蚕豆瓣发酵过程中有害物质的形成与动态变化研究

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豆瓣酱作为我国历史悠久的重要佐餐发酵调味品,具有较高的食用营养价值,四川郫县豆瓣酱更是以其独道的生产工艺使其产品享有川菜之魂美称,在国内具有广阔的消费前景。郫县豆瓣酱的生产工艺包括蚕豆瓣制曲、后发酵以及与辣椒混合发酵,经制曲和后发酵的成熟蚕豆瓣作为豆瓣酱的中间产品,俗称甜瓣子,其品质的优劣直接影响终产品质量。蚕豆瓣、面粉是生产甜瓣子的主要原料,采用米曲霉纯种制曲是现代众多豆瓣加工企业的优选方法,制曲环节霉菌大量繁殖,也是污染产毒素菌株的有利时机,控制不当时易导致黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)积累。整个发酵期间微生物组成比较复杂,通过微生物的脱羧反应可能促进生物胺的合成。近年来发酵食品中以生物胺为代表的有害物质研究逐渐受到国内外学者关注,而蚕豆瓣发酵过程生物胺和AFB1的文献还比较缺乏。本文对工业化蚕豆瓣发酵过程的这两种有害物质、品质指标及菌相进行动态追踪调查,并在实验室环境模拟保温发酵蚕豆瓣,以米曲霉(沪酿3.042)纯种制曲并优化制曲工艺,探索食盐浓度、温度对后发酵过程有害物质及品质形成的影响,针对加工过程产生物胺菌株进行分离鉴定,旨为实际生产时有害物质的形成机理以及阻断措施提供参考。得出结论如下:1.工业化蚕豆瓣后发酵过程有害物质及品质指标变化的研究。得出:传统密封发酵(0~12月)和水浴保温发酵(0~30天)过程精胺随时间规律性降低。传统发酵组胺含量不断上升至23.23 mg/kg,12月时2-苯乙胺和酪胺突然增加,含量分别高达84.13 mg/kg、73.93 mg/kg,2-苯乙胺超过了限制值,存在一定安全隐患。传统发酵和保温发酵结束时生物胺总含量分别为238.52 mg/kg、78.37 mg/kg。AFB1含量在盐水发酵期间均逐步增加,结束时分别为2.29μg/kg、2.75μg/kg。两种发酵结束时生物胺总含量及AFB1含量均低于限制标准,整体上食用比较安全。两种发酵期间,pH、Aw整体下降,NaCl、总酸和氨基酸态氮整体上升,结束时水分含量均低于50%。传统发酵12月的NaCl、总酸、氨基酸态氮分别为13.248 g/100g、1.471 g/100g、0.725 g/100g,高于保温发酵。两种发酵中,生物胺总含量与菌落总数呈正相关,各类生物胺、AFB1与多数理化指标、微生物之间具有高度相关性。2.实验室蚕豆瓣制曲过程有害物质及理化特性变化的研究。得出:经单因素和正交优化试验,得出最佳制曲条件:米曲霉3.042接种量0.3%、制曲时间72 h、温度30℃、面粉添加量15%,制得蚕豆曲的中性蛋白酶活为646.02±7.82 U/g。原料蚕豆中主要生物胺为精胺、亚精胺、腐胺,AFB1含量为1.16μg/kg;面粉中腐胺是优势生物胺,AFB1含量为0.84μg/kg。制曲期间腐胺含量逐渐增加成为优势胺,总胺含量在24 h达最大值215.95 mg/kg,AFB1在0 h检测到最高值2.08μg/kg,之后含量下降,在12~72 h小幅度波动。成熟蚕豆曲中生物胺总量为149.27 mg/kg,AFB1含量为1.40μg/kg,均为安全水平。制曲期间水分含量和Aw规律性降低,氨基酸态氮含量逐渐增加至保持稳定,pH和总酸含量分别在24 h达最低值和最高值,结束时蚕豆曲中氨基酸态氮和总酸含量分别为0.548 g/100g、0.606 g/100g。3.研究实验室条件下合理的蚕豆瓣后发酵时间(0~60天)。得出:理化指标的变化趋势与工业化保温发酵相似。发酵第40天时氨基酸态氮值最高,为0.646g/100g。生物胺总含量随时间推移而规律性下降,在40~60天的生物胺总含量均在100 mg/kg以下,且有毒性危害的组胺、酪胺及2-苯乙胺均远低于限制标准。AFB1含量随时间增加,在40~60天变化不显著(P>0.05)。综合考虑成熟度、品质指标及时间效率,认为此环境下蚕豆瓣后发酵时间为40天。4.实验室9%、12%、15%、18%和21%不同食盐浓度对蚕豆瓣后发酵过程有害物质及品质形成的影响。得出:9%盐度发酵期间检测到最高的菌落总数,其发酵结束时2-苯乙胺、腐胺、酪胺及总生物胺含量显著高于其他组(P<0.05),发酵期间酪胺含量最高时达到了103.41 mg/kg,可能存在安全威胁。其他四组结束时生物胺总量均低于100 mg/kg。9%盐度发酵的成熟蚕豆瓣中的AFB1含量为3.06μg/kg,显著高于其他四组(P<0.05)。低盐度更能加快发酵过程酶解产酸并促进样品成熟,9%盐度发酵结束时总酸含量高达1.894 g/100g,存在酸败风险。因此,为最大限度降低食盐含量并保证食用安全,12%盐度用于发酵蚕豆瓣比较合理。5.实验室35℃、40℃、45℃和50℃不同发酵温度对蚕豆瓣后发酵过程有害物质及品质形成的影响。得出:35℃发酵期间检测到最高的菌落总数,其发酵结束时2-苯乙胺、腐胺、组胺、酪胺、总生物胺含量及AFB1含量显著高于其他组(P<0.05),发酵期间腐胺最高达到222.90 mg/kg,2-苯乙胺最高达到30.12 mg/kg,存在一定食用风险。结束时生物胺和AFB1含量分别为261.75 mg/kg、3.83μg/kg,显著高于其他组(P<0.05)。其他三组发酵结束时生物胺总量均低于100 mg/kg,AFB1低于3μg/kg。40℃和45℃发酵能有效缩短发酵周期,生成的总酸和氨基酸态氮含量最高。将不同温度发酵制得的成熟蚕豆瓣与工厂发酵的成熟蚕豆瓣进行感官比较,结果表明40℃和45℃两组产品评分相对较高,更加接近工厂保温发酵产品。因此,在保证食用品质及安全的条件下,建议蚕豆瓣后发酵温度为40~45℃。6.蚕豆瓣发酵过程微生物菌相变化的研究。得出:实验室制曲过程乳酸菌、芽孢杆菌、肠杆菌数量在24 h时达最大值,24~72 h期间数量逐渐减少。霉菌数量随时间延长而增加,制曲结束72 h时成为优势菌,为6.89 lg(CFU/g)。实验室盐水后发酵期间霉菌、肠杆菌、乳酸菌数量逐渐减少。其中,肠杆菌与乳酸菌分别在5天、10天后不可检测;酵母菌仅在前10天检测到较低水平;芽孢杆菌数量逐渐增加,第5天开始成为优势菌,之后稳定在5 lg(CFU/g)左右。工业化生产时蚕豆瓣传统发酵和保温发酵期间乳酸菌和肠杆菌均仅在发酵初期存在,霉菌数量随发酵时间不短递减,传统发酵中的酵母菌数量略高于保温发酵,芽孢杆菌在两种工艺发酵中均为优势菌,维持在5~6.5 lg(CFU/g)。7.蚕豆瓣发酵过程产生物胺微生物的分离与产生物胺特性研究。得出:分离出产胺肠杆菌包括阴沟肠杆菌、产气肠杆菌、大肠杆菌,均表现出较高的腐胺和尸胺合成能力,生成量分别为83.06~208.16 mg/L、14.03~76.20 mg/L。产胺乳杆菌包括植物乳杆菌、短乳杆菌和弯曲乳杆菌,植物乳杆菌产胺能力较低,短乳杆菌产酪胺较高,为36.58 mg/L;产胺肠球菌为屎肠球菌和粪肠球菌,主要合成2-苯乙胺和酪胺,生成量分别为22.25~37.68 mg/L、46.04~55.63 mg/L。产胺芽孢杆菌中枯草芽孢杆菌最普遍,芽孢杆菌属中不同菌株产胺能力略有差异,但合成腐胺和尸胺方面均表现出较强能力,分别为25.82~71.83 mg/L、13.15~42.88 mg/L。
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