甘薯又称红薯、地瓜等，是重要的食品、饲料、工业原料和新能源作物，被许多国家广泛种植。我国甘薯种植面积和总产量居世界首位，甘薯在国家粮食安全和能源安全中发挥着非常重要的作用[1]。甘薯具有极高的营养和药用价值，富含淀粉、蛋白质、果胶、纤维素，长期食用可增强人体免疫力、延缓衰老、改善肝功能等。然而，新鲜薯类含水量高，贮藏时容易发生脱水、萌芽、腐烂，开展薯类深加工是薯产业持续健康发展的有效保障。薯干是我国传统特色食品，深受广大消费者喜爱。传统薯干由甘薯经煮熟后晾晒、干制而成，质地较硬，口味单一。随着人们生活质量的不断提高，传统薯干产品难以满足人们对食物更营养、更美味的品质需求。
目前，市场上甘薯脱水制品的种类仍较为单一，多数都是传统工艺生产的薯干，也有少量采用先进干燥技术[2]，如微波、热风-微波联用干燥技术生产的产品，但薯干的质地、风味仍没有显著提升。近年来，微生物发酵在果蔬加工领域得到了广泛应用，尤其是乳酸发酵。乳酸菌代谢过程不仅可以赋予产品特殊的口感、质地和风味，而且还可以显著提高产品游离氨基酸等营养指标，利于人体消化吸收。乳酸菌发酵薯干的研究还是空白，因此，本文尝试采用乳酸菌发酵甘薯制备发酵型薯干，研究乳酸菌发酵对薯干色度、质构、游离氨基酸组成和风味特征物质的影响，为发酵型薯干开发及产业化提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）：辽宁省农业科学院食品与加工研究所微生物资源室保藏；新鲜甘薯：辽宁省本溪县农业技术推广中心。
D-异抗坏血酸钠、偏重亚硫酸钠（均为食品级）：山东中森生物技术有限公司；盐酸、蒽酮、氢氧化钠、酚酞、草酸、二氯酚靛酚、抗坏血酸、硫酸亚铁、H2O2、无水乙醇、NaOH、无水葡萄糖、HCl、Na2CO3（均为分析纯）：成都市科龙化工试剂厂。
1.2 仪器与设备
721 分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；GC-MS 6800S 气相色谱-质谱联用仪：美国Agilent 公司；UltraScan PRO 型全自动色差仪：上海韵鼎国际贸易有限公司；L-8800 氨基酸自动分析仪：日立科学仪器有限公司；CT-3 质构仪：美国Brookfield 公司。
1.3 方法
1.3.1 植物乳杆菌和肠膜明串珠菌的培养
将降温后的MRS 培养基分装到10 支试管中，121 ℃灭菌后自然冷却15 min。将植物乳杆菌、肠膜明串珠菌分别接种到试管中。30 ℃恒温培养箱培养24 h，保持细胞浓度在107 CFU/mL 以上[3]。
1.3.2 发酵型薯干的制备工艺
操作要点：
1）护色剂配制：焦亚硫酸钠250 mg/L，VC 300 mg/L，添加量均为5 mL/kg。
2）乳酸菌接种：植物乳杆菌、肠膜明串珠菌以2∶1的质量比制备种子发酵液，接种量2%。
3）控温发酵：发酵温度30 ℃，时间为48 h。
1.3.3 质构的测定
采用质构仪测定薯干样品的硬度、弹性、回复性、黏性、胶黏性和咀嚼性，每组样品平行测定5 次取平均值。
1.3.4 游离氨基酸的测定
样品按料液比1∶40（g/mL）加水，超声辅助提取20 min，功率380 W，采用氨基酸自动分析仪测定薯干样品的游离氨基酸组成和含量，每组样品平行测定3 次取平均值。
1.3.5 淀粉含量测定
采用蒽酮比色法测定薯干样品的淀粉含量[4]。
1.3.6 还原糖含量测定
采用3，5-二硝基水杨酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）法测定薯干样品的还原糖含量[5]。
1.3.7 VC 含量测定
采用2，6-二氯酚靛酚（2，6-dichlorophenol indophenol，2，6-DCIP）法测定薯干样品的VC 含量[6]。
1.3.8 挥发性成分的测定
薯干挥发性成分测定参照李莉峰等[7]的方法。
气相色谱条件：色谱柱为HP-INNOWAX 色谱柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；柱温50 ℃，保留时间2 min，以5 ℃/min 升至250 ℃，气化室温度为220 ℃，载气为He，流速1 mL/min，不分流进样。质谱条件：电子轰击电离源（electron ionization，EI），离子温度为230 ℃，扫描范围m/z 20～500。
1.3.9 感官评价
感官评价小组由10 名有经验的不同年龄、性别的人员组成，从外形、色泽、气味、质地4 个方面对薯干样品质量进行评价，评分标准见表1[8]。
表1 薯干感官评分标准
Table 1 Sensory evaluation standard of dried potato
感官指标评分标准20～2515～＜2010～＜15外形（25 分）片状、条状，具有均匀的厚度和大小片状、条状，具有比较均匀的厚度和大小片状、条状，厚度和大小不均匀色泽（25 分）呈原品种桔红色泽色泽微暗色泽较暗具有本产品应有的滋、气味，气味较淡，无异味质地（25 分）气味（25 分）具有本产品应有的滋、气味，气味愉悦，无异味具有本产品应有的滋、气味，气味愉悦，无异味质地软，韧性好质地适中，韧性较好质地硬，韧性差
1.4 数据处理
采用Excel 2007 进行数据处理和绘图，结果以平均值±标准差表示，采用SPSS 18.0 软件进行显著性分析（P＜0.05 表示存在显著性差异），图谱分析采用G1701 化学工作站数据处理系统在NIST 标准谱图库中检索。
2 结果与分析
2.1 乳酸菌发酵对薯干质构的影响
乳酸菌发酵对薯干质构的影响见表2。
表2 薯干全质构分析
Table 2 Total texture analysis of dried potato
注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
样品硬度/咀嚼性/N传统薯干N弹性回复性黏性 胶黏性/N 22.67±0.12a发酵薯干41.78±0.11a 0.97±0.18a 0.12±0.09a 3.65±0.07a 23.23±0.10a 6.69±0.11b 20.97±0.08b 0.96±0.09a 0.14±0.10a 1.17±0.09b 10.05±0.08b
从表2 可知，与传统薯干相比，乳酸菌发酵薯干的硬度较小，为20.97 N，仅为传统薯干的50.19%，弹性与传统薯干相近，回复性优于传统薯干且具有适宜的黏性，胶黏性、咀嚼性仅为10.05 N 和6.69 N。乳酸菌发酵薯干硬度、黏性、胶黏性和咀嚼性与传统薯干差异显著（P＜0.05）。可见乳酸菌发酵处理可明显改善薯干的质构特性，赋予发酵薯干柔软饱满的口感，产品软糯适口。这种变化是由于发酵后薯干纤维、淀粉颗粒等多糖类大分子通过糖代谢生成了更多的单糖，有效改善传统薯干硬度大、难咀嚼的缺点[9]。
2.2 乳酸菌发酵对薯干中游离氨基酸的影响
乳酸菌发酵对薯干中游离氨基酸组成和含量的影响见表3。
表3 乳酸菌发酵对薯干中游离氨基酸组成和含量的影响
Table 3 Effect of lactic acid bacteria fermentation on composition and contents of free amino acids of dried potato mg/g
注：*表示必需氨基酸；同行不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
游离氨基酸名称发酵薯干传统薯干天冬氨酸苏氨酸*丝氨酸谷氨酸甘氨酸丙氨酸半胱氨酸缬氨酸*甲硫氨酸*异亮氨酸*亮氨酸*酪氨酸苯丙氨酸*赖氨酸*组氨酸精氨酸脯氨酸游离氨基酸总量必需氨基酸总量0.42±0.04 0.24±0.02 0.25±0.02 0.65±0.08 0.46±0.03 0.49±0.06 0.43±0.02 0.09±0.01 0.85±0.09 0.19±0.02 0.22±0.01 0.16±0.01 0.24±0.02 0.37±0.03 0.37±0.03 0.23±0.01 0.90±0.05 6.56±0.54b 2.20±0.35b 0.71±0.06 0.45±0.09 0.33±0.02 1.40±0.11 0.71±0.05 0.75±0.05 0.52±0.04 0.12±0.01 1.21±0.06 0.27±0.03 0.38±0.06 0.17±0.02 0.39±0.03 0.50±0.06 0.46±0.09 0.28±0.02 1.17±0.06 9.82±0.85a 3.32±0.46a
游离氨基酸含量是衡量食品鲜度和风味的一项重要指标[10]。由表3 可知，乳酸菌发酵薯干游离氨基酸总量为9.82 mg/g，传统薯干游离氨基酸总量为6.56 mg/g，薯干经发酵处理，游离氨基酸含量提高了49.70%。乳酸菌发酵薯干的必需氨基酸总量为3.32 mg/g，较传统薯干（2.20 mg/g）提高了50.91%；发酵薯干的呈味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸）总量为3.25 mg/g，较传统薯干（1.80 mg/g）提高了80.56%。由此可以看出，乳酸菌发酵过程提高了薯干中游离氨基酸总量，也提高了必需氨基酸和呈味氨基酸的含量。分析原因可能是乳酸菌发酵对薯干产品中蛋白质的降解起促进作用，从而提高游离氨基酸总量。
2.3 乳酸菌发酵对薯干中淀粉、还原糖含量的影响
乳酸菌发酵对薯干中淀粉、还原糖含量的影响见图1。
图1 乳酸菌发酵对薯干中淀粉、还原糖含量的影响
Fig.1 Effect of lactic acid bacteria fermentation on starch content，soluble sugar content and reducing sugar content of dry sweet potato
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
甘薯熟化后甜度与还原糖含量密切相关[11]。由图1可知，传统薯干和乳酸菌发酵薯干中淀粉含量与鲜薯相比均呈现降低趋势，还原糖含量呈升高趋势，且差异显著（P＜0.05），发酵薯干还原糖含量较传统薯干提高22.16%。分析原因可能是甘薯中本身含有淀粉酶，在熟化过程中淀粉酶将鲜薯中的淀粉水解成还原糖，所以传统薯干和发酵薯干淀粉含量均较鲜薯低，而发酵过程促进淀粉水解产生还原糖，因此发酵薯干中淀粉含量较低，还原糖含量较高[12]。
2.4 乳酸菌发酵对薯干中VC 含量的影响
乳酸菌发酵对薯干中VC 含量影响见图2。
图2 乳酸菌发酵对薯干中VC 含量的影响
Fig.2 Effect of lactic acid bacteria fermentation on VC content of dried sweet potato
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
VC 稳定性较差，会受贮藏时间或温度等因素影响而被破坏[13]。由图2 可知，鲜薯的VC 含量最高，为2.41 mg/g，发酵薯干次之，为1.20 mg/g，传统薯干VC 含量最低，为0.89 mg/g，发酵薯干较传统薯干的VC 含量提高了34.83%。分析原因可能为薯干加工过程中熟化与干制工艺使VC 受到破坏[14]，VC 含量降低，然而，乳酸菌发酵处理可以增加薯干VC 含量，但无显著差异（P＞0.05）。分析原因可能是乳酸菌发酵过程中产生了VC，使得发酵薯干VC 含量提高[15]。
2.5 乳酸菌发酵对薯干中挥发性风味成分的影响
乳酸菌发酵对薯干中挥发性风味成分的影响见表4。
表4 乳酸菌发酵对薯干中挥发性风味成分的影响
Table 4 Effect of lactic acid bacteria fermentation on volatile flavor components of dried potato
注：-表示痕量或未检测到。
序号化合物相对含量/%序号化合物相对含量/%传统薯干发酵薯干传统薯干发酵薯干19.65±0.04 6.57±0.02 0.53±0.01 0.29±0.01 5.47±0.03 0.85±0.01 0.26±0.02 5.05±0.04 0.90±0.02 0.26±0.01 14.40±0.01 6.01±0.03 6.89±0.03-1.35±0.02-0.15±0.03 1234567891 0 19.00±0.04-0.41±0.03 8.81±0.05 1.29±0.04 0.68±0.01 1.05±0.03 8.49±0.02 20.14±0.01 0.42±0.03 0.13±0.03 8.51±0.02 1.25±0.03--9.83±0.03 13 14 15 16 17 18 19 20 21 12.37±0.06-0.50±0.02 0.69±0.03 5.56±0.01 0.85±0.01-5.32±0.03--11 12醇类橙花醇柏木脑异戊醇苯乙醇正辛醇α-松油醇2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇酯类乙酸乙酯癸酸乙酯γ-丁内酯邻苯二甲酸二异丁酯2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯23.47±0.03-10.47±0.04-6.82±0.05 6.18±0.06 28.19±0.05 6.56±0.03 9.38±0.03 6.08±0.01 6.17±0.04-22 23 24 25 26 27醛类正己醛正辛醛苯甲醛苯乙醛壬醛（E）-壬烯醛糠醛2，4-癸二烯醛十六醛烷烃、烯萜类十二烷2-甲基-1-苯丙烷月桂烯α-古芸烯1-石竹烯γ-榄香烯17.96±0.04 6.89±0.02 7.30±0.04 1.33±0.03 2.96±0.01 0.46±0.01 0.35±0.02
发酵过程会形成很多新的有机物质，也会形成新的风味物质[16]。由表4 可知，从薯干中共鉴定出27 种香气成分，其中传统薯干共检出20 种，发酵薯干共检出22 种。发酵薯干主要香气成分为醇类（20.14%）、酯类（28.19%）、醛类（19.65%）、烷烃及烯萜类（14.40%），经发酵处理的薯干香气成分中醇类、酯类、醛类物质含量明显增加，烷烃和稀萜类物质减少。可见发酵后，薯干产品含有更多的酯类和醇类物质，这些成分可为薯干提供果香等更丰富、愉悦的香气，由于发酵过程中一系列的生化反应（如糖代谢、蛋白质降解等）生成了醇类、酸类及醛类物质，在薯干反复干燥加热过程发生美拉德反应，从而促使酯类物质生成[17]。
2.6 乳酸菌发酵对薯干感官评分的影响
乳酸菌发酵对薯干感官评分的影响见表5。
表5 乳酸菌发酵薯干感官评分
Table 5 Sensory evaluation of dried potato fermented by lactic acid bacteria
注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
样品感官评分外形色泽气味质地综合评分传统薯干 21.6±1.1b 20.5±1.3b 23.2±3.3a 18.3±4.9a 83.6±6.5b发酵薯干 22.5±1.5a 23.4±2.2a 24.2±2.8a 21.7±2.1a 91.8±5.9a
由表5 可知，利用乳酸菌发酵工艺生产的薯干，其在外形、色泽、气味、质地4 项中的评分均优于传统薯干，尤其在色泽和质地方面，发酵薯干比传统薯干具有突出优势，这与质构分析结果相吻合[18-19]。
3 结论
本试验以甘薯为原料，采用乳酸菌发酵工艺改进传统薯干加工工艺，研究发酵薯干和传统薯干质构和风味的不同。结果表明：发酵薯干硬度、黏性、胶黏性、咀嚼性较传统薯干显著降低，弹性也有所降低，但与传统薯干相比差异不大。发酵工艺赋予薯干柔软饱满的口感，产品软糯适口，易于咀嚼和吞咽，品质更佳；发酵薯干中必需氨基酸含量和呈味氨基酸含量均较传统薯干分别提高50.91%和80.56%，还原糖含量提高22.16%，VC 含量提高34.83%，经发酵工艺处理的薯干香气成分中醇类、酯类、醛类物质含量明显增加，烷烃和稀萜类物质减少，感官评分也优于传统薯干，因此，发酵薯干具有广阔的市场开发前景。
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