葡萄酵素的制作工藝以及功效的研究進(jìn)展

高昕瑜，劉 峰，董書(shū)含，郭亦莊，趙善廷

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712100）

葡萄有“水果之神”的稱號(hào)，世界各地葡萄的種植發(fā)展史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，種植范圍遍布于全國(guó)各大地區(qū)。目前，我國(guó)葡萄出口量在全球果品中約占1/4，而在全球的果品生產(chǎn)中，我國(guó)葡萄的生產(chǎn)和種植面積位居全球第一。葡萄粉碎后，果渣中富含的活性成分對(duì)提高人們的機(jī)體抗性、維護(hù)心腦血管、抗衰老等具有很大的功效。酵素是以一種或多種新鮮果蔬等為原料，添加有益微生物發(fā)酵而成的功能性微生物發(fā)酵產(chǎn)品，將葡萄做成酵素飲品，可以增加果渣的利用率和附加價(jià)值。本文對(duì)葡萄酵素的功效研究及其在食品方面的應(yīng)用展開(kāi)綜述，展望葡萄酵素產(chǎn)品的發(fā)展前景。

1 葡萄酵素的產(chǎn)品特性

葡萄酵素是以果汁及果渣為主要原材料，通過(guò)有益菌發(fā)酵而獲得的具有豐富營(yíng)養(yǎng)與健康功效的發(fā)酵功能食品。在發(fā)酵過(guò)程中，微生物利用原料中的養(yǎng)分完成生長(zhǎng)代謝，產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)，將葡萄發(fā)酵后形成葡萄酵素，其基質(zhì)中的多糖、維生素和花色苷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化為小分子活性產(chǎn)物，不僅能保持自然果香，還能提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)密度[1-3]。

經(jīng)過(guò)發(fā)酵還能賦予酵素水果特有的味道，使其滋味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和貨架期等各方面特性得以改善[2]。微生物可通過(guò)生長(zhǎng)和代謝作用在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中形成一定量的有機(jī)酸，為酵素提供獨(dú)特的功能與滋味[3]。洪厚勝等[4]通過(guò)研究，證明葡萄果渣發(fā)酵過(guò)程不僅保持了水果本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵過(guò)程不斷生成的活性產(chǎn)物也將相互融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。隨著研究的深入，學(xué)者發(fā)現(xiàn)多個(gè)菌株協(xié)同發(fā)酵與單個(gè)菌株發(fā)酵果蔬汁相比，能使發(fā)酵果蔬汁營(yíng)養(yǎng)成分更豐富，因此多菌種發(fā)酵將為未來(lái)果蔬發(fā)酵制品的研發(fā)提供新思路[5]。

2 葡萄酵素的生產(chǎn)工藝

葡萄屬于漿果類水果，是理想的酵素原材料[6]?，F(xiàn)階段對(duì)于葡萄酵素的生產(chǎn)工藝的研究，主要集中在發(fā)酵方式和發(fā)酵工藝的選擇與優(yōu)化兩個(gè)方面。按照發(fā)酵微生物類型和加工方式，酵素的發(fā)酵方式主要可以分成自然發(fā)酵和接種發(fā)酵，發(fā)酵方式的選擇對(duì)葡萄酵素生物活性有著一定的影響。

2.1 自然發(fā)酵

自然發(fā)酵是指利用自然界中的菌種或原料表面附著菌種進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程，發(fā)酵周期較長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量不可控，因此難以實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)[7]。葡萄的高糖環(huán)境促進(jìn)了其表面的野生酵母迅速繁殖，使酵母菌逐漸成為整個(gè)釀造系統(tǒng)的主要菌群，同時(shí)高糖環(huán)境又促進(jìn)了乳酸菌的形成。在乳酸菌階段，由于乳酸菌的增殖與其代謝降低了整個(gè)發(fā)酵體系的pH值，限制了其他微生物的生長(zhǎng)。此外，酵母的主要代謝反應(yīng)產(chǎn)物也是醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)物的主要底物，也促進(jìn)了醋酸菌的大規(guī)模增殖。

2.2 接種發(fā)酵

接種發(fā)酵是指根據(jù)原材料特點(diǎn)選擇合適的發(fā)酵菌種，將活化好的菌人工接種于原料中進(jìn)行培養(yǎng)。丁玉峰等[5]發(fā)現(xiàn)接種發(fā)酵可提高葡萄酵素特定酚類物質(zhì)的含量，提高酚類物質(zhì)的抗氧化活性。因此，接種發(fā)酵作為制備葡萄酵素的有效加工方式之一，可提升葡萄酵素的營(yíng)養(yǎng)以及功能性，為開(kāi)發(fā)功能性酵素產(chǎn)品提供依據(jù)。

2.3 發(fā)酵工藝的選擇與優(yōu)化

酵素的質(zhì)量與發(fā)酵菌種的選擇有著密切關(guān)系。葡萄酵素發(fā)酵時(shí)使用的微生物大多為乳酸菌和酵母菌，而丁玉峰等[6]以葡萄為主要原材料，經(jīng)過(guò)分析各種乳酸菌接種發(fā)酵釀造工藝中的乳酸菌特點(diǎn)、代謝物質(zhì)和繁殖情況篩選出最適宜葡萄酵素發(fā)酵的品種乳酸菌。此外，發(fā)酵條件的選擇也對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量有著極大的影響，對(duì)發(fā)酵工藝的技術(shù)條件進(jìn)行優(yōu)化，可進(jìn)一步深入研究工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)工藝條件，為未來(lái)發(fā)展發(fā)酵產(chǎn)業(yè)提供理論支撐。

3 葡萄酵素的活性成分及其功效

葡萄酵素采用新鮮葡萄經(jīng)微生物發(fā)酵而成，既包括原料自身的生物活性成分，又含有原料經(jīng)細(xì)菌轉(zhuǎn)化后得到的氨基酸、多糖和多酚等成分，因此具備多種生物活性成分。

3.1 活性成分

葡萄果實(shí)含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在微生物的作用下，將葡萄基質(zhì)中的葡萄糖、維生素、花色苷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿庸δ墚a(chǎn)物[7]，因此由葡萄發(fā)酵過(guò)程中形成的酵素具有大量的營(yíng)養(yǎng)和生物活性成分。同時(shí)，也有研究表明，葡萄籽提取物主要含有多酚類物質(zhì)和黃酮[8]。

3.2 生物活性功能

3.2.1 降脂減肥

腸道微生物群的不平衡可能會(huì)通過(guò)體內(nèi)協(xié)調(diào)機(jī)制導(dǎo)致肥胖以及相關(guān)代謝疾病。已有研究發(fā)現(xiàn)，天然產(chǎn)物可改變腸道菌群中與脂肪代謝相關(guān)的菌種豐度，改變?nèi)梭w腸道菌群的結(jié)構(gòu)，這將成為解決肥胖問(wèn)題的新方法[9]。研究表明果蔬發(fā)酵汁能起到減肥作用[10]。酵素代謝物質(zhì)中的脂肪酶是一種水解酶，為膳食中脂類消化的主要酶，其表達(dá)的變化也與肥胖癥等代謝病癥之間存在聯(lián)系?？茖W(xué)研究已證實(shí)，果蔬酵素內(nèi)含大量的脂肪酶類，起到降脂減肥的作用[11]。

3.2.2 抗氧化

食用適量葡萄酵素可增加血清抗氧化能力，達(dá)到抗氧化的目的，減少過(guò)氧化物的形成和血小板聚集，增強(qiáng)血流介導(dǎo)的血管舒張[11-13]。由葡萄制成的葡萄酵素富含大量花青素，花青素的抗氧化性能高于維生素C，尤其是對(duì)自由基的清理方面有著顯著作用[14-15]。而多酚類物質(zhì)在清除自由基的同時(shí)，也參與調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路[15]。丁玉峰等[6]經(jīng)體外模擬研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵過(guò)程中葡萄酵素抗氧化活性整體呈升高的趨勢(shì)，與葡萄汁相比，對(duì)DPPH等自由基的清除能力都有提升。

3.2.3 抑菌

酵素具有抑菌、消炎等功效。酵素在發(fā)酵反應(yīng)中形成多種生理活性物質(zhì)，如有機(jī)酸、多肽類物質(zhì)、寡糖、氨基酸、礦物質(zhì)和抗氧化物等。發(fā)酵產(chǎn)品抑菌作用與其抗菌物質(zhì)的抑菌原理有關(guān)[16]。葡萄中含有的白藜蘆醇可抑制血小板凝聚，而血小板凝聚和腦栓塞病都是由多種致病因素導(dǎo)致，其中一種因素即為花生四烯酸代謝物TXA2，TXA2可轉(zhuǎn)化為T(mén)XB2，白藜蘆醇可控制花生四烯酸代謝素TXB2的產(chǎn)生，因此具有抑菌抗炎的功效[16]。研究表明，以葡萄為原料的發(fā)酵制品具有一定的抑菌效果。在后續(xù)研究中又發(fā)現(xiàn)該酵素對(duì)金黃色葡萄球菌有較好的抑制作用[17]。

3.2.4 促進(jìn)人體胃腸道消化吸收

葡萄酵素含的有機(jī)酸可促進(jìn)胃液分泌，利于消化吸收[18]。臨床研究表明，有機(jī)酸在人體內(nèi)能維護(hù)腸道形態(tài)及功能，有效緩解和治療多種腸道外科疾病[16]。此外，葡萄酵素還可補(bǔ)充身體必需的膳食纖維，具有潤(rùn)腸通便的功效[15]。膳食纖維能增強(qiáng)胃腸的蠕動(dòng)，促進(jìn)排便。進(jìn)入腸道內(nèi)的纖維物質(zhì)可被腸內(nèi)細(xì)胞選擇性地溶解和發(fā)酵，可降低胃腸內(nèi)環(huán)境的pH，從而改善消化道系統(tǒng)中的菌群[19]。

4 展望

目前，關(guān)于葡萄酵素的生產(chǎn)工藝、生物活性成分以及其對(duì)應(yīng)的功能特性研究取得了一定的進(jìn)展，但相關(guān)酵素的研發(fā)大多集中于日本，我國(guó)在該領(lǐng)域還處于初期開(kāi)發(fā)階段，缺乏相應(yīng)的研究與開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)。本文通過(guò)介紹葡萄酵素的作用與功效，使更多人了解葡萄酵素的生產(chǎn)及價(jià)值。未來(lái)，可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展研究：①葡萄中的功效成分如白藜蘆醇等在發(fā)酵中的作用機(jī)制；②研究更加清潔、環(huán)保、高效的葡萄酵素制作工藝；③葡萄中的活性成分與人體中靶器官的相互作用；④不同發(fā)酵菌種對(duì)葡萄酵素產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)與功效的影響；⑤根據(jù)不同種類葡萄的特性建立不同的生產(chǎn) 標(biāo)準(zhǔn)。