5 種乳酸菌對庫車小白杏發酵液理化性質及感官評價的影響

白 琳，茹先古麗·買買提依明，王旭光，徐兵潔，阿不都烏甫爾·若孜，艾合買提江·艾海提

（新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046）

杏（Prunus armeniaca）為落葉小喬木，是薔薇科（Rosaeeae）李亞科杏屬（ArmeriacaMill）植物[1]。此外，杏子還富含人體必需的礦物質和營養物質[2]，例如鉀、磷、鈣、VA、VC等[3]。本實驗使用的小白杏來自新疆庫車縣，是新疆著名的杏品種之一，由于庫車獨特的地理環境，庫車小白杏皮薄而多汁、果肉香、風味獨特[4]。由于杏的成熟時間短、易于發生微生物腐爛，因而很難長時間保存。為了提高庫車小白杏的經濟效益，加工方法及新的相應產品有待開發。

乳酸菌可以采用碳水化合物產生乳酸[5]，乳酸發酵在世界上具有悠久的歷史[6]，比如：通過乳酸菌發酵原料制作酸奶、奶酪、韓國泡菜及一些保健品等[7-9]。此外，在水果和蔬菜中添加乳酸菌進行發酵還可以改善果汁風味[10-11]。發酵過程中總可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量及pH值的變化是乳酸發酵效率的重要指標[12]。此外，乳酸菌濃度也代表菌種在發酵液中的發酵速度。戊糖片球菌可以抑制食源性致病菌，調節腸道免疫功能，還可以用于水果和蔬菜的發酵[13]。羅伊式乳桿菌對腸黏膜具有很強的黏附力，可以通過改善腸道菌群的分布預防腸道疾病[14]。鼠李糖乳桿菌對酸具有高度耐酸性，可以清理毒素，增強人體免疫力[15]。植物乳桿菌經常被用于發酵各種蔬菜、肉類、乳制品、葡萄酒等食品[16]。嗜酸乳桿菌具有體外降膽固醇降甘油三酯的功能并且具有高度耐酸性[17]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是清除超氧陰離子自由基的金屬酶，同時也有抗毒、延緩衰老、預防腫瘤和減輕炎癥的功效[18]。本實驗的產品終將走向市場，因此感官評價尤為重要。

發酵可以延長水果和蔬菜的保質期[19]，還可以提高產品的風味及營養價值，因此可以用作食品保鮮的方法。水果和蔬菜發酵產品很多，但市場上很少有杏子發酵飲料。因此，本實驗采用5 種乳酸菌進行杏子飲料發酵。通過比較5 種菌種在發酵過程中的菌濃度、pH值、TSS含量、SOD活性等理化特性和感官評價篩選出有效發酵庫車小白杏的菌種，探討5 種菌種在發酵過程中對庫車小白杏發酵液理化性質和感官評價的影響。旨在為生產庫車小白杏產品混合發酵菌種的選擇提供理論依據，延長庫車小白杏的貯存期，輔助提升庫車小白杏產業的經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

庫車小白杏 市購。

乙醇、沒食子酸、福林酚、碳酸鈉、冰乙酸（均為分析純） 天津市盛奧化學試劑有限公司；MRS肉湯培養基 北京奧博星生物技術有限公司；植物乳桿菌bio-52467、羅伊式乳桿菌bio-53258、鼠李糖乳桿菌bio-52962、戊糖片球菌bio-67860、嗜酸乳桿菌bio-53058中國微生物菌種保藏中心；果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶 諾維信（中國）生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

DHP-9052電熱恒溫培養箱 上海齊欣科學儀器有限公司；FA 1004分析天平 上海越平科學儀器有限公司；Sorvall ST8離心機 美國賽默飛有限公司；PHS-3C酸度計 上海杲森儀器設備有限公司；手持式糖度計（量程0%～32%） 上海力辰儀器科技有限公司；721G可見分光光度計、手持式壓力蒸汽滅菌鍋、MD-767高端破碎料理機 莞市德立斯電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種培養

將乳酸菌凍干粉溶解在30 mL的MRS肉湯培養基中，于37 ℃活化，直到培養基中的菌濃度達到8.00～9.00（lg（CFU/mL））。然后將活化后的菌種進一步培養至2～3代后用于接種。

1.3.2 庫車小白杏的發酵流程

將庫車小白杏清洗后去核打漿。加入果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶酶解3 h，酶的總添加量為3.5%，添加果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶比例為2∶1∶1（V/V）。酶解后于37 ℃將5 種乳酸菌分裝到5 個1 000 mL的三角瓶中，庫車小白杏中的乳酸菌最終菌濃度為2×106CFU/mL，用棉花將瓶口塞緊并靜態厭氧發酵48 h。

1.3.3 菌種生長情況分析

每隔4 h使用血球計數法對發酵液的菌濃度進行計數。

1.3.4 發酵效率指標的檢測

1.3.4.1 pH值測定

采用臺式pH計進行測定。參考GB 10468—1989《水果和蔬菜產品pH值的測定方法》[20]。在玻璃或塑料容器中加入樣品處理液，使其容量足夠浸沒電極，用pH值測定裝置測定處理液并記錄pH值，精確至0.02單位。同一制備樣品至少進行兩次測定。

1.3.4.2 TSS含量的檢測

采用手持糖度計檢測。將糖度計測試區擦拭干凈后，用蒸餾水調零。接著用玻璃棒沾取滴入測試區對光讀數。

1.3.4.3 SOD活性的檢測

采用SOD活性檢測試劑盒進行檢測。根據試劑盒檢測方法，將藍莓汁發酵液在4 ℃、4 000 r/min離心15 min，取上清液進行測定。將取得的上清液用0.1 mol/L pH 7.0～7.4的磷酸緩沖液稀釋成不同濃度進行最佳取樣量的摸索。最后按照操作表進行實驗。所有操作均重復3 次。

1.3.5 感官評價

采用定量描述分析法對5 種乳酸菌發酵的發酵液進行感官評估。所有樣品的評估環境及評估過程一致，同時準備澄清的礦泉水用于漱口及清理容器。首先，建立視覺、嗅覺、味覺共3 個方面的描述符。然后，感官評價員采用九分制對描述符的強度進行評估。評估后，計算每個描述符的相對頻數（F）、相對強度（I）、幾何平均值（geometrical mean，GM）。

式中：I為評估者對一個描述符給出的強度除以該描述符的最大可能強度之和；F為描述符被提及的次數除以能夠被提及的次數。

1.4 數據處理

使用SPSS 24.0對數據進行多范圍ANOVA和Duncan分析，P＜0.05，差異顯著。并將結果表示為。使用Prism 8.0.2和Excel 2016進行作圖。所有測試和分析均重復3 次。

2 結果與分析

2.1 發酵液菌種生長情況分析

從表1、2可以看出，發酵液中的活菌數在發酵前后具有顯著差異，發酵后的活菌數量增加，并基本保持6.00～10.00（lg（CFU/mL））。其中，嗜酸乳桿菌的菌濃度在發酵48 h結束后達到9.95（lg（CFU/mL）），而菌濃度最低的鼠李糖乳桿菌，僅為6.66（lg（CFU/mL）），其余3 種基本保持在7.00～9.00（lg（CFU/mL））。在發酵結束后，除了嗜酸乳桿菌，其余4 種菌種的濃度與發酵24 h相比都明顯下降。此現象類似于Oh等[21]發現的菌濃度趨勢。如圖1所示，嗜酸乳桿菌在發酵24 h后菌濃度依舊呈現上升趨勢是由于其在高酸性環境中依舊具有較強的生命力，其余4 種乳酸菌在發酵到24 h后的菌濃度均呈下降趨勢，其可能原因為24 h后發酵液中的高酸環境會阻礙某些菌種繼續生長；其另一可能原因為發酵液在發酵將要結束后期的營養物質被消耗殆盡，菌種繁殖速度下降從而導致活菌數量減少。圖1的菌濃度隨時間的變化趨勢符合Oh等[21]發現添加的菌種不同，菌濃度減少的時間拐點也不同的結論。因此，發酵液環境和營養物可能會影響微生物的生長。結果表明，嗜酸乳桿菌在混合發酵過程中可以加速發酵。細菌的生存能力是研究功能性食品的重要因素[22]，因此仍然需要進一步研究如何維持發酵過程中存活細菌的數量穩定，并在此基礎上開發出有益于人體健康的功能性食品。

圖1 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液菌濃度的變化Fig. 1 Changes in bacterial cell density of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

表1 5 種乳酸菌發酵24 h的庫車小白杏發酵液理化性質Table 1 Physicochemical properties of white apricot juice fermented by five different lactic acid bacteria for 24 h

2.2 發酵液pH值

從表2可以看出，5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏酵發酵液的pH值無顯著差異。鼠李糖乳桿菌和植物乳桿菌分別發酵的庫車小白杏發酵液pH值與發酵前相比略有下降，原因為發酵過程產生蘋果酸、乙酸、乳酸等有機酸，從而導致pH值下降[23]。如圖2所示，在24 h內的發酵前期，5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液pH值逐漸升高，原因如下：乳酸菌先將蘋果酸作為碳源進行發酵，而發酵到24 h后，蘋果酸被耗盡才開始采用糖作為碳源進行發酵，因而pH值呈現先上升后下降的趨勢。此現象與Markkinen等[24]發現黑苦莓和沙棘汁的pH值變化趨勢基本一致。

表2 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液在48 h發酵期結束后的理化性質Table 2 Physicochemical properties of small white apricot juice after 48 h fermentation by five different lactic acid bacteria

圖2 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液pH值的變化Fig. 2 Changes in pH of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.3 發酵液TSS含量分析

庫車小白杏發酵液的初始TSS含量為15.5 °Brix，由于菌株在發酵過程中需消耗糖，因此將初始TSS含量調整為18.0 °Brix。從表2可以看出，5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液的TSS含量在發酵前后具有顯著差異。在發酵過程中，TSS含量的降低主要是由于乳酸菌采用碳水化合物產生乳酸，有利于乳酸菌的生長和代謝[25]。如圖3所示，整個發酵過程中，嗜酸乳桿菌的TSS含量下降了1.38 °Brix，下降幅度最大，原因可能為該菌更適應高酸環境，從而具有良好代謝能力。羅伊氏乳桿菌的TSS含量下降了1.13 °Brix，下降幅度僅次于嗜酸乳桿菌，表明這2 種菌可以更快地消耗碳源從而加快發酵速度。因此，混合發酵時，可優先考慮使用羅伊氏乳桿菌和嗜酸乳桿菌。

圖3 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液TSS含量的變化Fig. 3 Changes in TSS content of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.4 發酵液SOD活性分析

乳酸菌發酵液含有的SOD可清除羥自由基、超氧陰離子自由基和活性氧，因此具備良好的抗氧化能力，其保護細胞的功效與細胞防御系統中過氧化氫酶發揮的抗氧化作用類似[26]。如表2所示，5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液SOD活性均發生了顯著變化。發酵48 h結束后，植物乳桿菌發酵的庫車小白杏發酵液中的SOD活性最高，達到了275.87 U/g，而鼠李糖乳桿菌發酵的庫車小白杏發酵液的SOD活性最低，僅為109.08 U/g。如圖4所示，48 h的發酵時間內，5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液中SOD活性變化趨勢基本呈S形。除了鼠李糖桿菌外，發酵到第24小時，SOD活性最大，然后活性開始先下降后增強，直到第48小時活性增長到最大值。此現象可能是由于乳酸菌在發酵初期以蘋果酸作為碳源，發酵液中的SOD活性緩慢上升，并在發酵第24小時的活性增長到最大值。當蘋果酸逐漸被消耗時，發酵速度減慢，SOD活性開始下降。當菌種開始以糖作為碳源發酵時，SOD活性開始上升，直到第48小時活性增長到最大值。SOD活性越高，發酵液的抗氧化能力越強，反之亦然[27]。

圖4 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液SOD活性的變化Fig. 4 Changes in SOD activity of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria

2.5 感官評價分析

為了保障產品在市場中能夠被消費者廣泛接受，因此實驗對發酵液進行了感官評價。從視覺、嗅覺和味覺共3 個方面對庫車小白杏發酵液進行評分。將5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏分別命名為A、B、C、D、E，分別計算其I、F、GM，結果如表3所示，5 種庫車小白杏發酵液嗅覺的香味評分最高的分別是：A為酸（GM=79%）、B為杏香味（GM=82%）、C為酸（GM=80%）、D為杏香味（GM=91%）、E為酸（GM=77%），因此5 種庫車小白杏發酵液的主要嗅覺特征是酸味和杏香味。為了更直觀地比較5 種庫車小白杏發酵液的味覺特征，用6 個主要描述特征作出雷達圖如圖5F所示，總體感官得分的GM最高的2 個樣本為A和B，而C樣本總體感官得分的GM最低。因此，從味覺角度評估5 種庫車小白杏發酵液，A和B的感官得分最高，更容易滿足消費者。5 種不同的乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液的質感、澄清、酸等主要感官特征如圖5所示。使用XLSTAT統計分析軟件對A、B、C、D、E進行主成分分析（principal component analysis，PCA）[28]。如圖6所示，由于PC1、PC2和PC3共3 個主要成分的總方差和為91.25%，其高于85%，綜合表達了樣品感官組成的大部分信息，同時也反映了原始變量信息。圖6反映了每個樣品的相對位置及其與感官描述符的相關性。其中，樣品A的特征是香醇味、酸味、質感、澄清、杏香味、黃色和持久性。樣品B的特性為澄清、黃色、質感、杏香味、香醇味和酸味。樣品C的特征是特殊感、澄清、黃色、杏香味、酸味和澀味。杏香味、黃色、特殊感、澄清和持久性在樣品D中表現強烈。特殊感、質感、黃、澄清、亮、香醇味、酸味、杏香味和持久性在樣品E中表現出色。

圖5 主要描述符GM值獲得的庫車小白杏5 種發酵液雷達圖及其感官評價對比Fig. 5 Radar charts showing GM values of major sensory descriptors of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria and comparative sensory evaluation

圖6 主要描述符GM值獲得的庫車小白杏5 種發酵液PCA圖Fig. 6 PCA plots for GM values of major sensory descriptors of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria

表3 5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液描述符的I、F、GMTable 3 Relative intensity (I), relative frequency (F) and geometrical mean (GM) value for sensory descriptors of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria

3 結 論

實驗通過比較5 種乳酸菌發酵的庫車小白杏發酵液在發酵過程中理化特性的變化，并結合感官評價，篩選出適合發酵庫車小白杏的菌種。在理化性質和感官評價等方面，戊糖片球菌是最適合發酵庫車小白杏的菌種，其發酵的庫車小白杏發酵液SOD活性高達252.63 U/g，活菌數達到8.07 （lg（CFU/mL）），TSS降至17.1 °Brix，感官評價最佳，因此戊糖片球菌發酵的產品具有理想的抗氧化性和消費者接受度。植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌是僅次于戊糖片球菌的發酵菌種。本實驗為混合發酵庫車小白杏提供了菌種選擇的理論依據，提高了貯藏期較短的庫車小白杏產品的利用價值，為發揮庫車小白杏的商業價值助力。