芫根(Brassica rapa L.,BRL),系十字花科芸薹属芸薹种芜菁亚种,又被称为“蔓菁”“芜菁”“圆根”等,广泛分布于我国青海、西藏、新疆等海拔为2 300～4 500 m的高原地区,藏族称为“妞玛”,新疆称为“恰玛古”,是传统的“药、食、饲”三用植物[1]。研究表明芫根含有蛋白质、维生素、淀粉、纤维素、氨基酸等多种营养成分,及多糖、黄酮、皂苷、多酚等功效成分[2-3]。现代药理学研究表明芫根具有抗氧化[4]、抗缺氧[5]、抗疲劳[6]、提高机体免疫力[7]、降糖、降脂[8-9]等功效。芫根质地清脆,味甘清爽略带辛辣,口味形似白萝卜。由于芫根营养丰富、功效确切、口味易被大众接受,且可广泛种植栽培,因此具有广阔的市场开发前景。

近年来对芫根的研究主要集中在其营养成分、功能成分、功效作用及其产品开发等方面。目前芫根产品开发尚不成熟,主要研发产品有芫根咀嚼片[10]、芫根代餐粉[11]、芫根复配饮品[12]、芫根果酒[13]等产品,且少有产品进入市场。发酵是最古老、最经济的食品加工方法之一,它可以有效改善食物的感官特性和功能成分的含量,从而提高食物的营养价值。张文刚[13]以芫根、枸杞为原料制作发酵果酒,试验表明最佳发酵工艺条件为40%枸杞添加量、30°Bx糖度、4.0%酵母接种量、6 d发酵时间,此时,酒体颜色鲜亮呈橙红色,且具有芫根、枸杞的风味特征,具有良好的抗氧化作用。张华芳等[14]对芫根泡菜为期28 d的发酵过程中的风味物质进行监测,结果共检测出92种化合物,主要为酯类、烃类、醇类、醛类、酸类、腈类和其他类,不同发酵阶段共有的挥发性物质有乙酸乙酯、3-丁烯基异硫氰酸酯、苯乙醇、苯丙腈等7种,为芫根腌制品提供一定科学依据[14]。除此类研究之外,关于芫根发酵方面鲜有研究。

不同菌株具有不同的酶活力和功效作用,发酵产生的性能也不相同。乳酸菌和酵母菌是常用的植物及奶制品发酵剂,在发酵过程中可有效促进益生菌的增殖,从而对发酵产品的口感、有效成分和功能产生有益的影响。研究表明不同植物乳杆菌和酿酒酵母组合发酵可提高沙棘酵素总酸、总酚、总黄酮及多糖含量[15]。酵母菌、醋酸菌、乳酸菌复合发酵可提高山楂酵素总酚含量、超氧化物歧化酶活力及DPPH自由基清除率[16]。乳酸菌发酵可增加不同果蔬汁挥发性成分[17]。植物乳杆菌在发酵过程中可增加总酚含量,干酪乳杆菌的产酸能力较强,酵母菌则能将大分子糖代谢为小分子物质,更有益于吸收[18]。因此,可通过发酵方式增加芫根的风味物质并调整其辛辣味,还可通过微生物的新陈代谢作用产生多种酶,从而高效催化其功效成分分解转化形成更多生物活性物质,从而更好发挥其功效作用。

本研究采用4种不同菌种(LL-6-1:植物乳杆菌,CD5:副干酪乳杆菌,J1M5:发酵乳杆菌,J4-1:马克斯克鲁维酵母菌)以糖化方式对芫根进行发酵获得芫根发酵液,通电子鼻、电子舌及顶空-固相微萃取-气质联用(headspace-solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)研究不同菌种对芫根发酵液风味物质的影响,并通过抗氧化指标的测定,评价不同菌种芫根发酵液的抗氧化功效,以期为芫根发酵产品的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

芫根,采收于西藏地区;植物乳杆菌(LL-6-1)、副干酪乳杆菌(CD5)、发酵乳杆菌(J1M5)、马克斯克鲁维酵母菌(J4-1)分离自西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所微生物实验室。内标仲辛醇(CAS:123-96-6,Lot#:C11180506,99.5%)购自麦克林生物技术有限公司。DPPH自由基清除能力试剂盒(BC 4750)、羟自由基(·OH)清除能力检测试剂盒(BC1325)、超氧阴离子自由基(O2-·)清除能力检测试剂盒(BC1415)、总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)检测试剂盒(BC1315)均购自索莱宝生物制药有限公司。

1.2 仪器与设备

DHG-9203A 电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;BS223S 分析天平,Sartorius;KH-500DE 数控超声波清洗器,昆山禾创超声仪器有限公司;R-100 旋转蒸发仪,Buchil;HJ-A6 恒温磁力搅拌水浴锅,山东欧莱博仪器有限公司;Clarus® 690 气相色谱仪,Perkin Elmer;Clarus® SQ 8 T 质谱仪,Perkin Elmer;SPME 手动进样手柄,Supelco® USA;50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex 萃取头,Supelco® USA;PEN3 电子鼻系统,德国AIR SENSE公司;TS-5000Z 味觉分析系统,日本Insent公司;K6600-B 全波长酶标仪,北京凯奥科技发展有限公司;UPH-II-10T 超纯水制造系统,四川优普超纯科技有限公司;各量程移液枪,Eppendorf公司。

1.3 实验方法

1.3.1 芫根发酵液制备

清洗干净芫根表面泥土等杂质,烘箱45 ℃烘干,破壁机磨粉,过60目筛,备用。准确称量30 g芫根粉末于发酵罐中,添加50 mL(50 g)温水,此时吸水率约为62.5%,混匀,冷却至室温,按0.4%(质量分数)添加甜酒曲(0.12 g),按料液比1∶10(g∶mL)补充超纯水至300 mL,于恒温培养箱中30 ℃糖化1.5 d。将糖化后的样品经85 ℃高压灭菌120 min,超净工作台冷却至室温备用。取冻存于-80 ℃下的植物乳杆菌(LL6-1)、副干酪乳杆菌(CD5)、发酵乳杆菌(J1M5),于室温解冻后涂布,37 ℃培养,挑取单菌接种于MRS液体培养基中,37 ℃扩大培养24 h;取冻存于-80 ℃下的马克斯克鲁维(J4-1),于室温解冻后涂布,28 ℃培养,挑取单菌接种于PDA液体培养基中,28 ℃扩大培养24 h。分别连续活化2代,培养至对数生长期(活菌数达到108 CFU/mL,OD值≈0.6)后备于接种。按照1.5%的接种量(4.5 mL)将活化后的植物乳杆菌(LL6-1)、副干酪乳杆菌(CD5)、发酵乳杆菌(J1M5)及马克斯克鲁维(J4-1)分别接种至灭菌冷却后的芫根培养液中,充分混匀,在无菌操作台进行。将接种后的芫根培养液置于30 ℃恒温发酵72 h。发酵完成后将发酵液通过2层纱布过滤除去芫根残渣,过滤液4 000 r/min离心10 min除去微生物。无菌条件下将发酵滤液装入干净的玻璃瓶中,72 ℃恒温水浴锅灭菌30 min,冷水浴迅速冷却至室温,4 ℃条件下冷藏,备用。制备工艺流程如下:

芫根→清洗→烘干→磨粉→过筛→添加超纯水→混匀→沸水浴灭菌→冷却→接种→混匀→恒温发酵→过滤、离心→无菌灌装→灭菌→冷藏

1.3.2 电子鼻分析

电子鼻分析采用直接顶空进样法进行测定。用移液枪吸取10 mL芫根发酵液于30 mL螺口玻璃瓶中,于30 ℃恒温水浴锅中静置30 min,上机测试。采样间隔1 s,清洗60 s,零点调整10 s,预采样5 s,测试120 s,进样体积流量300 mL/min。每个处理组平行测定3次,取平均值进行数据分析。电子鼻各传感器详细信息见表1。

1.3.3 电子舌分析

电子舌分析采用TS-5000Z味觉分析系统进行。将4 ℃冷藏备用芫根发酵液取出,室温静置12 h,取约30 mL发酵液于电子舌专用样品杯中上机测试。每个处理组平行测定3次,将原始数据在电子舌自带数据处理软件中转化为味觉值后导出进行分析。电子舌各传感器详细信息见表2。

1.3.4 HS-SPME-GC-MS分析

1.3.4.1 顶空固相微萃取

取8 mL芫根发酵液待测液于20 mL固相微萃取仪采样瓶中,加入15 μL 50 mg/L的仲辛醇标准品,将装有待测液的采样瓶置于恒温磁力搅拌水浴锅中于60 ℃平衡5 min,插入装有2 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex萃取头的手动进样器,顶空萃取35 min后,移出萃取头并立即插入气相色谱仪进样口(温度250 ℃)中,热解析进样,每个样品重复测定3次。

1.3.4.2 色谱方法

GC条件:色谱柱为Perkin Elmer Elite-WAX (30 m×0.25 mm×0.25 μm,Cat#:N9316403)弹性石英毛细管柱;进样口温度250 ℃;载气为高纯氦气(99.999%);载气流量1.0 mL/min;分流比19∶1;溶剂延迟时间0.5 min;程序升温:初始温度45 ℃(保留3 min),以3.0 ℃/min升温至120 ℃,再以10 ℃/min升温至220 ℃,运行时间48.00 min。

1.3.4.3 质谱方法

MS条件:离子源为EI源;电子能量70 eV;离子源温度250 ℃;传输线温度250 ℃;倍增器电压1 538 V;质量范围35～400 amu;数据采集时间0.5～48.00 min。

1.3.4.4 定性与定量分析

定性分析:挥发性成分利用质谱全离子扫描模式下的总离子流图谱,依据质谱信息、NIST标准谱库比对结果(相似度≥80%)以及参考相关文献相结合的方法进行定性分析。

定量分析:采用内标法进行定量分析,按公式(1)计算:

(1)

式中:Xi为待测成分的质量浓度,μg/L;Cs为内标仲辛醇的质量浓度,μg/L;As为内标物的峰面积;Ai为待测物的峰面积。

1.3.5 抗氧化指标测定

1.3.5.1 DPPH自由基清除能力测定

分别吸取100 μL各发酵液样本溶液加入900 μL提取液,旋涡振荡混匀,室温10 000 r/min离心10 min,取上清,待测,按试剂盒说明书加入各试剂室温避光静置30 min,515 nm处测定吸光度。DPPH自由基清除率计算如公式(2)所示:

(2)

1.3.5.2 羟自由基清除能力测定

各发酵液按试剂盒操作说明书直接测定,将各试剂加入至1.5 mL EP管中,37 ℃恒温培养箱中准确反应60 min,10 000 r/min,常温离心10 min,取200 μL 上清于96孔板中分别测定536 nm处的吸光度。羟自由基清除率计算如公式(3)所示:

(3)

1.3.5.3 超氧阴离子自由基清除能力测定

各发酵液按试剂盒操作说明书直接测定,将各试剂按说明书顺序及步骤要求加入96孔板中,并于酶标仪中反应,在530 nm处测定吸光值。超氧阴离子自由基消除率计算如公式(4)所示:

超氧阴离子自由基清除率

(4)

1.3.5.4 总抗氧化能力测定

按试剂盒说明书绘制标准曲线,根据Fe2+终浓度(x,μmol/mL)和吸光度ΔA标准(y,ΔA标准),建立标准曲线。标准曲线方程为y=11.136x-0.004 1,R2=0.997 9。

各发酵液按试剂盒操作说明书直接测定,将各试剂按说明书要求加入96孔板中,充分混匀,室温准确反应10 min,测定593 nm吸光值。

根据标准曲线,将ΔA测定(y,ΔA测定)带入公式计算样本浓度(x,μmol/mL)。计算如公式(5)所示:

总抗氧化能力

(5)

1.4 数据处理

采用Graphpad Prism(6.0版,graphpad software inc.,San Diego,CA),以One-way ANOVA单向方差分析方法进行组间均值差异显著性分析,实验数据均以表示。电子鼻、电子舌雷达图及主成分分析采用Origin2021进行。若P<0.01表示差异水平极显著,若P<0.05表明差异水平显著。

2 结果与分析

2.1 电子鼻结果分析

电子鼻结果分析如图2所示,由雷达图(图2-A)可知,传感器W5S、W1S、W1W、W2S、W2W有显著响应,即表明4种不同菌种芫根发酵液中含有较多的氮氧化合物、短链烷烃、无机硫化物、乙醇、芳香成分及有机硫化物,这六类化合物也是4种不同菌种芫根发酵液形成差异气味的重要原因。对响应值较强的五类传感器进行柱状图分析,结果如图2-B～图2-F所示。J1M5对五类传感器响应值均为最高,说明J1M5芫根发酵液中含有较多的氮氧化合物、氢气、短链烷烃、无机硫化物、乙醇、芳香化合物及有机硫化物等风味物质,其次为CD5、J4-1,而LL6-1最低(图2-B～图2-E),但LL6-1芫根发酵液有机硫化物含量较CD5、J4-1芫根发酵液含量高(图2-F)。

主成分分析(principal component analysis,PCA)是将一组观测的可能相关变量,通过正交变换转换为线性不相关变量(即主成分)的统计方法[19]。对4种不同菌种芫根发酵液电子鼻传感器响应值进行PCA,结果如图3所示,PC1和PC2的贡献率分别为88.7%、9.2%,累计贡献率为97.9%。各组数据均在95%置信区间内,表明数据良好,可有效反映样本的整理信息,且各组间可有效分离,表明4种不同菌种芫根发酵液可显著分开,不同菌种对芫根发酵产生的风味物质有不同影响。

2.2 电子舌结果分析

由雷达图(图4-A)可知,4种菌种芫根发酵液均具有明显的苦味、涩味、鲜味和咸味,而甜味较低,这5种味道也是造成不同菌种芫根发酵液产生味道差异的重要原因。由不同菌种芫根发酵液电子舌单因素方差分析(图4-B～图4-J)可知,LL6-1菌种芫根发酵液的酸味和甜味较其他菌种芫根发酵液明显(图4-B～图4-J),而CD5、J1M5、J4-1三种菌种芫根发酵液的苦味、涩味、鲜味均较明显(图4-C～图4-G)。此外,J1M5发酵而成的芫根发酵液具有较强的咸味,均较其他菌种芫根发酵液高(图4-I),而4种菌种芫根发酵液丰富度均无显著性差别(图4-H)。

对4种菌种芫根发酵液味觉值进行PCA,结果如图5所示(PC1:0.527,PC2:0.417),各组数据均在95%置信区间内,表明数据良好,可有效反映样本信息。CD5、J1M5、J4-1菌种芫根发酵液大部分重叠,表明3种菌种芫根发酵液的气味大致相同,而LL6-1菌种芫根发酵液可与其他3种菌种芫根发酵液明显分离,表明LL6-1菌种发酵而成芫根发酵液有明显差异味道。

2.3 不同菌种对发酵液挥发性成分影响

4种不同菌种所制发酵液挥发性物质如附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039479,下同)所示,总离子流图如附图1所示。共检测出92种挥发性物质,其中LL6-1、CD5、J1M5、J4-1芫根发酵液分别检测出63、63、56、61种挥发性物质,共有挥发性物质41种,其各自分类图如图6所示。

对4种菌种芫根发酵液挥发性成分进行PCA(图7-A、图7-B)。各菌种芫根发酵液可明显分离,表明样本数据良好,可反映样本整体信息。为进一步筛选差异挥发性物质,4种菌种芫根发酵液偏最小二乘判别分析图(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析图(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)如图7-C、图7-E所示,其相应置换检验结果如图7-D、图7-F所示,模型参数分别为R2=(0.0,0.56),Q2=(0.0,-1.37)、R2=(0.0,0.55),Q2=(0.0,-0.43),模型参数较好,可作为预测模型。以VIP>1,P<0.05作为删选差异挥发性物质条件,结果显示4种菌种发酵液共筛选出11种差异挥发性物质,分别为:螺内酯、壬醛、3-甲基-1-丁醇、三芥子酸甘油酯、6-(甲硫基)己腈、(E)-3-苯基-2-丙烯腈、乙酸乙酯、壬酸、辛酸、己酸、苯乙醇。

2.4 不同菌种芫根发酵液气味与化学成分关联分析

为进一步解析不同菌种芫根发酵液气味与其挥发性成分之间的关系,对芫根挥发性物质和电子鼻结果进行Pearson相关分析,结果如图8所示。图中红色表示正相关,蓝色表示负相关,颜色越深表示相关性越强。

结果表明3-甲基-1-丁醇、乙醇、抗氧剂BHT、(2-异硫氰酸乙酯)-苯、乙酸戊酯、1-丁烯-4-异硫氰酸酯与W6S、W2S、W3S、W2W、W1S、W5S及W1W响应值均呈较强正相关,与W5C、W1C、W3C均呈显著性负相关。苯乙醇、4-乙基-苯酚、苯甲醛、乙酸乙酯、苯乙酮与W5C、W1C、W3C均呈显著性正相关,而与W6S、W2S、W3S、W1S、W5S及W1W呈显著性负相关。辛醇、壬醛与W2W呈较强正相关,糠醛、格拉菲宁、2-乙基-1-己醇、6-(甲硫基)己腈、乙酸、甲酸庚酯、5-(甲硫基)戊腈与W2W呈较强负相关。此外,辛酸、己酸、2,4-二叔丁基苯酚与W5C、W1C、W3C均呈显著性正相关,而与W2W、W1S、W5S及W1W呈较强负相关。三芥子酸甘油酯、糠醛、格拉菲宁与W6S、W2S、W3S呈较强正相关。结合电子鼻属性,区分4种不同菌种芫根发酵液气味差异的主要物质为:3-甲基-1-丁醇、乙醇、乙酸戊酯、1-丁烯-4-异硫氰酸酯、苯乙醇、4-乙基-苯酚。

2.5 不同菌种芫根发酵液抗氧化结果分析

为对4种不同菌种芫根发酵液进行抗氧化效果评价,采用酶比色法对发酵液DPPH自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基清除率及T-AOC进行测定,结果如图9所示。结果表明J4-1菌种芫根发酵液具有较好的DPPH自由基、羟自由基清除能力,且T-AOC较CD5、J1M5菌种芫根发酵液强(图9-A、图9-B、图9-D);LL6-1菌种芫根发酵液对羟自由基具有较好的清除作用,且T-AOC与其他3种菌种芫根发酵液无显著性差别(图9-B);CD5、J1M5芫根发酵液对超氧阴离子自由基清除作用最好(图9-C)。

3 结论

本研究主要通过电子鼻、电子舌及HS-SPME-GC-MS研究不同菌种对芫根发酵液风味物质的影响,并通过抗氧化指标的测定,评价不同菌种芫根发酵液的抗氧化功效。4种不同菌种芫根发酵液中含有较多的氮氧化合物、短链烷烃、无机硫化物、乙醇、芳香成分及有机硫化物,且均具有明显的苦味、涩味、鲜味和咸味,而甜味较低。这些化合物和味道也是4种不同菌种芫根发酵液形成差异风味的重要原因。LL6-1菌种芫根发酵液的酸味和甜味较其他菌种芫根发酵液明显,J1M5发酵而成芫根发酵液咸味最强,CD5、J1M5、J4-1菌种芫根发酵液的苦味、涩味、鲜味均较明显。4种不同菌种芫根发酵液共鉴定出92种挥发性物质,其中共有挥发性物质41种,差异挥发性物质11种。4种不同菌种芫根发酵液形成不同风味的主要物质基础为3-甲基-1-丁醇、乙醇、乙酸戊酯、1-丁烯-4-异硫氰酸酯、苯乙醇、4-乙基-苯酚。J4-1菌种芫根发酵液具有较好的清除DPPH自由基、羟自由基能力,且T-AOC较CD5、J1M5菌种芫根发酵液强,LL6-1菌种芫根发酵液对羟自由基具有较好的清除作用,CD5、J1M5芫根发酵液对超氧阳离子自由基清除作用最好。不同菌种发酵所形成的芫根发酵液风味物质有所不同,综合来看J4-1菌种芫根发酵液风味物质及抗氧化性较其他3种菌种好。本研究采用单一菌种发酵,比较不同菌种发酵对芫根发酵液风味物质、挥发性成分及抗氧化性能的影响,后续可采用混菌发酵来丰富芫根发酵液的风味,提高发酵液的抗氧化性能。

参考文献

[1] 杨保求, 马飞军, 蒲云峰.新疆芜菁皂苷的体内抗氧化活性研究[J].食品研究与开发, 2016, 37(16):6-10.YANG B Q, MA F J, PU Y F.In vivo antioxidant activity of saponins extracted from Brassica campestris L.[J].Food Research And Development, 2016, 37(16):6-10.

[2] 刘小娇, 白婷, 靳玉龙, 等.芫根营养功效及加工现状[J].粮食与食品工业, 2020, 27(2):30-33;38.LIU X J, BAI T, JIN Y L, et al.Research of nutritional function and food purpose processing of Brassica rapa L.[J].Cereal and Food Industry, 2020, 27(2):30-33;38.

[3] 李古兵, 谭秀娟, 何庆.响应面法优化芫根皂苷超声提取工艺[J].食品安全质量检测学报, 2019, 10(13):4388-4393.LI G B, TAN X J, HE Q.Optimization of ultrasonic extraction technology of saponins from Brassica rapa L. by response surface methodology[J].Journal of Food Safety and Quality, 2019, 10(13):4388-4393.

[4] 张旭, 张华芳, 刘阳, 等.川西高原芫根化学成分及抗氧化活性研究[J].食品科技, 2019, 44(2):104-110.ZHANG X, ZHANG H F, LIU Y, et al.Chemical constituents and antioxidant activity of the Brassica rapa L. in western Sichuan Plateau[J].Food Science and Technology, 2019, 44(2):104-110.

[5] 谭秀娟, 李古兵, 张淼, 等.芫根总多糖对模拟高原缺氧小鼠的作用研究[J].华西药学杂志, 2020, 35(2):171-175.TAN X J, LI G B, ZHANG M, et al.Effects of total polysaccharides of Brassica rapa on hypoxic mice in simulated plateau[J].West China Journal of Pharmaceutical Sciences, 2020, 35(2):171-175.

[6] 李紫琳. 芫根水提物的抗疲劳作用及其机制研究[D].无锡:江南大学, 2023.LI Z L.Study on anti-fatigue effect of Brassica rapa L. water extract and its probable mechanism[D].Wuxi: Jiangnan University, 2023.

[7] 王铖, 喻忠茹, 李安怡, 等.芫根提取物对长期运动诱导疲劳小鼠的骨骼肌稳态的保护作用[J].食品与发酵工业, 2023, 49(17):44-52.WANG C, YU Z R, LI A Y, et al.Protective effect of Brassica rapa L. extract on skeletal muscle homeostasis in long-term exercise-induced fatigue mice[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(17):44-52.

[8] 刘浩, 蒋思萍, 杨玲玲, 等.芫根粗总皂苷对糖尿病小鼠的降血糖作用[J].西北农林科技大学学报(自然科学版), 2012, 40(6):23-27.LIU H, JIANG S P, YANG L L, et al.Hypoglycemic effect of crude saponins of turnip (Brassica rapa L.) on diabetic mice[J].Journal of Northwest A &F University (Nat.Sci.Ed.), 2012, 40(6):23-27.

[9] 刘霖. 芫根多糖体外消化特性及其调节血脂功能研究[D].无锡:江南大学, 2023.LIU L.Study digestion characteristics in vitro and blood lipid regulation effect of polysaccharides from Brassica rapa L.[D].Wuxi: Jiangnan University, 2023.

[10] 乔明锋, 郝婉婷, 蔡雪梅, 等.一种芫根咀嚼片配方优化及特性[J].食品工业, 2021, 42(11):70-75.QIAO M F, HAO W T, CAI X M, et al.The optimum formulation and characteristics of a chewable tablet of Brassica rapa L.[J].The Food Industry, 2021, 42(11):70-75.

[11] 张艳珍, 王菲, 曹文秀, 等.芫根藜麦营养代餐粉的制备与配方优化[J].保鲜与加工, 2023, 23(12):30-37.ZHANG Y Z, WANG F, CAO W X, et al.Preparation and formula optimization of Brassica rapa L. and quinoa nutritional meal replacement powder[J].Storage and Process, 2023, 23(12):30-37.

[12] 王铖, 朱红康, 王辞婉, 等.芫根复合维生素饮料的制作及其抗疲劳功能评价[J].饮料工业, 2023, 26(1):3-12.WANG C, ZHU H K, WANG C W, et al.Anti-fatigue effect and sensory evaluation of Brassica rapa L. multivitamin beverage[J].Beverage Industry, 2023, 26(1):3-12.

[13] 张文刚. 芫根枸杞果酒发酵工艺优化研究[J].青海农林科技, 2023(4):6-11.ZHANG W G.Study on optimization of fermentation process for Brassica rapa chinese wolfberry fruit wine[J].Science and Technology of Qinghai Agriculture and Forestry, 2023(4):6-11.

[14] 张华芳, 车幸轩, 刘阳, 等.芫根泡菜发酵过程中风味物质变化研究[J].中国调味品, 2019, 44(7):65-70.ZHANG H F, CHE X X, LIU Y, et al.Study on the changes of flavor substances in the fermentation process of Brassica rapa[J].China Condiment, 2019,44(7):65-70.

[15] 张海燕, 康三江, 袁晶, 等.不同菌种组合对沙棘酵素发酵过程中理化指标及活性物质变化的影响[J].食品安全质量检测学报, 2023, 14(16):268-276.ZHANG H Y, KANG S J, YUAN J, et al.Effects of different strains on changes of physicochemical indexs and bioactive components of seabuckthorn Jiaosu during fermentation process[J].Journal of Food Safety and Quality, 2023, 14(16):268-276.

[16] 张巧, 柯博芳, 唐小闲, 等.不同发酵菌种对大果山楂酵素品质的影响[J].食品工业, 2020, 41(6):162-166.ZHANG Q, KE B F, TANG X X, et al.Effects of different fermentation strains on the quality of Malus domeri (bois) chev.enzyme drink[J].The Food Industry, 2020, 41(6):162-166.

[17] 李汴生, 卢嘉懿, 阮征.植物乳杆菌发酵不同果蔬汁风味品质研究[J].农业工程学报, 2018, 34(16):293-299.LI B S, LU J Y, RUAN Z.Favor quality of different fruit and vegetable juices fermented by Lactobacillus plantarum[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(19):293-299.

[18] ZHAO X X, TANG F X, CAI W C, et al.Effect of fermentation by lactic acid bacteria on the phenolic composition, antioxidant activity, and flavor substances of jujube-wolfberry composite juice[J].LWT, 2023, 184:114884.

[19] ZHANG N X, TOD D.Casasent, Anna K.Casasent, et al.PCA-Plus:Enhanced principal component analysis with illustrative applications to batch effects and their quantitation[J] bioRxiv.DOI:10.1101/2024.01.02.573793.

Enhancing flavor compounds and antioxidant properties:Impact of diverse bacterial strains on fermentation broth of Brassica rapa L.

CHEN Tianrong, ZHANG Yuhong*

(Institute of Food Science and Technology, Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Lhasa 850000, China)

ABSTRACT Brassica rapa L. (BRL) exhibits notable antioxidant, anti-hypoxia, hypoglycemic, and lipid-lowering properties, rendering it a promising candidate in various markets.However, research on its fermentation products remains limited.This study aims to assess the impact of different bacterial strains (LL-6-1:Lactobacillus plantarum, CD5:Lactobacillus paracasei, J1M5:Lactobacillus fermentans, J4-1: Saccharomyces cerevisiae) on the flavor compound of BRL fermentation broth using electronic nose, electronic tongue, and headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS).Furthermore, an enzyme-linked immunosorbent assay was employed to determine the scavenging rates of DPPH free radicals, hydroxyl radicals (·OH), superoxide anion radicals (O2-·), and total antioxidant capacity (T-AOC), thus providing insights for the development of fermented BRL products.Results from the electronic nose, electronic tongue, and HS-SPME-GC-MS collectively revealed significant differences in flavor compounds across the four strains of BRL fermentation broth.HS-SPME-GC-MS analysis identified a total of 92 volatile components in the four fermentation broths, encompassing alcohols, phenols, ethers, aldehydes, acids, ketones, esters, and other compounds.Pearson correlation analysis between the electronic nose and HS-SPME-GC-MS outcomes identified 11 substances with different volatility, including 3-methyl-1-butanol, ethanol, amyl acetate, 1-buten-4-isothiocyanate, phenylethanol, and 4-ethyl-phenol, which served as primary contributors to varied flavor profiles in the fermentation broth.Antioxidant assessments indicate that the fermentation broth of J4-1 exhibits potent scavenging activity against DPPH free radicals and hydroxyl radicals, along with robust total antioxidant capacity.

Key words Brassica rapa L.; fermentation broth; headspace-solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS); flavor substance; antioxidant

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039479

引用格式：陈天荣,张玉红.不同菌种对芫根发酵液风味物质及抗氧化性能的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(16):211-220.

CHEN Tianrong,ZHANG Yuhong.Enhancing flavor compounds and antioxidant properties:Impact of diverse bacterial strains on fermentation broth of Brassica rapa L.[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(16):211-220.

第一作者：硕士,研究实习员(张玉红研究员为通信作者,E-mail:zhangyh75@126.com)

基金项目：西藏自治区自然科学基金项目(XZ202201ZR0015G);《西藏居民膳食营养健康改善与优化农产品保供科技支撑》;西藏自治区科技重大专项项目(XZ202201ZD0001N);西藏财政项目(XZNKYSPS-2024-C-045)

收稿日期：2024-04-07,改回日期:2024-05-15