超高壓前處理對植物乳桿菌發酵紅棗汁品質的影響

倪 慧，蔡文超，郭 壯，唐鳳仙，單春會*

（1.石河子大學 食品學院，新疆 石河子 832003；2.石河子大學 新疆特色果蔬貯藏加工教育部工程研究中心，新疆 石河子 832003；3.湖北文理學院 湖北省食品配料工程技術研究中心，湖北 襄陽 441053；4.湖北文理學院 乳酸菌生物技術與工程襄陽市重點實驗室，湖北 襄陽 441053）

紅棗是世界上最古老的栽培果樹之一，廣泛分布于我國新疆、山東、山西、河北、山西和甘肅等地，新疆具有獨特溫帶大陸性氣候與豐富的土地資源，適宜紅棗種植，其產量約占我國紅棗產量的一半[1]。紅棗富含蛋白質、維生素、氨基酸和多糖等營養成分，具有提高人體免疫力和抗氧化等作用[2-3]。因鮮棗貯藏期短，故而我國紅棗產業以干紅棗銷售為主，存在產品形式單一和附加值低等問題[4]。乳酸菌具有提高人體免疫力和改善人體腸道菌群的作用[5]，張麗華等[6]研究發現，使用植物乳桿菌發酵紅棗汁可顯著提高紅棗汁的抗氧化性，胡貝多等[7]研究發現，乳酸菌發酵紅棗汁可顯著提高紅棗汁的香氣。由此可見，紅棗汁經乳酸菌發酵后其品質和功效均有所提高，因而將乳酸菌應用于紅棗汁發酵中具有積極的意義和較強的可行性。

紅棗經干制后表面存在褶皺，在清洗過程中容易殘留微生物進而影響后期發酵，因此需要對其進行殺菌處理。超高壓技術是一種食品冷加工技術，不僅可以滅活微生物，延長加工食品的保質期，同時能較大程度的保留食品的營養價值，這使得其在食品行業的應用越來越廣泛[8]。張平等[9]發現，與巴氏殺菌前處理相比，超高壓前處理能明顯提升發酵梨汁的風味，陳華麗[10]研究發現，超高壓前處理能保證復合果汁微生物安全性及感官品質，亦有研究表明超高壓能增強蛋白質的溶解性從而提高食品的發酵水平[11]。紅棗汁滅菌方式主要為巴氏殺菌且對紅棗汁進行滅菌前處理再進行發酵的研究較少。探究使用超高壓技術對紅棗汁進行預處理后再接種乳酸菌進行發酵對紅棗后續加工應用可能具有一定研究意義。

本研究以紅棗汁為原料，使用超高壓對其進行預處理后接種乳酸菌進行發酵，同時設置熱處理組作為對照組，使用色度儀、電子鼻和電子舌等仿生學設備從色澤、氣味和滋味三個維度對不同處理組紅棗汁的品質進行了評價，探討了超高壓技術在紅棗汁發酵中應用的可行性，通過本項目的開展以期為新疆地區紅棗的深加工提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

駿棗：市售；果膠酶（5萬U/g）：和氏壁生物技術有限公司；植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）JZ27-2：分離篩選自湖北荊州鲊廣椒，由湖北文理學院鄂西北傳統發酵食品菌種資源庫提供；內部液、參比溶液、陰離子溶液和陽離子溶液：日本INSENT公司。

1.2 儀器與設備

SHP-080生化培養箱：上海精宏實驗設備有限公司；V-1800型可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；HPP.L2-700/1超高壓設備：天津華泰森淼生物工程技術股份有限公司；SA-402B電子舌（配置CA0、AE1、C00、AAE和CT0測試傳感器）：日本Insent公司；PEN3電子鼻：德國Airsense公司；Ultra Scan PRO色度儀：美國Hunter Lab公司。

1.3 方法

1.3.1 紅棗清汁的制備

將洗凈的駿棗去核，并與水按照料液比1∶4（g∶mL）混合均勻后使用打漿機進行打漿，打漿完成后倒出備用。按照紅棗勻漿質量（紅棗＋水總質量）的0.03%添加果膠酶進行酶解（45 ℃水浴2 h），然后10 000 r/min離心5 min后抽濾得到紅棗清汁，將紅棗清汁分裝進錐形瓶中備用。

1.3.2 菌株活化

將L.plantarumJZ27-2轉移至5 mL液體MRS試管中進行活化，傳代兩次后第三次轉移至裝有50 mL液體MRS三角瓶中培養，用3 000 r/min離心5 min得到菌泥，將菌泥用0.85%葡萄糖溶液清洗3次后，加入50 mL葡萄糖溶液制成菌液備用。

1.3.3 樣品制備和預處理

對照組：使用1.3.1中紅棗清汁85 ℃殺菌15 min后，按照1.0%（V/V）比例接入1.3.2的菌懸液，于37 ℃發酵48 h，發酵過程中每隔12 h搖動一次三角瓶。

超高壓組：將五份1.3.1中紅棗清汁分別在100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa下進行超高壓處理，時間為5 min，使用GB 4789.2—2022《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》中約束方法對超高壓處理后的紅棗汁進行菌落計數。為保證超高壓處理后的紅棗汁為無菌狀態，若某一超高壓處理組有活菌檢出，則該處理組予以剔除。超高壓預處理后的紅棗汁參照對照組的方式進行發酵。

1.3.4 發酵紅棗汁中乳酸菌活菌計數

參照國標GB 4789.35—2023《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》中的方法對樣品進行乳酸菌菌落總數測定。采用倍比稀釋法對樣品進行稀釋，其中樣品稀釋到10-6梯度，選取10-4、10-5和10-6三個梯度進行菌落計數，每個梯度做3 個平行，然后于37 ℃恒溫培養48 h，培養完成后計算菌落數。

1.3.5 超高壓前處理對發酵紅棗汁色澤的影響

參照CAI W C等[12]的方法對發酵紅棗汁進行顏色參數測定。將樣品置于50 mm×10 mm比色皿中，使用多功能色度儀對其各個顏色參數進行測定。測試條件為透射，結果以明亮度L*值（暗→亮：0→100），紅綠值a*（綠-→紅+），黃藍值b*（藍-→黃+）表示。色差（ΔE）計算公式如下：

1.3.6 超高壓前處理對發酵紅棗汁風味的影響

參照葛東穎等[13]的方法對紅棗汁的風味進行測定。取15 mL樣品于電子鼻樣品瓶中于室溫下平衡30 min。使用電子鼻對樣品揮發性風味物質中6 種典型物質類型進行分析。選取49 s、50 s和51 s時的響應值，計算其平均值為測試值，平行試驗3 次。

1.3.7 超高壓前處理對發酵紅棗汁滋味的影響

準確吸取100 mL發酵紅棗汁，參照解云等[14]的方法使用電子舌對發酵紅棗汁的酸、苦、澀、咸和鮮味5個基本味以及苦、澀和鮮味3 個基本味的回味進行分析，每個樣品測定四個循環，取后3次進行數據分析。

1.3.8 穩定性試驗

熱處理試驗：參照HSU J C等[15]的方法對樣品進行熱處理。每份樣品10 mL，90 ℃水浴6 h，冷卻至室溫，采用分光光度計測定波長660 nm處的吸光度值，計算濁度變化量（熱處理后吸光度值-熱處理前吸光度值），每份樣品做3個平行。

乙醇處理試驗：每份樣品10 mL，加入5 mL無水乙醇，振蕩混勻，2 h后測定吸光度值，計算乙醇添加前后濁度變化量，每份樣品做3 個平行[16]。

強制老化試驗：每份樣品10 mL，0 ℃放置12 h；80 ℃放置12 h為一個循環，3個循環后冷卻至室溫測定吸光度值并計算濁度變化量，每份樣品做3 個平行[17]。

1.3.9 統計方法

使用方差分析進行顯著性分析，顯著水平為P＜0.05；使用Excel 2016和SAS 9.4軟件進行數據處理；使用Origin 9.0進行可視化。

2 結果與分析

2.1 超高壓前處理對發酵紅棗汁活菌數的影響

活菌數作為乳酸菌發酵極為重要的一個檢測指標，是果蔬發酵產品中重點研究對象之一。為探討超高壓前處理對發酵紅棗汁中活菌數的影響，本研究對發酵紅棗汁進行乳酸菌活菌計數，探討乳酸菌在紅棗汁中的存活情況。結果見圖1。

圖1 超高壓前處理對發酵紅棗汁活菌數的影響Fig.1 Effect of ultra-high pressure pretreatment on viable bacteria number of fermented jujube juice

由圖1可知，經超高壓前處理的發酵紅棗汁活菌數與對照組相比差異均不顯著（P＞0.05），且活菌數都達到108CFU/mL以上。由此可見，超高壓前處理對發酵紅棗汁中乳酸菌的活菌數沒有顯著影響（P＞0.05），且其產品符合我國益生菌活菌數對宿主健康起到有利影響的最低存活水平（106～107CFU/mL）[18]。乳酸菌在紅棗汁中能活躍生長的原因在于紅棗汁中含有豐富的果糖和葡萄糖，是乳酸菌代謝的主要能量來源，為乳酸菌提供了良好的生長條件[19]。

2.2 超高壓前處理對發酵紅棗汁色澤的影響

顏色、香氣和味道決定了消費者對產品的喜好程度[20]，本研究使用色度儀、電子鼻和電子舌等仿生學手段對發酵紅棗汁的感官品質進行了評價。超高壓前處理對發酵紅棗汁色澤的影響見表1。

表1 超高壓前處理對發酵紅棗汁色澤的影響Table 1 Effect of ultra-high pressure pretreatment on the color of fermented jujube juice

由表1可知，與對照組相比，超高壓前處理組的發酵紅棗汁L*值均顯著降低（P＜0.05），a*值和b*值均顯著上升（P＜0.05），這說明經超高壓前處理后發酵紅棗汁的明亮度下降，顏色整體偏紅和偏黃。由表1亦可知，采用400 MPa進行前處理時發酵紅棗汁與對照組色差值最大，為4.50，其次為200 MPa、100 MPa、300 MPa和500 MPa，色差值分別為4.35、3.90、3.73和3.69。由此可見，超高壓前處理能顯著改善發酵紅棗汁的色澤品質，使發酵紅棗汁顏色更加鮮紅，且400 MPa前處理時對其色澤影響最大。有研究表明，經超高壓處理后菠蘿汁[21]、獼猴桃汁[22]和混合果蔬汁[23]的色澤均會變的更加鮮紅，造成該現象的原因可能是經高壓處理后，因色素結構被破壞果蔬中的色素更加容易釋放，除此之外，還可能與果蔬中酶的鈍化有關。

2.3 超高壓前處理對發酵紅棗汁風味和滋味的影響

2.3.1 超高壓處理對紅棗汁風味的影響

采用電子鼻技術對超高壓前處理的發酵紅棗汁風味指標進行了測定，其結果見表2。由表2可知，與對照組相比，傳感器W1C、W3C和W5C對超高壓前處理組發酵紅棗汁的響應值均顯著增大（P＜0.05），而傳感器W2W呈現出相反的趨勢（P＜0.05），其中傳感器W2W對有機硫化物靈敏，而其他3組傳感器均對芳香類物質敏感。除200MPa前處理的發酵紅棗汁外，傳感器W1W對其他處理組的發酵紅棗汁響應值均顯著偏小，其中傳感器W1W對有機硫化物靈敏。由此可見，超高壓前處理可顯著提升紅棗汁的風味品質（P＜0.05）。杜寶磊[24]研究發現，超高壓處理亦可提升桑椹汁的風味品質，并指出其原因可能是由于高壓環境促進了氧化還原反應。由表2亦可知，當超高壓前處理壓強為500 MPa時，傳感器W1C、W3C和W5C對發酵紅棗汁的響應值最大，而傳感器W1W和W2W響應值最小，400 MPa時次之。由此可見，采用500 MPa進行超高壓前處理時發酵紅棗汁的風味品質最佳。

表2 超高壓前處理對發酵紅棗汁風味的影響Table 2 Effect of ultra-high pressure pretreatment on the flavor of fermented jujube juice

2.3.2 超高壓處理對紅棗汁滋味的影響

采用電子舌技術對發酵紅棗汁的滋味品質進行評價。結果見圖2。

圖2 超高壓前處理對發酵紅棗汁滋味指標相對強度影響的箱型圖Fig.2 Box diagram of the effect of ultra-high pressure pretreatment on the relative strength of flavor index of fermented jujube juice

由圖2可知，在各滋味指標中，酸味受超高壓前處理的影響最大，其相對強度的極差值為0.71；其次是豐度（鮮的回味），其相對強度為0.62；而苦味、澀味、咸味、鮮味、后味A（澀的回味）和后味B（苦的回味）的差異較小，分別為0.26、0.15、0.28、0.34、0.26和0.1。在使用SA402B電子舌對食品滋味品質進行評價時，只有當滋味指標的相對強度差大于1.0，其滋味品質差異才能通過感官鑒評的方式分辨出來[25]。由此可見，超高壓前處理對發酵紅棗汁的滋味品質沒有顯著影響。

2.4 超高壓前處理對發酵紅棗汁穩定性的影響

除感官指標外，穩定性也是評價發酵紅棗汁品質的一個重要因素，超高壓前處理對發酵紅棗汁濁度變化量的影響見表3。由表3可知，與對照組相比，經400 MPa前處理后的發酵紅棗汁熱處理和乙醇處理濁度變化量均沒有顯著性變化（P＞0.05），而其他處理組的熱穩定性和乙醇處理濁度變化量分別呈現顯著下降和上升的趨勢（P＜0.05）。經100 MPa、300 MPa和400 MPa前處理后的發酵紅棗汁強制老化濁度變化量顯著下降（P＜0.05），穩定性上升，而500 MPa處理后的發酵紅棗汁呈現相反的趨勢（P＜0.05）。由此可見，400 MPa前處理后的發酵紅棗汁熱處理和乙醇處理濁度變化量均沒有顯著變化，而強制老化穩定性得以提升，500 MPa前處理后的發酵紅棗汁雖然乙醇處理穩定性得以提高，但其熱處理和強制老化處理穩定性均下降。朱駿喆等[26]研究表明經超高壓處理的紅棗清汁熱穩定性下降而乙醇穩定性升高，與本研究結論相同。綜上所述，400 MPa前處理后的發酵紅棗汁穩定性最佳。

表3 超高壓前處理方式對發酵紅棗汁濁度變化量的影響Table 3 Effect of ultra-high pressure pretreatment methods on the turbidity change of fermented jujube juice

2.5 基于紅棗汁色澤、氣味與超高壓前處理方式的主成分分析

以色澤、氣味和穩定性為評價指標，對超高壓前處理的發酵紅棗汁進行主成分分析，其因子載荷圖和因子得分圖分別見圖3。

圖3 基于紅棗汁色澤、氣味與前處理方式的主成分分析載荷圖（A）和得分圖（B）Fig.3 Load chart (A) and score chart (B) of principal component analysis based on color,odor and pretreatment of jujube juice

由圖3A可知，第一主成分主要由5個氣味指標（傳感器W1C、W3C、W5C、W1W和W2W敏感物質）和2個顏色指標（L*值和b*值）構成，其方差貢獻率為55.51%；第二主成分由a*值、傳感器W3S敏感物質以及2個穩定性指標（乙醇處理和熱處理）構成，其方差貢獻率為24.90%，累計方差貢獻率為80.41%，可充分解釋原始指標的大部分信息。由圖3A亦可知，顏色指標a*值和b*值以及風味特征指標W1C、W3C和W5C主要分布在X軸正方向，因此，在因子得分圖中分布第四象限品質最佳，第一象限次之。

由圖3B可知，不同處理組的發酵紅棗汁在四個象限均有分布，但與對照組相比，超高壓前處理的發酵紅棗汁主要分布在第一、二和四象限，由此可見超高壓前處理可提高發酵紅棗汁的品質。由圖3B亦可指，500 MPa時發酵紅棗汁的風味品質最佳，400 MPa次之。綜上所述，當超高壓為400 MPa時發酵紅棗汁的風味品質較佳，顏色更鮮紅，同時穩定性更好，可作為進一步的研究對象。

3 結論

本研究使用100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa超高壓對紅棗汁進行了前處理，超高壓前處處理的紅棗汁分別接種L.plantarumJZ27-2進行了發酵。結果表明，超高壓前處理對發酵紅棗汁活菌數沒有顯著影響，可使產品顏色偏紅和偏黃，雖對滋味品質沒有顯著影響，但可提升其風味品質。當使用400 MPa超高壓對紅棗汁進行前處理時，雖對產品的穩定性和乙醇穩定性沒有顯著影響，但可提升其老化穩定性。由此可見，超高壓前處理能夠明顯改善發酵紅棗汁的品質，且以400 MPa為最佳。