番茄醋酸飲料發(fā)酵工藝及抗氧化能力變化

趙美佳

（錦州醫(yī)科大學醫(yī)療學院，遼寧錦州121000）

番茄醋酸飲料發(fā)酵工藝及抗氧化能力變化

趙美佳

（錦州醫(yī)科大學醫(yī)療學院，遼寧錦州121000）

通過正交法確定番茄醋酸飲料酒精發(fā)酵的最佳工藝，即糖度16°Bé、酵母菌接種量0.6%、溫度30℃；正交法確定醋酸發(fā)酵的最佳發(fā)酵工藝，即溫度30℃、醋酸菌接種量12%、時間4 d。并測定了番茄醋發(fā)酵前后活性物質和抗氧化能力變化，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后活性物質多酚、黃酮、抗壞血酸的質量分數(shù)下降，總類胡蘿卜素的質量分數(shù)上升；鐵還原能力、DPPH·清除率、羥自由基清除率下降，超氧陰離子自由基清除率上升。

酒精發(fā)酵；醋酸發(fā)酵；番茄醋；活性物質；抗氧化能力

番茄是全世界種植面積最廣泛的蔬菜之一［1］，營養(yǎng)極佳，能補充人體所需多種維生素和礦物質［2-3］。番茄中含有的番茄紅素，是僅存在于番茄中的活性物質，抗氧化能力甚至高于β-胡蘿卜素［4-5］。類胡蘿卜素是對人體非常有益的，但是人體自身不能合成類胡蘿卜素，必須從飲食中獲取［6-8］。番茄中含有豐富的類胡蘿卜素［9］，其中番茄紅素更是番茄中獨有的一種類胡蘿卜素［10］。因為番茄紅素的不水溶性，所以在實際應用中受到很大的限制，在微乳液中分散會使番茄紅素溶于水，也是當今科學家們重要的研究方向［11-13］。醋是發(fā)酵后得到的具有獨特的口感的飲品，能增加食欲［14］。將番茄發(fā)酵制備成番茄醋不僅能增加番茄產(chǎn)品多元化方向，更能將番茄中的營養(yǎng)成分添加到醋中，實現(xiàn)口感與營養(yǎng)的融合［15-16］。迄今為止，鮮有科學家從番茄醋發(fā)酵后和發(fā)酵前活性物質含量和抗氧化能力做對比，來研究發(fā)酵工藝所帶來的物質變化和功能變化，所以本試驗不僅在前人的基礎上進一步深入探討了番茄醋的發(fā)酵工藝，而且比較了番茄醋在發(fā)酵過程中多種活性物質含量的變化和抗氧化能力的變化，為今后營養(yǎng)型番茄醋的廣泛推廣打下良好基礎。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料

酵母菌：安琪高活性酵母；醋酸菌：遼寧大學輕型產(chǎn)業(yè)學院實驗室保藏菌種。

1.1.2試劑

3，5-二硝基水楊酸、葡萄糖：國藥集團化學試劑有限公司；30%過氧化氫：天津博迪化工股份有限公司；L-蛋氨酸：天津市福晨化學試劑廠；沒食子酸：天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心；氫氧化鈉：天津市河東區(qū)紅巖試劑廠；蛋白胨：北京奧星生物技術有限公司；瓊脂：福建泉州市泉港化工廠。

1.2儀器與設備

榨汁機：美國waring；CP114電子天枰：上海奧豪斯儀器有限公司；移液槍：德國eppendorf；BM-FG103手持糖量折光儀：上海軋艮儀器有限公司；HP-250恒溫培養(yǎng)箱：上海精宏實驗設備有限公司；070039超凈工作臺：遼寧鑫洋實驗裝備有限公司。

1.3方法

1.3.1工藝流程

1.3.2酒精發(fā)酵工藝的確定

1.3.2.1酒精發(fā)酵最佳時間的確定

取分裝好的番茄汁，糖度調(diào)至12°Bé，酵母接種量0.8%，在28℃水浴鍋中分別培養(yǎng)12、24、36、48，60，72h，發(fā)酵結束后檢測酒精度，以對比確定番茄酒發(fā)酵的最佳時間。

1.3.2.2單因素法確定番茄酒發(fā)酵最佳接種量、最佳發(fā)酵溫度、最佳糖度

取分裝好的番茄汁，糖度調(diào)至12°Bé，酵母接種量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，分別在24、26、28、30、32℃培養(yǎng)，糖度分別調(diào)至8、10、12、14、16°Bé，發(fā)酵結束后檢測酒精度。

1.3.2.3正交法確定番茄酒發(fā)酵最佳工藝

選取糖度（A）、酵母接種量（B）、溫度（C）為試驗因素，采用L9（34）正交試驗設計，以酒精度為指標，確定最佳發(fā)酵組合。

表1　酒精發(fā)酵正交試驗因素與水平Table 1Factor and level of orthogonal experiment

1.3.3正交法確定番茄醋最佳發(fā)酵工藝

選取溫度（A）、醋酸菌接種量（B）、發(fā)酵時間（C）為試驗因素，采用L9（34）正交試驗設計，以發(fā)酵醋酸為指標，確定最佳發(fā)酵組合。數(shù)值單位以mmol/100 mL表示。

表2　醋酸發(fā)酵正交試驗因素與水平Table 2Factor and level of orthogonal experiment

1.3.4分析測定方法

1.3.4.1可滴定酸度測定

采用GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》方法。1.3.4.2酒精度的測定

根據(jù)GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》所述，本試驗使用酒精計法。

1.3.4.3總多酚質量分數(shù)的測定

總多酚測定使用的辛格爾頓和羅西所描訴的［17］Folin-Ciocalteu法。

1.3.4.4總黃酮質量分數(shù)測定

總黃酮質量分數(shù)采用氯化鋁比色方法［18］。

1.3.4.5抗壞血酸質量分數(shù)的測定

根據(jù)國標GB/T 6195-1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法（2.6-二氯靛酚滴定法）》的方法。

1.3.4.6總類胡蘿卜的測定

總類胡蘿卜素的提取按照LEE和Castle［19］的方法。總類胡蘿卜素，計算根據(jù)Ritter方法［20］使用β-胡蘿卜素的消光系數(shù)，E（%）=2 500。2 g樣品+5 mL提取溶劑，在5℃下4 000 r/min離心5 min，上清液定溶到25 mL。在450 nm處測定吸光度。

1.3.4.7鐵離子還原能力的測定（Ferric Reducing/Antioxidant Power，F(xiàn)RAP）

參照Benzie與Strain的方法，并擴大了溶液用量［21-22］。在反應管中加入200 μL樣品溶液，準確加入6 mL FRAP工作液（由0.3 mol/L醋酸鹽緩沖液，10 mmol/L TPTZ溶液，20 mmol/L FeCl3溶液以體積比10∶1∶1的比例組成，現(xiàn)配現(xiàn)用），加入600 μL蒸餾水，混勻，37℃條件下反應10 min，于593 nm波長處測定吸光值，以1.0 mmol/L FeSO4為標準，求得所測定樣品的抗氧化能力用達相同吸光度所需FeSO4的毫摩爾數(shù)表示。

1.3.4.8DPPH自由基清除能力的測定

吸取不同質量份數(shù)的待測樣0.5 mL，加入0.2 mmol/L，2.0 mL的DPPH-乙醇（60%）溶液中，混合均勻，靜置30min后在517nm處測定其吸光度（A樣品）。以相同比例的樣品與60%乙醇的混合溶液為對照（A對照）、以DPPH溶液與60%乙醇的混合液為空白（A空白），DPPH·的清除率按下式進行計算：

清除率/%=［1-（A樣品-A對照）/A空白］×100

1.3.4.9超氧陰離子自由基（O2-·）清除能力的測定［23］

超氧陰離子自由基清除能力測定使用的是Zou與Gui的方法。按照如下順序依次加入試管，0.5 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.8）、0.13 mol/L蛋氨酸、2.0×10-5mol/L核黃素、7.0×10-4mol/L NBT、0.4 mL樣品和1.0 mL蒸餾水，混勻，光照20 min后測定。清除率如下：

式中：A0為未加蛋氨酸和樣品溶液；Ai為未加樣品液溶液。

1.3.4.10羥自由基（·OH）清除能力的測定［24］

參照Smirnoff與Cumbes的方法。分別加入不同濃度的樣品1mL，1.8mmol/LFeSO4溶液2mL，1.8mmol/mL水楊酸-乙醇1.5 mL，用0.03%的H2O2，0.1 mL啟動反應，振蕩后37℃保溫30 min，在510 nm下測定其吸光度。清除率如下：

式中：A0為空白管的吸光度；As為加入自由基清除劑后的吸光度；Ai為對照樣以蒸餾水代替H2O2。

2　結果與分析

2.1不同發(fā)酵時間對番茄酒發(fā)酵酒精產(chǎn)量的影響

不同發(fā)酵時間對發(fā)酵番茄汁酒精質量分數(shù)的影

響如圖1所示。

圖1　不同發(fā)酵時間對番茄汁酒精質量分數(shù)的影響Fig.1The effect of different time to alcohol content

由圖1可知，隨著發(fā)酵時間的增加，番茄汁中的酒精質量分數(shù)呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，48 h以后隨著時間的增加酒精度并沒有顯著的增加。由此確定番茄汁酒精發(fā)酵的最佳發(fā)酵時間為48 h。

2.2不同酵母接種量對番茄酒發(fā)酵酒精產(chǎn)量的影響

不同酵母菌接種量對發(fā)酵番茄汁酒精質量分數(shù)的影響如圖2所示。

圖2　不同酵母菌接種量對番茄汁酒精質量分數(shù)的影響Fig.2The effect of different inoculums concentration to alcohol content

由圖2可知，隨著酵母菌接種量的增加，番茄汁酒精質量分數(shù)先升高，當酵母菌接種量到達到0.6%以后，酒精度基本趨于穩(wěn)定，由此確定番茄汁酒精發(fā)酵的最佳酵母菌接種量是0.6%。

2.3不同發(fā)酵溫度對番茄酒發(fā)酵酒精產(chǎn)量的影響

不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵番茄汁酒精質量分數(shù)的影響如圖3所示。

圖3　不同發(fā)酵溫度對番茄汁酒精質量分數(shù)的影響Fig.3The effect of different degrees to alcohol content

由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，酒精度先升高后降低，當發(fā)酵溫度為30℃時，番茄汁酒精質量分數(shù)最高，由此確定番茄汁酒精發(fā)酵的最佳溫度是30℃。

2.4不同發(fā)酵糖度對番茄酒發(fā)酵酒精產(chǎn)量的影響

不同發(fā)酵糖度對發(fā)酵番茄汁酒精質量分數(shù)的影響如圖4所示。

圖4　不同發(fā)酵糖度對番茄汁酒精質量分數(shù)的影響Fig.4The effect of different sugar contents to alcohol content

由圖4可知，隨著發(fā)酵糖度的升高，番茄汁酒精質量分數(shù)先升高后降低，當發(fā)酵糖度為14°Bé時，番茄汁酒精質量分數(shù)最大，由此確定，番茄汁酒精發(fā)酵的最佳糖度是14°Bé。

2.5番茄酒精發(fā)酵的最佳工藝優(yōu)化

以糖度（A）、酵母接種量（B）、溫度（C）3因素進行正交試驗的結果如表3所示。方差分析結果如表4所示。

表3　酒精發(fā)酵正交試驗結果與分析Table 3Result and analysis of orthogonal experiment design

表4　方差分析表Table 4Analysis of variance

由表3可以看出，8號酒精度最大，為8.2%，由此確定得出最佳組合為A3B2C2，即糖度16°Bé、酵母接種量0.6%、酒精發(fā)酵溫度30℃。根據(jù)k值得到的最佳組合也為A3B2C2。根據(jù)A、B、C中極差R值的大小，確定3個因素的主次關系是糖度＞溫度＞酵母接種量。

2.6番茄醋酸發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

以發(fā)酵溫度、醋酸菌接種量、發(fā)酵時間3因素進行正交試驗的結果如表5所示。方差分析結果如表6所示。

表5　醋酸發(fā)酵正交試驗結果與分析Table 5Result and analysis of orthogonal experiment design

表6　方差分析表Table 6Analysis of variance

由表5可知，6號醋酸質量分數(shù)最大，為12.33mmol/ 100 mL，由此確定最佳組合為A2'B3'C1'，即發(fā)酵溫度30℃、醋酸接種量12%，發(fā)酵時間4 d。根據(jù)k值，得到的最佳組合為A2'B1'C1'，以發(fā)酵溫度30℃、醋酸接種量8%，發(fā)酵時間4 d為條件，進行發(fā)酵得出醋酸質量分數(shù)為11.5 mmol/100 mL，小于12.33 mmol/100 mL，所以最佳條件依然為A2'B3'C1'，即發(fā)酵溫度30℃、醋酸接種量12%，發(fā)酵時間4 d。根據(jù)A'、B'、C'中極差R值的大小，確定3個因素的主次關系是發(fā)酵時間＞醋酸菌接種量＞發(fā)酵溫度。

2.7醋酸發(fā)酵前后活性物質以及抗氧化能力變化

2.7.1醋酸發(fā)酵前后活性物質變化

發(fā)酵前后活性物質變化見圖5。

圖5　發(fā)酵前后活性物質變化Fig.5Active material changes before and after fermentation

如圖5可知道，發(fā)酵前多酚質量分數(shù)為290.39μg/mL，在醋酸發(fā)酵過程后多酚質量分數(shù)下降至232.23 μg/mL。發(fā)酵前期黃酮質量分數(shù)為193.2 μg/mL，發(fā)酵后下降到91.3 μg/mL，整個發(fā)酵工藝對黃酮穩(wěn)定性有影響。抗壞血酸在發(fā)酵前質量分數(shù)為365.13 μg/mL，在發(fā)酵后下降至120.33 μg/mL。總類胡蘿卜素質量分數(shù)由發(fā)酵前122.17 μg/mL上升至發(fā)酵后455.15 μg/mL，說明醋酸發(fā)酵工藝促進總類胡蘿卜素形成。

2.7.2醋酸發(fā)酵前后抗氧化能力變化

發(fā)酵前后抗氧化能力變化如圖6、圖7。

圖6　發(fā)酵前后FRAP變化Fig.6Change of FRAP before and after fermentation

圖7　發(fā)酵前后抗氧化能力變化Fig.7Oxidation resistance change before and after fermentation

如圖6所示，F(xiàn)RAP的值由發(fā)酵前3.36 TE/mL下降至0.63 TE/mL，F(xiàn)RAP抗氧化能力明顯下降。如圖7所示，DPPH·的清除能力由發(fā)酵前85.57%下降至發(fā)酵后34.66%，O2-·清除率反而由發(fā)酵前52.32%上升至87.52%，·OH清除率基本上保持不變，發(fā)酵前為99.15%，發(fā)酵后達到98.45%。

3　結論

通過正交法確定番茄醋酸飲料酒精發(fā)酵的最佳工藝，即糖度16°Bé、酵母菌接種量0.6%、溫度30℃，正交法確定番茄醋酸飲料醋酸發(fā)酵的最佳發(fā)酵工藝，即溫度30℃、醋酸菌接種量12%，時間4 d。并測定了番茄醋發(fā)酵前后活性物質和抗氧化能力變化。發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后活性物質多酚，黃酮，抗壞血酸的質量分數(shù)有所下降，總類胡蘿卜素的質量分數(shù)上升。FRAP、DPPH·、·OH抗氧化能力下降，O2-·清除率上升。根據(jù)醋酸菌發(fā)酵后活性物質變化的趨勢，會對今后功能型番茄醋的開發(fā)與研制打下良好基礎，使人們能夠了解功能性飲料加工過程中營養(yǎng)的損失和保留，靶向提升功能性飲料的選取與攝入。

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Fermentation Technology of Tomato Vinegar Beverage and the Changes of Antioxidant Ability

ZHAO Mei-jia
（Medical College of Jinzhou Medical University，Jinzhou 121000，Liaoning，China）

The fermentation technology of tomato vinegar beverage were studied.Through orthogonal experiment，the fermentation technology of tomato alcoholic beverage were determined that the inoculation amount was 0.6%，the temperature were 30℃and the sugar content were 16°Bé.The fermentation technology of tomato vinegar beverage were determined that the inoculation amount was 12%，the temperature were 30℃and the fermentation time were 4 d.The changes of active substances and antioxidant ability of the tomato juice after fermentation were also compared.The content of ascorbic acid，polyphenols and flavonoids were found decreased，while carotenoid content increased.In terms of antioxidant abilities，F(xiàn)RAP antioxidant ability，DPPH·scavenging capacity and·OH scavenging ratio were found decreased，O2-·scavenging ratio increased.

alcoholic fermentation；acetic acid fermentation；tomato vinegar beverage；active substance；antioxidant

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.031

趙美佳（1990—），女（漢），助教，碩士研究生，研究方向：生物活性物質與功能食品。

2015-11-03