合2.1中结果可知，W3S、W1C、鲜味、W3C和W5C在两者中存在显著性差异（P<0.05），而W2W和W5S差异不显著（P>0.05）。由此可见，发酵乳杆菌纯种发酵制作的酸浆水中芳香类物质含量较高、烷烃类物质含量较低是导致其与加引子发酵方式制作的酸浆水品质差异的主要原因。

结

论

使用电子舌、电子鼻和色度仪并结合多元统计学方法解析不同发酵方式的酸浆水品质，结果显示15株发酵乳杆菌纯种发酵的酸浆水鲜味、芳香类风味和明亮度等指标均显著高于加引子发酵酸浆水（P<0.05），而酸味、涩味、有机硫化物等指标强度呈现相反趋势（P<0.05）。整体上以发酵乳杆菌纯种发酵制作的酸浆水品质更优。同时考虑到乳酸菌接菌发酵浆水品质可控性更强、成品安全性较高的特点，后期可进一步对菌株生长特性进行研究，尝试筛选互补菌株进行混菌发酵。