脫水胡蘿卜不同水分活度下的品質(zhì)變化與細菌菌群演替規(guī)律

楊文建，浦浩亮，王柳清，胡秋輝，裴斐

脫水胡蘿卜不同水分活度下的品質(zhì)變化與細菌菌群演替規(guī)律

楊文建，浦浩亮，王柳清，胡秋輝，裴斐

（南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心/江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室，南京 210023）

【】探究脫水胡蘿卜在不同水分活度下的品質(zhì)變化與細菌菌群演替規(guī)律，為控制脫水胡蘿卜貯藏過程中的食用品質(zhì)劣變，延長其貨架期提供理論依據(jù)。挑選大小均一的新制備脫水胡蘿卜丁，置于水分活度(water activity，aw)分別為0.43、0.67、0.78和0.84的密閉干燥器中貯藏50 d，觀測脫水胡蘿卜貯藏過程中硬度、微觀結(jié)構、β-胡蘿卜素含量、風味等品質(zhì)變化情況，分析脫水胡蘿卜在不同貯藏條件下的細菌菌群豐度變化和演替規(guī)律。乳酸菌（Lactic acid bacteria）是存在于脫水胡蘿卜中的主要外源細菌菌群。經(jīng)50 d的貯藏后，在低aw貯藏條件下（aw=0.43），脫水胡蘿卜中的芽孢桿菌屬（spp.）相對含量高于其他組，高aw環(huán)境能夠促進片球菌屬（spp.）、葡萄球菌屬（spp.）和乳酸桿菌屬（spp.）的生長，同時加劇脫水胡蘿卜中典型營養(yǎng)物質(zhì)β-胡蘿卜素的損失，并使脫水胡蘿卜的硬度降低，微觀結(jié)構粘連褶皺。同時，電子鼻分析顯示高aw引起脫水胡蘿卜中烯烴類和酮類等特征風味物質(zhì)下降，而乳酸菌生長代謝相關的胺類物質(zhì)上升。高aw環(huán)境能夠加速脫水胡蘿卜中片球菌屬、葡萄球菌屬和乳酸桿菌屬的生長，造成脫水胡蘿卜硬度下降、β-胡蘿卜素損失、特征風味的劣變以及微觀結(jié)構的粘連。

脫水胡蘿卜；水分活度；β-胡蘿卜素；硬度；微觀結(jié)構；特征風味；細菌演替

0 引言

【研究意義】脫水胡蘿卜是一種天然食品，由于其貨架期長、營養(yǎng)成分高等特點，深受大眾的喜愛，并且被廣泛應用于方便食品中。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，由胡蘿卜制成的蔬菜干零食在歐美國家廣受歡迎[1]。同時，中國脫水蔬菜總產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的2/3，脫水胡蘿卜屬于脫水蔬菜主流產(chǎn)品，占有重要地位[2]。然而，脫水胡蘿卜在貯藏過程中易發(fā)生受潮吸水，導致組織結(jié)構皺縮軟化、細菌生長、營養(yǎng)成分損失、風味變化等問題。探究脫水胡蘿卜在不同水分活度下的品質(zhì)變化與細菌菌群演替規(guī)律，對脫水胡蘿卜儲藏具有重要意義。【前人研究進展】目前，關于脫水胡蘿卜研究，主要集中在脫水胡蘿卜加工方式和加工工藝優(yōu)化，研究熱風干燥[3]、冷凍干燥[4]、微波干燥[5]等加工過程中色澤、營養(yǎng)、風味、微生物等變化情況，PRAKASH等[6]研究發(fā)現(xiàn)，通過流化床干燥的胡蘿卜在外觀品質(zhì)、復水性、β-胡蘿卜素含量和整體感官可接受性方面，比通過微波爐和晾曬干制的胡蘿卜更有優(yōu)勢；KOCA等[7]認為，干燥前的漂燙對脫水胡蘿卜在貯藏期間有護色、抑制酶促褐變的效果，并且認為漂燙有利于降低β-胡蘿卜素氧化損失。同時，果蔬的脫水干制過程中常具有殺菌效果，但是部分腐敗菌以及致病菌在經(jīng)歷脫水過程后仍可以存活數(shù)月，在適宜條件下生長繁殖造成產(chǎn)品腐敗，致病微生物甚至可以造成食源性疾病的爆發(fā)[8]。S?DE等[9]在研究市場上104種香料和脫水蔬菜的細菌含量中發(fā)現(xiàn)，有68個樣品中乳酸菌含量超過＞2 log CFU·g-1，其中主要為魏斯氏菌屬（spp.）和片球菌屬（spp.）。DIPERSIO等[10]對沙門氏菌在胡蘿卜干燥過程中的存活率進行了研究，證明當胡蘿卜切片經(jīng)過常見蒸汽、漂燙、鹽水浸泡等預處理方法后再60℃干燥6 h，沙門氏菌存活數(shù)量仍然可以造成食品安全問題。【本研究切入點】在貯藏過程中，脫水胡蘿卜在貯藏過程中常常發(fā)生因受潮吸水而導致嚴重的品質(zhì)劣變和細菌生長等問題，從而大大降低了其商品價值。前期研究表明，水分活度環(huán)境對果蔬干制品的品質(zhì)穩(wěn)定至關重要。關于脫水胡蘿卜在不同水分活度（water activity，aw）條件下的品質(zhì)劣變規(guī)律以及細菌菌落演替規(guī)律有待進一步系統(tǒng)研究。【擬解決的關鍵問題】本研究通過測定脫水胡蘿卜在不同aw貯藏下的硬度、微觀結(jié)構、β-胡蘿卜素含量、風味成分等指標變化，并分析貯藏過程中細菌菌落演替規(guī)律，探討不同aw環(huán)境下脫水胡蘿卜的品質(zhì)劣變規(guī)律和原因，為脫水胡蘿卜在貯藏過程中的品質(zhì)保持和貨架期延長提供理論基礎和技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2018年在南京財經(jīng)大學的江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室進行。

1.1 試驗材料與試劑

脫水胡蘿卜丁，江蘇興化脫水食品集團有限公司；MgCl2、K2CO3、NaNO2、NaCl2和KCl等試劑均為分析純；β-胡蘿卜素，南京建成生物工程研究所；2.5%戊二醛，國藥集團化學有限公司；叔丁醇，南京化學試劑股份有限公司；無水乙醇，南京化學試劑股份有限公司；凡士林，南京金陵石油化工公司。

1.2 儀器與設備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；HWS-400恒溫恒濕箱，寧波東南儀器有限公司；101-3AS型電熱鼓風干燥箱，上海蘇進儀器設備廠；伯樂i-mark酶標儀，美國Bio-rad公司；TA-XT plus型食品物性測定儀，英國Stable Micro公司；FD-IC真空冷凍干燥機，西班牙Telstar公司；TM-3000掃描電子顯微鏡，日本日立公司；α-Fox3000電子鼻分析儀，法國Alpha MOS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理 依據(jù)不同飽和鹽溶液可產(chǎn)生不同水分活度的原理，根據(jù)WANG等[11]的方法，選擇K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl等4種飽和溶液進行不同水分活度的控制，首先配置K2CO3、NaNO2、NaCl和KCl飽和溶液1 000 mL，分別置于30 cm直徑干燥器中，用凡士林密封并在25℃恒溫恒濕箱中平衡2 d，形成aw分別為0.43、0.67、0.78和0.84的密閉環(huán)境。挑選大小均一、顏色鮮艷的新制備熱風干燥脫水胡蘿卜200 g放入培養(yǎng)皿中，并放置于干燥器內(nèi)50 d，不同aw環(huán)境設置10個平行，每隔10 d取樣進行各項指標的測定。

1.3.2 脫水胡蘿卜測定 采用TA-XT plus型食品物性測定儀對脫水胡蘿卜的硬度進行測定[12]，使用P/25探頭；測試參數(shù)為：測前速度1.0 mm·s-1，測中速度0.5 mm·s-1，測后速度0.5 mm·s-1，壓縮量40%。每個樣品重復10次取平均值。

1.3.3 脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構觀測 采用掃描電鏡對脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構進行觀測[13]。將脫水胡蘿卜浸沒于2.5%戊二醛，靜置2 h固定。然后分別用30%、50%、70%、80%和90%梯度濃度叔丁醇依次靜止脫水15 min，再用真空冷凍干燥機凍干。將干燥后的樣品用導電膠帶固定在樣本臺上，用日立TM-3000掃描電子顯微鏡放大800倍觀察微觀結(jié)構并且拍照。

1.3.4 脫水胡蘿卜中β-胡蘿卜素含量測定 根據(jù)《食品安全國家標準食品中胡蘿卜素的測定》（GB5009.83—2016）方法測定脫水胡蘿卜中的-胡蘿卜素含量。

1.3.5 脫水胡蘿卜的電子鼻分析 為分析aw對脫水胡蘿卜風味的影響，對0 d的胡蘿卜和不同aw下貯藏50 d后的脫水胡蘿卜風味進行電子鼻分析。參考SONG等[14]的電子鼻分析方法，將樣品研磨粉碎后取2 g放置于20 mL的密閉小瓶中，在50℃條件下加熱10 min，使用配有12種傳感器類型（MOS傳感器）的電子鼻對樣品進行風味分析（表1）。分析條件：載氣：潔凈干燥空氣；流速150 mL·min-1；頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時間60 s；產(chǎn)生溫度60℃；攪動速率250 r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積2 500 μL；注射速率2 500 μL·s-1；獲得參數(shù)：獲得時間360 s；延滯時間120 s。

1.3.6 脫水胡蘿卜外源細菌DNA的提取以及16s rDNA序列分析 參考YANG等[16]的方法，提取0 d的樣品與貯藏50 d之后樣品的外源細菌DNA。選擇V4區(qū)引物組以獲得大多數(shù)環(huán)境微生物的最佳覆蓋度，采用通用引物341F和805R用于擴增細菌16S rDNA基因。

正向引物：341F CCTACGGGNGGCWGCAG；

反向引物：805R GACTACHVGGGTATCTAATCC。

PCR反應程序為：94℃預變性2 min；94℃變性20 s，55℃退火30 s，72℃延伸1 min，循環(huán)25次；72℃最終延伸10 min，4℃保存。在定量樣本文庫后，在Illumina Miseq平臺上使用2—250 bp配對末端方法進行高通量測序。為了識別這些樣品中呈現(xiàn)的OTU（operational taxonomic units），將相似度大于97%的序列將聚為同一個OTU。經(jīng)過文庫質(zhì)量檢測、過濾和去重復后，輸入序列。然后使用MOTHUR程序?qū)⒂行蛄芯奂交陂T、科、屬和種水平的OTU進行聚類分析。根據(jù)結(jié)果，找出與OTU 序列相似度最高且可信度達80%以上的物種信息用于OTU的注釋，得到對應的物種注釋信息和物種豐度分布情況。通過對OTU進行可視化統(tǒng)計分析得到樣品內(nèi)物種豐富度及不同樣品或分組間的物種差異性等信息，并對該信息進行Alpha多樣性分析和Beta多樣性分析。

表1 α-FOX 3000型電子鼻MOS傳感器的敏感性和分離性[15]

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用MURTHOR、R和Lefse軟件進行Alpha、Beta多樣性分析。使用AlphaSoft V9.1軟件的主成分分析（principal component analysis，PCA）電子鼻數(shù)據(jù)。用SPSS 18.0軟件中最小顯著性差異法（Least significant differences）對數(shù)據(jù)進行顯著性分析（＜0.05）。采用Microsoft Excel和origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的硬度

硬度變化是脫水胡蘿卜在貯藏過程中最容易發(fā)生變化的指標之一。結(jié)果表明，隨著貯藏時間的延長，所有aw環(huán)境下樣品的硬度都呈現(xiàn)出了下降的趨勢，并且aw越高，硬度下降得越快。在貯藏10 d后，4個aw環(huán)境下的樣品分別下降27.20%、67.80%、77.20%和89.20%，之后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。在貯藏末期，aw=0.43條件下的樣品軟化程度最低，硬度僅下降38.35%，顯著高于（＜0.05）其他環(huán)境下樣品（圖1），說明該條件更有利于脫水胡蘿卜保持其硬度。

2.2 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的微觀結(jié)構

脫水胡蘿卜在貯藏過程中的微觀結(jié)構變化是最直觀反映其質(zhì)構變化的指標，其與脫水胡蘿卜的口感和復水性密切相關。結(jié)果表明，脫水胡蘿卜在高aw下都出現(xiàn)孔隙皺縮、粘連現(xiàn)象，并且aw越高，孔隙粘連現(xiàn)象越明顯。相對于低aw樣品，aw=0.78和0.84貯藏條件下的樣品均在10 d后出現(xiàn)了孔隙褶皺、粘連現(xiàn)象，而在aw=0.43貯藏條件下的樣品孔徑挺直飽滿，未出現(xiàn)褶皺、粘連現(xiàn)象，保持了良好的微觀形態(tài)（圖2），說明高水分活度使脫水胡蘿卜的微觀結(jié)構發(fā)生變化，進一步改變了其硬度。

不同小寫字母表示差異顯著(P＜0.05)。下同

圖2 脫水胡蘿卜在不同aw下掃描電鏡圖

2.3 脫水胡蘿卜在不同aw貯藏期間的β-胡蘿卜素含量

-胡蘿卜素是胡蘿卜中最典型的營養(yǎng)活性物質(zhì)，其在貯藏過程中常常會發(fā)生氧化反應而喪失活性，影響脫水胡蘿卜的色澤。結(jié)果表明，在貯藏期間，不同aw下脫水胡蘿卜的-胡蘿卜素含量整體呈現(xiàn)下降趨勢，并且aw越高，下降的越快。在貯藏末期，aw=0.43條件下的樣品-胡蘿卜素含量僅下降24.22%。然而，aw=0.67、0.76和0.84高水分活度條件下，-胡蘿卜素含量的下降顯著（＜0.05），降幅均大于50%，分別為52.07%、59.74%和77.40%（圖3）。

2.4 脫水胡蘿卜在不同aw環(huán)境下的電子鼻分析

電子鼻具有12根MOS傳感器，每根傳感器對不同類型的風味物質(zhì)具有一定的響應信號（表1）。電子鼻根據(jù)每根傳感器響應的不同風味物質(zhì)的信號數(shù)值建立風味的雷達指紋圖譜。圖4-A中的電子鼻傳感器信號強度曲線代表了各樣品的風味強度。結(jié)果顯示，不同aw下樣品的PA/2、T70/2、P40/1、P10/2、P10/1以及T30/1 6個感應器的信號值為正，這說明樣品中含有酮類、醇類、有機胺、含硫化合物、芳香族化合物、烴類和酸類等物質(zhì)。相對于0 d的樣品，脫水胡蘿卜在貯藏50 d后，6個傳感器的信號值出現(xiàn)了不同程度的下降，說明脫水胡蘿卜的風味物質(zhì)出現(xiàn)了損失。LY2/G和LY2/AA信號值隨著aw上升而增加，說明樣品中酮類、醇類以及胺類的揮發(fā)性物質(zhì)增加。同時，aw=0.43樣品的輪廓與0 d樣品最為接近，說明二者風味成分相差較小。圖4-B是樣品雷達指紋圖譜信號的PCA分析圖，其中第1主成分貢獻率為96.434%，第2主成分的貢獻率為2.862%，總貢獻率為98.576%，超過85%，證明該圖可以體現(xiàn)主成分的數(shù)據(jù)。所有樣品的信號值均距離0 d的樣品較遠，說明樣品經(jīng)50 d貯藏后與0 d樣品的風味存在較大差異。隨著aw的上升，樣品的信號值從上向下移動，并且aw=0.78與aw=0.84的信號值有部分重疊，說明兩者有相似的成分。aw=0.43樣品的信號值距離0 d的樣品最近，說明二者風味成分最接近，這與圖4-A的結(jié)果一致。

圖3 不同aw下脫水香蔥β-胡蘿卜素含量

圖4 脫水胡蘿卜在不同aw環(huán)境下的雷達圖（A）和PCA圖（B）

2.5 細菌的Alpha多樣性分析

脫水胡蘿卜外源細菌的DNA被分為867個OTU。稀釋曲線是用來評價測序量是否足以覆蓋所有類群，并間接反映樣品中物種的豐富程度。圖5-A樣品的外源細菌DNA稀釋曲線趨于平穩(wěn)，說明測序深度已經(jīng)覆蓋到脫水胡蘿卜外源細菌的所有物種，測序數(shù)據(jù)量合理。Shannon稀釋曲線評價測序量是否足夠，并間接反映樣品中物種的豐富程度。由圖5-B可知，貯藏0 d的脫水胡蘿卜Shannon稀釋曲線最低；在貯藏50 d后，Shannon稀釋曲線隨著aw的上升而增加，并在aw=0.84的條件下達到最大值。此外，結(jié)合Alpha多樣性的Shannon指數(shù)（圖5-C）和Chao1指數(shù)分析（圖5-D）可知，0 d樣品的Alpha多樣性豐富程度最低，aw=0.43、0.67、0.78樣品的差距不明顯，aw=0.84樣品的豐富度最高，說明aw=0.84樣品細菌生長量最多。

圖5 脫水胡蘿卜外源細菌的稀釋曲線（A）、Shannon-Wiener曲線（B）、Shannon指數(shù)分析（C）和Chao1指數(shù)分析（D）

2.6 細菌的Beta多樣性分析

通過對脫水胡蘿卜外源細菌DNA樣品的OTU進行Beta多樣性比較分析，從科、屬水平分析不同aw貯藏條件下樣品中細菌多樣性差異，可以用于說明細菌物種組成的變化情況。默線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）效應量方法（linear discriminant analysis effect size，LEFSe）可用于篩選最可能解釋組間差異的物種。以|LDA|＞2且＜0.05作為差異篩選閾值，得到組間豐度顯著差異的物種。圖6-A為LEFSe進化分支圖，篩選出各組中豐度顯著高（＜0.05）的物種，每層物種標記的注釋從外向內(nèi)表示門、綱、目、科、屬和種。對LEFSe進化分支圖中的物種進一步篩選得到|LDA|＞2的物種，即為組間豐度顯著差異的物種，得到圖6-B。由圖6-A、B可知，在細菌的科水平上，aw=0.84條件下的樣品有9個科的細菌顯著高于其他組，其中包括葡萄球菌科（）和微球菌科（）。而在屬水平上，aw=0.84貯藏的樣品有12個菌屬的相對含量高于其他組，其中包括片球菌屬（spp.）和葡萄球菌屬（spp.）；而在aw=0.67樣品中，乳酸桿菌屬（spp.）顯著高于其他組樣品。

不同分組間的樣品存在一定的特性和共性，基于樣品的OTU豐度，以分組為單位，Venn圖（圖6-C）可以篩選樣品中特有和共有的OUT。結(jié)果顯示，5組樣品相同OTU的數(shù)量為51個，aw=0.84條件下特有的OTU個數(shù)最多，達到477個，0 d時，aw=0.43、0.67和0.78的OTU個數(shù)分別為10、24、52和41，說明水分活度上升會促使外源細菌豐度增加，導致外源細菌的生長。

A：LEFSe進化分支圖；B：LEFSe進化分支圖中|LDA|＞2的物種；C：Venn圖；D：聚類分析和；E：PCA分析

A: Cladogram generated from LEfSe analysis; B: Taxa that |LDA|＞2 in cladogram generated from LEfSe analysis; C: Venn analysis; D: Cluster analysis; E: PCA analysis

圖6 脫水胡蘿卜外源細菌的Beta多樣性分析

Fig. 6 Beta diversity analysis of exogenous bacteria in dried carrots

樣品聚類樹可以從整體上描述和比較樣品間的相似性和差異性，樹枝長度相近的兩個樣品會優(yōu)先聚類。圖6-D表示不同樣品中細菌的聚類分析，貯藏50 d后，aw=0.67與aw=0.78貯藏條件下的樣品首先被聚類，說明細菌組成相似度最高，而0 d樣品與aw=0.84的樣品相似度最低。PCA分析（圖6-E）是基于OTU豐度將樣品間細菌組成的差異反映在二維坐標圖上。結(jié)果顯示，0 d樣品的信號值位于圖像最左邊，但隨著aw的上升，各個樣品的信號值從左向右移動。其中，aw=0.67與aw=0.78的樣品信號值距離最近，說明二者的細菌組成差異性最小。

3 討論

硬度是用來描述與食品變形所需的力有關的機械質(zhì)構特性，是食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力，也是體現(xiàn)脫水產(chǎn)品商品價值的重要指標[17-18]。在高aw環(huán)境下，脫水胡蘿卜更容易出現(xiàn)組織軟化、硬度下降的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被認為與纖維素和糖類等親水性物質(zhì)吸水而引起的組織軟化有關[19]。同時，脫水胡蘿卜中親水性物質(zhì)在高aw環(huán)境下吸水后，會使孔隙皺縮、粘連折疊，微觀組織坍縮。這種坍縮的微觀結(jié)構不利于維持aw脫水胡蘿卜的硬度，同時影響干制品的復水性，從而降低其商業(yè)價值[20]。

-胡蘿卜素是存在于胡蘿卜中的一種生物活性物質(zhì)，具有抗炎、抗癌等功效，是被大眾主要推崇的營養(yǎng)物質(zhì)之一，并且作為天然色素，是胡蘿卜呈現(xiàn)橘紅色的主要原因[21-22]。但是由于其本身具有不飽和的雙鍵結(jié)構[23]，容易受濕度和氧氣等影響，發(fā)生降解反應。在aw=0.43條件下貯藏的樣品，-胡蘿卜素含量損失顯著降低，可能是因為低aw環(huán)境抑制了水分參與化學反應，抑制了氧化降解反應的速率。ARYA等[24]認為，當脫水胡蘿卜貯藏于aw=0.32—0.57環(huán)境時，-胡蘿卜素等類胡蘿卜素能在貯藏過程中最大限度的保留，與本研究結(jié)果一致。綜上，低aw環(huán)境更有利于延緩-胡蘿卜素降解，有利于保持脫水胡蘿卜的營養(yǎng)成分和外觀品質(zhì)。

電子鼻是通過氣體傳感器陣列的響應值來實現(xiàn)對氣體的識別，其可以對樣品的氣體信息進行對比分析[25]。脫水胡蘿卜特有風味香氣的揮發(fā)性成分主要為烯烴類物質(zhì)，如α-蒎烯、-蒎烯和檸檬烯[26]，以及酮類物質(zhì)，如-紫羅蘭酮[27]。雷達圖分析表明，經(jīng)過50 d貯藏后，樣品的烯烴類物質(zhì)以及酮類物質(zhì)含量隨著aw的上升而下降，說明貯藏過程中，脫水胡蘿卜特有風味物質(zhì)出現(xiàn)了損失，aw越高，損失越大。果蔬的脫水干制過程中常具有殺菌效果，但部分微生物也可以歷經(jīng)干燥過程而存活下來，在適當環(huán)境中生長繁殖[28]并產(chǎn)生多種代謝物，包括釋放揮發(fā)性物質(zhì)引起食品風味的變化[16]。經(jīng)過50 d的貯藏，脫水胡蘿卜胺類的信號值隨著aw的上升而增加，這些胺類物質(zhì)的產(chǎn)生是食物出現(xiàn)腐敗異味的主要原因[29]。有研究表明，乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）可于胡蘿卜表面生長繁殖，在代謝過程中產(chǎn)生腐胺等胺類物質(zhì)，使胡蘿卜風味腐敗、產(chǎn)生異味[30]。電子鼻的PCA分析可以通過對不同樣品中揮發(fā)性化合物的差異進行快速區(qū)分[31]。aw=0.43環(huán)境下的樣品信號值距離0 d樣品最近，aw越高距離0 d樣品信號值越遠，說明高aw環(huán)境下胡蘿卜風味損失嚴重，這與雷達圖所表明的結(jié)果一致。綜上，高aw環(huán)境下脫水胡蘿卜風味損失嚴重，伴有腐敗風味產(chǎn)生，而低aw環(huán)境有利于脫水胡蘿卜在貯藏過程中原有風味的保持。

脫水胡蘿卜外源細菌DNA的16s rDNA序列分析可以表示不同樣品中菌落的豐富度以及樣品間差異。脫水干制品的干燥條件通常較為溫和以保證干制品結(jié)構、外觀顏色以及營養(yǎng)成分最大限度的保留，但這也會使微生物歷經(jīng)干燥過程而存活，在適當環(huán)境中生長繁殖[32]。在貯藏50 d后，樣品的OTU和Shannon指數(shù)隨著aw的上升而增加，說明aw的上升引起脫水胡蘿卜外源細菌的豐富度增加。Alpha分析表明，aw= 0.43、0.76、0.78樣品的差距不明顯，而aw=0.84樣品豐富度最高，說明高aw條件有利于脫水胡蘿卜外源細菌的生長，豐富度增加，給脫水胡蘿卜在貯藏和加工過程中的微生物安全帶來隱患。Beta分析分析中，默線性判別分析效應量方法（LEFSe）能得出分組差異是否具有統(tǒng)計學顯著性，篩選出顯著高于其他組的細菌種類[32]。在屬水平上，貯藏過程中顯著增加的菌種均為革蘭氏陽性菌，如魏斯氏菌屬（spp.）、芽孢桿菌屬（spp.）、乳酸菌屬（spp.）和葡萄球菌屬（spp.）。可能的原因是革蘭氏陽性菌的細胞壁較厚，可達20—80 nm，機械抗性與對干燥的抗性相對于革蘭氏陰性菌更強，經(jīng)歷干燥過程后更容易存活[33]。乳酸菌（LAB）是發(fā)酵糖類主要產(chǎn)物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱，可分為18個屬[34]，在胡蘿卜制品的腐敗中，其代謝過程可產(chǎn)生胺類物質(zhì)，使胡蘿卜風味腐敗、產(chǎn)生異味[30]。所有脫水胡蘿卜的外源細菌中都含有LAB，說明LAB是脫水胡蘿卜的外源細菌菌落的重要組分。在篩選到的LAB中，芽孢桿菌屬（spp.）在aw=0.43條件下的相對含量高于其他組，外源細菌的豐度隨著aw上升而增加，乳酸菌屬（spp.）和片球菌屬（spp.）含量上升，分別在aw=0.67和aw=0.84環(huán)境下顯著高于其他組。這兩種細菌常在胡蘿卜制品中存活，并且在適當條件下引起腐敗[35-36]。高aw環(huán)境誘發(fā)了致病菌在脫水胡蘿卜樣品中生長。在aw=0.84條件下，葡萄球菌屬（spp.）的含量增加，顯著高于其他組，這是引起食物中毒的主要菌屬之一，也是影響世界各國經(jīng)濟的重要食源性致病菌[37-38]。以上結(jié)果說明高aw環(huán)境會誘導腐敗菌、致病菌相對含量的增加，其中LAB生長可能是脫水胡蘿卜產(chǎn)生胺類物質(zhì)、引起異味的原因。

該研究結(jié)果為脫水胡蘿卜在貯藏過程中的微生物控制提供了很好的基礎，后續(xù)將進一步利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對貯藏過程中脫水胡蘿卜的風味物質(zhì)進行監(jiān)測，并對細菌的菌群演替規(guī)律與風味物質(zhì)的各個成分變化進行相關性分析，從更深層次弄清楚脫水胡蘿卜貯藏過程中的風味劣變機制。

4 結(jié)論

本研究證明高aw環(huán)境不利于維持脫水胡蘿卜的貯藏品質(zhì)，導致其微觀結(jié)構褶皺粘連、質(zhì)地軟化，-胡蘿卜素和特征風味喪失。乳酸菌是脫水胡蘿卜中主要細菌菌群，貯藏50 d后，高aw環(huán)境促進脫水胡蘿卜中的細菌快速生長，片球菌屬（spp.）、葡萄球菌屬（spp.）和乳酸桿菌屬（spp.）為脫水胡蘿卜中典型的高水分活度誘發(fā)菌。

[1] HUANG L L, ZHANG M. Trends in development of dried vegetable products as snacks.y, 2012, 30(5):448-461.

[2] 劉美娟. 胡蘿卜丁干法殺青及干燥技術研究[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學, 2017: 1-2.

LIU M J. Study of carrot dices dry-blanching and drying technologies [D]. Zhengjiang: Jiangsu University, 2017: 1-2. (in Chinese)

[3] 秦學磊, 張國治, 聶波, 王安建. 不同干燥工藝對胡蘿卜品質(zhì)影響的研究. 糧食加工, 2017, 42(6): 49-55.

QIN X L, ZHANG Z G, NIE B, WANG A J. Study on the effects of different drying methods on the quality of carrots., 2017, 42(6): 49-55. (in Chinese)

[4] 周新麗, 申炳陽, 張三強, 戴澄. 超聲波輔助冷凍干燥對胡蘿卜品質(zhì)的影響. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2018, 44(8): 196-202.

ZHOU X L, SHEN B Y, ZHANG S Q, DAI C. Effect of ultrasonic assisted freeze drying on the quality of carrot., 2018, 44(8): 196-202. (in Chinese)

[5] SUMNU G, TURABI E, OZTOP M. Drying of carrots in microwave and halogen lamp-microwave combination ovens., 2005, 38(5): 549-553.

[6] PRAKASH S, JHA S K, DATTA N. Performance evaluation of blanched carrots dried by three different driers., 2004, 62: 305–313.

[7] KOCA N, BURDURLU H S, KARADENIZ F. Kinetics of colour changes in dehydrated carrots., 2007, 78: 449–455.

[8] BEUCHAT L R, KOMITOPOULOU E, BECKERS H, BETTS R P, BOURDICHON F, FANNING S, JOOSTEN H M, TER KUILE B H. Low-water activity foods: increased concern as vehicles of foodborne pathogens., 2013, 76(1):150–72.

[9] S?DE E, LASSILA E, BJ?RKROTH J. Lactic acid bacteria in dried vegetables and spices., 2015, 53:110-114.

[10] DIPERSIO P A, KENDALL P A, YOON Y, SOFOS J N. Inactivation ofduring drying and storage of carrot slices prepared using commonly recommended methods., 2005, 70(4): 232-235.

[11] WANG X H, SHI Q L, ZHAO Y, WANG X Y, ZHENG Y Q. Moisture adsorption isotherms and heat of sorption of., 2013, 37(4): 1-7.

[12] WANG L Q, HU Q H, PEI F, MARIGA A M, YAN W J. Influence of different storage conditions on physical and sensory properties of freeze-driedslices., 2018, 97: 164-171.

[13] WU Y Y, HU Q H, LI ZHI XIAO, MariGA A M, YANG W J. Effect of nanocomposite-based packaging on microstructure and energy metabolism of., 2019, 276: 790-796.

[14] SONG Y, HU Q H, WU Y Y, KIMATU B M, SU A X, MA N, FANG Y, YANG W J. Storage time assessment and shelf-life prediction models for postharvest., 2019, 101: 360-365.

[15] 陶虹伶, 楊文建, 裴斐, 趙立艷, 安辛欣, 蘇開美, 胡秋輝. 松茸曲奇特征風味成分分析鑒定. 食品科學, 2016, 37(16): 128-134.

TAO H L, YANG W J, PEI F, ZHAO L Y, AN X X, SU K M, HU Q H. Identification and analysis of characteristic flavor components ofcookies., 2016, 37(16): 128-134. (in Chinese)

[16] YANG W J, WANG L Q, HU Q H, PEI F, MARIGA A M. Identification of bacterial composition in freeze-driedduring storage and the resultant odor deterioration., 2019, 10: 1-12.

[17] 王玉川. 萵苣顆粒負壓微波高效節(jié)能均勻干燥機理及工藝研究[D]. 無錫: 江南大學, 2013: 18-20.

WANG Y C. Studies on mechanism and technology of negative- pressure drying assisted by microwave for stem lettuce cubes with efficiency, energy-saving and uniformity [D]. Wuxi: Jiangnan University, 2013: 18-20. (in Chinese)

[18] 胡秋輝, 仲磊, 楊文建, 裴斐, 方勇, 馬寧, 湯曉智, 趙立艷, 楊方美. 蛹蟲草復合谷物雜糧膨化產(chǎn)品品質(zhì)特性的研究. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2016, 49(24): 4772-4784.

HU Q H, ZHONG L, YANG W J, PEI F, FANG Y, MA N, TANG X Z, ZHAO L Y, YANG F M. Study of properties from the extruded products of cereal grains compounded of., 2016, 49(24): 4772-4784. (in Chinese)

[19] HATAKEYAMA T, NAKAMURA K, HATAKEYAMA H. Vaporization of bound water associated with cellulose fibres., 2000, 352(6): 233-239.

[20] HII C L, LAW C L, SUZANNAH S. Drying kinetics of the individual layer of cocoa beans during heat pump drying., 2012, 108(2), 276-282.

[21] MARX M, STUPARIC M, SCHIEBER A, CARLE R. Effects of thermal processing on trans–cis-isomerization of β-carotene in carrot juices and carotene-containing preparations., 2003, 83(4): 609-617.

[22] CINAR I. Carotenoid pigment loss of freeze-dried plant samples under different storage conditions., 2004, 37(3): 363-367.

[23] ZHAO Y P, CHANG K C. Sulfite and starch affect color and carotenoids of dehydrated carrots () during storage., 2010, 60(2): 324-326.

[24] ARYA S S, NATESAN V, PARIHAR D B, VIJAYARAGHAVAN P K. Stability of carotenoids in dehydrated carrots., 1979, 14(6): 579-586.

[25] 劉志云, 胡秋輝. 香菇粉和豆沙復配曲奇特征風味物質(zhì)分析. 食品科學, 2016, 37(20): 95-101.

LIU Z Y, HU Q H. Analysis of characteristic flavor components of cookies formulated with bean paste., 2016, 37(20): 95-101. (in Chinese)

[26] SORIA A C, SANZ J, VILLAMIEL M. Analysis of volatiles in dehydrated carrot samples by solid-phase microextraction followed by GC-MS., 2008, 31: 3548-3555.

[27] KJELDSEN F, CHRISTENSEN L P, EDELENBOS M. Changes in volatile compounds of carrotsL.) during refrigerated and frozen storage., 2003, 51: 5400-5407.

[28] MUJUMDAR A.. Boca Raton: CRC press, 2014.

[29] WILKES J G, CONTE E D, KIM Y, HOLCOMB M, SUTHERLAND J B, MILLER D W. Sample preparation for the analysis of flavors and off-flavors in foods., 2000, 880(1/2): 3-33.

[30] MORENO-ARRIBAS V, POLO C, JORGANES F, MU?OZ R. Screening of biogenic amine production by lactic acid bacteria isolated from grape must and wine., 2003, 84: 117-123.

[31] AGüERO M V, BARG M, YOMMI A, CAMELO A, ROURA S I. Postharvest changes in water status and chlorophyll content of lettuceL) and their relationship with overall visual quality., 2008, 73(1): S47-55.

[32] MORGAN C A, HERMAN N, WHITE P A, VESEY G. Preservation of micro-organisms by drying; A review., 2006, 66(2): 183-193.

[33] 范曉露. 針刺干預對肥胖大鼠腸道菌群影響的研究[D]. 南寧: 廣西中醫(yī)藥大學. 2018: 40-42.

FAN X L. Study on the intestinal microflora of obese rats with acupuncture treatment by 16S rDNA technology [D]. Nanning:Guangxi University of Chinese Medicine, 2018: 40-42. (in Chinese)

[34] MAI-PROCHNOW A, CLAUSON M, HONG J M, MURPHY A B. Gram positive and Gram negative bacteria differ in their sensitivity to cold plasma., 2016, 6(1): 38610.

[35] ORTIZ M E, BLECKWEDEL J, RAYA R R, MOZZI F. Biotechnological and in situ food production of polyols by lactic acid bacteria., 2013, 97: 4713-4726.

[36] TASSOU C C, BOZIARIS J S. Survival ofand changes in pH and organic acids in grated carrots inoculated or not withspp. and stored under different atmospheres at 4℃., 2002, 82: 1122-1127.

[37] SAGONG H G, CHEON H L, KIM S O, LEE S Y, PARK K H, CHUNG M S, CHOI Y J, KANG D H. Combined effects of ultrasound and surfactants to reducespores on lettuce and carrots., 2013, 160(3): 367-372.

[38] SURETTE M A, STURZ A V, LADA R R, NOWAK J. Bacterial endophytes in processing carrots (L. var.): Their localization, population density, biodiversity and their effects on plant growth,, 2003, 253: 381-390.

[39] DINGES M M, ORWIN P M, SCHLIEVERT P M. Exotoxins of., 2000, 13(1): 16-34.

Quality Change and Bacteria Succession of Dried Carrot Stored at Different Water Activities

YANG WenJian, PU HaoLiang, WANG LiuQing, HU QiuHui, PEI Fei

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety /Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing of Jiangsu Province, Nanjing 210023)

【】The aim of this study was to explore quality change and exogenous bacteria succession in dried carrots at different water activities (aw), so as to provide a theoretical basis for controlling quality deterioration and prolonging shelf life of dried carrots during storage. 【】Dried carrots with uniform size at different awlevels of 0.43, 0.67, 0.78 and 0.84, respectively were stored for 50 d in sealed desiccators. Hardness, microstructure, content of β-carotene and flavor components were then determined, and the changes of exogenous bacteria abundance and succession were also analyzed. 【】Results suggested that lactic acid bacteria were the dominant bacteria in dried carrots. After 50 d storage, the relative abundance ofspp. in dried carrots stored at aw= 0.43 was significantly higher than that of other groups. However, higher awlevels promoted the growth ofspp.,spp. andspp. Moreover, the higher awlevels reduced the hardness and adhesion of dried carrots microstructure and aggravated the loss of-carotene, a typical nutrient in dried carrots. E-nose analysis showed that higher awcaused a decrease in olefins and ketones contents, indicating loss of characteristic flavors in dried carrots. On the other hand, the increase of amines content was attributed to growth of lactic acid bacteria. 【】Higher awpromoted the growth ofspp.,spp. andspp., caused a decline in hardness and microstructure adhesion of dried carrots, and accelerated the loss of-carotene, as well as the deterioration of characteristic flavors.

dried carrot; water activity;-carotene; hardness; microstructure; characteristic flavors; bacteria succession

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.016

2019-04-28；

2019-07-22

“十三五”國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0400903）、江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程（KYCX18_1437）

楊文建，E-mail：lingwentt@163.com

（責任編輯 趙伶俐）