发酵对燕麦和青稞的成分及功能性质的影响研究

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近年来,我国经济发展迅速,人们的饮食结构和生活习惯逐渐改变,饮食的精细化和运动量减少已导致与慢性代谢相关的疾病,例如高脂血症,高血压,糖尿病,肥胖症和心血管疾病,逐渐成为危害人类健康的主要问题。燕麦是禾本科燕麦属一年生草本植物,青稞是禾本科大麦属作物,燕麦和青稞具有丰富的活性成分和营养成分,绿色无污染,健康且具有保健功效,故而日益受到人们的关注。两者的营养成分符合我们追求的“三高两低”营养模型,即高蛋白,高纤维,高维生素,低脂肪和低糖。酒酿是由糯米发酵而来,色泽清透,香气浓郁,营养丰富的发酵酒饮料,但是发酵过程的菌株规律尚不清楚,其中优势菌株的利用及其发酵过成分变化有待研究。陕西是醪糟的发源地,菌种丰富,本实验采用陕西当地代表性的酒酿,采用高通量测序测定分析传统酒酿不同发酵时间细菌和真菌的变化,通过筛选,选取最具发酵性能的一株霉菌和一株酵母复配制得发酵曲。以普通燕麦与过热蒸汽处理燕麦,黄青稞和黑青稞为原料,使其经过熟化并发酵,对处理过程中原始谷物,熟化谷物和发酵后的理化性质(颜色,总糖,总酸,p H),以及测定营养成分(淀粉,蛋白质,膳食纤维,β-葡聚糖),最后测定其酚类物质(游离酚,结合酚,游离类黄酮,结合类黄酮,花青素)和抗氧化活性,以期为燕麦和青稞的开发提供参考。主要研究结果如下:(1)传统酒酿不同发酵时间细菌和真菌的变化采用高通量测序技术对不同发酵时间的传统酒酿的微生物群落演替进行分析,结果表明:细菌共获得550407对有效列数;真菌共获得614646对有效列数;其通过率均在85~100%之间,并且样品的Q20和Q30均在95%以上,测序结果能够反映样本的真实情况。稀疏性曲线结果证明测序深度已足够反映当前样本微生物群落多样性,Alpha多样性表明0 h组物种组成丰富且丰富度高。Beta多样性表明0 h组与72 h组存在显著性差异,其中差异最大的是72 h(细菌0.6187、0.6428)(真菌0.1763、0.1770),这说明发酵直接使酒酿发酵体系细菌与真菌发生显著性差异变化。分类学分析显示,细菌属311个。对丰度最高的3个细菌属分别为乳酸杆菌属、片球菌属、乳球菌属,其中醋酸杆菌在发酵24 h占比最大,发酵24 h和48 h样品,乳酸杆菌含量显著性增加,从0.8%增长到58%。真菌属117个,细菌物种组成多样性较真菌多样性丰富。丰度最高的前4个属分别为根霉属、威克汉姆酵母属、Cyberlindnera、米勒氏酵母属,根霉属菌是垄断性的优势菌种。(2)发酵曲的制备及菌株形态观察对实验室前期研究结果发酵曲进行鉴定,分别是曲霉属(Aspergillus)的黑曲霉(Aspergillusniger)和酵母属(Yeast)的Cyberlindnera。黑曲霉在培养基上生长速度快,初为白色,后变成黑色绒状,在光学显微镜(40目)下,孢子为球形,黑褐色,菌丝发达,多分枝。酵母菌,不透明,表面光滑、湿润、粘稠,易被挑起,乳白色。在光学显微镜下(100目),呈卵圆形。(3)发酵对燕麦和青稞理化性质及营养成分的影响燕麦、过热蒸汽处理燕麦组与黄青稞、黑青稞通过熟化与发酵处理后比较,发酵可以改善食品的色度,增加其酸度和总糖,风味俱佳。对于燕麦,风味的主要物质为酯类、醇类、烷烃类和醛酮类,过热蒸汽处理燕麦组风味物质占比最大的是乙酸乙酯,而进行熟化后占比最大的是4-羟基-2-丁酮(84.93%),发酵处理后3-甲基乙酸丁酯(50.45%)比例最高。发酵组独有的物质是乙酸酯类和醇类,经过酵母发酵后酯类含量增加,通过熟化与发酵后,酯类化合物含量显著增加,其中3-甲基乙酸丁酯(水果香)含量最多。对于青稞,发酵前独有的是酸性甲酯物质,经过发酵后转变成乙酸酯类物质,而烷烃类、醛酮类物质物质经过发酵后基本不存在。谷物经过熟化、发酵使淀粉被分解利用,小分子蛋白质释放,蛋白质含量显著增加,可溶性膳食纤维以及β-葡聚糖释放,为燕麦与青稞的发展提供参考。(4)发酵对燕麦和青稞酚类物质及抗氧化活性的影响燕麦、过热蒸汽处理燕麦与黄青稞、黑青稞通过熟化与发酵处理后,熟化破坏了酚类物质含量,但是发酵使得游离酚再次释放出来。青稞中的花色苷极不稳定,导致熟化处理和发酵处理后含量降低。基于DPPH·清除能力,ABTS·+清除活性与还原力大小,表明发酵可以提高其抗氧化活性。
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