豆腐黃漿水發酵階段產物抗氧化成分和色澤變化

陳思雨，梁鑫，雷鈺，孔倩倩，萬欣，張寶善,2*

1(陜西師范大學 食品工程與營養科學學院，陜西 西安，710119)2(陜西省果蔬深加工工程技術研究中心，陜西 西安，710119)

豆腐黃漿水是豆腐等傳統豆制品制作過程中的主要副產物,富含大量的功能性物質，如乳清蛋白、低聚糖、皂甙和異黃酮等，但大部分都被當做工業廢水直接排放，既浪費資源，又污染生態環境[1-2]。目前有很多利用豆腐黃漿水的新思路和探索。張瑞等[3]通過脫腥、酶解等方式研究出用黃漿水配制醬油的新工藝；張清等[4]以黃漿水為原料發酵黃酒，為黃漿水的資源化利用提供了新的途徑；喬明武等[5]通過使用黃漿水優化確定了幾種有機酸的發酵方法；王謙等[6]確定了以黃漿水為原料的白靈菇液體菌種的最佳培養基配方；鄧麗華等[7]利用豆腐黃漿水生產食醋,為生產優質低能耗的食醋提供新工藝技術；筆者前期也對豆腐黃漿水發酵制醋工藝進行了研究，確定了黃漿水中富含酚類化合物。酚類化合物是具有至少1個芳香環且環上連接1個或多個羥基的物質，具有抗增殖和抗腫瘤等生物活性，是良好的功能性成分[8]。在食品加工和貯藏過程中，由于氧氣、溫度等因素影響，酚類物質結構容易發生改變，失去抗氧化活性[1]。GEORGé等[9]研究發現熱加工可以使番茄中總酚和VC的質量分數顯著降低；ORDEZSANTOS等[10]研究發現超聲處理可以提高燈籠果中總酚的利用率。以上試驗表明不同因素的加工處理方法，均會對食品中酚類物質的穩定性產生影響。因此，如何防止酚類物質的氧化和降解，是黃漿水酒液、醋液的開發和應用的重要方向。

本試驗將通過對豆腐黃漿水和發酵制成的黃漿水酒液、黃漿水醋液進行熱處理、金屬離子處理和光照處理，以總酚、總黃酮和色差值為指標，研究豆腐黃漿水發酵食醋各階段產物中功能成分和色澤的變化規律，為功能型酒液和醋液的開發與研制打下良好基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗原料

豆腐黃漿水，采集于陜西師范大學后勤加工廠；

黃漿水酒液，取豆腐黃漿水，酵母菌接種量為3%，在32 ℃條件下培養，初始蔗糖質量分數為11%，放置培養箱中發酵7 d。所制得酒液酒精度在7.8%vol～8%vol。

黃漿水醋液，取黃漿水酒液，調整初始酒精度為8%vol，初始酸度為1.9 g/100mL，醋酸菌接種量為8%，在30 ℃下放置培養箱中發酵7 d。所制得醋液酸度在5.8～5.9 g/100mL。

1.1.2 發酵菌種

酵母菌：活性干酵母(Rattusnorvegicus)，湖北安琪酵母股份有限公司；

醋酸菌：巴氏醋酸桿菌(Corynebacteriumpasteurianus)AS1.41，中國普通微生物菌種保藏管理中心，于陜西師范大學食品學院發酵實驗室保存。

1.1.3 主要試劑

沒食子酸標準品、抗壞血酸標準品，Sigma-Aldrich公司；CuSO4、CaCl2、MgSO4、FeCl3、Na2SO4、乙酸乙酯等，成都市科龍化工試劑廠；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-1F超凈工作臺，上海躍進醫療器械廠；GSP-9080MBE隔水式恒溫培養箱，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；sph900手持式色差儀、HY-UV003電光源固化機，青島聚創環保集團有限公司；UV752 N型紫外可見分光光度計，青島智匯谷信息技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌種的活化與培養

酵母菌的活化：活性干酵母接入無菌水中，35 ℃下靜置20 min。

醋酸菌活化培養基制備[11-12]：1%(質量分數)酵母浸膏，1%(質量分數)葡萄糖，1.5%(質量分數)CaCO3，調節pH值為6.0，滅菌后冷卻至60 ℃以下，加入2% (體積分數)無水乙醇。

醋酸菌種子制備及擴大培養的活化[13-14]：挑出醋酸菌保藏斜面上的菌體活化，鏡檢無雜菌。后進行液態1級擴大培養、2級擴大培養。

1.3.2 黃漿水酒液、黃漿水醋液的制備

黃漿水酒液、醋液制備工藝流程如下：

1.3.3 黃漿水發酵制醋階段產物中抗氧化成分測定

在室溫條件下取未處理的豆腐黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液各100 mL，按照1.3.7各理化指標測定其含量，并將其含量作為各處理的初始值。

1.3.4 熱處理

熱處理是酒液、醋液加工和貯藏過程中最常用的方式之一[15]，其可能導致酚類組合物的復雜物理和化學反應，包括水溶性酚類的浸出、酚醛鍵合形式的酚類釋放、酚類的分解和轉化，以及美拉德反應產物的形成[1]。根據前期預試驗效果，確定了熱處理條件的研究范圍。對黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液分別在50、70、90 ℃進行熱處理，每隔15 min吸取樣品測定其總酚含量、總黃酮含量和色差值，持續加熱45 min。

1.3.5 金屬離子處理

酒和醋在實際加工和貯藏過程中可能會接觸到不同種類的金屬離子，對發酵液中抗氧化成分和色澤產生不同程度的影響。取不同濃度(5、15、25 mmol/L)的金屬離子溶液(Cu2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+、Na+)，分別加入到黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中，使之避光放置30 min，測定其總酚含量、總黃酮含量和色差值。

1.3.6 光照處理

將黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液分別置于不同光照條件下(太陽光照射、紫外燈照射、室內避光)，每隔1 h取樣，測定其總酚含量、總黃酮含量和色差值。太陽光照射：西安夏季6月，平均光照強度15.822 lx；紫外光照射：波長365 nm，照射距離35 mm,光照強度為1 500 mW/cm2。

1.3.7 測定方法

1.3.7.1 總酚的測定

福林酚測定法[16]，以吸光值為縱坐標，沒食子酸濃度為橫坐標，建立標準曲線，得到回歸方程為y=0.749 9+0.647 5x(R2=0.994 1)，相關系數為0.994 1。

1.3.7.2 總黃酮的測定

亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法[16]，以蘆丁濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標，建立標準曲線，得到回歸方程為y=0.59x+ 0.015 2(R2=0.996 9)，相關系數為0.996 9。

1.3.7.3 色差值的測定

室溫下黑板調零，以標準白板作為標準。將處理好的樣品取2 mL于色差儀鏡頭前，記錄L*、a*、b*值，并通過公式(1)計算色差值ΔE[17]。

(1)

1.3.8 數據統計與處理

本試驗利用Excel 2010和DPS 7.5對試驗數據進行分析，試驗重復測定3次，結果用平均值±標準偏差表示。采用Duncan新復極差分析法，P<0.05為顯著相關，P<0.01為極顯著相關。

2 結果與分析

2.1 黃漿水發酵制醋階段產物抗氧化成分含量和色值的變化

表1是黃漿水發酵制醋不同階段產物中抗氧化成分和色差值比較。在發酵過程中黃漿水的酚類物質在定性和定量上發生了變化。其中總酚、總黃酮含量持續升高，這可能是由于黃漿水和黃漿水酒液中存在沉渣，在發酵過程中由于酸堿度的變化及微生物分泌的酶，使結合態的總酚、總黃酮分解溶出[18-19]，且黃漿水總酚和總黃酮含量分別為230.52和66.12 mg/100mL。色澤是評價產品品質的重要指標[20]，L*值越大亮度越大；a*值表示有色物質的紅綠偏向；b*值表示有色物質的黃藍偏向，ΔE越大表示樣品的顏色變化就越大。與黃漿水相比，黃漿水酒液的L*下降了3.36，a*升高了0.16，b*升高了2.48，色差值ΔE下降了4.27，黃漿水醋液的的L*下降了9.02，a*升高了2.66，b*升高了12.89，色差值ΔE上升了6.01，可以看出在發酵過程中發酵液的亮度隨著發酵逐漸變?。患t黃色值變大，且黃色值的變化更加明顯。從實際外觀上也可看出，酒液和醋液為金黃色且色澤透亮。

表1 黃漿水發酵制醋不同階段產物中抗氧化成分和色差值比較Table 1 Comparison of antioxidant components and color difference values in different stages of vinegar production by tofu effluent

2.2 不同處理方式對黃漿水發酵食醋各階段產物中抗氧化成分的影響

2.2.1 總酚含量變化

2.2.1.1 熱處理影響

圖1為熱處理對黃漿水發酵食醋各階段產物中總酚的影響，隨著熱處理時間的延長，3種發酵液的總酚含量均呈下降態勢，即總酚損失越嚴重。當熱處理時間相同時，熱處理溫度越高，發酵液的總酚含量也越少。這是由于酚類物質的熱穩定性較差、受熱易分解，且熱處理能夠破壞分子之間的相互作用，促使酚類物質聚合物降解,顯著降低總酚含量[21]。當處理溫度為50 ℃，熱處理時間為15 min時，3種發酵液的總酚保留率最高，分別為85.83%、87.83%和80.08%；當處理溫度為90 ℃，熱處理時間為45 min時，3種發酵液的總酚損失率最高，分別為63.20%、56.88%和54.10%。綜上所述，對黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中的總酚在低溫條件下相對穩定，對三者進行熱處理會導致發酵液總酚損失，且熱處理時間越長、熱處理溫度越高，損失越嚴重。所以在發酵過程中應控制溫度的變化，減少總酚的損失。

2.2.1.2 金屬離子影響

圖2為金屬離子對黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中總酚含量的影響。Na+、Mg2+和Ca2+對發酵液中的總酚含量影響不大，在離子濃度為25 mmol/mL處理發酵液后，3種發酵液的總酚保留率均在70%以上；相反，Fe3+和Cu2+導致發酵液中的總酚損失較重，特別是Fe3+對黃漿水酒液和黃漿水醋液造成的總酚損失極大，總酚保留率分別為15.41%和21.26%。這可能是源于2個原因：一方面金屬離子與酚類物質發生絡合反應形成絡合物導致沉淀；另外金屬離子也會導致酚類物質被氧化，使其結構發生變化。所以被金屬離子處理之后酚類物質遭到嚴重損失，這是發酵液中的金屬離子和有關酶以及酚類物質自身氧化共同作用的結果[22]。綜上所述，不同金屬離子均會造成黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中總酚的損失，其中Fe3+和Cu2+對多酚影響最顯著，且離子濃度越高，總酚損失越嚴重。因此在發酵過程中應避免金屬離子的污染。

2.2.1.3 光照影響

不同光照條件對黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中總酚的影響如圖3所示。其中太陽光對發酵液中總酚的損壞最為明顯，且光照6 h后，黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液中的損失率分別為97.53%、96.3%和83.54%；相反，在室內避光條件下，發酵液中總酚的穩定性更強。這可能是由于酚類物質化學結構上有2-苯基苯并吡喃陽離子存在，會促進光對酚類物質的破壞[23]。且酚類物質屬于抗氧化成分，其含量下降可能是由于發生了氧化反應。在避光6 h后，3種發酵液的總酚保留率均達到75%以上。綜上所述，3種發酵液長時間暴露在不同光源下，總酚含量均有不同程度的下降，其中太陽光造成其損失量最多，其次為紫外光，避光。因此黃漿水醋液在發酵和貯藏過程中應在避光的條件下進行。

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒液;c-黃漿水醋液圖1 熱處理對黃漿水發酵食醋各階段產物中總酚的影響Fig.1 Effect of heat treatment on total phenols in products of vinegar fermented with tofu effluent in various stages

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒液;c-黃漿水醋液圖2 金屬離子對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總酚的影響Fig.2 Effect of metal ions on total phenols in products of vinegar fermented with tofu effluent in various stages

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒;c;黃漿水醋液圖3 光照對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總酚的影響Fig.3 Effects of light on the total phenols in the products of vinegar fermented with tofu effluent in various stages

2.2.2 總黃酮含量變化

2.2.2.1 熱處理影響

黃酮類化合物對光照、pH和溫度等多種因素不穩定，尤其對溫度較為敏感[1]，圖4是熱處理對黃漿水發酵食醋各階段產物中總黃酮的影響。3種發酵液在50 ℃ 處理后的總黃酮含量顯著高于在70和90 ℃處理下的發酵液，表明總黃酮在低溫條件下的穩定性更好，不易被降解出。這是因為加熱促使黃酮分解，產生了更多的酚羥基，這與他人在研究荷葉、蘋果果皮、假酸漿、苦蕎中黃酮類物質受熱變化中得到的結論是一致的[24]。在加熱溫度為50 ℃、加熱時間為15 min時，3種發酵液的總黃酮保留率最高，分別為90.21%、85.92%和90.00%。在加熱溫度為90 ℃、加熱時間為45 min時，3種發酵液的總黃酮損失率最高，分別為85.31%、78.75%和81.28%。綜上所述，黃酮類化合物不穩定，易在高溫下發生降解損失，所以在黃漿水發酵過程中，要控制生產環境溫度的改變，以免影響黃酮類化合物的穩定性，致使總黃酮含量的損失。

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒;c-黃漿水醋液圖4 熱處理對黃漿水發酵食醋各階段產物中總黃酮的影響Fig.4 Effect of heat treatment on the total flavonoids in the products of vinegar fermented with tofu effluent in various stages

2.2.2.2 金屬離子影響

金屬離子對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總黃酮的影響如圖5所示，可以發現金屬離子濃度越大，發酵液中總黃酮含量越少，可以表明金屬離子對總黃酮的穩定性有破化作用。另外，Na+、Mg2+和Ca2+對發酵液中的總黃酮含量影響不大，在離子濃度為25 mmol/mL處理發酵液后，黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液的總黃酮保留率為72%以上。相反，Cu2+和Fe3+對總黃酮含量的變化有顯著影響(P<0.05)，這可能是由于Cu2+和Fe3+的氧化能力較高，易發生螯合作用，與黃酮的鄰二酚羥基形成絡合物，導致總黃酮含量損失更明顯[24-25]。綜上所述，不同金屬離子均會造成發酵液總黃酮的損失，其中Cu2+和Fe3+對總黃酮影響最顯著，且離子濃度越高，總黃酮損失越嚴重。所以，在豆腐黃漿水的生產開發應用中，應當盡量避免與這類金屬離子接觸。

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒液;c-黃漿水醋液圖5 金屬離子對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總黃酮的影響Fig.5 Effects of metal ions on the total flavonoids in the products of vinegar fermented with tofu effluent in various stages

2.2.2.3 光照影響

圖6是不同光照條件對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總黃酮含量的影響。不同光照條件對3種發酵液中的總黃酮含量有不同的影響，且光照時間越長，總黃酮損失越嚴重。因為黃酮也屬于抗氧化成分，其含量下降可能是由于樣品中的溶解氧在光照條件下加快形成氧自由基而使黃酮發生氧化，并最終使它們降解[20]。太陽光處理使3種液體的總黃酮含量發生了顯著性變化(P<0.05)，當處理6 h后，3種發酵液中總黃酮的損失率達到了90%以上；而紫外光影響較小，光照6 h后3種液體的總黃酮損失率均在60%以下。在室內避光條件下，3種液體的總黃酮損失最少。綜上所述，不同光源造成黃漿水醋液總黃酮損失量最大，其次是黃漿水。因此黃漿水醋液在發酵和貯藏過程中應在避光的條件下進行。

a-豆腐黃漿水;b-黃漿水酒液;c-黃漿水醋液圖6 光照對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物中總黃酮的影響Fig.6 Effects of light on total flavonoids in products of vinegar fermented with tofu effluent in variouss tages

2.3 不同處理方式對黃漿水發酵食醋過程中色澤的影響

2.3.1 熱處理影響

表2是不同時間、不同溫度的熱處理對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物色澤的影響。通過比較3種發酵液色值的變化程度可知，不同條件下的熱處理會使3種發酵液的亮度值和紅黃值都發生了顯著性變化(P<0.05)，且在高溫下長時間處理后黃漿水色澤變化受溫度影響最顯著。這可能是由于在熱處理前期，黃漿水的溶氧量升高促使一些酶類物質加快了酚類物質轉化成醌，接著進一步氧化形成了深色物質[26-27]。隨著熱處理溫度的增高和熱處理時間的增加，3種液體的L*在減??；且對于黃漿水的a*和b*逐漸減小，黃漿水酒液和黃漿水醋液的a*和b*逐漸變大，可見熱處理方式確實可以影響發酵液的色澤變化。根據發酵液的實際顏色觀察也可驗證，在熱處理條件下，黃漿水酒液和黃漿水醋液的顏色會變得更深且渾濁。因此，在豆腐黃漿水發酵過程中，要注意控制環境溫度的變化，以免其對產品的品質產生不利影響。

2.3.2 金屬離子影響

不同金屬離子對黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液的色澤變化影響如表3所示，隨著5種金屬離子的濃度增加，3種液體的L*都逐漸變小，且Fe3+對L*的變化影響顯著(P<0.05)，而其余4種金屬離子對其變化影響不顯著(P>0.05)。且隨著金屬離子濃度的增加，黃漿水的a*和b*都隨之減小；對于黃漿水酒液而言，Fe3+濃度的增加使a*和b*逐漸增大；其余4種金屬離子使酒液a*和b*逐漸減小。其原因或許是Fe3+會使發酵液中的酚酸和氨基化合物或羰基化合物之間發生化學反應，生成類黑色素物質，且Fe3+氧化能力較強，會氧化抗氧化性物質從而產生促褐變產物，如 Fe3+與黃酮中的鄰二羥基發生絡合顯色，形成了有色配位物[28-29]。而黃漿水醋液a*和b*的變化呈相反趨勢，醋液的a*變大，b*逐漸減小，即醋液的紅色度增強，黃色度減弱。因此在黃漿水醋液生產和貯存過程中要避免環境和器材中金屬離子的污染，以免其對產品質量產生不良影響。

2.3.3 光照影響

表4是不同方式和不同時間光照處理對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物色澤的影響。在黃漿水中，隨著光照時間的增加，L*、a*、b*均呈現減小趨勢；在黃漿水酒液中，光照時間越長，L*越小，a*和b*越大；在黃漿水醋液中，L*和b*隨著光照時間的增加而減小，而a*隨其增大。這是因為酚類物質作為發酵液中的呈色物質，光照會加快其降解反應速率。且酚類物質結構中含有多種性質不穩定的化學鍵和官能團，易受光照的影響發生氧化縮合反應，導致色澤發生顯著改變[30]。相比太陽光和紫外光條件，在室內避光條件下，色度值更加穩定。因此對于黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液的貯藏條件而言，選擇黑暗避光環境下短期貯藏更加合理，在生產過程中應注意避光操作，以免造成其色澤發生改變從而影響產品品質。

3 結論

本試驗以豆腐黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液為原料，對其進行熱處理、金屬離子處理和光照處理，對總酚、總黃酮和色澤進行比較分析。結果表明熱處理會造成發酵液中總酚和總黃酮的損失，且溫度越高、時間越長，損失越嚴重；5種金屬離子溶液會使發酵液中的總酚和總黃酮減少，且Fe3+對其影響更加顯著；在光照條件下，發酵液中總酚和總黃酮有不同程度的損失，在室內避光條件下穩定性較強；經不同條件處理后，豆腐黃漿水、黃漿水酒液和黃漿水醋液的色澤也會發生不同程度的改變。這些研究對提升黃漿水的加工理論，認識豆腐黃漿水發酵產品的功能性和擴大豆腐黃漿水綜合利用具有重要指導意義。

表2 熱處理對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物色澤的影響Table 2 Effect of heat treatment on the color of product fermented with tofu effluent in various stages during vinegar fermentation

表3 金屬離子對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物色澤的影響Table 3 Effect of metal ions on the color of product fermented with tofu effluent in various stages during vinegar fermentation

表4 光照對黃漿水發酵食醋各發酵階段產物色澤的影響Table 4 Effect of light on the color of product fermented with tofu effluent in various stages during vinegar fermentation