虾头酶解产物微生物混合发酵工艺及其风味成分的变化

摘要

虾头是生产去头虾和虾仁等产品的主要副产物，富含蛋白质、不饱和脂肪酸、各种氨基酸、虾青素、维生素、人体必需的微量元素等营养物质，是生产海鲜调味料的优质原料。充分利用虾头内源酶的活性，来提取虾头内含物（自溶），具有成本低、条件温和、反应易控制等诸多优点，但是自溶法提取的虾头内含物常常具有苦味、腥味等不良风味，影响产品质量。而在自溶的同时添加风味蛋白酶可以降低苦味，但对腥味、异味的改善作用不大。目前改良虾头酶解产物不良风味的方法主要有物理法、化学法和生物法。而利用微生物发酵的方法具有促进蛋白质水解、增加发酵香味、抑制腥味、异味等优点，能够较好的解决酶解产物不良风味的问题。本论文针对虾头酶解产物风味上的缺点，采用混合微生物发酵法改良风味，首先研究了发酵工艺，然后分析了在发酵过程中风味成分及生化指标的变化规律，在此基础上，初步研究了风味变化的形成机理。主要研究内容与结果如下：
　　（1）以感官评分和氨基态氮含量为考察指标，首先对发酵菌种组合进行了优化。然后利用正交试验法对虾头酶解产物发酵工艺进行优化，具体考察了发酵温度、发酵时间、接种量对发酵指标的影响。结果表明：发酵的最佳菌种组合为木糖葡萄球菌、戊糖片球菌和枯草杆菌（比例为1:1:1）。发酵最佳工艺为发酵温度30℃，接种量3％，发酵时间8h。在最佳条件下，获得的发酵产物虾味浓郁，风味饱满，氨基态氮含量达到0.453g/100mL。
　　（2）采用化学分析法和仪器分析法分析了虾头酶解产物在发酵过程中主要呈味成分（滋味）的变化。结果表明：虾头酶解产物呈味成分在0-72h发酵过程的主要呈现如下5种变化规律：1）含量变化不显著或含量低于呈味阈值，主要成分有无机离子、苹果酸和 AMP；2）含量逐渐减少，主要成分有糖原和葡萄糖；3）含量逐渐增加，主要成分有乙酸、柠檬酸和甜菜碱；4）含量先增加后减少，主要成分有核苷酸关联化合物、GMP、Hx、乳酸、琥珀酸，并且这些呈味成分都在发酵15h含量达到最大值；5）含量先减少再增加之后再减少，主要成分有氨基酸和呈鲜甘味的氨基酸；氨基酸总量在发酵0-25h逐渐减少，在25-48h渐渐增加，而在48-72h又减少；呈鲜甘味的氨基酸含量在发酵0-8h略微减少，在8-48h逐渐增加，而在48-72h又减少。
　　虾头酶解产物在发酵8h时，主要呈味成分为核苷酸关联化合物、甜菜碱、糖原和葡萄糖等。与发酵0h时的产物相比，虽然氨基酸总量与呈鲜甘味氨基酸含量分别减少了360mg/100mL、20mg/100mL，但核苷酸关联化合物总量增加了13.11 mg/100 mL；同时甜菜碱、GMP、乳酸、琥珀酸、乙酸和柠檬酸的含量在发酵8h时也有所增加；AMP在发酵8h时的含量最高，虽然未达到其呈味阈值，但能在一定程度上压抑苦味，增强虾头酶解产物发酵液的滋味。而与发酵15h相比，Hx含量少了3.62 mg/100 mL，同时糖原和葡萄糖含量分别多了1.34mg/100 mL、666.5mg/100 mL。
　　（3）采用固相微萃取气质联用（SPME-GC-MS）研究了虾头酶解产物在发酵过程中挥发性风味成分的变化。结果表明：在0-72h发酵过程中，挥发性物质种类呈先增加后减少趋势，在发酵0-25h增加了16种；在25-72h减少了11种。挥发性成分主要为醛类、醇类、酮类和含氮化合物。醛的种类在发酵0-25h由5种增加到7种，在25h-72h从7种减少到2种；醛类的相对含量在0-72h一直减少，从20.45%减少到1.39%；但是直链的脂肪醛、支链醛、不饱和醛的含量变化呈现出不同的趋势；直链的脂肪醛相对含量在发酵0-8h增加，8h之后开始减少；支链醛相对含量随着发酵时间的延长一直减少；不饱和醛相对含量则随着发酵时间的延长一直增加；贡献的风味可能从香草、青草和辛辣的气味转变成鱼腥味和植物的气味。醇类的种类在发酵0-25h从6种增加到12种，而在25-72h从12种减少到10种；醇类的相对含量呈现先增加后减少再增加的变化趋势，在发酵0-8h从12.64%增加到26.12%，在8-15h减少到23.72%，15-72h时又增加到25.08%；但长直链醇类、不饱和醇、支链醇的含量变化表现出不同的趋势；长直链醇类相对含量在发酵0-15h增加，15h之后逐渐减少；支链醇相对含量在发酵0-25h增加，25h之后逐渐减少；不饱和醇相对含量变化不大；贡献的风味可能从清香、木香、脂肪香向酸败、土气味转变。酮类种类在0-72h从3种增加到6种；酮类的相对含量也从8.16%增加到47.13%；并且甲基酮相对含量具有相同的变化趋势，含量在0-72h也一直增加；贡献的风味可能从甜的花香和果香风味向苯醌、黄油气味转变。含氮化合物种类在发酵0-72h从2种增加到5种；含氮化合物的相对含量在发酵0-25h从10.35增加到12.44%，25h之后逐渐减少到4.4%。这四类化合物构成虾头酶解产物发酵液良好风味的主体，而其他类化合物也对发酵液的风味有一定贡献。
　　虾头酶解产物在发酵8h时，主要嗅气成分有酯类、具有芳香气味直链醛、吡嗪类、2,3丁二酮、二甲硫和壬酸等。酯类和具有芳香气味直链醛的相对含量在虾头酶解产物发酵8h最高，分别为5.6%、4.82%。而与发酵0h相比，2,3丁二酮、吡嗪类化合物在发酵8h才开始出现；而与其他发酵时间相比，具有腐臭的、辛辣气味的支链醇的含量相对较少，二甲硫和壬酸只在发酵0h和8h出现，并且发酵时间越长，呋喃类和芳香族化合物对风味贡献度越小。
　　（4）利用化学分析法及仪器分析法测定虾头酶解产物在0-72h发酵过程中pH、总酸、不良含氮嗅气成分含量，与风味变化相关酶类活性，以及微生物数量的变化。结果表明：pH值呈先下降再上升最后趋于稳定的趋势，在发酵25h时pH值最低，为5.52；总酸含量呈先增加再减少最后趋于稳定的趋势，在发酵25h含量最高，为0.528g/100mL。不良含氮嗅气成分含量一直增加；其中氨气态氮、TVBN、腐胺和尸胺的含量分别从57.5mg/100mL增加到698.5mg/100mL，28.59 mg/100mL增加到203.51 mg/100mL，10.85mg/100mL增加到25.60 mg/100mL，7.3 mg/100mL增加到38.94 mg/100mL。与风味相关的主要酶类活性呈现3种变化趋势：1）呈上升下降上升再下降的趋势，主要酶类为蛋白酶，并且在发酵0-8h时，蛋白酶活性上升；2）呈上升下降再上升的趋势，主要酶类为谷氨酸脱羧酶与谷氨酸脱氢酶，在发酵0-8h时，2种酶活性上升；3）呈先下降再上升的趋势，主要酶类为鸟氨酸脱羧酶和赖氨酸脱羧酶；并且在0-8h，2种酶活性下降。
　　菌相在0-72h发酵过程中呈现2种变化趋势：1）有益菌数量呈先增加后减少趋势；乳酸菌在发酵25h数量最多，为9.17 log CFU/g；木糖葡糖球菌在发酵8h数量最多，为8.39 log CFU/g；2）腐败菌数量一直增加；假单胞菌在0-72h逐渐从4.11log CFU/g增加到8.93 log CFU/g；肠道菌在0-72h逐渐从4.73log CFU/g增加到8.17 log CFU/g。
　　在发酵0-8h时，木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、枯草杆菌这3种有益菌具有最适生长 pH；且蛋白酶相对酶活上升，鸟氨酸脱羧酶和赖氨酸脱羧酶活性下降；腐胺等生物胺增加不显著，木糖葡萄球菌对虾头酶解产物良好风味的产生具有主要贡献；而发酵8h之后腐胺等生物胺含量快速增加，风味劣变速度加剧，因此发酵8h时腐胺含量（11.5mg/100mL）可以成为虾头酶解产物发酵终点判断依据。
　　发酵过程中虾头酶解产物风味的形成是一个复杂的过程，其主要动力来源于微生物代谢及其分泌的外源酶的作用，形成它风味的底物主要是酶解的蛋白质、肽、氨基酸和添加的糖类，形成风味的途径主要是通过蛋白质的降解、氨基酸代谢、糖类降解以及核苷酸降解等。

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1绪论

1.1 水产品风味改良方法

1.2 水产食品的发酵方法与风味成分

1.3 虾头研究与利用现状

1.4 研究目的与内容

2 虾头酶解产物微生物发酵工艺条件研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

3 虾头酶解产物微生物发酵过程中主要呈味成分的变化

3.1 前言

3.2材料与方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

4 虾头酶解产物微生物发酵过程中挥发性风味成分的变化

4.1 前言

4.2材料与方法

4.3 结果与分析

5虾头酶解产物微生物发酵过程中菌相和生化指标的变化

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.3 结果分析

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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