臭豆腐揮發性風味物質的研究進展

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(1.德州職業技術學院糧油食品與輕工工程系,山東德州 253034;2.浙江大學生物系統工程與食品科學學院,浙江杭州 310012; 3.韓德秀平壤輕工業大學,朝鮮平壤 999093)

臭豆腐揮發性風味物質的研究進展

侯娟1,2,谷靜思2,金成日3,何國慶2,*

(1.德州職業技術學院糧油食品與輕工工程系,山東德州 253034;2.浙江大學生物系統工程與食品科學學院,浙江杭州 310012; 3.韓德秀平壤輕工業大學,朝鮮平壤 999093)

揮發性風味物質是臭豆腐的主要風味物質,是臭豆腐重要的質量參數。本文對臭豆腐中揮發性物質的形成過程、風味物質成分的萃取方法、鑒定方法、形成風味物質的影響因素等方面進行了綜述,并指出臭豆腐風味物質的研究趨勢。

臭豆腐,揮發性風味物質,鑒定方法,研究趨勢

臭豆腐是我國的傳統發酵制品,根據工藝不同分為非發酵型和發酵型兩種。南方臭豆腐屬于非發酵型,制作過程一般分為臭鹵水制作(一般用莧菜、香菇、瀏陽豆豉等發酵獲得)、豆腐浸泡、油炸幾個階段[1]。發酵型臭豆腐以北方臭豆腐為代表,是腐乳的一種,有嚴格的前期發酵過程。臭豆腐經過長時間的發酵,營養價值高,游離氨基酸和鋅、鐵、鈣等礦物質含量豐富[2],對人體的腸道吸收有利。臭豆腐“聞起來臭,吃起來香”,與其揮發性風味成分相關。由于制作工藝和地域的不同,臭豆腐的風味差別較大。揮發性風味物質是臭豆腐重要的質量參數,對產品整體風味起著重要作用。因此,開展臭豆腐中揮發性風味物質的研究對于提高產品質量,改進生產工藝具有重要意義。本文闡述了臭豆腐中揮發性風味物質的形成、提取鑒定方法和風味形成影響因素,并指出臭豆腐風味物質研究方向,以期對臭豆腐風味物質研究提供參考。

1 臭豆腐揮發性物質的形成

不管是發酵型臭豆腐還是非發酵型臭豆腐,生產過程中都離不開微生物的參與。原料中的蛋白質、糖類等在多種微生物及其分泌的酶類的作用下分解,釋放出大量的酯類、醇類、含硫類化合物等,形成了臭豆腐的特殊風味[3]。發酵型臭豆腐分為前期培菌和后期發酵兩個階段。前期培菌主要是菌在白坯上繁殖,長出的菌絲體把坯體包裹,代謝產生的酶類又將一部分蛋白質分解成水溶性蛋白質的過程。后期發酵是在前酵分泌的酶類、湯料中的菌類和化學物質的協同作用,將坯體中蛋白質等大分子化合物降解、酯化的過程[4]。有研究發現蛋白酶、α-淀粉酶、脂肪酶三種酶的活力因腐乳后發酵過程的不同階段而不同,中間產物也不同[5]。徐寅等[6]對南京等8個地方采集的臭豆腐樣品進行了乳酸菌分離,比較分析總乳酸菌數與成分之間的關系。研究發現乳酸菌數量與臭豆腐總酸、氨基酸態氮含量正相關。亓順平等[7]發現非發酵型臭豆腐中臭味主要來源于含硫物質的分解。但也有學者認為其特殊的風味可能是化學反應的結果,而不是微生物產生的[8]。

2 臭豆腐揮發性物質的分析方法

臭豆腐的揮發性風味物質組成十分復雜,不同品牌產品的風味物質組成差別較大。因此,風味物質的提取和分析方法至關重要。常用的揮發性物質的提取方法有頂空法(Head Space)、固相微萃取法(SPME)、同時蒸餾一萃取法(SDE)等[9]。李里[10]采用了固相微萃取、溶劑萃取法和同時蒸餾提取法對臭豆腐香氣成分的提取,并比較了3種提取效果，結果發現對同一臭豆腐樣品,出峰較少是溶劑萃取法和固相微萃取法,得到的組分保留時間也相對靠前;而同時蒸餾提取法的保留時間分布寬,出峰多。馬艷莉[11]等比較了頂空固相微萃取法、動態頂空法和同時蒸餾提取法對青方腐乳揮發性風味物質的提取效果。結果表明,同時蒸餾萃取和頂空固相微萃取法提取的風味物質的數量、含量都低于動態頂空法提取的。不同提取方法萃取得到臭豆腐種類和含量都存在差異。其中,固相微萃取中不需要使用有機溶劑,揮發性物質的損失能較為真實地反映樣品的成分組成,在食品中揮發性成分提取中應用廣泛,但是也有其缺點,如萃取頭種類、涂層材料的極性不同,對不同極性的揮發物萃取效果也不同。Liu等[12]比較了在固相微萃取4種萃取頭對發酵型臭豆腐揮發性物質萃取效果,結果發現Carboxen/PDMS最適合提取發酵臭豆腐中的有機揮發物。

氣相色譜法、氣相-嗅聞法、氣相色譜一質譜聯用法(GC-MS)等是目前常用的風味物質鑒定方法。GC-MS法樣品用量少、分析快、分離和鑒定同時進行,同時具備氣相色譜的高分辨率與質譜的高靈敏度特點[13],是最常用的使用方法。亓順平等[7]以非發酵臭豆腐為研究對象,采用同時蒸餾萃取結合氣相色譜-質譜聯用儀進行分析,共檢測出49種揮發性風味化合物。含量高的是醛類、醇類、酯類、酸類幾種化合物。以化合物的香氣活性值來看,非發酵臭豆腐中主要的揮發性成分是二甲基二硫、(E,E)-2,4-癸二烯醛、3-甲基丁醛、壬醛、丁酸乙酯、4-甲基苯酚、1-辛烯-3-醇。非發酵臭豆腐的特色風味是卷心菜味、果味、脂肪味、泥土味等。賀靜等[23]分析了四個不同發酵階段的臭豆腐鹵水,共鑒定出包含醇類、酸類、酯類等122種揮發性風味成分。化合物種類隨著發酵的進行而變化,其中3-甲基吲哚貫穿整個發酵過程。

馬艷莉等[14]采用動態頂空萃取法,氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)技術鑒定出青方腐乳中73種揮發性風味物質。結合嗅聞技術,其中25 種物質被確定為關鍵揮發性風味物質。對青方腐乳風味貢獻最大的是苯酚、三甲基肼、吲哚、二甲基二硫醚、乙酸乙酯、二甲基三硫醚、丁酸。劉玉平等[15]以北京王致和臭豆腐為研究對象,采用SPME結合GC-MS方法,共鑒定出揮發性成分31種。其中,乙酸丁酯、吲哚、二甲基三硫醚、丁酸乙酯、二甲基四硫醚、丁酸丙酯、二甲基二硫醚、1-丁醇、苯酚、丁酸、1-己醛含量較高。而孫潔雯[16]等采用同時蒸餾萃取法進行揮發性成分提取,經氣相色譜-質譜聯用儀分析鑒定出44種揮發性成分,其中,醇類6種、酚類1種、雜環類6種、酯類17種、硫醚類5種、醛酮類3種、其他化合物6種。通過內標法確定揮發性成分在臭豆腐中的含量為24.06 μg/g。醇類含量較高(10.43 μg/g),酯類其次(6.88 μg/g)。特征性香氣成分是根據揮發性成分的香氣特征和香氣活性值確定。其中正丙醇、正丁醇是臭豆腐醇厚香氣來源,而二甲基二硫等含硫化合物和吲哚則賦予其獨有的臭味香氣。也有研究認為硫化氫是發酵型臭豆腐特殊臭味的來源[17],但在以上研究中均未檢測出。

3 影響臭豆腐風味物質形成的主要因素

3.1不同臭豆腐制造工藝的差異

臭豆腐因其工藝不同,其揮發性成分也不同。鄭小芬等[18]以湖南本地兩種臭豆腐鹵水為研究對象,采用固相微萃取-氣質聯用技術比較分析了其揮發性成分的異同。在深色臭鹵水中鑒定出揮發性風味物質38種,而淺色臭鹵水中42種。丁酸丙酯、正己醇、2,3,5,6-四甲基吡嗪、苯酚、正己酸、對異丙基甲苯等9種化合物在兩種臭豆腐中都鑒定出。兩種臭鹵水中含量都不高的是2,3,5,6-四甲基吡嗪。淺色臭豆腐鹵水中對異丙基甲苯、苯酚、α-松油醇3種成分的含量較高。深色臭豆腐鹵水中丁酸丙酯、異戊醇、3-辛醇、正己醇等5種成分的含量較高。可能和兩種臭鹵水的發酵工藝不同有關。有研究人員在腐乳發酵后期添加了乙醇,并分析了乙醇對腐乳揮發成份的影響。結果發現添加乙醇的腐乳中化合物達61種,并檢測到特有十二烷酸乙酯、乙偶姻等化合物,酯的含量也顯著提高,而未添加乙醇的腐乳只檢測到55種化合物[19]。Moy等[20]分析了酶促腐乳揮發性物質,共鑒定出包括酸類化合物、酯類化合物、酮類化合物、醇類化合物、醛類化合物等共計70 種揮發性風味成分。其中占主導地位的是醛類、醛類和脂肪酸類。其揮發性成分與霉菌發酵腐乳的不完全一致,可能是由于特定微生物引入及其代謝所導致。

3.2原料

臭豆腐是以大豆為原料,經磨漿等工藝制成豆坯,再與其他原料發酵而制成。大豆制成豆坯的過程中,由于工藝的不同,而使豆腐的成分、質地不同,進而影響腐乳的質量。如在點漿過程中,使用不同的凝固劑MgCl2、CaSO4、內酯等,所得豆腐的彈性和細膩程度也不同,從而影響后期微生物和酶的作用,并且豆腐中所含揮發性成分也不同[21]。冉春霞等[22]對全豆腐乳中的風味物質進行提取和分析并與傳統腐乳成分進行了比較。發現兩者的揮發性成分數量相同,但揮發性成分的種類有10%的不同。不同地區制作鹵水的原料也會不同,而臭豆腐鹵水又是制造非發酵型臭豆腐的核心原料。研究發現原料對鹵水發酵過程中揮發性成分起關鍵作用。鹵水中酮類物質主要來源于原料中的竹筍、莧菜和香菇。瀏陽豆豉中含有10種不同的酯類物質,含量高,對于鹵水中酯類物質的貢獻很大[23]。青方腐乳的湯料主要有毛花鹵和黃泔水等原料組成。陳濤等在青方腐乳發酵后期加入湯料,發現腐乳的游離氨基酸含量、坯體的硬度等質構參數發生了改變,同時可使腐乳產生吲哚和揮發性硫化物[24]。李雨楓等[1]探索了6種鹵水配方中微生物和揮發性成分的變化。發現配方鹵水中的酵母菌、細菌等數量隨著配方的不同而發生變化。配方鹵水中揮發性成分和傳統鹵水有相同的成分,但化合物的種類和成分還是有一定不同。

3.3發酵菌株

臭豆腐風味物質的形成,除受原材料和工藝的影響外,最重要是微生物及其在發酵過程中釋放出的復雜酶系[25]。因此,發酵菌種對臭豆腐風味物質的形成起著最重要的作用。在非發酵臭豆腐中,鹵水要經過幾個月甚至更長時間的發酵。Chao等[26]分離3種(原始發酵鹵水、分別浸泡了軟硬豆腐的2種鹵水)鹵水中乳酸菌,共168個菌株。通過隨機擴增多態性分析和16S rDNA測序,其中136個代表菌株被認定歸屬于7個屬32個種:腸球菌屬(2種)、乳桿菌屬(14種)、魏斯氏菌屬(4種)、乳球菌屬(3種)、片球菌屬(1種)、明串珠菌屬(6種)、鏈球菌屬(2種)。與其他兩種鹵水比較,原始發酵鹵液中有19個不同種被分離,乳酸菌種類最多。鹵水中的乳酸菌在浸泡豆腐坯前后發生了變化。郭華等[27]從臭豆腐的發酵浸泡液中篩選出兩種菌:環狀芽孢桿菌屬和奈瑟氏菌屬。通過毒理性實驗驗證了兩株菌的安全性,并在傳統工藝的基礎上,對臭豆腐發酵條件進行了優化,提高了產品的風味。孫貴朋等[28]也從臭豆腐鹵液中鑒定出了多種乳桿菌及芽孢桿菌,只是具體菌種略有差異。黃香華[3]等以臭豆腐發酵浸泡液為研究對象,分離得到芽孢桿菌屬環狀芽孢桿菌和乳桿菌屬短乳桿菌2個主要菌株;并通過生理生化性能實驗確定了這兩株菌用來釀制臭豆腐的可行性。通過對臭豆腐揮發性成分分析,17種風味物質被鑒定出。但與傳統工藝相比,其風味物質成分有所不同,其主體物質是酯類。前期研究發現臭豆腐鹵水中微生物的多樣性,其中乳酸菌是主要優勢菌群。

發酵型腐乳在前酵階段和后酵階段都有微生物的參與。Han[29]等分析了不同氯化鈉和乙醇含量下腐乳生產過程中微生物的變化。研究發現從豆腐到白坯的過程中好氧菌、蠟樣芽胞桿菌、乳酸菌、真菌等數量增加,而在鹽坯階段減少。但腐乳成熟過程中含鹽量大于8%,乙醇含量5%時,微生物穩定并且安全。腐乳生產前酵階段多采用霉菌單菌發酵,常用的有毛霉、根霉。毛霉生產溫度較低,且腐乳外觀不佳;根霉溫度高,但蛋白酶活力不高。崔曉紅[30]等研究發現毛霉和根霉混菌發酵的豆腐乳品質優于單菌發酵腐乳。滕鈺[31]等分析發現,在高溫前酵的條件下,毛霉單菌釀造腐乳風味物質較少,而混菌發酵更豐富。因此,多菌種發酵可以解決腐乳高溫生產問題,提高腐乳質量和風味。腐乳發酵后期,體系復雜,多種微生物和酶共同作用。王夫杰等[32]在青方腐乳分離鑒定出植物乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李乳桿菌、清酒乳桿菌。魯緋等[33]從青方腐乳中分離鑒定出片球菌、短小奇異菌和植物乳桿菌三種乳酸菌,并將其應用于青方腐乳中。研究發現3株菌可以促進臭豆腐的成熟、增強風味,其中對于腐乳的風味作用效果最好是片球菌,可以作為改進青方腐乳品質的協同菌株[34]。因此,乳酸菌是腐乳發酵后期起重要作用,可以加快腐乳成熟和改進風味。

4 臭豆腐研究現狀與發展趨勢

目前,臭豆腐風味物質的研究主要集中于成分的提取和鑒定方面。而對于主要風味物質形成機理和調控研究較少。以分析化學和現代風味化學為依據,從多種揮發成分中找出臭豆腐中具有風味貢獻度的物質;研究異味物質與關鍵風味的化學本質,探索它的形成機制和途徑[35],是今后臭豆腐風味研究的趨勢。

傳統臭豆腐生產是在自然界多種微生物共同作用下發酵完成的,外界環境因素對其影響較大,產品質量不穩定。目前,已經從臭豆腐中分離出多種微生物,但不能從根本上揭示樣品中微生物生態組成、結構特征。因此,以臭豆腐樣品中全部微生物基因組為研究對象,通過高通量測序分析為手段,研究微生物多樣性、種群結構和互作關系及其與環境之間的關聯[36],篩選出適合工業化生產的微生物菌群是臭豆腐工業化生產的重要途徑。

影響我國傳統發酵食品安全的一個重要因素是各類含氮化合物代謝產生的有害胺(氨)類物質。目前,在臭豆腐中已檢測出多種生物胺[37-38]。發酵過程中微生物對有機氮源選擇性吸收和有害胺(氨)類物質的積累密切相關[39]。開展臭豆腐中微生物對氮源的利用和調控的研究,對提高傳統發酵產品品質及安全性具有重要意義。

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Researchprogressofvolatileflavorcompoundsinstinkytofu

HOUJuan1,2,GUJing-si2,JINCheng-ri3,HEGuo-qing2,*

(1.Department of Food and Light Industry,Dezhou Vocational and Techinal College,Dezhou 253034,China; 2.College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310012,China; 3.Handoksu Pyongyang University of Light Industry,Pyongyang 999093,Korea)

Volatile flavor compounds are the main special flavor of stinky tofu,and the significant index of its quality. In this paper,the formation of volatile substances in stinky tofu,the extraction methods of flavor components,the methods of identification and the influencing factors of flavoring substances were reviewed,and the research trend of stinky tofu flavor was pointed out.

stinky tofu;volatile flavor compound;identification method;research trend

2017-04-07

侯娟(1984-)，女，碩士研究生，講師，研究方向：食品生物技術，E-mail:houjuan84@163.com。

*通訊作者:何國慶(1957-)，博士，教授，研究方向：食品微生物及發酵工程，E-mail:gqhe@zju.edu.cn。

國家自然科學基金(31571808)。

TS214.2

:A

:1002-0306(2017)16-0314-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.059