低钠盐食用菌豆豉发酵工艺、抗氧化活性及其代谢物变化研究

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食用菌下脚料是食用菌在栽培、深加工过程中产生的副产物及边角料,包括畸形菇、菇脚、菇片、菇盖及功能成分提取后的菌实体残渣等。有研究表明食用菌下脚料富含的营养成分与正常的食用菌基本相似,但由于其品相、风味相对较差,一般难以直接食用,故常被作为动物饲料或者废弃物直接丢弃,使其营养健康价值及经济价值被严重低估,造成极大的资源浪费。前人曾报道发酵或酶解可促进食用菌风味物质的释放和生物活性成分上调,因此,发酵或酶解对食用菌下脚料的再利用有重大研究意义。豆豉是中国传统发酵食品之一,它是通过在制曲阶段产生的丰富酶系水解大豆中的大分子物质,进而在后发酵发生复杂的生化反应,从而获得了色、香、味俱全的豆豉成品。但由于豆豉在后发酵阶段钠盐含量高,不能最大程度的保留功能成分,且长期摄入高钠盐食品会增加多种慢性疾病的发生率,这在很大程度上限制了豆豉的发展。因此,为了充分利用食用菌下脚料的营养风味成分和健康价值,本课题以食用菌下脚料粉和黄豆为发酵基质,研究低钠盐食用菌豆豉共同发酵的最优工艺条件,并利用UPLC-MS和GC-MS技术探究食用菌豆豉发酵过程中功能成分与风味物质的变化规律,以期为食用菌下脚料精深加工提供一定的理论基础。(1)发酵菌株的选择和制曲工艺的优化。从总状毛霉40481、雅致放射毛霉40252、五通桥毛霉3109和米曲霉41736这四种常用发酵菌株中筛选得到中性蛋白酶和β-葡萄糖苷酶活力较高的菌株-总状毛霉40481和米曲霉41736。在此基础上,以中性蛋白酶和β-葡萄糖苷酶活力为指标,采用Box-Behnken响应面实验对接种量、菌株比例、食用菌下脚料粉添加量和制曲时间这四个因素进行工艺优化。结果表明,食用菌豆豉的最佳制曲工艺为:接种量6%,菌株比例1:1(v/v),食用菌下脚料粉添加量21%,制曲时间63 h,在该条件下,食用菌豆豉曲中性蛋白酶和β-葡萄糖苷酶的活性分别达到796.03±15.01 U/g和1175.40±36.98 U/g。此外,在最佳制曲条件下,食用菌豆豉曲的氨基态氮、总酚、总黄酮和苷元型大豆异黄酮含量,以及抗氧化能力均显著高于未发酵原料样品和未添加食用菌粉的豆豉曲。(2)食用菌豆豉后发酵工艺优化。以钾代钠盐比例、混合酒添加量和后发酵时间对氨基态氮含量的影响为主,以后发酵时间对褐变的影响为辅,采用Box-Behnken设计进行优化。结果表明食用菌豆豉最佳后发酵工艺条件为:钾代钠盐比例31.0%,混合酒添加量6.0%,后发酵时间30 d,在此条件下氨基态氮含量达到1.9348±0.007 g/100g。此外,食用菌豆豉在最佳后发酵条件下,随着后发酵时间的延长,其总酚和总酸被累积,但总黄酮含量在后发酵前后没有显著差异。(3)食用菌豆豉发酵过程中非挥发物代谢组学分析和风味物质变化。UPLC-MS技术鉴定了食用菌豆豉的695种非挥发性代谢物,其中脂质113种、类黄酮110种、氨基酸和衍生物102种、萜类79种、酚酸74种、有机酸60种、核苷酸和衍生物42种、生物碱33种、木脂素和香豆素18种、单宁1种和其他63种。代谢组学分析结果表明,制曲和后发酵前5天对非挥发性代谢物的影响最大,且在筛选出的366种差异代谢物中,类黄酮和氨基酸及其衍生物是最大的两类差异代谢物。此外,随着发酵时间的延长,食用菌豆豉的抗氧化能力显著增强,这与类黄酮糖苷向苷元的转化、氨基酸及其衍生物、游离脂肪酸、A族皂苷和酚酸密切相关。GC-MS技术共鉴定了169种挥发性物质,其总含量随发酵的进行而逐渐增加,最后趋于稳定。研究发现,丰富的挥发性物质组成使食用菌豆豉的风味具有独特性,包括3-甲基1-丁醇、苯甲醛、油酸乙酯、苯甲酸乙酯、麦芽酚、乙酸和吡嗪类化合物等挥发性物质。因此,本文建立了低钠盐食用菌豆豉的发酵工艺,探究了发酵过程中非挥发性代谢物的变化以及与抗氧化活性之间的相关性,阐明了风味物质的变化规律,为食用菌下脚料精深加工和豆豉钾代钠盐工艺提供一定的理论基础。
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