发酵豆渣的粒度分布及对渣感的影响

发酵豆渣的粒度分布及对渣感的影响

0发酵豆渣的加工与利用中国是一个传统的豆类食品大国。随着对大豆营养的深入理解，其消耗量逐年增加。豆渣作为豆浆、豆腐等传统豆制品生产的副产品,按每加工1t大豆产生2.5t豆渣计,目前国内每年约排放1500万t豆渣。但由于豆渣颗粒大,口感粗糙、水分含量高,易腐烂不耐储存等原因,多作为饲料或直接废弃,食用极少,从而造成资源极大浪费。然而,豆渣含有丰富的蛋白质、矿物质和其他营养成分,另外还富含膳食纤维,对于预防肠道癌变、便秘、减肥具有良好功效。不仅如此,近年来研究还发现,发酵豆渣具有抗氧化、降低血液中胆固醇含量、减少糖尿病患者对胰岛素的消耗等功效。目前豆渣在食品工业中主要有2种利用途径:一是烘干粉碎后作为添加辅料用于食品加工,如膨化食品、烘烤食品;二是以豆渣为原料提取豆渣中的保健功能成分如膳食纤维等。但干燥豆渣能耗大,另外豆渣颗粒大也直接限制了豆渣在食品中的添加量;而提取过程中需要经过酸碱等多种工序处理,易造成环境污染也不利于豆渣的有效利用。改善豆渣口感需要使豆渣粒径变小。目前,减少豆渣粒径主要为机械粉碎法。机械粉碎法能耗高,费用大,且豆渣膳食纤维抵抗变形和吸收冲击能的能力大,即使通过传统的粉碎设备(如砂轮磨、胶体磨等)也很难将豆渣颗粒粉碎到足够小。为了降低豆渣的粒径进而改善其口感,罗勇泉等利用酿酒酵母对豆渣和苹果渣的混和物进行固态发酵,结果发现混合苹果渣的豆渣经发酵后口感得到明显改善。有鉴于此,本文选用传统发酵豆酱时常用的米曲霉和黑曲霉对新鲜豆渣进行发酵,研究了豆渣发酵前后渣感、口感、粒度分布以及豆渣颗粒的外部形态的变化情况,并通过对发酵豆渣纤维素和半纤维素酶活性变化进行研究,探讨了豆渣发酵口感改善的原因。1材料和方法1.1山梨果酒的生产新鲜豆渣:由北京王致和食品集团有限公司提供,样品取自王致和腐乳厂生产线,含水率为82.13%;试验菌种:米曲霉(Aspergillusoryzae3.951)由北京市食品酿造研究所提供;黑曲霉(Aspergillusniger):本实验室保藏。1.2仪器纱筛HZQ-F160型恒温振荡培养箱:哈尔滨市东联电子技术开发有限公司;KQ-600DE型数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;GB60003-1985国家标准检验筛:浙江省虞市春耀仪器纱筛厂制造;GF20022B型鼓风干燥箱:重庆银河试验仪器有限公司SZ×12+PM10AK型数码显微镜:奥林巴斯(日本)有限公司BX5型数码显微镜:奥林巴斯(中国)有限公司510M-01型多参数测定仪:Thermo.Scientifico.Co.Ltd.USAGL-208型高速冷冻离心机:上海安亭实验仪器厂UVMINI-1240型紫外分光光度计:SHIMADZU,Japan。1.3测试方法1.3.1菌株的活化培养黑曲霉、米曲霉孢子悬浮液制备:首先将米曲霉、黑曲霉分别在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)斜面培养基上活化,然后分别挑取活化好的菌丝接种到装有麸皮培养基的三角瓶上进行扩培培养,活化和扩培条件均为:温度28℃、时间3d。最后向三角瓶加入适量的质量分数为0.9%生理盐水,振荡后,用无菌纱布过滤,将滤液收集到三角瓶中并用质量分数为0.9%的生理盐水稀释,制成2×107~5×107个/mL孢子悬浮液备发酵豆渣使用。1.3.2制备0.5%黑曲霉、米曲霉发酵豆渣,添加0.分别称取130g新鲜豆渣于1000mL的三角瓶中,6层纱布封口,在121℃高压灭菌锅内蒸煮20min,冷却至室温后,分别加入质量分数为1%黑曲霉、米曲霉孢子悬浮液孢子悬浮液,以加入质量分数为1%无菌水的豆渣作为对照(未发酵豆渣),混匀后置于恒温恒湿培养箱培养10d(培养条件:28℃、相对湿度为95%),每隔24h取样1次,依次得到黑曲霉、米曲霉发酵豆渣和未发酵豆渣样品3种样品。取样后马上进行渣感、吞咽难易、色泽、滋味进行感官评定,其他样品进行冷冻干燥,用以进行粒度分析、外观和显微镜观察、纤维素酶活和半纤维素活测定。每个处理重复3次,并对不同培养时间的样品进行指标测定。1.3.3种豆渣的发酵过程和粒度分布首先对3种发酵豆渣样品进行渣感、吞咽难易进行评价、对其色泽、滋味进行描述;其次对发酵10d的3种样品粒度分布进行统计、并对豆渣颗粒进行外观和显微镜观察;最后对发酵3d、10d黑曲霉和米曲霉发酵豆渣的纤维素酶活性、半纤维素酶活性进行测定。1.4测量1.4.1感官品评标准感官品评方法:分别取豆渣样品10g放于盘中,并随机编号,选20名(男女各半,年龄20~28岁)本研究室经过培训的评价人员独立完成感官品评,分别在感官品评室内对编号样品的渣感、吞咽难易单独依据打分标准打分,并记录样品的色泽、滋味。具体评分标准如表1所示。1.4.2超声处理豆渣样品粒度分布测定采用湿式筛分法。分别取10g发酵10d后豆渣的样品,置于加水200mL的三角瓶中,随后在超声波清洗器中超声处理(超声条件:20min,50W,40kHz,水温45℃)促使颗粒分散(发酵豆渣与未发酵豆渣均采用该超声方式处理,超声处理可能造成豆渣颗粒破碎的影响可忽略)。将超声处理后的样品放于恒温振荡培养箱中于60℃、150r/min振荡4h,使豆渣颗粒均匀分散后,倒入依次叠好的标准套筛中进行筛析(叠放次序由上至下为:筛孔直径为2000、900、450、280、200、30μm标准检验筛),每层标准筛用自来水冲洗豆渣颗粒5min,依次将筛上未通过豆渣颗粒分别转置于已经编号的称量皿中,于烘箱(105±3)℃中烘干24h后称质量(精确至0.0001g),并分别计算质量分数(%),由此依次求出0~30、﹥30~200、﹥200~280、﹥280~450、﹥450~900、﹥900~2000、﹥2000μm颗粒质量分数(%)。1.4.3豆渣的外部形态观察分别取10g发酵10d的豆渣样品,置于加水200mL的三角瓶中,随后在超声波清洗器中超声处理20min。将超声处理后的样品在恒温振荡培养箱中于60℃、150r/min振荡4h使豆渣颗粒均匀分散后,静止3h后,将上层水分吸出,并依次使用体积分数为50%、70%、90%、100%乙醇脱水后,放于通风厨中使乙醇挥发,然后分别用奥林巴斯SZ×12+PM10AK数码显微镜进行外部形态观察;用奥林巴斯BX5数码显微镜在40倍下进行形态观察。1.4.4标准溶液与糖质作用的测定1)粗酶液提取:分别取黑曲霉和米曲霉发酵3和10d的豆渣样品各50g分别放于三角瓶中,按每克干物质(同时要测定当时豆渣中的水分并扣除)加入10mLpH值为6.0的柠檬酸缓冲液,28℃、150r/min震荡浸提2h,8000r/min冷冻离心10min,上清液即为粗酶原液。将粗酶原液用pH6.0的柠檬酸缓冲液适当稀释后成粗酶液,用于测定纤维素酶活和半纤维素酶活。2)半纤维素酶活力的测定参照Bailey等的方法,并适当改动:取适当稀释倍数的粗酶液0.1mL,加入到0.9mL(用0.05mol/LpH6.02-(N-吗啉代)丙磺酸缓冲液配制)1%桦木木聚糖底物溶液中,28℃反应10min,采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定所释放的还原糖量,以木糖作为标准。半纤维素酶的活力单位定义为:在上述反应条件下,每分钟生成1µmol木糖所需要的酶量。3)纤维素酶活力测定方法同上,仅将其中的底物和标准分别替换为羧甲基纤维素与葡萄糖。所有分析结果均表示为每克原始干基碳源所产的酶活力。1.5r空间内的相关信息试验重复3次,数据用平均值表示,用origin8.0作图。不同处理之间用SPSS16.0软件采用单因素方差分析进行统计分析,显著性水平为0.05。2结果与分析2.1发酵豆渣的口感及粒度分布利用黑曲霉和米曲霉发酵豆渣,发酵过程中的渣感及吞咽难易变化如图1所示。从图1a可以看出,未发酵豆渣渣感在0~10分中间,渣感强;而经黑曲霉发酵豆渣和米曲霉发酵豆渣,二者的渣感在整个发酵过程中均逐渐减弱,前5d发酵豆渣感减少速度较快,其中,黑曲霉发酵豆渣在5d时,渣感强度由强降至弱渣感程度;米曲霉发酵豆渣在5d时,渣感强度由强降低到中等渣感程度。这说明发酵可以降低豆渣渣感,发酵前5d发酵豆渣感减少速度快,后期趋于稳定,黑曲霉发酵豆渣改善渣感的效果好于米曲霉发酵豆渣。由图1b可以看出,在发酵过程中,黑曲霉和米曲霉发酵豆渣口感均呈上升趋势,其中,黑曲霉发酵豆渣在发酵6d后口感趋于平稳,由未发酵时口感的难以下咽到容易下咽,而米曲霉发酵豆渣在发酵7d后口感趋于平稳,由未发酵时口感难以下咽改善到能下咽的程度,均好于未发酵豆渣的口感。这说明经过黑曲霉和米曲霉发酵豆渣口感均等到了改善,并且在发酵前期改善的效果好;较之米曲霉,黑曲霉对发酵豆渣口感改善效果更好。该结果与图1a结果相一致。对发酵豆渣和未发酵豆渣的色泽、滋味进行观察和品评表明:未发酵豆渣色泽均为乳白色,而黑曲霉和米曲霉发酵豆渣分别为黑色和绿色。未发酵豆渣有豆香味,黑曲霉发酵豆渣有发酵香味,米曲霉发酵豆渣在发酵4d后,有轻微苦味,说明发酵过程中产生了较多的苦味肽。通过图1说明,经黑曲霉和米曲霉在28℃下发酵10d豆渣可以改善豆渣口感。鉴于黑曲霉发酵渣感弱,口感容易接受的原因,故认为黑曲霉可作为发酵制作豆渣酱的发酵菌株。2.2不同菌株发酵10d时豆渣的粒度分布不同菌株发酵10d豆渣的粒度分布如图2所示。未发酵豆渣粒度分布主要分别集中在>450~900、>900~2000、>2000μm之间;而黑曲霉发酵豆渣和米曲霉发酵豆渣的粒度分布则主要分布在0~30μm,即经黑曲霉发酵豆渣和米曲霉发酵豆渣与未发酵豆渣相比,其豆渣颗粒均明显变小,对于感觉敏感的人,口腔可感知的颗粒最小尺寸为20~30μm。也就是说,由于>30μm的豆渣颗粒的减少,使发酵后豆渣的渣感降低,更容易吞咽。发酵豆渣其粒度分布向小颗粒方向移动是发酵豆渣相比未发酵豆渣渣感降低,更易下咽的主要原因。ZhuYunping在研究中也发现,米曲霉发酵豆渣的口感好于未发酵豆渣,这一点与本研究类似,而且我们还通过粒度分析方法对导致此现象产生的原因做进一步的研究。另外,黑曲霉和米曲霉发酵10d时豆渣的粒度分布相比,黑曲霉发酵豆渣的粒度分布比米曲霉发酵豆渣向小颗粒方向移动的更多,表现为米曲霉发酵豆渣在﹥900~2000μm和﹥450~900μm之间的分布分别占15.82%、6.58%,而黑曲霉发酵豆渣在>900~2000μm、>450~900μm之间的分布分别占0.58%、0;而黑曲霉发酵豆渣比米曲霉发酵豆渣在>30~200μm、0~30μm的颗粒含量均高。这说明经黑曲霉发酵后,更多的豆渣大颗粒被降解为小颗粒,最终导致黑曲霉发酵豆渣比米曲霉发酵豆渣的渣感下降更明显,更易吞咽。2.3发酵豆渣的粒度分布不同菌种发酵10d时豆渣颗粒的外观形态观察,结果如图3所示。未发酵豆渣与米曲霉和黑曲霉发酵豆渣相比,皮状颗粒数量多,体积大,大豆皮手感硬挺,另外还有极少量大豆瓣、种脐存在,小颗粒较少(图3a)。米曲霉发酵豆渣和黑曲霉发酵豆渣中,豆皮状颗粒明显变少,小颗粒数量增加(图3b、图3c)。不同菌种发酵10d时的豆渣在放大40倍下进行显微镜观察,结果如图4所示。未发酵豆渣其颗粒大(图4a),而米曲霉发酵豆渣大颗粒减少,有的豆渣颗粒因分解而不太完整(图4b),黑曲霉发酵豆渣中大颗粒数量不但明显比未发酵豆渣少,而且与米曲霉发酵豆渣相比,也明显减小(图4c),这也与图2粒度分布结果一致。试验结果证明,发酵豆渣与未发酵豆渣相比,发酵豆渣渣感降低,吞咽难易等到改善的原因是因为发酵豆渣粒度分布改变,颗粒减小的缘故。ZhuYunping对蒸煮豆渣和经米曲霉、雅致放射毛霉发酵2.5d后豆渣进行扫描电镜观察,也发现经发酵后豆渣的纤维块明显减少,认为可能是豆渣变细腻的原因之一。本试验中对发酵豆渣外部形态观察,有效验证了豆渣颗粒的粒度分布,客观地反映了豆渣发酵后颗粒的大小及发酵效果。2.4半纤维素酶活情况对黑曲霉和米曲霉发酵豆渣的纤维素酶和半纤维素酶活力进行了测定,试验结果如图5所示。从图5a可以看出,米曲霉和黑曲霉发酵3d的豆渣的纤维素酶活比发酵10d的纤维素酶活高,米曲霉发酵3、10d的纤维素酶活分别为0.70和0.10U/g,而黑曲霉分别为1.58和0.31U/g。黑曲霉发酵豆渣3d时,其纤维素酶活比米曲霉发酵豆渣的高出了0.88U/g。由图5b可以看出,米曲霉和黑曲霉发酵3d的豆渣的半纤维素酶活比发酵10d的半纤维素酶活高,米曲霉发酵3、10d的半纤维素酶活分别为12.74和2.60U/g,而黑曲霉分别为19.24和3.79U/g,同时黑曲霉发酵豆渣发酵3d时半纤维素酶活显著高于米曲霉发酵豆渣。由图5a、图5b可以看出,在发酵过程中均产生了纤维素酶和半纤维素酶,分解了豆渣中的纤维素和半纤维素。此结果揭示了米曲霉发酵豆渣和黑曲霉发酵豆渣的粒度(图2)减小,也再次证明发酵豆渣外观形态和显微镜观察中(图3、图4)豆渣颗粒变小。这是因为黑曲霉和米曲霉在发酵豆渣中产生了纤维素酶、半纤维素酶,促进了豆渣中不溶性膳食纤维的降解,使豆渣颗粒变小,最终表现为发酵豆渣渣感降低,吞咽容易(见图1),因而改善了发酵豆渣的口感。试验中发现发酵3d比发酵10d时的纤维素和半纤维素酶活高,说明纤维素和半纤维素酶活的产生主要集中在发酵前期,这也是发酵前期豆渣的渣感降低明显、吞咽容易,口感改善明显的原因。此外,黑曲霉发酵豆渣的纤维素、半纤维素酶活在