發酵劑復配對全石榴發酵汁品質的影響

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(1.西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039;2.四川西昌果果果業有限責任公司,四川成都 610031;3.西華大學創新創業學院,四川成都 610039)

發酵劑復配對全石榴發酵汁品質的影響

古小露1,馬嫄1,*,耿福能2,車振明1,徐娟2,羅鳴1,劉瀏3,張晉森1,王曉敏1,何思龍1

(1.西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039;2.四川西昌果果果業有限責任公司,四川成都 610031;3.西華大學創新創業學院,四川成都 610039)

以石榴皮、籽為原料,分別接種植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、酵母菌兩兩組合的復合發酵劑進行發酵,研究不同發酵時間全石榴發酵汁中總酚、抗壞血酸、可滴定酸、可溶性固形物、酒精的含量及DPPH自由基清除率、pH以及感官品質的變化。結果表明,通過發酵能使石榴汁中的總酚含量和抗壞血酸含量分別維持在5.0 mg/mL和0.075 mg/mL以上,DPPH自由基清除率達到70%,其中植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復配能使總酚、抗壞血酸含量和DPPH自由基清除率分別達到5.3、0.08 mg/mL和76%;植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復配作用后可滴定酸含量增加至8.4 mg/mL;通過發酵能提高可溶性固形物的利用率、酒精產量,其中嗜酸乳桿菌和酵母菌復配作用后酒精可達7.9%。結論:植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復配能有效減緩DPPH自由基清除率損失和增加可滴定酸含量;嗜酸乳桿菌和酵母菌復配可增加酒精含量。

石榴汁,發酵,植物乳桿菌,嗜酸乳桿菌,酵母菌

石榴(PunicagranatumL.)又名安石榴、丹若、金嬰、涂林、天漿等,在我國分布廣泛,品種資源多達150種,其中結果實品種140多個,觀賞品種及其變種10個以上[1],是深受消費者喜愛的時令漿果,且其富含多酚類化合物、抗壞血酸等營養物質,具有抗氧化等多種保健作用,亦是對人體健康有益的亞熱帶水果[2-6]。以石榴為原料的產品主要有石榴濃縮汁、鮮榨石榴汁、石榴果醬等,熱加工對其品質有顯著影響,會導致營養價值下降[7-8]。石榴汁發酵主要集中在以原汁進行發酵;以全石榴為原料,通過發酵的產品主要以石榴酒居多。

國外主要應用嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌等發酵果汁,國內則以保加利亞、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌和假絲酵母、啤酒酵母、釀酒酵母等發酵果蔬汁,以胡蘿卜、青瓜、蘋果、葡萄等果蔬為原料利用乳酸菌進行發酵已經廣泛應用。雖然單菌種發酵果蔬汁具有特殊風味,改善了營養健康,增加了調節腸道功能等作用,但活菌數不高,酸度不夠,口感不夠柔和適口。利用復合菌種進行發酵果蔬汁,增加風味的基礎上,有效滿足當代消費者對于營養價值高、保健作用強的要求。

本實驗選取全石榴(石榴皮和籽)為原料,分別以植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、酵母菌發酵劑兩兩組合接種發酵,研究發酵劑復配對全石榴發酵汁品質的影響。一方面將全石榴(皮和籽)作為原料進行加工,可減少資源浪費并產生更多的價值;另一方面通過復配發酵可生產既有乳酸口味又有一定酒精度的新型飲品,為石榴的精深加工提供新的思路[9]。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮石榴 由四川西昌果果果業有限責任公司提供;植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌發酵劑(活菌數≥1.0×1010cfu/g) 由四川高福記生物科技有限公司提供;葡萄酒果酒專用酵母(活菌數≥1.0×109cfu/g) 安琪酵母股份有限公司。

Trolox(水溶性維生素E)、甲醇、沒食子酸、福林酚試劑、2,6-二氯靛酚等 成都科龍化玻試劑公司。

UV-2600型紫外可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;A610型全自動折光儀 濟南海能儀器股份有限公司;ZD-2型電位滴定儀 上海精密儀器有限公司;pHS-3C型酸度計 成都世紀方舟科技有限公司;JJ-2組織搗碎勻漿機 無錫沃信儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 全石榴發酵汁的制備

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 總酚含量的測定 標準曲線的制作:精密量取0.05 mg/mL的沒食子酸標準溶液0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL,分別置于25 mL容量瓶中,各加入1.0 mL福林酚試劑和13 mL 10%的碳酸鈉溶液,用蒸餾水定容,混勻,室溫靜置60 min,在760 nm處測定其吸光度,以沒食子酸溶液濃度為橫坐標,吸光度為縱坐標制作標準曲線,其回歸曲線方程為y=0.10803x+0.12497(R2=0.999)。

樣品的測定:取5 mL全石榴發酵汁于10 mL容量瓶中,用蒸餾水定容。吸取2 mL稀釋液于25 mL容量瓶中,按照以上方法,測出吸光度并從標準曲線中讀出沒食子酸的量。樣品中總酚的含量以每100 mL石榴汁中所含沒食子酸mg數表示[10]。

1.2.2.2 抗壞血酸含量的測定 根據GB5009.86-2016《食品中抗壞血酸的測定》中的2,6-二氯靛酚滴定法進行測定。

1.2.2.3 DPPH自由基清除率的測定 Trolox標準曲線的制作:準確稱取Trolox 5.006 mg,25 ℃放置30 min,蒸餾水溶解后定容至100 mL,得到濃度為200 μmol/L Trolox標準貯備液。取標準貯備液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 mL分別注入到10 mL容量瓶中,用蒸餾水定容至刻度線,得到濃度為20.0、40.0、60.0、80.0、100.0、120.0、140.0、160.0 μmol/L的標準溶液,分別取1 mL標準溶液與4.5 mL 100 μmol/L的DPPH甲醇溶液(準確稱取7.856 mgDPPH,用甲醇定容至200 mL)充分混合,在室溫下放置30 min,于517 nm波長處測吸光度(A實驗)。對照組用4.5 mL無水甲醇代替DPPH甲醇溶液(A對照),空白組用1 mL蒸餾水代替樣品(A空白),每組做3個平行,按(1)式計算Trolox對DPPH自由基清除率。

式(1)

以Trolox濃度為橫坐標,清除率為縱坐標,繪制標準曲線,其回歸方程為y=0.422x-0.707(R2=0.997)。

樣品的測定:量取1 mL全石榴發酵汁,按照以上方法測定其中的DPPH自由基清除率[11]。

1.2.2.4 可滴定酸含量的測定 根據GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》中的pH電位法進行測定。

1.2.2.5 pH的測定 根據GB 5009.237-2016《食品pH的測定》進行測定。

1.2.2.6 可溶性固形物含量的測定 根據GB/T 10786-2006《罐頭食品的檢驗方法》進行測定。

1.2.2.7 酒精含量的測定 根據GB/T15038-2005《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的密度瓶法進行測定。

1.2.3 感官評定 根據Cagno[8,12]的方法,進行全石榴發酵汁的感官評定,選取發酵7～12 d的全石榴汁進行實驗。實驗小組由10名經過專業培訓的實驗人員組成(男性和女性平均分配)。在每個樣品感官實驗中,小組成員被單獨放置在感官實驗室進行實驗,評價全石榴發酵汁的感官特性(顏色、褐色、氣味、甜度、酸度、澀度)以及產品可接受度和意愿購買度,每項評分為5分。每位成員對5個隨機編號的石榴汁樣品進行感官評定,其中5個樣品分別為:Y1、Y2、Y3、Y4和Y(新鮮全石榴汁)。

表1 全石榴發酵汁感官評定表Table 1 pomegranate fermented juice sensory evaluation crieria

1.3統計分析

實驗數據為3組實驗樣品的平均值,數據處理采用SPSS 19.0軟件進行相關性分析、主成分分析,Origin 8.0軟件進行數據圖的制作。

2 結果與分析

2.1全石榴發酵過程中總酚含量的變化

由圖1可知,在發酵過程中,四個樣品的總酚含量變化趨勢均呈小幅度上升再下降,最后趨于平緩。上升是由于石榴皮中的多酚析出。自然發酵Y1的總酚含量在發酵3 d后呈下降趨勢,發酵9 d后趨勢漸緩,到發酵結束時,Y1的總酚含量下降了33.4%,這與多酚物質的分解有關;由于發酵劑生長代謝過程中產生的酶會促使多酚物質分解[13-14],特別是如酵母菌數量的增多,會在單寧含量較高的環境中產生單寧酶進而分解部分單寧物質[15],花色苷也因酵母代謝活性發生進一步聚合反應等,花青素等黃酮類物質在發酵中易被氧化等因素導致總酚含量的減少[16],故Y2、Y3總酚含量低于Y4,在發酵結束時,Y2、Y3和Y4總酚含量分別下降了23.1%、21.4%、18.7%;發酵劑復配較自然發酵能使總酚含量維持在較高水平。總酚物質具有抗氧化性作用,含量越多全石榴發酵汁抗氧化功能越顯著。Y4總酚含量保持在5.3 mg/mL,故植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復合發酵劑適合于發酵全石榴汁。

圖1 全石榴發酵過程中總酚含量的變化Fig.1 Changes of total phenol content during pomegranate fermentation

2.2全石榴發酵過程中抗壞血酸含量的變化

由圖2可知,在發酵過程中,四個樣品的抗壞血酸含量持續下降,最后趨于穩定。自然發酵Y1抗壞血酸含量總體下降了42.37%;由于發酵劑復配作用產生乳酸,形成的酸性環境使得抗壞血酸較穩定,故Y4抗壞血酸含量下降較Y2和Y3低;發酵劑復配較自然發酵能減少抗壞血酸含量的下降,其中Y4抗壞血酸含量保持在0.083 mg/mL,故植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復合發酵劑適合于發酵全石榴汁。

圖2 全石榴發酵過程中抗壞血酸含量的變化Fig.2 Changes of ascorbic acid content during pomegranate fermentation

2.3全石榴發酵過程中DPPH自由基清除率的變化

由圖3可知,在發酵過程中,四個樣品的DPPH自由基清除率均呈小幅度上升后再下降,這與劉方方[15]在石榴汁加皮進行發酵時抗氧化能力變化的趨勢一致。自然發酵Y1的DPPH自由基清除率下降了51.97%;因為DPPH自由基清除率與總酚含量關系密切,由于Y2、Y3和Y4中的多酚物質被分解為小分子的鞣花酸后能提高抗氧化活性,故Y2、Y3和Y4的DPPH自由基清除率分別下降了29.74%、24.33%、17.63%。這與總酚含量、抗壞血酸含量結論一致,說明石榴中總酚含量、抗壞血酸含量與DPPH自由基清除率有相關性,發酵劑復配能減緩DPPH自由基清除率的降低。故植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復配適用于發酵全石榴汁,能更有效保持抗氧化功能。

圖3 全石榴發酵過程中DPPH自由基清除率的變化Fig.3 Changes of DPPH radical scavenging rate during pomegranate fermentation

2.4全石榴發酵過程中可滴定酸含量的變化

石榴中的可滴定酸主要是有機酸,比如檸檬酸、乳酸、蘋果酸和乙酸等[17],是發酵石榴汁主要呈味物質之一,影響其感官品質。由圖4可知,在發酵過程中,四個樣品中的可滴定酸含量總體呈上升趨勢,在短時間里有小幅度上升或下降變化。自然發酵Y1可滴定酸含量逐漸增加,在發酵結束時其含量上升了11%;對比自然發酵,Y2、Y3和Y4中的可滴定酸含量在發酵結束時分別上升了13.5%、18.41%、22.08%,在發酵中期由于酵母菌和乳酸菌糖代謝作用明顯,能產生大量乳酸,而石榴中所含的檸檬酸、蘋果酸在發酵過程中變化不大[16,18],故乳酸含量的增多對有機酸變化有顯著影響。其中植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌復配能顯著增加全石榴汁中的可滴定酸含量。

圖4 全石榴發酵過程中可滴定酸含量的變化Fig.4 Changes of titratable acid content during pomegranate fermentation

2.5全石榴發酵過程中pH的變化

由圖5可知,在發酵過程中,四個樣品中的pH都有先下降后上升的變化,這與Cagno[9]在進行石榴乳酸發酵時的pH變化趨勢相符合。其中發酵劑復合的Y2、Y3和Y4中pH下降速率較自然發酵快,是由于乳酸菌在適宜pH發酵環境中進行同型乳酸發酵產生乳酸的原因[19]。乳酸菌在適宜pH的發酵初期生長較快,可進行糖酵解作用產生大量乳酸進而影響pH下降,當pH達到3.5時乳酸菌可持續進行慢速乳酸發酵,直至發酵后期乳酸量多抑制乳酸菌活動,此時在碳源較少的環境中酵母菌開始利用有機酸、氨基酸等物質使得pH緩慢回升[20]。

圖5 全石榴發酵過程中pH的變化Fig.5 Changes of pH during pomegranate fermentation

2.6全石榴發酵過程中可溶性固形物含量的變化

石榴中可溶性固形物主要由果糖和葡萄糖組成[21]。由圖6可知,在發酵過程中,四個樣品的可溶性固形物含量都是逐漸下降的。自然發酵Y1的可溶性固形物下降了80%;由于發酵劑利用石榴汁中的糖類可促進可溶性固形物的分解,故發酵劑復配的Y2、Y3和Y4中可溶性固形物分別下降了95.63%、96.25%、88.75%。綜合而言,在整個發酵過程中發酵劑復配可以提高可溶性固形物的利用率,Y2和Y3中的可溶性固形物下降速度大于Y4,是因為發酵初期酵母菌利用糖類進行糖代謝,而后期酵母代謝活動受抑制菌體開始出現自溶現象[22],故糖轉化率降低,可溶性固形物下降緩慢。

圖6 全石榴發酵過程中可溶性固形物含量的變化Fig.6 Changes of soluble solids content during pomegranate fermentation

2.7全石榴發酵過程中酒精含量的變化

由圖7可知,在發酵過程中,四個樣品的酒精含量都是逐漸上升的,在發酵后期逐漸趨于平穩。相比自然發酵Y1,發酵劑復配的Y2、Y3和Y4在發酵中期酒精含量上升較快。發酵初期由于適量空氣存在,酵母菌大量繁殖伴隨微弱酒精發酵,3 d后開始無氧呼吸進行酒精發酵[23],酒精含量上升快,當pH達到5.3時酵母菌由于受酸性環境影響生長代謝受抑制,酒精產量逐漸減少。在發酵結束時,Y2、Y3和Y4酒精含量分別為7.28%、7.98%、6.1%。

圖7 全石榴發酵過程中酒精含量的變化Fig.7 Changes of alcohol content during pomegranate fermentation

表3 全石榴發酵汁感官評價得分表/分Table 3 Sensory evaluation score of pomegranate juice

2.8相關性分析

對全石榴發酵汁的各項指標進行相關性分析,結果見表2。

表2 全石榴發酵汁各項指標的相關性分析Table 2 Correlation analysis of different indexes of pomegranate juice

無論石榴發酵接種何種發酵劑,總酚含量與DPPH自由基清除率的變化呈顯著正相關,抗壞血酸含量與DPPH自由基清除率的變化呈顯著正相關,可溶性固形物含量與酒精含量呈顯著負相關,而可滴定酸含量與pH相關性不大。由此可以知道,通過總酚含量、抗壞血酸含量可以判定石榴發酵汁中DPPH自由基清除率的大小。

2.9感官評定

在感官評定中發酵中期石榴汁感官效果最優,其中總體可接受度和意愿購買度評分最高,故選取發酵中期的感官評分進行主成分分析(PCA)(圖8),可以直觀揭示5種樣品品質分布情況,其中主成分PC1和PC2解釋了92.97%的方差量。新鮮全石榴汁Y與自然發酵石榴汁Y1,新鮮全石榴汁Y與發酵劑復配的Y2、Y3、Y4,以及自然發酵Y1和與發酵劑復配的Y2、Y3、Y4在平面上能很好的分離,說明石榴汁之間存在明顯的感官效果差異。新鮮全石榴汁Y在第三象限,自然發酵Y1在第二象限,跟口感指標澀度和甜度的相關性較大;發酵劑復配的Y2和Y3集中分布在第四象限,聚集性較好,與顏色、可接受度和購買度相關性較大,主要反映消費者消費情況;發酵劑復配的Y4分布在第一象限,主要有酸度、氣味、褐色等感官因子,反映的是石榴汁品質情況。結果表明,未發酵石榴汁與發酵石榴汁感官上有顯著差異,自然發酵與菌種組合發酵在品質和消費者意愿消費情況差異也顯著,通過乳酸和酒精發酵的全石榴汁是易于被消費者接受的。

圖8 主成分分析PC1、PC2散點圖Fig.8 Scatter plot of PC1 and PC2

3 結論

通過接種不同發酵劑進行混菌發酵的全石榴汁具有獨特的乳酸口味和低酒精度,具有較好的抗氧化能力和品質。

研究發現,發酵劑復配可使全石榴汁中的總酚、抗壞血酸活性成分維持在較高水平,乳酸菌和酵母菌對減緩DPPH自由基清除率損失有顯著影響,其中植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌發酵劑復配的Y4對保護抗氧化能力效果最為明顯。對比用其他水果發酵,全石榴發酵后的總酚含量保持在較高水平[24],抗氧化性能高;同石榴其他發酵產品相比[25],全石榴發酵汁中的DPPH自由基清除率較高,具有更好的抗氧化性。

發酵劑復配增加了發酵環境中緩沖體系的復雜性,乳酸菌和酵母菌的代謝作用可影響可滴定酸和pH的變化。發酵劑復配可提高可溶性固形物利用率從而促進酒精發酵的進行,其中Y3全石榴發酵汁中酒精產量多。

未發酵全石榴汁與發酵全石榴汁感官上有顯著差異,自然發酵與發酵劑復配發酵在品質和消費者意愿消費情況差異也顯著,經過乳酸和酒精發酵的全石榴汁易于被消費者接受。

不同發酵劑復配對全石榴發酵汁抗氧化性、pH、酒精生成量的影響不同,為研究帶皮、帶籽發酵石榴飲料、石榴果酒、石榴酒以及發酵石榴功能性成分提供了科學依據,為進一步闡明多菌種復配發酵機理、優化生產工藝、研發新產品有一定的實際意義。

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Effectsofvatstartersonthequalityofpomegranatefermentedjuice

GUXiao-lu1,MAYuan1,*,GENGFu-neng2,CHEZhen-ming1,XUJuan2,LUOMing1,LIULiu3,ZHANGJin-sen1,WANGXiao-min1,HESi-long1

(1.College of Food and Biological Engineering,Xihua University,Chengdu 610039,China;2.Sichuan Xichang Guoguoguoye Co. Ltd.,Chengdu 610031,China;3.Innovative Entrepreneurship Institute,Xihua University,Chengdu 610039,China)

To explore the effect of compound vat starters on the quality of pomegranate juice including total phenols content,ascorbic acid content,titratable acid content,soluble solids content,alcohol content,DPPH radical scavenging rate,pH and sensory analysis in different fermentation time,pomegranate peels and seeds was regarded as raw materials to be fermented withLactobacillusplantarum,LactobacillusacidophilusandSaccharomycescerevisiae. The results showed that vat starters especiallyLactobacillusplantarum,Lactobacillusacidophiluscould maintain the total phenols content,ascorbic acid content and DPPH radical scavenging rate of pomegranate fermented juice at 5.0 mg/mL,0.075 mg/mL and 70%. Moreover titratable acid content increased to 8.4 mg/mL withLactobacillusplantarum,Lactobacillusacidophilus.Vat starters,especiallyLactobacillusacidophilusandS.cerevisiae,accelerated the alcoholic fermentation and improved the utilization ratio of soluble solids,alcohol production rate,and alcohol,which reached 7.9%. Conclusion:Lactobacillusplantarum,Lactobacillusacidophiluscan effectively reduce the DPPH radical scavenging rate loss while titratable acid content,LactobacillusacidophilusandS.cerevisiaecan increase alcohol content.

pomegranate juice;fermentation;Lactobacillusplantarum;Lactobacillusacidophilus;S.cerevisiae

2017-03-22

古小露(1992-),女,碩士研究生,研究方向:農產品加工與貯藏,E-mail:xiaolugu@yeah.net。

*通訊作者:馬嫄(1978-),女,碩士,副教授,研究方向:農產品貯藏與加工,E-mail:myyuanma@126.com。

食品科學四川省重點學科建設項目(SZD0803-09-1)。

TS255.4

:A

:1002-0306(2017)17-0105-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.021