藜麦(Chenopodium quinoa Willd.),苋科藜属双子叶植物,是一种原产于南美洲安第斯的伪谷物。因其高营养特性和环境适应性,被许多地方作为新的替代种植作物[1]。藜麦籽粒富含优质完全蛋白、不饱和脂肪酸、矿物质及维生素等。作为全营养食品的代表,其蛋白质含量高达14%～22%,且氨基酸组成均衡,尤其富含赖氨酸,显著优于大多数谷物,是植物性食品中少见的完全蛋白来源。此外,藜麦不含麸质,是乳糜泻患者和麸质敏感人群的理想主食替代品[2]。藜麦还含有丰富的膳食纤维、维生素(如维生素E)、矿物质(如铁、锌、镁)以及不饱和脂肪酸(如α-亚麻酸),这些成分使其在预防心血管疾病、控制血糖和促进肠道健康方面具有显著的健康益处[3]。近年来,藜麦在功能性食品开发中的潜力不断被挖掘,成为全球健康食品市场的重要原料之一。随着消费者对健康饮食需求的提升,藜麦的市场前景广阔,尤其是在素食和无麸质食品市场中,藜麦的应用潜力巨大[4]。
植物基乳制品替代品作为一种新兴的健康食品,近年来在全球市场上迅速崛起。它不仅为乳糖不耐受人群、素食者和对动物蛋白过敏的人群提供了替代选择,还因其环保和可持续性特点受到越来越多消费者的青睐[5]。植物基发酵乳的优势在于其低胆固醇、低饱和脂肪酸含量,同时富含膳食纤维和抗氧化剂,有助于降低心血管疾病和某些癌症的风险[6]。目前,植物基乳品的研究主要以豆类(如大豆、鹰嘴豆)、谷物(如大米、燕麦)、坚果(如杏仁、腰果)以及椰子等为原料[5-6]。藜麦作为一种优质的植物蛋白来源,具有高蛋白质含量和低致敏性,使其成为植物基乳品的理想原料。
乳酸菌发酵植物基饮料已被证实可有效改善饮料风味,并增加食物营养品质和功能效用。在发酵过程中,乳酸菌不仅能够产生抑菌素、多肽类、有机酸等代谢产物,提高营养价值[7-8],还可调节肠道菌群,抑制有害菌生长,促进消化,减少腹泻和便秘等问题。Cerd
-Bernad等[9]研究表明藜麦发酵饮料具有良好的感官特性和益生菌特性。将藜麦应用于植物基饮品不仅能够显著提升产品的营养价值和功能活性,还能满足消费者对健康、环保和可持续食品的需求。本研究采用前期单因素试验和响应面法优化的最佳配方制备藜麦发酵饮料,并探究了发酵对藜麦饮料的营养品质、氨基酸组成、抗氧化活性以及风味特性的影响,为新型藜麦发酵产品的开发与利用提供新思路。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
白藜麦片,沽源县北麦生态农业有限公司;商业发酵菌(百钻十菌型,1 g×8),含有唾液链球菌嗜热亚种、德氏乳杆菌保加利亚亚种、双歧杆菌(长双歧杆菌长亚种、短双歧杆菌、动物双歧杆菌乳亚种、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、长双歧杆菌婴儿亚种)、嗜酸乳杆菌、罗伊氏粘液乳杆菌等,安琪酵母股份有限公司;食品级赤藓糖醇,山东三元生物科技股份有限公司;H2SO4、HCl、无水乙醇、石油醚、甲醇、乙腈、乙酸铵、CuSO4、酒石酸钾钠、K4[Fe(CN)6]·3H2O、I、KI、焦性没食子酸、NaCl、NaOH、KOH等(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司;DPPH、ABTS,北京伊诺凯科技有限公司。
1.2 仪器与设备
GAS FiavourSpec气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)联用仪,山东海能科学仪器有限公司;METTLER TOLEDO PEN3电子鼻、ME204/02电子天平,梅特勒-托利多仪器有限公司;K9840凯式定氮仪,济南海能仪器股份有限公司;DH-101-2BS电热恒温鼓风干燥箱,天津市中环实验电炉有限公司;5110电感耦合等离子体发射光谱仪,美国安捷伦科技有限公司;LC-20AD高效液相色谱仪、GC-2010plus气相色谱仪,日本岛津企业管理(中国)有限公司;LA8080高速氨基酸分析仪,日立科学仪器(北京)有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 藜麦发酵饮料制备工艺流程
原料筛选→粉碎过筛→混合均质→添加赤藓糖醇→均质→巴氏杀菌→冷却接种→发酵→冷藏→成品
1.3.2 藜麦发酵饮料的制备
以白藜片为原料,经粉碎机研磨后过60目筛,制得藜麦粉。将所得藜麦粉置于水浴锅中隔水蒸制30 min,随后按1∶8(g∶mL)的料液比加入纯净水,使用打浆机均质处理(4 min/次,重复3次),获得均匀的藜麦浆。再向藜麦浆中加入赤藓糖醇,使其在体系中的终质量浓度为63 g/L,并再次进行均质化处理以确保充分溶解与分散。将调配好的藜麦浆于85 ℃条件下灭菌20 min,杀菌后冷却至室温。在无菌条件下,向冷却后的藜麦浆中接种1.9 g/L经预先活化的商业发酵菌粉,并充分混匀。在超净工作台中将接种后的藜麦浆以每瓶200 mL分装于220 mL预灭菌带盖玻璃瓶中,置于恒温培养箱中于40 ℃发酵4.5 h,直至pH值降至4.6。发酵结束后,立即转移至4 ℃冷藏保存。
本研究设置3个处理组用于后续分析:1)未发酵藜麦浆(unfermented quinoa slurry, UQS),即接种前未经杀菌的原始基质;2)杀菌未发酵藜麦浆(pasteurized unfermented quinoa slurry, PUQS),即经85 ℃杀菌但未接种发酵的基质;3)藜麦发酵饮料(fermented quinoa beverage, FQB),即完成全程发酵工艺的终产品。其中,PUQS作为发酵前的对照组,用于评估发酵对藜麦饮料营养品质的影响;UQS与PUQS共同作为未发酵对照基质,用于分析发酵对风味特性的影响。
1.3.3 营养成分的测定
藜麦发酵饮料中蛋白质含量参照GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法进行测定;脂肪含量参照GB 5009.6—2025《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中索氏抽提法进行测定;淀粉含量参照GB 5009.9—2023《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》中酸水解法进行测定;乳糖和葡萄糖含量参照GB 5009.8—2023《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》中高效液相色谱法进行测定;膳食纤维含量参照GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》进行测定;脂肪酸含量参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》中水解-提取-气相色谱法进行测定;钠含量参照GB 5009.268—2025《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》进行测定;能量参照GB/Z 21922—2008《食品营养成分基本术语》进行计算。
1.3.4 氨基酸组成及营养评估
藜麦发酵饮料的氨基酸含量测定采用高速氨基酸分析仪,参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》。利用氨基酸含量分析结果,计算藜麦发酵饮料的必需氨基酸/总氨基酸(essential amino acids/total amino acids, EAA/TAA)、必需氨基酸/非必需氨基酸(essential amino acids/nonessential amino acids, EAA/NEAA)、氨基酸评分(amino acid score, AAS)、必需氨基酸指数(essential amino acid index, EAAI)和预测生物学价值(biological value, BV)[10],其计算如公式(1)～公式(6)所示:
(1)
(2)
(3)
100
(4)
(5)
BV=1.09×(EAAI)-11.7
(6)
1.3.5 抗氧化能力
1.3.5.1 DPPH自由基清除能力
DPPH样品待测液制备:分别精确称取10 g样品于50 mL离心管中,4 000 r/min离心10 min取上清液,上清液过0.45 μm滤膜作为样品待测液。
DPPH自由基清除能力:取500 μL的样品溶液或标准品溶液(以乙醇作空白对照),加入1 mL 200 μmol/L DPPH反应液,充分混匀后于暗处反应30 min,使用酶标仪于517 nm处测定吸光度,记录吸光度值。DPPH自由基清除率[11-12]的计算如公式(7)所示:
(7)
式中:Wx,DPPH自由基清除率,%;Ax,样品和DPPH的吸光度值;Ax0,样品和乙醇的吸光度值;Ax1,乙醇和DPPH的吸光度值。
1.3.5.2 ABTS阳离子自由基清除能力
取0.1 mL的样品溶液或标准品溶液,加入2 mL配制好的ABTS工作液,混匀后避光反应15 min,酶标仪734 nm下测定吸光度,记录吸光度值。其中对照组和样品对照组分别以乙醇代替样品溶液和ABTS工作液[12]。其计算如公式(8)所示:
(8)
式中:WY,ABTS阳离子自由基清除率,%;AY,样品和ABTS的吸光度值;AY0,样品和乙醇的吸光度值;AY1,乙醇和ABTS的吸光度值。
1.3.6 电子鼻
分别取10 g饮料样品加盖密封于顶空瓶中,室温平衡反应30 min,将电子鼻针头插入顶空瓶中进行采样,采样时间为120 s,流速为300 mL/min。每次检测后进行系统清洗,清洗时间为120 s。每份样品平行测定3次,电子鼻的10个传感器响应特征如表1所示。
表1 电子鼻中的传感器阵列和性能
Table 1 Sensor array and performance in electronic noses
序号传感器性能描述1W1C对芳香性化合物、苯类敏感2W5S对氮氧化合物敏感3W3C对芳香性化合物、氨类敏感4W6S对氢化物敏感5W5C对短链烷烃芳香性化合物敏感6W1S对甲基类化合物敏感7W1W对硫化物、萜烯类化合物敏感8W2S对醇类和醛类敏感9W2W对芳香成分、有机硫化物敏感10W3S对长链烷烃类化合物敏感
1.3.7 气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)
称取1 g样品置于顶空瓶中,孵育20 min后进样。样品孵育条件:孵育温度60 ℃。进样口体积0.3 mL,进样口温度80 ℃。气相色谱条件:色谱柱柱长30 m,柱温40 ℃,运行时间30 min,载气流速:初始载气流量2 mL/min(N2,99.999%)。离子迁移谱条件:电离源:氚(6.5 keV)。漂移气流量150 mL/min(N2,99.999%)。使用软件内置的GC保留指数数据库和IMS迁移时间数据库检索和比对,对目标物进行定性分析[13]。
1.4 统计分析
试验数据以3次重复试验的“平均值±标准差”表示。采用SPSS 27.0对试验数据进行统计分析,以Origin 2025b制图。
2 结果与分析
2.1 营养成分分析
藜麦发酵饮料在发酵前后主要营养成分发生了明显变化。如表2所示,与发酵前相比,发酵后藜麦饮料的蛋白质含量略有下降,从发酵前的1.42 g/100 g降至1.23 g/100 g。这主要归因于乳酸菌在发酵过程中利用藜麦中的蛋白质作为氮源进行生长代谢。同时,藜麦饮料发酵后淀粉含量显著降低,而葡萄糖含量明显升高。这一变化可能与藜麦内源淀粉酶的水解作用有关,在发酵条件下,糊化淀粉被水解为葡萄糖等单糖。尽管乳酸菌在发酵过程中会部分利用葡萄糖进行生长代谢,但藜麦饮料淀粉含量较高,仍有未完全消耗的葡萄糖残留,从而导致发酵后藜麦饮料中葡萄糖含量上升[14]。值得注意的是,与发酵前相比,发酵后藜麦酸奶的脂肪含量反而有所增加,推测原因有2个,一是发酵过程中产生的酸性环境诱导了蛋白变性,并伴随轻微的酶解作用,破坏了藜麦原有的基质结构,促使原本结合态的脂肪释放出来;二是乳酸菌在增殖过程中贡献了少量菌体脂质。两者共同提高了体系中游离脂肪的比例和可提取率,导致藜麦发酵饮料脂肪含量的表观上升。
表2 发酵对藜麦饮料中营养成分的影响(n=3)
Table 2 Effect of fermentation on nutritional composition of quinoa beverages(n=3)
营养成分杀菌未发酵藜麦浆藜麦发酵饮料蛋白质/(g/100 g)1.42±0.01a1.23±0.01b脂肪/(g/100 g)0.77±0.01b1.04±0.01a淀粉/(g/100 g)7.82±0.09a3.16±0.07b乳糖/(g/100 g)未检出未检出葡萄糖/(g/100 g)0.95±0.04b1.37±0.06a总膳食纤维/(g/100 g)0.37±0.01a0.35±0.01a不溶性膳食纤维/(g/100 g)0.19±0.02a0.16±0.01a可溶性膳食纤维/(g/100 g)0.17±0.01a0.19±0.01a脂肪酸/(g/100 g)0.68±0.01a0.67±0.02a钠/(mg/kg)10.17±0.06b13.80±0.35a能量/(kJ/100 g)191261
注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(表3同)。
2.2 氨基酸组成及营养评估
藜麦饮料在发酵后总氨基酸含量略有下降。如表3所示,从发酵前的(963.67±5.95) mg/100 g降至(898.33±1.43) mg/100 g。该下降一方面是由于乳酸菌在发酵及贮藏过程中将易获得的氮源-氨基酸用于自身生长代谢[8]。另一方面是部分氨基酸在发酵过程中通过Ehrlich途径和Strecker降解被转化为醇、醛、酯及杂环类等挥发性有机化合物,这一转化过程是藜麦发酵饮料特征风味形成的关键机制之一[15]。尽管藜麦饮料发酵后必需氨基酸总量略有降低,但其氨基酸组成仍接近或达到WHO推荐的理想模式,表明藜麦发酵饮料在风味改善的同时,仍保持较高的营养价值。
表3 发酵对藜麦饮料中氨基酸含量的影响 单位:mg/100 g
Table 3 Effect of fermentation on the content of amino acid in quinoa beverages
氨基酸杀菌未发酵藜麦浆藜麦发酵饮料组氨酸35.00±0.00a30.67±0.58b异亮氨酸45.00±0.00a37.67±0.58b亮氨酸86.67±1.15a82.00±2.65a赖氨酸71.33±0.58a70.33±0.58a苏氨酸41.67±0.58a38.67±0.58b色氨酸28.33±0.67a27.00±0.90a缬氨酸55.67±0.58a46.33±0.58b蛋氨酸19.00±0.00a13.00±0.00b苯丙氨酸52.67±0.58b58.67±1.53a天冬氨酸82.00±1.00a74.67±1.15b丝氨酸42.67±0.58a44.67±0.58b谷氨酸81.67±0.58a73.67±2.08b脯氨酸43.67±0.58a35.67±0.58b甘氨酸55.67±0.58a52.00±0.00b丙氨酸49.33±0.58a45.00±0.00b酪氨酸51.33±0.58b58.67±1.53a精氨酸71.33±0.58b96.33±0.58a胱氨酸12.00±0.00a11.33±0.58a必需氨基酸435.33±1.32a404.33±2.96b总氨基酸963.67±5.95a898.33±1.43b
研究对藜麦饮料发酵前后的蛋白质品质进行了系统评估,包括EAA/TAA、EAA/NEAA、AAS、EAAI以及BV[16]。结果显示,藜麦饮料是一种高生物利用度的优质植物蛋白源,其蛋白质品质经发酵后进一步提升,表现为EAAI和BV显著提高,接近于优质蛋白质源(鸡蛋蛋白质)的标准。此外藜麦饮料的整体氨基酸组成能够满足或接近FAO针对不同年龄段人群提出的必需氨基酸需求模式[10]。如表4所示,EAAI从92.82±0.33上升至98.21±1.39,BV也从89.48±0.36提高到95.35±1.52。尽管EAA/TAA和EAA/NEAA比值略有下降,但关键指标均满足FAO/WHO推荐的理想蛋白质标准[17],表明发酵不仅未损害其营养价值,发酵后其蛋白质的必需氨基酸组成更接近人体需求且生物利用率提升,营养价值显著增强。
表4 发酵对藜麦饮料中蛋白质的营养评估的影响
Table 4 Effect of fermentation on the nutritional evaluation of proteins in quinoa beverages
组别EAA/TAA/%EAA/NEAA/%AAS/%0～6月AAS/%0.6～3岁AAS/%2～5岁AAS/%5岁以上EAAIBVPUQS45.18±0.21a88.91±0.54a异亮氨酸57.62±0.00蛋氨酸+胱氨酸80.86±0.00苏氨酸86.30±0.01蛋氨酸+胱氨酸94.92±0.0092.82±0.33b89.48±0.36bFQB45.01±0.26a82.18±0.87b异亮氨酸55.53±1.11蛋氨酸+胱氨酸73.08±1.93蛋氨酸+胱氨酸78.92±2.08蛋氨酸+胱氨酸85.79±2.2698.21±1.39a95.35±1.52a
注：异亮氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、苏氨酸为该氨基酸评分模型下的限制性氨基酸。同列不同小写字母代表差异显著(P<0.05)。
2.3 抗氧化能力
乳酸菌发酵可以增强藜麦饮料的体外抗氧化能力。分别对藜麦饮料在杀菌与发酵前后的体外抗氧化能力进行测定,结果如图1所示,巴氏杀菌导致未发酵藜麦浆的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率分别由73.5%和36.31%下降至49.79%和31.23%,经乳酸菌发酵后,藜麦发酵饮料的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率提升至95.84%和51.73%。其原因可能是发酵过程提高了藜麦饮料中多酚和黄酮化合物的含量,同时乳酸菌也会产生一些具有抗氧化活性的酶减少氧化损伤[18],因此乳酸菌发酵能显著改善藜麦发酵饮料的体外抗氧化能力。
图1 杀菌和发酵对藜麦饮料的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力的影响
Fig.1 Effect of pasteurization and fermentation on DPPH and ABTS radical scavenging activity in quinoa beverages
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
2.4 电子鼻
乳酸菌发酵显著改变了藜麦饮料的挥发性组分构成。如图2显示,发酵后W5S、W1S、W1W和W2S传感器的响应显著增强,表明藜麦发酵饮料中氮氧化物、甲基类化合物、硫化物、醇类及醛类等挥发性成分的相对含量较未发酵样品明显升高。尤其氮氧化物和硫化物的大幅上升,可能源于蛋白和氨基酸的微生物降解;同时,W1S和W2S信号增强也反映出乳酸菌代谢产生了少量醇类、醛类及甲基类物质,使得藜麦发酵饮料的风味更为丰富[8]。
图2 藜麦饮料杀菌发酵前后的电子鼻雷达图
Fig.2 Electronic nose radar chart of quinoa beverage before and after pasteurization and fermentation
2.5 气相色谱-离子迁移谱
GC-IMS检测结果显示(图3-a),共检测到51个信号峰,并全部鉴定了其中的挥发性组分,包括酯类化合物15种、醛类化合物9种、杂环类化合物9种、醇类化合物8种、酮类化合物4种,烯烃类与芳香烃化合物共5种、胺类化合物1种,这些挥发性有机化合物共同构成了藜麦发酵饮料的特征性风味。
a-藜麦饮料杀菌发酵前后的GC-IMS二维图谱;b-藜麦发酵饮料杀菌发酵前后的指纹图谱
图3 藜麦发酵饮料杀菌发酵前后的GC-IMS图谱
Fig.3 GC-IMS spectrogram of quinoa fermented beverage before and after pasteurization and fermentation
为系统比较各样品组间挥发性有机化合物的差异,基于GC-IMS二维图谱构建指纹图谱,其中行代表不同样品的全部信号峰,列对应同一挥发性有机物在各组中的响应强度。如图3-b所示,QB组的红橙色区域(高响应信号)显著多于UQS和PUQS组,该结果表明乳酸菌发酵有效促进了风味物质的生成,显著提升了藜麦饮料的香气复杂度与强度。结合GC-IMS指纹图谱与挥发性有机化合物的风味分析可知,乳酸菌发酵显著改变了藜麦饮料的风味特征:增强的风味主要包括奶油香、焦糖香和奶酪香(源于3-羟基-2-丁酮)、柑橘香(柠檬烯)以及多种果香(如异丁醇、异丁酸甲酯和乙酸异丁酯),同时青草香与果香(由戊醛、庚醛、反式-3-己烯乙酸酯和3-庚酮贡献)亦得到进一步强化。此外,具有鱼腥味的叔胺类化合物在杀菌处理后含量已有所降低,发酵过程中部分果香成分(如丁酸异丙酯、2,4-二甲基-1-庚烯、乙基丁酸酯和2-甲基丙醇)虽略有损失,但整体风味趋于协调、柔和且更具接受度。
如表5所示,GC-IMS分析结果表明藜麦饮料中的挥发性有机化合物的相对含量经杀菌和发酵处理后发生显著变化。UQS处理组中,酯类(40.84%)、醇类(25.57%)和烯烃类(16.38%)化合物为主要组分,其余包括醛类(8.83%)、杂环化合物(3.64%)、酮类(3.43%)、叔胺类(1.201%)及芳香烃(0.112%)。杀菌处理导致PUQS处理组的挥发性有机化合物相对含量减少了11.78%,其中酯类、烯烃和叔胺类含量显著下降,而醇类与醛类比例相应升高。经乳酸菌发酵后,FQB处理组的挥发性有机化合物总量较PUQS处理组增加24.93%,同时风味谱发生明显重构:酯类(28.04%)、烯烃(12.25%)和叔胺类(0.490%)化合物进一步减少,而醛类(22.60%)、酮类(8.08%)及芳香烃(0.213%)显著富集,醇类占比略有降低(24.56%)。上述结果表明,乳酸菌发酵不仅提高了藜麦饮料中挥发性有机化合物的总相对含量,还显著改变了饮料的风味特征。
表5 杀菌和发酵对挥发性有机化合物在藜麦饮料中相对含量的影响 单位:%
Table 5 Effect of pasteurization and fermentation on relative content of volatile organic compounds in quinoa beverages
化合物未发酵藜麦浆UQS杀菌未发酵藜麦浆PUQS藜麦发酵饮料FQB酯类40.8434.8728.04杂环3.643.903.77烯烃16.3810.3612.25酮类3.433.438.08醛类8.8310.1922.60醇类25.5736.5624.56芳香烃0.1120.1260.213叔胺类1.2010.5700.490
在藜麦发酵饮料中,挥发性有机化合物以酯类为主,其次为醛类、杂环类、醇类、酮类以及烯烃与芳香烃类化合物。其中,酯类(如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯和己酸甲酯等)在发酵后显著富集,赋予饮料强烈的果香(如香蕉、苹果、菠萝、梨)及甜香特征[19-20],其生物合成主要源于脂肪酸代谢:藜麦中的脂肪酸经脂肪酶水解生成亚油酸和亚麻酸,再通过脂氧合酶途径催化形成氢过氧化物,后者经氢过氧化物裂解酶转化为醛类;醛类在乙醇脱氢酶作用下还原为醇,最终由醇酰基转移酶催化酯化生成酯类[21]。Li等[22]研究发现,乳酸菌发酵可促进藜麦种子中乙酸乙酯和1-己醇等果香物质生成,有效改善风味品质。
醛类化合物[如戊醛、庚醛、异丁醛、(Z)-4-庚烯醛和2-甲基-2-戊烯醛]主要贡献坚果香、果香及麦芽香,其形成源于脂肪酸的氧化降解[21]。杀菌过程中的热处理可诱导脂质氧化,而后续发酵进一步促进醛类积累。醇类物质因嗅觉阈值较高,感官贡献相对有限,但在发酵饮料中仍具一定风味意义。主要成分包括乙醇、正丁醇、异丁醇、2-甲基丙醇和2-丙醇等。其中,异丁醇与2-甲基丙醇具有麦芽与果香特征,并构成发酵乳的典型醇味。Zhang等[23]在藜麦粥中检出己醛、壬醛和1-辛烯-3-醇为主要香气成分,均源自多不饱和脂肪酸经脂氧合酶途径的氧化裂解。
酮类物质(如乙偶姻、3-戊酮、3-己酮、3-庚酮)在发酵后显著提升。其中,乙偶姻(3-羟基-2-丁酮)贡献奶油、黄油及焦糖香,增强乳脂感;3-戊酮与3-己酮则具有轻微果香与奶酪香。Di Renzo等[25]在乳酸菌发酵藜麦面团中亦检测到2,3-丁二酮和2,6-二甲基吡嗪,赋予产品烤香与奶油风味,印证了酮类在发酵体系中的关键作用。杂环类化合物(如甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、乙基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-乙酰基吡咯及2,5-二甲基呋喃)在发酵过程中明显增加,主要源于美拉德反应及氨基酸降解。高温杀菌促使藜麦中还原糖与游离氨基酸发生初始美拉德反应,生成吡嗪与呋喃前体[25];发酵过程中pH下降提高了氨基酸与糖的生物可利用性,进一步推动吡嗪类化合物的环化缩合,增强烘焙香、坚果香、咖啡香与可可香等复杂香气。蒸煮本身亦可激发谷物香、青草香与焦糖香的协同效应,构建独特风味矩阵。
此外,烯烃类(如柠檬烯、β-蒎烯、1-辛烯、2,4-二甲基-1-庚烯)与芳香烃类(如正丙苯)虽含量较低,但对整体风味具有重要修饰作用。柠檬烯与β-蒎烯源于藜麦原料,在发酵后浓度升高,提供清新柑橘与松木气息;其余成分多由脂肪酸氧化裂解或氨基酸降解生成,贡献草本、青香与花香[15]。这些微量组分与呋喃、吡嗪及酮类协同作用,共同构建藜麦发酵饮料层次丰富、协调宜人的复合香气图谱。
3 结论
本研究结果表明,发酵虽导致藜麦饮料中总蛋白及氨基酸含量略有降低,但显著提升了其蛋白质质量,表现为必需氨基酸指数和生物价更趋近理想蛋白标准。同时,发酵明显增强藜麦饮料的体外抗氧化活性,DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除率分别提高22.34%和15.06%。风味分析表明,发酵显著改变了藜麦饮料中挥发性成分的相对含量:酮类、醛类和芳香烃类化合物明显增加,赋予产品奶油香、焦糖香及果香,使藜麦发酵饮料的整体香气更丰富协调。尽管本研究初步验证了发酵对藜麦饮料营养、功能及风味特性的积极影响,但尚未深入揭示发酵过程中的调控机制。为推动藜麦基植物发酵饮品的精准开发与高值化利用,未来研究可围绕以下方向深入展开:
1)适配性发酵菌株筛选与复配:针对藜麦基质的理化特性,筛选具有高效蛋白水解能力、良好耐受性及风味生成潜力的菌株,并通过共培养技术构建协同增效的复合发酵体系,以提升发酵效率与产品一致性。
2)微生物代谢机制解析:结合宏基因组、代谢组与风味组学技术,阐明优势菌株在发酵过程中对藜麦蛋白水解、必需氨基酸富集、酚类物质释放及特征香气前体(如脂肪酸、氨基酸)转化的代谢路径,揭示“菌群-底物-产物”之间的内在调控网络,为风味与功能的定向调控提供理论依据。
3)功能性成分靶向强化:基于对发酵代谢机制的认知,结合原料预处理(如发芽、酶解)、辅料复配(如多酚、膳食纤维)或益生菌协同干预,定向促进γ-氨基丁酸、短链脂肪酸、抗氧化肽等功能因子的生物合成,进一步拓展藜麦发酵饮料在肠道微生态调节、免疫支持及慢性病预防等健康领域的应用前景。
综上,本研究为藜麦基植物饮品的开发提供了初步验证,后续工作将聚焦于发酵过程的精准调控与机制挖掘,为植物基功能性饮品的创新及藜麦高值化利用提供科学依据和技术支撑。
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