江苏大学袁丽教授：基于菌株强化和风味品质分析的虾酱二次快速发酵方法

2024-01-18 22:33:49

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江苏大学食品与生物工程学院的Li Ying等以传统虾酱为原料，研究枝孢属（Cladosporium）Z3（一次发酵）和粪肠球菌（Enterococcus faecalis）X1连续发酵（二次发酵）对虾酱发酵过程的影响。采用单因素和响应面试验相结合的方法，确定二次发酵的最佳工艺参数。在优化的发酵工艺条件下，获得品质较好的快速发酵虾酱产品，并对产品的理化参数、感官和挥发性成分进行分析。

Introduction

虾酱是一种传统的发酵食品，在沿海的中国和东南亚地区普遍用于调味。传统上，通过向虾中加入盐并将其研磨黏稠，在自然环境中长时间发酵制成。较好的虾酱是紫红色、黏稠、气味新鲜、鱼腥味低、质地柔和、无杂质、咸味。虾酱因其独特的风味和营养特性而广受欢迎。

我国虾酱的传统生产工艺大多是开放式自然发酵，易受到有害微生物的污染，产生亚硝酸盐、生物胺等对人体有害的物质；因此，通常通过增加含盐量抑制有害微生物的生长；然而，长期食用含盐量高的食物可能导致高血压等健康问题。因此，在维持虾酱的传统风味和安全性的同时，在低盐条件下实现更快、更稳定的发酵越来越受关注。快速发酵主要有加酶和接种菌种的方法，这些方法可以缩短发酵时间，但仍存在风味不足等缺点。从传统发酵食品中筛选功能核心菌株强化发酵，已成为传统发酵食品现代化生产的研究热点。虾酱的发酵过程是一个缓慢的菌群演替过程，这些菌群在不同的发酵阶段扮演重要的角色。人们已经探索了多种传统发酵食品，如酸菜、猪肉酱、葡萄酒、苹果酒和辣椒酱的分次发酵方法，但不同菌株分次发酵对虾酱风味形成影响的研究较少。

Results

单因素试验

发酵时间对发酵效果的影响

虾酱中的氨基酸氮（the amino acid nitrogen，AAN）含量在一次发酵过程中逐渐增加，在发酵15 d的样品中达到最大值；随发酵时间延长，AAN含量略有下降。在发酵前15 d，虾酱的感官评分逐渐增加；发酵到20 d，感官评分显著下降。发酵15 d的样品中AAN含量最高，感官评分最好。然而，由于发酵10 d和15 d的AAN含量和感官评分差异不大，因此选择10 d发酵时间，缩短发酵时间。

在二次发酵的第2天，AAN含量比最初含量有所下降。随发酵时间延长，AAN含量缓慢增加。在二次发酵过程中，风味发生显著变化，与一次发酵相比，风味变得更加强烈，感官评分呈现先低后升的趋势。二次发酵的最佳时间为4 d，在发酵的第4天感官评分最高。

A. 一次发酵；B. 二次发酵。字母不同，表示组间存在显著性差异（P<0.05）。下同。

图1 发酵虾酱中AAN含量及发酵时间对感官评价的影响

发酵温度对发酵效果的影响

在10～25 ℃的一次发酵温度下，ANN含量随温度的升高而增加。当温度升高到30 ℃时，ANN含量略有下降。在10～20 ℃，感官评分随风味物质产量的增加而增加，而后由于高温导致虾酱的异味而下降。因此，一次发酵温度为20 ℃，可获得较高的ANN含量和感官评分。二次发酵虾酱中的AAN含量随温度升高而缓慢增加。由于菌株X1的代谢活性和酶活性在低温下较慢，所以发酵风味不明显。菌株X1的理想发酵温度为25 ℃，感官评分最好，而温度过高会导致二次发酵虾酱产生明显的异味，降低感官评分。

A. 一次发酵；B. 二次发酵。

图2 发酵虾酱中AAN含量及发酵温度对感官评价的影响

接种量对发酵效果的影响

AAN含量随接种量的增加而缓慢增加，但在菌株Z3接种量为10%时略有下降。感官评分在接种量为4%时达到最高，然后下降。因此，菌株Z3的最佳接种量为4%。菌株X1接种量为2%～6%时，AAN含量随接种量的增加而缓慢增加，然后略有下降。接种量2%～6%时，感官评分保持在较高水平；接种量为4%时，感官评分最高。接种量为2%时，菌体生长缓慢，虾酱风味形成较慢。综合考虑，菌株X1的最佳接种量为4%。

A. 一次发酵；B. 二次发酵。

图3 发酵菌剂对虾酱中AAN含量及感官评价的影响

响应面分析

一次发酵过程响应面分析

发酵周期为12 d，发酵温度为21 ℃，菌株Z3接种量为3%（V/m），并结合生产实际确定了最优的一次发酵工艺参数。

二次发酵过程响应面分析

优化后的二次发酵工艺参数为发酵周期4 d，发酵温度25 ℃，菌株X1接种量4%（V/m）。3 次平行验证实验得到的平均感官评分为8.057，说明响应面法优化的二次发酵工艺参数可靠。

发酵虾酱的理化指标

发酵虾酱的pH值为碱性，菌株Z3能够产生碱性物质，菌株X1在一定程度上能够减缓pH值上升。接种发酵剂的发酵虾酱中的AAN含量高于未接种的对照组，说明添加发酵剂的发酵有效地提高了发酵虾酱中的AAN含量。这提高了发酵程度，并使虾酱中的蛋白质得到更充分的水解。接种发酵剂总挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量显著下降，表明发酵剂中的菌株最终可能占主导地位，阻止腐败菌生长。结果表明，二次发酵法是一种快速的虾酱发酵法，可提高虾酱发酵率和产品品质。

表1 3 组样品pH值、AAN含量和TVB-N含量

发酵虾酱中的挥发性风味成分

电子鼻分析

3 组样品的硫化物含量有显著差异，K-Z3组样品的硫化物含量高于K-X1组和D组。此外，K-Z3组样品的长链烷烃比K-X1组和D组样品的长链烷烃少。主成分分析结果表明，PC1和PC2的方差贡献率分别为51.30%和36.59%，2 个主成分的累计方差贡献率达到87.89%。3 组样品均相对独立，说明挥发性物质的种类和含量存在一定差异。尤其是K-Z3和K-X1组的样品与D组的样品差异显著，说明强化发酵剂对样品中挥发物的产生有较大影响。

A. 雷达图；B. 得分图。

图4 3组发酵虾酱样品中的挥发性成分

挥发性化合物

3 组虾酱样品共检出65 种挥发性化合物，其中醇类、酮类、酯类、酸类、烃类、胺类、吡嗪类、醛类、其他物质分别为18、8、7、2、10、3、4、2、10 种。经过二次发酵后，虾酱样品中挥发性化合物的种类和含量增加。

感官评价

不同组样品的感官之间存在一定差异。其中，D组样品的总体风味以氨和发酵风味为主，这与D组样品中TVB-N含量较高的结果一致。K-Z3和K-X1组的样品以虾味、鲜度、甜度和发酵风味为主，这与这2 组样品中较高的AAN含量和较低的TVB-N含量相一致。与K-Z3组相比，K-X1组的样品在新鲜度和甜度方面评分更高，总体风味更柔和。结果表明，采用强化发酵剂的二次发酵法可以提高虾酱产品品质。

图5 3 组发酵虾酱样品风味雷达图

Conclusion

从中国传统虾酱中筛选出2 株功能菌株用于虾酱的二次快速发酵。同时，通过单因素和响应面试验确定最佳工艺参数。接种菌株Z3一次发酵的较理想工艺参数为：发酵时间12 d、温度21 ℃、接种量3%（V/m）。接种菌株X1后二次发酵的最佳工艺参数为：发酵时间4 d，温度25 ℃，接种量4%（V/m）。对虾酱的感官风味和理化指标进行分析，结果表明，该方法能生产出品质优良的虾酱产品，有利于虾酱风味的产生。

Abstract

A two-step rapid fermentation shrimp paste process based on strain enhancement was developed by inoculating functional strains into shrimp paste in two steps. This improved the drawbacks of traditional fermented shrimp paste products, such as their lengthy fermentation times, high salt contents, and unstable fermentation quality. Single factorial and response surface analyses was employed to optimize the two-step fermentation process, and the physicochemical indices, sensory and volatile components of the rapid fermentation products were analyzed and compared with the uninoculated fermented shrimp paste. The results showed that the optimal process parameters for the one-step fermentation with Cladosporium Z3 were 12 d, 21 ℃ and 3% (V/V) inoculum, and the optimal parameters for the two-step fermentation with Enterococcus faecalis X1 were 4 d, 25 ℃ and 4% (V/V) inoculum. Compared with the uninoculated fermented shrimp paste, the two-step fermented shrimp paste samples with starters had higher amino acid nitrogen (AAN) content, more complete protein hydrolysis and lower total volatile base nitrogen (TVB-N) content, while the two-step fermentation method with intensified starters was able to promote the formation of good flavor and the good quality of shrimp paste.

专家介绍

袁丽教授
江苏大学食品与生物工程学院
袁丽，江苏大学食品与生物工程学院，教授、博士生导师。研究领域：1.食品营养组分与吸收；2.食品化学；3.传统发酵水产品风味化学。主持在研科研项目：1.国家自然科学基金面上项目NO.32072248：基于分子对接技术氨基酸稳定鲢肌球蛋白热诱导相行为机理研究（58万）；2.“蓝色粮仓科技创新”国家重点研发计划“水产品高质化生物加工新技术与产品开发”子课题——虾酱发酵过程控制技术与产品开发（2019YFD0901903，149万）。科研奖励：1）2020江苏省科学技术进步奖三等奖（3/9）；2）2020年中国食品科学技术学会科技进步二等奖（4/7）；3）2007年河北省科技进步三等奖（排名第4）；4）2009年获得镇江市优秀科技论文二等奖（排名第2）；5）2015年河北省保定市科技进步二等奖（排名第3）；6）2014年河北省科技成果鉴定（排名第4）；7）教材《水产加工与贮藏（第二版）》获2014年中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖）二等奖；8）2018江苏大学教学比赛高级组优秀奖。

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