番茄醋酸饮料发酵工艺及抗氧化能力变化

赵美佳

（锦州医科大学医疗学院，辽宁锦州121000）

番茄醋酸饮料发酵工艺及抗氧化能力变化

赵美佳

（锦州医科大学医疗学院，辽宁锦州121000）

通过正交法确定番茄醋酸饮料酒精发酵的最佳工艺，即糖度16°Bé、酵母菌接种量0.6%、温度30℃；正交法确定醋酸发酵的最佳发酵工艺，即温度30℃、醋酸菌接种量12%、时间4 d。并测定了番茄醋发酵前后活性物质和抗氧化能力变化，发现发酵后活性物质多酚、黄酮、抗坏血酸的质量分数下降，总类胡萝卜素的质量分数上升；铁还原能力、DPPH·清除率、羟自由基清除率下降，超氧阴离子自由基清除率上升。

酒精发酵；醋酸发酵；番茄醋；活性物质；抗氧化能力

番茄是全世界种植面积最广泛的蔬菜之一［1］，营养极佳，能补充人体所需多种维生素和矿物质［2-3］。番茄中含有的番茄红素，是仅存在于番茄中的活性物质，抗氧化能力甚至高于β-胡萝卜素［4-5］。类胡萝卜素是对人体非常有益的，但是人体自身不能合成类胡萝卜素，必须从饮食中获取［6-8］。番茄中含有丰富的类胡萝卜素［9］，其中番茄红素更是番茄中独有的一种类胡萝卜素［10］。因为番茄红素的不水溶性，所以在实际应用中受到很大的限制，在微乳液中分散会使番茄红素溶于水，也是当今科学家们重要的研究方向［11-13］。醋是发酵后得到的具有独特的口感的饮品，能增加食欲［14］。将番茄发酵制备成番茄醋不仅能增加番茄产品多元化方向，更能将番茄中的营养成分添加到醋中，实现口感与营养的融合［15-16］。迄今为止，鲜有科学家从番茄醋发酵后和发酵前活性物质含量和抗氧化能力做对比，来研究发酵工艺所带来的物质变化和功能变化，所以本试验不仅在前人的基础上进一步深入探讨了番茄醋的发酵工艺，而且比较了番茄醋在发酵过程中多种活性物质含量的变化和抗氧化能力的变化，为今后营养型番茄醋的广泛推广打下良好基础。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

1.1.1材料

酵母菌：安琪高活性酵母；醋酸菌：辽宁大学轻型产业学院实验室保藏菌种。

1.1.2试剂

3，5-二硝基水杨酸、葡萄糖：国药集团化学试剂有限公司；30%过氧化氢：天津博迪化工股份有限公司；L-蛋氨酸：天津市福晨化学试剂厂；没食子酸：天津市科密欧化学试剂开发中心；氢氧化钠：天津市河东区红岩试剂厂；蛋白胨：北京奥星生物技术有限公司；琼脂：福建泉州市泉港化工厂。

1.2仪器与设备

榨汁机：美国waring；CP114电子天枰：上海奥豪斯仪器有限公司；移液枪：德国eppendorf；BM-FG103手持糖量折光仪：上海轧艮仪器有限公司；HP-250恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；070039超净工作台：辽宁鑫洋实验装备有限公司。

1.3方法

1.3.1工艺流程

1.3.2酒精发酵工艺的确定

1.3.2.1酒精发酵最佳时间的确定

取分装好的番茄汁，糖度调至12°Bé，酵母接种量0.8%，在28℃水浴锅中分别培养12、24、36、48，60，72h，发酵结束后检测酒精度，以对比确定番茄酒发酵的最佳时间。

1.3.2.2单因素法确定番茄酒发酵最佳接种量、最佳发酵温度、最佳糖度

取分装好的番茄汁，糖度调至12°Bé，酵母接种量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，分别在24、26、28、30、32℃培养，糖度分别调至8、10、12、14、16°Bé，发酵结束后检测酒精度。

1.3.2.3正交法确定番茄酒发酵最佳工艺

选取糖度（A）、酵母接种量（B）、温度（C）为试验因素，采用L9（34）正交试验设计，以酒精度为指标，确定最佳发酵组合。

表1　酒精发酵正交试验因素与水平Table 1Factor and level of orthogonal experiment

1.3.3正交法确定番茄醋最佳发酵工艺

选取温度（A）、醋酸菌接种量（B）、发酵时间（C）为试验因素，采用L9（34）正交试验设计，以发酵醋酸为指标，确定最佳发酵组合。数值单位以mmol/100 mL表示。

表2　醋酸发酵正交试验因素与水平Table 2Factor and level of orthogonal experiment

1.3.4分析测定方法

1.3.4.1可滴定酸度测定

采用GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》方法。1.3.4.2酒精度的测定

根据GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》所述，本试验使用酒精计法。

1.3.4.3总多酚质量分数的测定

总多酚测定使用的辛格尔顿和罗西所描诉的［17］Folin-Ciocalteu法。

1.3.4.4总黄酮质量分数测定

总黄酮质量分数采用氯化铝比色方法［18］。

1.3.4.5抗坏血酸质量分数的测定

根据国标GB/T 6195-1986《水果、蔬菜维生素C含量测定法（2.6-二氯靛酚滴定法）》的方法。

1.3.4.6总类胡萝卜的测定

总类胡萝卜素的提取按照LEE和Castle［19］的方法。总类胡萝卜素，计算根据Ritter方法［20］使用β-胡萝卜素的消光系数，E（%）=2 500。2 g样品+5 mL提取溶剂，在5℃下4 000 r/min离心5 min，上清液定溶到25 mL。在450 nm处测定吸光度。

1.3.4.7铁离子还原能力的测定（Ferric Reducing/Antioxidant Power，FRAP）

参照Benzie与Strain的方法，并扩大了溶液用量［21-22］。在反应管中加入200 μL样品溶液，准确加入6 mL FRAP工作液（由0.3 mol/L醋酸盐缓冲液，10 mmol/L TPTZ溶液，20 mmol/L FeCl3溶液以体积比10∶1∶1的比例组成，现配现用），加入600 μL蒸馏水，混匀，37℃条件下反应10 min，于593 nm波长处测定吸光值，以1.0 mmol/L FeSO4为标准，求得所测定样品的抗氧化能力用达相同吸光度所需FeSO4的毫摩尔数表示。

1.3.4.8DPPH自由基清除能力的测定

吸取不同质量份数的待测样0.5 mL，加入0.2 mmol/L，2.0 mL的DPPH-乙醇（60%）溶液中，混合均匀，静置30min后在517nm处测定其吸光度（A样品）。以相同比例的样品与60%乙醇的混合溶液为对照（A对照）、以DPPH溶液与60%乙醇的混合液为空白（A空白），DPPH·的清除率按下式进行计算：

清除率/%=［1-（A样品-A对照）/A空白］×100

1.3.4.9超氧阴离子自由基（O2-·）清除能力的测定［23］

超氧阴离子自由基清除能力测定使用的是Zou与Gui的方法。按照如下顺序依次加入试管，0.5 mol/L磷酸盐缓冲液（pH 7.8）、0.13 mol/L蛋氨酸、2.0×10-5mol/L核黄素、7.0×10-4mol/L NBT、0.4 mL样品和1.0 mL蒸馏水，混匀，光照20 min后测定。清除率如下：

式中：A0为未加蛋氨酸和样品溶液；Ai为未加样品液溶液。

1.3.4.10羟自由基（·OH）清除能力的测定［24］

参照Smirnoff与Cumbes的方法。分别加入不同浓度的样品1mL，1.8mmol/LFeSO4溶液2mL，1.8mmol/mL水杨酸-乙醇1.5 mL，用0.03%的H2O2，0.1 mL启动反应，振荡后37℃保温30 min，在510 nm下测定其吸光度。清除率如下：

式中：A0为空白管的吸光度；As为加入自由基清除剂后的吸光度；Ai为对照样以蒸馏水代替H2O2。

2　结果与分析

2.1不同发酵时间对番茄酒发酵酒精产量的影响

不同发酵时间对发酵番茄汁酒精质量分数的影

响如图1所示。

图1　不同发酵时间对番茄汁酒精质量分数的影响Fig.1The effect of different time to alcohol content

由图1可知，随着发酵时间的增加，番茄汁中的酒精质量分数呈现出逐渐增加的趋势，48 h以后随着时间的增加酒精度并没有显著的增加。由此确定番茄汁酒精发酵的最佳发酵时间为48 h。

2.2不同酵母接种量对番茄酒发酵酒精产量的影响

不同酵母菌接种量对发酵番茄汁酒精质量分数的影响如图2所示。

图2　不同酵母菌接种量对番茄汁酒精质量分数的影响Fig.2The effect of different inoculums concentration to alcohol content

由图2可知，随着酵母菌接种量的增加，番茄汁酒精质量分数先升高，当酵母菌接种量到达到0.6%以后，酒精度基本趋于稳定，由此确定番茄汁酒精发酵的最佳酵母菌接种量是0.6%。

2.3不同发酵温度对番茄酒发酵酒精产量的影响

不同发酵温度对发酵番茄汁酒精质量分数的影响如图3所示。

图3　不同发酵温度对番茄汁酒精质量分数的影响Fig.3The effect of different degrees to alcohol content

由图3可知，随着发酵温度的升高，酒精度先升高后降低，当发酵温度为30℃时，番茄汁酒精质量分数最高，由此确定番茄汁酒精发酵的最佳温度是30℃。

2.4不同发酵糖度对番茄酒发酵酒精产量的影响

不同发酵糖度对发酵番茄汁酒精质量分数的影响如图4所示。

图4　不同发酵糖度对番茄汁酒精质量分数的影响Fig.4The effect of different sugar contents to alcohol content

由图4可知，随着发酵糖度的升高，番茄汁酒精质量分数先升高后降低，当发酵糖度为14°Bé时，番茄汁酒精质量分数最大，由此确定，番茄汁酒精发酵的最佳糖度是14°Bé。

2.5番茄酒精发酵的最佳工艺优化

以糖度（A）、酵母接种量（B）、温度（C）3因素进行正交试验的结果如表3所示。方差分析结果如表4所示。

表3　酒精发酵正交试验结果与分析Table 3Result and analysis of orthogonal experiment design

表4　方差分析表Table 4Analysis of variance

由表3可以看出，8号酒精度最大，为8.2%，由此确定得出最佳组合为A3B2C2，即糖度16°Bé、酵母接种量0.6%、酒精发酵温度30℃。根据k值得到的最佳组合也为A3B2C2。根据A、B、C中极差R值的大小，确定3个因素的主次关系是糖度＞温度＞酵母接种量。

2.6番茄醋酸发酵工艺条件的优化

以发酵温度、醋酸菌接种量、发酵时间3因素进行正交试验的结果如表5所示。方差分析结果如表6所示。

表5　醋酸发酵正交试验结果与分析Table 5Result and analysis of orthogonal experiment design

表6　方差分析表Table 6Analysis of variance

由表5可知，6号醋酸质量分数最大，为12.33mmol/ 100 mL，由此确定最佳组合为A2'B3'C1'，即发酵温度30℃、醋酸接种量12%，发酵时间4 d。根据k值，得到的最佳组合为A2'B1'C1'，以发酵温度30℃、醋酸接种量8%，发酵时间4 d为条件，进行发酵得出醋酸质量分数为11.5 mmol/100 mL，小于12.33 mmol/100 mL，所以最佳条件依然为A2'B3'C1'，即发酵温度30℃、醋酸接种量12%，发酵时间4 d。根据A'、B'、C'中极差R值的大小，确定3个因素的主次关系是发酵时间＞醋酸菌接种量＞发酵温度。

2.7醋酸发酵前后活性物质以及抗氧化能力变化

2.7.1醋酸发酵前后活性物质变化

发酵前后活性物质变化见图5。

图5　发酵前后活性物质变化Fig.5Active material changes before and after fermentation

如图5可知道，发酵前多酚质量分数为290.39μg/mL，在醋酸发酵过程后多酚质量分数下降至232.23 μg/mL。发酵前期黄酮质量分数为193.2 μg/mL，发酵后下降到91.3 μg/mL，整个发酵工艺对黄酮稳定性有影响。抗坏血酸在发酵前质量分数为365.13 μg/mL，在发酵后下降至120.33 μg/mL。总类胡萝卜素质量分数由发酵前122.17 μg/mL上升至发酵后455.15 μg/mL，说明醋酸发酵工艺促进总类胡萝卜素形成。

2.7.2醋酸发酵前后抗氧化能力变化

发酵前后抗氧化能力变化如图6、图7。

图6　发酵前后FRAP变化Fig.6Change of FRAP before and after fermentation

图7　发酵前后抗氧化能力变化Fig.7Oxidation resistance change before and after fermentation

如图6所示，FRAP的值由发酵前3.36 TE/mL下降至0.63 TE/mL，FRAP抗氧化能力明显下降。如图7所示，DPPH·的清除能力由发酵前85.57%下降至发酵后34.66%，O2-·清除率反而由发酵前52.32%上升至87.52%，·OH清除率基本上保持不变，发酵前为99.15%，发酵后达到98.45%。

3　结论

通过正交法确定番茄醋酸饮料酒精发酵的最佳工艺，即糖度16°Bé、酵母菌接种量0.6%、温度30℃，正交法确定番茄醋酸饮料醋酸发酵的最佳发酵工艺，即温度30℃、醋酸菌接种量12%，时间4 d。并测定了番茄醋发酵前后活性物质和抗氧化能力变化。发现发酵后活性物质多酚，黄酮，抗坏血酸的质量分数有所下降，总类胡萝卜素的质量分数上升。FRAP、DPPH·、·OH抗氧化能力下降，O2-·清除率上升。根据醋酸菌发酵后活性物质变化的趋势，会对今后功能型番茄醋的开发与研制打下良好基础，使人们能够了解功能性饮料加工过程中营养的损失和保留，靶向提升功能性饮料的选取与摄入。

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Fermentation Technology of Tomato Vinegar Beverage and the Changes of Antioxidant Ability

ZHAO Mei-jia
（Medical College of Jinzhou Medical University，Jinzhou 121000，Liaoning，China）

The fermentation technology of tomato vinegar beverage were studied.Through orthogonal experiment，the fermentation technology of tomato alcoholic beverage were determined that the inoculation amount was 0.6%，the temperature were 30℃and the sugar content were 16°Bé.The fermentation technology of tomato vinegar beverage were determined that the inoculation amount was 12%，the temperature were 30℃and the fermentation time were 4 d.The changes of active substances and antioxidant ability of the tomato juice after fermentation were also compared.The content of ascorbic acid，polyphenols and flavonoids were found decreased，while carotenoid content increased.In terms of antioxidant abilities，FRAP antioxidant ability，DPPH·scavenging capacity and·OH scavenging ratio were found decreased，O2-·scavenging ratio increased.

alcoholic fermentation；acetic acid fermentation；tomato vinegar beverage；active substance；antioxidant

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.031

赵美佳（1990—），女（汉），助教，硕士研究生，研究方向：生物活性物质与功能食品。

2015-11-03