鹽地堿蓬發酵前后營養物質的變化研究

徐晶,趙學群,殷樹鵬,常程磊,紀守進,鄭婕

(1 山東科技職業學院 生物與化學工程系,山東 濰坊 261053;2.北京中醫藥養生工程研究院,北京 102200)

鹽地堿蓬(Suaeda salsa),又稱赤堿蓬、黃須菜,屬藜科堿蓬屬一年生草本植物,廣泛分布于海濱、荒漠低處的鹽堿荒地上。鹽地堿蓬是一種食用價值和藥用價值都很高的野生植物[1],據《本草綱目拾遺》記載,堿蓬咸涼無毒,具有清熱、消積等功效,現代研究表明其具有降糖、降壓、擴張血管、防治心臟病、增強人體免疫力和抗衰老等藥用效能[2-3]。鹽地堿蓬含有豐富的蛋白質、氨基酸、膳食纖維,Ca、P、Fe、Zn、Se等礦物質元素[4],含量均高于普通的菠菜、番茄和胡蘿卜等蔬菜[5],同時含有總酚、多糖、黃酮等抗氧化成分[6],具有較高的營養價值。隨著人們對食品功能特性的關注和需求,開始出現以鹽地堿蓬為原料在食品工業的應用研究[7-9],高林華等人對其食用方法進行研究,包括涼拌、熗、炒、制餡和做湯等;姜雪等人以鹽地堿蓬為原料開發一種新型配方飲料;宮慶娥等人對鹽地堿蓬進行罐藏加工和干制加工;步營等人研制了即食酸甜堿蓬菜和泡椒堿蓬菜;勝偉集團進行鹽地堿蓬鹽漬品的研究。但長期以來市場上以初級加工制品為主,存在保存期短,經濟附加值低等問題。鹽地堿蓬作為一種符合現代營養學的健康食物,使用生物加工技術開發得到高品質功能性食品,可提高其經濟附加值,具有廣闊的應用前景。此外鹽地堿蓬作為國家地理標志性產品,對其開發利用可對地區產業發展起示范帶動作用,并且對改良鹽堿地,促進生態循環起到積極作用。

本研究以鹽地堿蓬為原料,通過酵母菌和乳酸菌進行厭氧發酵,利用電感耦合等離子體質譜儀、紫外可見分光光度計等設備檢測鹽地堿蓬發酵前后的營養元素和礦物質元素含量,對發酵前后粗蛋白質、總酸、黃酮、總酚、鈣、鈉、鎂、鐵、鋅、硒、鉀和磷等營養成分含量進行分析,探討發酵前后營養物質的差異。為鹽地堿蓬發酵產品的開發提供理論依據,進一步推動精深加工,提高產品附加值,滿足消費者的營養需求。

1 儀器與材料

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑

鹽地堿蓬采摘自山東濰坊沿海的鹽堿灘涂。

果葡糖漿(食品級),山東香馳健源生物科技有限公司;酵母粉(食品級),徐州大自然食品有限公司;乳酸菌,北京川秀國際貿易有限公司;異麥芽低聚糖,德州暢健食品有限公司;酵母浸膏,上海麥克林生化科技有限公司; HNO3(優級純)國藥化學試劑集團;混合標準溶液(As、Pb、Hg、Se、Cd、Cu、Zn、Mn質量濃度為10 mg/L, Fe、K、Ca、Na、Mg質量濃度為1 000 mg/L);內標溶液10 mg/L,5% HNO3介質;調諧溶液1 μg/L,5%HNO3介質,美國安捷倫科技有限公司;蘆丁(標準品)、沒食子酸(標準品),上海士鋒生物科技有限公司;福林-酚(分析純)、亞硝酸鈉(分析純)、硝酸鋁(分析純)、氫氧化鈉(分析純),北京化工廠。

1.1.2 儀器與設備

Agilent 7500a電感耦合等離子體質譜儀,美國安捷倫科技有限公司;Mars全自動微波消解儀,美國CEM公司;Millipore Element A10超純水機,美國密理博公司;TU-1810 紫外可見分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司;AR124CN電子天平,奧豪斯儀器(常州)有限公司;GI100DS立式自動壓力蒸汽滅菌器,致微(廈門)儀器有限公司;SC-2552低速離心機,安徽中科中佳科學儀器有限公司;316型10 L不銹鋼發酵罐,杭州源緣圓酵素科技有限公司;HH-8A數顯恒溫磁力攪拌水浴鍋,常州榮華儀器制造有限公司;MDF-DU502VXL-PC超低溫保存箱,松下健康醫療器械株式會社。

1.2 試驗方法

1.2.1 鹽地堿蓬發酵流程

采用鹽地堿蓬莖葉部分,去掉腐葉,無菌水清洗, 2～3 cm切段,果葡糖漿-酵母浸膏質量比10∶1制得發酵糖漿。鹽地堿蓬、發酵糖漿、水質量比2∶1∶6混勻,60 ℃溫度下殺菌30 min,冷卻后接種1 %活化的酵母菌和乳酸菌,加入到已滅菌的發酵罐中,封口,置于干燥陰涼處厭氧發酵8 d。分別取發酵前和發酵第8 d的發酵液,4 000 r/min條件下離心10 min,取上清液,置于-20 ℃保存,待測。

1.2.2 常規營養成分分析

蛋白質含量測定采用凱氏定氮法,依據GB 5009.5—2016 《食品中蛋白質的測定》。

總酸含量測定采用滴定法[10]。2 mL發酵液稀釋至20 mL,移取5 mL發酵稀釋液、25 mL純凈水,2 滴酚酞指示劑于錐形瓶中,用已經標定的氫氧化鈉溶液進行滴定,重復測定3次。每1 mL 0.l mol/L氫氧化鈉滴定液相當于6.404 mg枸櫞酸(C6H8O7)。

總酚含量測定采用福林-酚法[11]。1 mL發酵液稀釋至20 mL,取0.5 mL發酵稀釋液,加入2.5 mL的10%福林-酚溶液,混勻后避光靜置3 min,再加入2 mL 27.5 g/L 碳酸鈉溶液,混勻后25 ℃反應1 h,于765 nm波長處測吸光度。總酚含量用沒食子酸的質量濃度等價值表示,沒食子酸標準曲線方程y=0.008x+0.001,R2=0.999 8,其中y為吸光度,x為質量濃度(mg/L)。

黃酮含量測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法[12],1 mL發酵液稀釋至20 mL,取6 mL發酵稀釋液,加入0.2 mL 5% 亞硝酸鈉溶液,混勻后靜置 6 min,再加入0.2 mL 10% 硝酸鋁溶液,混勻后靜置 6 min,最后加入 2.0 mL 5% 氫氧化鈉溶液,混勻后靜置 15 min,于510 nm波長處測吸光度。黃酮含量用蘆丁的質量濃度等價值表示,蘆丁標準曲線方程y= 0.035x- 0.001 9,R2=0.999 9,其中y為吸光度,x為質量濃度(mg/L)。

1.2.3 礦物質成分分析

礦物質成分的測定采用電感耦合等離子體質譜法,稱取0.5 g樣品,放入微波消解儀進行消解。消解條件為:消解功率設定1 000 W,10 min內升溫至180 ℃,保持5 min后,5 min內升溫至200 ℃,消解25 min。待冷卻至室溫,將消解液轉移至100 mL容量瓶中,超純水洗滌并定容。鈣含量測定依據GB 5009.92—2016《食品中鈣的測定》;鈉、鉀含量測定依據GB 5009.91—2017《食品中鉀、鈉的測定》;鎂含量測定依據GB 5009.241—2017《食品中鎂的測定》;鐵含量測定依據GB 5009.90—2016《食品中鐵的測定》;鋅含量測定依據GB 5009.14—2017《食品中鋅的測定》;硒含量測定依據GB 5009.93—2017《食品中硒的測定》;磷含量測定依據GB 5009.87—2016 《食品中磷的測定》。

2 實驗結果與討論

2.1 發酵前后鹽地堿蓬常規營養成分含量的變化

鹽地堿蓬發酵前后粗蛋白質、總酸、黃酮、總酚等常規營養成分含量見表1。

表1 鹽地堿蓬發酵前后常規營養成分的含量

檢測結果表明,鹽地堿蓬發酵前后都含有較為豐富的常規營養成分,其中粗蛋白是生命活動必需的基礎養分;總酸在一定程度上可反映發酵中微生物生長代謝情況;黃酮具有抗病毒、抗癌、抗氧化、抗炎、抗衰老等生理和藥理活性[13];總酚類物質具有抗氧化活性[14],有預防癌癥和心血管疾病的作用。

鹽地堿蓬發酵后,粗蛋白質含量從0.75%減少到0.69%,總酸含量從0.22 g/L提高到1.04 g/L,黃酮含量從0.07 g/L提高到0.17 g/L,總酚含量從0.76 g/L提高到0.86 g/L。其中發酵后粗蛋白質的含量略有降低,比發酵前降低了8%,可能由于酵母菌和乳酸菌在發酵過程中產生的酶,將蛋白質降解,造成發酵后含量略有下降。總酸和黃酮增長幅度較大,發酵后比發酵前分別提高了372%和143%。可能是由于發酵過程中,原料中的有機酸大量滲出,同時微生物代謝產生乳酸、醋酸等代謝產物[15],使得總酸含量增長明顯;同時鹽地堿蓬發酵過程中大量出汁且發酵劇烈,酒精含量不斷增加,使得黃酮的溶解量也相應增加[16]。發酵后總酚含量略有上升,比發酵前提升了13%,由于微生物生長代謝旺盛,消耗原料成分進而轉化成酚類物質,使得鹽地堿蓬中總酚含量增加。

2.2 發酵前后鹽地堿蓬礦物質成分含量的變化

由表2可知,鹽地堿蓬發酵前后都含有人體必需的礦物質元素,且含量較為豐富。其中鈣是人體骨骼和牙齒的主要成分;鈉可維持人體液的滲透壓和酸堿平衡;鎂能增加淋巴細胞的活力;鐵參與氧的運輸和貯存、合成細胞色素和多種金屬酶的作用;鋅具有轉換物質與交流能量的作用;硒對機體的免疫力和殺菌力有促進作用;鉀具有肌肉收縮和調節血壓的功效;磷對于人體的組織細胞以及人體的骨骼構成中起著重要的作用[17]。

表2 鹽地堿蓬發酵前后礦物質元素的含量

鹽地堿蓬發酵前鈣、鈉、鎂、鐵、鋅、硒、鉀和磷含量分別為12.30 mg/kg,1.21 g/kg,0.13 g/kg,10.40 mg/kg,未檢出(檢出限2 mg/kg),0.07 mg/kg,0.13%,0.02%;發酵8天后含量依次為14.30 mg/kg,1.35 g/kg,0.17 g/kg,35.00 mg/kg,3.47 mg/kg,0.10 mg/kg,0.14%,0.03%。本試驗結果表明,通過發酵,鹽地堿蓬中的礦物質成分均有增加,其中鈣、鈉、鎂、硒、鉀和磷略有增加,分別增加了16%,12%,31%,43%,8%和50%;鐵和鋅增加較為顯著,鐵上升到發酵前的237%,鋅發酵前未檢出,發酵后為3.47 mg/kg。具體原因可能與發酵底物、菌種、發酵工藝等因素相關,發酵過程中微生物的代謝,使得有關礦物質元素含量得到提升。

3 結論

采用電感耦合等離子體質譜儀、紫外可見分光光度計、凱氏定氮儀等分析儀器測定了鹽地堿蓬發酵前后的營養物質含量,研究比較發酵前后營養物質的含量變化情況。試驗結果表明,發酵后粗蛋白質、總酸、黃酮、總酚等常規營養成分和鈣、鈉、鎂、鐵、鋅、硒、鉀、磷等礦物質元素均有變化。其中發酵后粗蛋白質含量較發酵前下降了8%;其余成分含量均有提升,發酵后的總酚、鈣、鈉、鎂、硒、鉀、磷含量有一定增加,較發酵前分別提高了13%,16%,12%,31%,43%,8%和50%;發酵后的總機酸、黃酮、鐵顯著高于發酵前,含量增加了一倍以上,分別提高了372%,143%,237%;鋅在發酵前未檢出,發酵后含量為3.47 mg/kg。總體來說,酵母菌和乳酸菌混菌發酵鹽地堿蓬,可以提升其營養價值,有利于開辟新的食物資源,提高經濟效益和社會效益,具有一定的應用前景。