發(fā)酵條件對(duì)獼猴桃果酒中多酚含量的影響

張 晶,左 勇,*,謝光杰,張 鑫,孫時(shí)光,翟嬌嬌

(1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院,四川自貢 643000; 2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川瀘州 646000)

發(fā)酵條件對(duì)獼猴桃果酒中多酚含量的影響

張 晶1,左 勇1,*,謝光杰2,張 鑫1,孫時(shí)光1,翟嬌嬌1

(1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院,四川自貢 643000; 2.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川瀘州 646000)

本文主要研究獼猴桃果酒發(fā)酵對(duì)多酚含量的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以多酚含量為響應(yīng)值,以菌種接種量、SO2添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間為響應(yīng)因素,利用Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。其最佳發(fā)酵條件為:菌種接種量0.2 g·L-1、SO2添加量104.8 mg·L-1、發(fā)酵溫度21.4 ℃、發(fā)酵時(shí)間7.6 d,在此條件下,多酚含量可達(dá)471.2 mg·L-1,較好地保留了獼猴桃果酒中多酚成分。

獼猴桃果酒,多酚,發(fā)酵條件

多酚,是一種廣泛存在于植物體內(nèi)的多元酚化合物[1],由40多種化學(xué)成分組成,主要包括類黃酮、酚酸、香豆素、木酚素、單寧及非黃酮類多酚化合物等[2-3]。研究表明,多酚不但具有抗氧化和抗輻射等活性,而且還有強(qiáng)化血管壁、促進(jìn)腸胃消化、增加身體抵抗能力的作用[4-5],還能利尿、降血壓、抑制細(xì)菌與癌細(xì)胞生長(zhǎng),達(dá)到幫助消化的功效[6-7]。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),心臟病發(fā)生率和死亡率與來(lái)自水果、蔬菜等食物中的類黃酮攝入量呈顯著負(fù)相關(guān)[8]。

獼猴桃被譽(yù)為“水果之王”,含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[9],其中多酚類物質(zhì)含量較高,主要有兒茶素、表兒茶素、原花青素B2、B3、B4等[10]。目前,獼猴桃在我國(guó)種植面積較大,產(chǎn)量較高,經(jīng)常出現(xiàn)鮮果因銷售不及時(shí)而腐爛浪費(fèi)[11]。因此獼猴桃的精深加工,成為急需解決的課題。目前,獼猴桃主要用于鮮食和加工獼猴桃汁,制作果醬和果脯等食品,加工產(chǎn)品單一,利用率較低。隨著獼猴桃果酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)獼猴桃果酒工藝的研究較多,但是對(duì)發(fā)酵條件影響多酚類物質(zhì)的保留,報(bào)道較少。杜麗娟等[12]通過(guò)RP-HPLC方法對(duì)自制獼猴桃酒中多酚物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),得出樣品中主要有原兒茶酸、兒茶素、香草酸等13種多酚物質(zhì)。黎星辰等[13]通過(guò)測(cè)定6種不同酵母發(fā)酵的獼猴桃酒多酚物質(zhì)含量和抗氧化能力,以確定適用于獼猴桃酒的發(fā)酵的菌株。在獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中,如何保證其原有的營(yíng)養(yǎng)成分特別是果酒中的多酚物質(zhì)不被破壞和流失,成為獼猴桃果酒加工過(guò)程中重要的課題。為保證獼猴桃果酒品質(zhì),特別是果酒發(fā)酵過(guò)程中的多酚含量,本研究以多酚得率為響應(yīng)值,從菌種接種量、SO2添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間等方面,優(yōu)化獼猴桃果酒發(fā)酵條件,以期獲得含有高含量多酚的獼猴桃果酒,確定其最佳發(fā)酵工藝條件。提高獼猴桃酒多酚含量,不僅可以提升產(chǎn)品附加值,又能開(kāi)發(fā)具有保健功效的產(chǎn)品,對(duì)提高獼猴桃酒價(jià)值具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠心獼猴桃 自貢某超市;白砂糖 市售;菌種 安琪高活性干酵母。

HL MJ-250恒溫恒濕箱 上海雷韻實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司;AR1140電子天平 奧豪斯公司;立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;PHS-3C酸度計(jì) 奧豪斯儀器(上海)有限公司;手持糖度計(jì) 成都格納絲商貿(mào)有限公司;27000005-1酒精計(jì)預(yù)制 沈丘北郊玻璃儀器廠;JYL-350榨汁機(jī) 山東九陽(yáng)小家電有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃果酒工藝流程 獼猴桃鮮果→挑選→清洗→打漿(加入SO2)→酶解→接種酵母→前發(fā)酵→倒罐→后發(fā)酵→陳釀→降酸→過(guò)濾→調(diào)配→密封裝瓶→果酒成品[14-15]。

1.2.2 操作要點(diǎn) 參考文獻(xiàn)[16]。

綠心獼猴桃的前處理、打漿、酶解:挑選完好的綠心獼猴桃并清洗干凈,將獼猴桃放入打漿機(jī)中,同時(shí)加入SO2,進(jìn)行破碎打漿處理,向果漿中加入果膠酶,攪拌,酶解3.5 h,其間每隔0.5 h攪拌1次。

前發(fā)酵:調(diào)節(jié)果漿初始糖度,將酵母接種至獼猴桃果漿中,攪拌均勻,用8層滅菌紗布封口,然后在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵。

后發(fā)酵:前發(fā)酵結(jié)束時(shí)進(jìn)行倒罐,將上層獼猴桃果酒倒出,封罐進(jìn)行后發(fā)酵,陳釀。

降酸,過(guò)濾,調(diào)配:陳釀所得到的獼猴桃原酒酸度較高,需要進(jìn)行降酸處理,然后進(jìn)行過(guò)濾,并根據(jù)獼猴桃干、甜酒類型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配。

1.2.3 多酚含量測(cè)定 采用高錳酸鉀滴定法[17]。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4.1 單因素實(shí)驗(yàn) 酵母接種量的影響研究:向裝有300 mL獼猴桃果漿的錐形瓶中分別接種安琪酵母0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g,SO2添加量80 mg·L-1,發(fā)酵溫度24 ℃,發(fā)酵8 d;SO2添加量的影響研究:向裝有300 mL獼猴桃果漿的錐形瓶中分別添加20、40、60、80、100、120 mg·L-1SO2,酵母接種量0.3 g,發(fā)酵溫度24 ℃,發(fā)酵8 d;發(fā)酵溫度的影響研究:向裝有300 mL獼猴桃果漿的錐形瓶中添加酵母0.3 g,SO2添加量80 mg·L-1,發(fā)酵溫度分別控制在20、22、24、26、28、30 ℃,發(fā)酵8 d;發(fā)酵時(shí)間的影響研究:向裝有300 mL獼猴桃果漿的錐形瓶中接種酵母0.3 g,SO2添加量80 mg·L-1,發(fā)酵溫度24 ℃,發(fā)酵時(shí)間分別控制為6、8、10、12、14、16 d。

1.2.4.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken[18]響應(yīng)面設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)4因素3水平響應(yīng)面組合,因素水平表見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Design Expert V8.0.6[19]分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 菌種接種量對(duì)獼猴桃果酒多酚含量的影響 由圖1可知,隨著酵母接種量的增加(0.1～0.4 g·L-1),果酒中多酚含量呈先增加后快速降低的趨勢(shì),當(dāng)接種量超過(guò)0.4 g·L-1時(shí),多酚含量變化趨于平緩,最佳接種量為0.2 g·L-1左右,此時(shí)多酚含量最高。可能隨著接種量的增加,酵母菌代謝活躍,生成各種酶類,其中氧化酶類可能會(huì)破壞多酚物質(zhì),使得其含量降低。

圖1 接種量對(duì)多酚含量的影響Fig.1 The influence of inoculation on the polyphenol content

2.1.2 SO2添加量對(duì)獼猴桃果酒多酚含量的影響 由圖2可知,隨著SO2添加量的增加,多酚含量逐漸升高后趨于平緩,當(dāng)SO2添加量達(dá)到100 mg·L-1時(shí),多酚含量趨于最高值。果酒釀造中,SO2有殺菌、澄清、抗氧化等作用,這方面與多酚具有類似的作用,由于SO2比多酚類化合物對(duì)氧氣具有更強(qiáng)的結(jié)合能力,所以SO2的加入保護(hù)了多酚物質(zhì)的氧化分解,多酚類物質(zhì)被保留下來(lái),使得果酒中多酚含量較高。

圖2 SO2添加量對(duì)多酚含量的影響Fig.2 The influence of SO2 addition on the polyphenol content

注：共有29個(gè)實(shí)驗(yàn),其中24個(gè)為分析實(shí)驗(yàn),5個(gè)為中心實(shí)驗(yàn),以估計(jì)誤差。

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)獼猴桃果酒多酚含量的影響 由圖3可知,隨著溫度逐漸升高,多酚含量快速下降。原因在于溫度愈高,多酚類化合物越容易發(fā)生自身的氧化聚合,低溫則可抑制部分酶(主要是多酚氧化酶和花青素褪色酶)的活性,減弱氧化作用,從而有效延緩多酚類化合物的氧化、聚合和降解,保留果酒中的多酚物質(zhì)。所以,為保證果酒中多酚含量,發(fā)酵應(yīng)在低溫條件下進(jìn)行。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)多酚含量的影響Fig.3 The influence of fermentation temperature on the polyphenol content

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)獼猴桃果酒多酚含量的影響 由圖4可以看出,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),果酒中多酚含量逐漸降低,且發(fā)酵時(shí)間在10～14 d這個(gè)時(shí)間段,下降幅度較大,為保證果酒中多酚含量,發(fā)酵時(shí)間應(yīng)控制在10 d以內(nèi)。由此可推測(cè),隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,酵母菌體開(kāi)始大量死亡,細(xì)胞破裂,氧化酶進(jìn)入發(fā)酵液中,多酚類等物質(zhì)大量受到氧化破壞,因而使得果酒中多酚含量急劇下降,因此延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間不利于果酒中多酚含量的維持。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)多酚含量的影響Fig.4 The influence of fermentation time on the polyphenol content

2.2 響應(yīng)曲面結(jié)果

2.2.1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果及方差分析 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果見(jiàn)表2。

在各因素對(duì)獼猴桃果酒多酚含量影響的基礎(chǔ)上,利用Design Expert.V8.0.6對(duì)表2的結(jié)果進(jìn)行分析,得到4個(gè)因素與多酚含量的回歸方程如下:

多酚含量=466.82-7.55A+20.33B-9.28C-7.72D+1.05AB-16.32AC-6.27AD+5.80BC+7.90BD+16.28CD-38.64A2-19.96B2-9.16C2-14.16D2

通過(guò)對(duì)響應(yīng)面模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 回歸模型方差分析結(jié)果

注：*表示在α=0.05水平上顯著;**表示在α=0.01水平上極顯著。

從表3可以看出,回歸模型(p<0.0001),失擬不顯著,相關(guān)系數(shù)R2=96.99%,說(shuō)明方程與實(shí)際情況擬合較好。通過(guò)方差分析,SO2添加量與發(fā)酵溫度對(duì)獼猴桃果酒中多酚含量有顯著影響,根據(jù)F值的大小可知,各因素對(duì)最終多酚含量的影響程度大小依次為:SO2添加量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時(shí)間>接種量。

2.2.2 因素交互作用對(duì)獼猴桃發(fā)酵后多酚含量的響應(yīng)面分析 通過(guò)Design Expert V8.0.6軟件分析,得出圖5～圖7所示的響應(yīng)曲面圖,從圖上我們可以直觀的看出各因素對(duì)響應(yīng)值的影響,以及整個(gè)過(guò)程中因素間的交互作用。

由圖5可知,其等高線趨于圓形,酵母接種量與SO2添加量交互作用不顯著,但可明顯看出隨著SO2的增加,多酚含量隨之增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在發(fā)酵過(guò)程中,適當(dāng)添加SO2有助于多酚物質(zhì)的保留。

圖5 接種量與SO2添加量的響應(yīng)面分析圖Fig.5 The response surface analysis chart of inoculum size and volume of SO2 added

由圖6可知,SO2添加量與發(fā)酵溫度交互作用不顯著。從軟件上分析可得出,當(dāng)接種量為0.2 g·L-1,發(fā)酵時(shí)間為8 d,SO2在104～120 mg·L-1之間,發(fā)酵溫度在20～22 ℃ 之間時(shí),多酚含量大于440 mg·L-1。

圖6 SO2添加量與發(fā)酵溫度的響應(yīng)面分析圖Fig.6 The response surface analysis chart of SO2 added amount and the fermentation temperature

從圖7的等高線可以看出,等高線趨于橢圓形,發(fā)酵溫度與時(shí)間交互作用極顯著,亦可以看出多酚含量隨著溫度的增加,其下降趨勢(shì)明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)酵溫度對(duì)多酚含量有較大的影響。

圖7 發(fā)酵溫度與發(fā)酵時(shí)間的響應(yīng)面分析圖Fig.7 The response surface analysis chart of fermentation temperature and fermentation time

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

采用Design Expert V8.0.6軟件,以獼猴桃果酒獲得較高多酚含量為目的,通過(guò)分析,最佳發(fā)酵條件為:菌種接種量0.2 g·L-1、SO2添加量為104.82 mg·L-1、發(fā)酵溫度21.4 ℃、發(fā)酵時(shí)間為7.6 d,在此條件下得到獼猴桃發(fā)酵后多酚含量的預(yù)測(cè)值為473.7 mg·L-1。按照接種量0.2 g·L-1、SO2添加量104.8 mg·L-1、發(fā)酵溫度21.4 ℃、時(shí)間7.6 d進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),獲得獼猴桃果酒中平均多酚含量為471.2 mg·L-1,與預(yù)測(cè)值較為吻合,說(shuō)明所建立的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

在獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中,各因素對(duì)多酚含量的影響程度大小分別為:SO2添加量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時(shí)間>接種量。應(yīng)用響應(yīng)曲面法研究獼猴桃果酒在不同發(fā)酵條件下的多酚含量,回歸方程擬合較好,其最佳發(fā)酵條件為:菌種接種量0.2 g·L-1、SO2添加量104.8 mg·L-1、發(fā)酵溫度21.4 ℃、發(fā)酵時(shí)間為7.6 d,在此條件下,獼猴桃果酒中多酚含量較高,可達(dá)471.2 mg·L-1,且發(fā)酵生產(chǎn)的獼猴桃果酒,能夠滿足果酒其它指標(biāo)的要求。

[1]左麗麗,王振宇,樊梓鸞,等.獼猴桃多酚的生理功能研究進(jìn)展[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2013,34(11):117-120,127.

[2]梁晨,張倩雯,盛啟明,等. 不同品種藍(lán)莓酒抗氧化能力及其多酚含量分析[J]. 中國(guó)釀造,2013(8):46-49.

[3]張敬敏,呂玲玲,郭磊. 櫻桃核中類黃酮的提取及其抗氧化性研究[J]. 中國(guó)釀造,2010(6):65-68.

[4]Forester Sc,Waterhouse Al. Metabolites are key to understanding health effects of wine polyphenolics[J]. The Journal of Nutrition,2009,139(9):1824-1831.

[5]Georgiev V,Ananga A,Tsolova V. Recent advances and uses of grape flavonoids as nutraceuticals[J]. Nutrients,2014,6(1):391-415.

[6]A P Kulkami Sma,S Divakar. Isolation and identifieation of a Radical scavenging antioxidant-Puniealagin from Pith and carpellarymembran of Pomegranate fruit[J]. Food Chemistry,2004,87:551-557.

[7]N Filomena LBM,W L Sharon. The influence of pomegranate fruitextract in eomParison to regular Pomegranate juice and seed oil on nitrie oxide and arterial funetion in obese Zuekerrats[J]. Nitric Oxide,2007(17):50-54.

[8]蘇宜香. 營(yíng)養(yǎng)學(xué)(一)[M]. 北京：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社,2006:149-151.

[9]張超,徐洲,游玲,等.野生獼猴桃果酒帶渣發(fā)酵的研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2012,33(8):23-27.

[10]周躍勇,王岸娜,吳立根.從獼猴桃中提取多酚的研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2007,28(3):56-60.

[11]成宇峰,岳泰新,張振文.不同工藝釀造獼猴桃新酒抗氧化性的研究[J].釀酒科技,2015(6):20-22.

[12]杜麗娟,薛潔,王異靜.反相高效液相色譜法測(cè)定獼猴桃酒中的多酚物質(zhì)[J].釀酒,2008,35(1):72-74.

[13]黎星辰,唐敏,曹琳,等.不同釀酒酵母對(duì)獼猴桃酒理化性質(zhì)、抗氧化能力及感官的影響[J].食品科技,2016,41(6):16-20.

[14]張志敬. 獼猴桃果酒的研制[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā),2002,23(5):38-40.

[15]彭幫柱,岳田利,袁亞宏,等. 獼猴桃果酒釀造工藝參數(shù)優(yōu)化及其香氣成分分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(2):229-232.

[16]羅秦,孫強(qiáng),葉欣,等.紅心獼猴桃果酒釀造工藝探究[J]. 食品工業(yè),2014,35(5):144-147.

[17]張毛莉,羅倉(cāng)學(xué). 石榴皮中總酚含量測(cè)定方法[J]. 食品工業(yè)科技,2011,33(5):383-388.

[18]楊文雄,高彥祥. 響應(yīng)面法及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)食品添加劑,2005(2):68-71.

[19]Montgomery Dc. Design and Analysis of Experiments[M]. London: John Wiley and Sons Inc,1991.

Influence of fermentation conditions on the yield of polyphenols in kiwi fruit wine

ZHANG Jing1,ZUO Yong1,*,XIE Guang-jie2,ZHANG Xin1,SUN Shi-guang1,QU Jiao-jiao1

(1.College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China; 2.Sichuan Vocational College of Chemical Technology,Luzhou 646000,China)

Factors on the yield of polyphenols in kiwi fruit wine were mainly studied in this paper. Based on single-factor test,yeast inoculum,SO2dosage,temperature and time were chosen as independent variables,and yield of polyphenols was the response variable. Box-Behnken experimental design and response surface methodology were applied to optimize the fermentation conditions. The results showed that the optimum fermentation conditions were determined as inoculation 0.2 g·L-1,SO2dosage 104.8 mg·L-1,fermentation temperature of 21.4 ℃,fermentation time 7.6 d. Under the optimal conditions,the yield of polyphenols in kiwi fruit wine reached up to 471.2 mg·L-1. Polyphenols were preserved preferably in kiwi fruit wine.

kiwi fruit wine;polyphenols;fermentation conditions

2016-10-08

張晶(1992-),男,碩士,主要從事發(fā)酵食品方面的研究,E-mail:451298213@qq.com。

*通訊作者:左勇(1972-),男,碩士，教授,主要從事發(fā)酵食品方面的研究,E-mail:sgzuoyong@tom.com。

四川省科技廳產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目(2016FZ0034);四川省企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2015XM122);四川理工學(xué)院研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(Y2016011);四川省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(201510622604)。

TS254.1

A

1002-0306(2017)09-0160-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.022