龙眼果醋发酵前后主要营养品质差异研究

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(1.华南农业大学食品学院,广东广州 510642;2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,农业部功能食品重点实验室,广东省农产品加工重点实验室,广东 广州 510610)

龙眼(DimocarpuslonganLour.)俗称桂圆,为无患子科龙眼属植物。该植物适宜生长在热带和亚热带地区,我国种植区主要集中在广东、广西、云南和四川等南方地区。据统计,2016年我国龙眼产量高达118.08万吨,龙眼产业总产值约为 115.95亿元[1-2]。龙眼果实的成熟期多集中于高温季节,极易腐败变质,不耐储藏与运输,因此,对龙眼进行深加工尤为重要[3]。目前,市场上龙眼的加工产品比较单一,以龙眼干(桂圆干)为主[4]。但随着人们生活水平的提高,多维的健康观已经成为当代人类社会发展的主题,全方面健康营养产品的需求日益增高,营养丰富且风味独特的果醋饮料逐渐成为消费者的新宠,具有广阔的市场前景。据统计,我国果醋饮料销售规模2014年便达到了30亿,预计2020年将突破百亿规模[5]。

果醋是以水果或果品加工中的脚料为原料,进行微生物发酵酿制而成,同时保留水果的营养成分又具食醋独特风味的保健饮品[6]。科学研究发现,果醋具有抑菌消炎[7]、缓解疲劳[8]和抗氧化活性[9]等多种功效,丰富的有机酸以及酚类物质是发挥其功效的重要组分[10]。龙眼果肉中含糖量极高,非常适合作为果醋加工原料,但目前对于龙眼果醋的研究多集中在工艺上,有关龙眼果醋发酵过程中品质变化的研究鲜少报道,而在发酵期间,营养品质的动态变化对于龙眼果醋的深加工具有重大的意义。

本研究以龙眼果肉为原料制汁,通过接种酵母和醋酸菌进行发酵,比较发酵液随发酵时间基本参数的变化,确定制备龙眼果醋联合发酵时间,研究龙眼果醋发酵前后的主要营养品质变化,为龙眼果醋的加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

龙眼(储良) 广州本地某市场;安琪酵母 安琪酵母有限公司;As1.41醋酸菌 实验室保藏;麦芽汁培养基 广东环凯微生物科技有限公司;醋酸菌培养基(1%葡萄糖,1%酵母粉,1%碳酸钙粉末,121 ℃灭菌15 min后加入3%无水乙醇) 实验室自行配置;Folin-Ciocalteu试剂 上海源叶生物科技有限公司;焦性没食子酸、磷酸(色谱纯) 天津市科密欧化学试剂有限公司;乙腈(色谱纯) 美国Tedia公司;酒石酸、抗坏血酸、乙酸、琥珀酸、果糖、葡萄糖和蔗糖(标准品) Sigma-Aldrich公司;其他试剂 均为国产分析纯。

榨汁机 美的集团有限公司;DMA 35便携式密度计 奥地利安东帕(中国)有限公司;UV 1800型紫外可见分光光度计、LC-20A高效液相色谱仪 日本岛津公司;PB-10型pH计 Sartorius公司;ZD-2酸碱滴定仪 上海仪电科技股份有限公司;RP-101折光仪 日本爱宕有限公司;Ultra Scan VIS型全自动色差仪 美国Hunter Lab公司;Infinite M200 PRO酶标仪 瑞士TECAN公司;JW-1042低速离心机 安徽嘉文仪器装备有限公司;YXQ-LS-50SII型立式压力蒸汽灭菌器、SPX-250B-Z型生化培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;无菌操作台 苏净集团苏州安康空气技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 龙眼汁的制备 市售新鲜龙眼经剥皮去核后,打浆榨汁,100目滤布过滤,95 ℃杀菌1 min,无菌热灌装,冷却后冷藏待用。

1.2.2 酵母与醋酸菌的活化 称取适量干酵母至已灭菌的10倍麦芽汁培养基中,30 ℃静置活化24 h;取适量醋酸菌保藏物加入至已灭菌的醋酸菌培养基中,30 ℃ 140 r/min活化48 h。

1.2.3 龙眼汁的酵母发酵 酵母活化后,向龙眼汁中加入1%酵母种子液,30 ℃密封静置发酵。在0、24、48、72、96、120 h取样分析酵母菌菌落总数、酒精度、糖组分(果糖、葡萄糖和蔗糖)含量等指标。

1.2.4 龙眼汁的醋酸发酵时间的确定 果醋加工中,醋酸发酵一般是在酵母发酵后或与酵母发酵同步进行。本研究向不同发酵程度的发酵液接种醋酸菌,分别为同步发酵组:同时接种酵母和醋酸菌,发酵60 h;适度发酵组:酵母发酵24 h,接种醋酸菌发酵60 h;彻底发酵组:酵母发酵48 h,接种醋酸菌发酵60 h。

适度、彻底发酵组:经酵母发酵24 或48 h后的发酵液转移至已灭菌的不锈钢浅盘(长×宽×高=40×25×15 cm),直接接种10%已活化的醋酸菌,用四层无菌纱布封口,30 ℃静置发酵,发酵液面高度控制在3 cm左右。在0、12、24、36、48、60 h取样分析酒精度和乙酸含量等指标。

同步发酵:将龙眼汁加入至已灭菌的不锈钢浅盘中,同时接种酵母和醋酸菌,用四层无菌纱布封口,30 ℃静置发酵,发酵液面高度控制在3 cm左右。在0、12、24、36、48、60 h取样分析酒精度和乙酸含量等指标。

1.2.5 果醋的营养品质分析 选择较优的龙眼果醋工艺,与龙眼汁的营养品质进行比较分析,包括pH、抗坏血酸含量、总酚含量、ORAC值和色差等的测定。

1.2.6 检测方法

1.2.6.1 酵母菌菌落总数的测定 酵母菌菌落总数的测定采用孟加拉红(虎红)琼脂培养基进行稀释倒平板法计数,具体参考GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》[11]。

1.2.6.2 糖组分含量的测定 糖组分含量的测定采用高效液相色谱法[12]。糖组分标品包括:果糖、葡萄糖、蔗糖。

色谱条件:Shodex Asahipak NH2P-504E(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱,柱温30 ℃,流速为1 mL/min,进样量为10 μL,流动相为75%乙腈。糖组分的提取参考文献[13]的方法。

1.2.6.3 酒精度的测定 酒精度的测定参考GB 5009.225-2016《酒中乙醇浓度的测定方法》[14],选择酒精计法进行测定。

1.2.6.4 pH、乙酸含量的测定 pH采用手持pH计测定。乙酸的测定参照GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》[15],采用滴定法测定,结果以乙酸含量表示。

表1 不同发酵程度的龙眼果醋感官评价评分表Table 1 Sensory evaluation scale of longan vinegar with different fermentation degrees

1.2.6.5 抗坏血酸含量的测定 抗坏血酸含量的测定采用高效液相色谱法[13]。

色谱条件:Zorbax Sb-AQ色谱柱(4.6×250 mm),柱温30 ℃,流动相为0.1 mol/L(NH4)2HPO4缓冲液(磷酸调节pH至2.7),流速为0.8 mol/L,紫外-可见光检测器检测波长210 nm。抗坏血酸的提取参考文献[16]的方法。

1.2.6.6 总酚含量与抗氧化能力的测定 龙眼汁或发酵液经6倍体积的85%酸性乙醇(1%盐酸)超声提取5 min后,提取液用于测定总酚和抗氧化能力。总酚含量采用福林酚法[17]测定,标准曲线为y=0.0264x+0.0005,R2=0.9997,结果以没食子酸含量表示样品中总酚含量。抗氧化能力采用氧自由基吸收能力法(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)测定,具体参考文献[18]方法。

1.2.6.7 色差的测定 色差采用全自动色差仪测定,以龙眼汁作为参比样,计算龙眼果醋色差度,色差结果以总色差值ΔE*计[19]。

式中:L0,a0,b0为龙眼汁的Hunter参数;L,a,b为龙眼果醋的Hunter参数。

1.2.7 感官评价 龙眼果醋经离心(5000 r/min,10 min),热杀菌(95 ℃,1 min)后进行感观评价。将样品随机提供给品尝小组(由10位经验丰富的感官评价人员组成,5男5女),分别从样品的香气、滋味、色泽和总体可接受性四个项目进行评分(满分100分)。龙眼果醋的评分项目和评分标准见表1。

1.3 数据处理

所有处理均重复3次,数据结果采用SPSS 24.0软件进行方差分析(Duncan’s multiple range test),数值以平均值±标准差表示,并以P<0.05为差异显著,用Origin 8.5.1软件制图。

2 结果与分析

2.1 龙眼汁的酵母发酵

2.1.1 龙眼汁酵母发酵期间酵母菌菌落总数的变化 图1是龙眼汁酵母发酵期间酵母菌菌落总数的变化。从图1可知,龙眼汁接种酵母后,在酵母发酵的前24 h,酵母菌呈现迅速生长的趋势,发酵24 h的酵母菌菌落总数高达8.39 CFU/mL,随后酵母菌的生长进入稳定期(P>0.05)。说明龙眼汁的营养丰富,非常适合酵母菌的发酵生长。

图1 龙眼汁酵母发酵期间酵母菌菌落总数的变化Fig.1 Changes of the total number ofyeast colonies during yeast fermentation of longan juice注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05);图2同。

2.1.2 龙眼汁酵母发酵期间酒精度和糖组分含量的变化 图2是龙眼汁酵母发酵期间酒精度和糖组分含量的变化。从图2b可知,龙眼汁中,蔗糖、果糖和葡萄糖初始含量分别为14.51、3.27、3.24 g/100 mL,蔗糖是龙眼汁中的主要糖组分。酵母发酵24 h内,蔗糖含量快速下降,葡萄糖和果糖的含量稍微上升,可能与发酵所产生的葡聚糖蔗糖酶将蔗糖转化为果糖和葡聚糖有关[20]。随着发酵的继续进行,发酵48 h后,龙眼汁中蔗糖和葡萄糖都消耗殆尽,果糖含量也降低至0.40 g/100 mL。如图2a,酵母发酵48 h内,发酵液的酒精度直线上升,发酵48 h的酒精度达到11.5%,随后趋于稳定(P>0.05)。

图2 龙眼汁酵母发酵期间酒精度和糖组分含量的变化Fig.2 Changes of alcohol content and sugarcontent during alcohol fermentation of longan juice

2.2 龙眼汁醋酸发酵期间酒精度和乙酸含量的变化

图3是醋酸发酵期间酒精度和乙酸含量的变化。从图3可知,发酵的前48 h,同步发酵组和适度发酵组的酒精度呈现先升高后下降的趋势,其乙酸含量逐渐上升,醋酸发酵60 h的乙酸含量接近峰值,分别达28.09、29.59 g/L。彻底发酵组中,长时间的酵母发酵使龙眼汁大部分糖组分转化为乙醇(图2),因此在接种醋酸菌后,醋酸菌能利用充足的营养物质快速生长,把乙醇转化为乙酸,故酒精度快速下降,乙酸含量快速升高。醋酸发酵36 h,无酒精度检出,乙酸含量也达到峰值,达10.31 g/L,但乙酸产量明显低于前面两组,可能是因为醋酸发酵期间氧气的进入,酵母菌开始竞争性地利用生成的乙醇,导致醋酸菌无足够的乙醇为底物产生乙酸。因此,从乙酸得率考虑,同步发酵组(同时接种酵母和醋酸菌,发酵60 h)和适度发酵组(酵母发酵24 h,醋酸发酵60 h)是相对较好的果醋浅盘发酵工艺。

2.3 两组龙眼果醋与龙眼汁营养品质的差异分析

表2是龙眼汁经优化后的果醋发酵工艺(同步发酵60 h;酵母发酵24 h后醋酸发酵60 h)得到的两种果醋与龙眼汁的营养品质差异。从表2可知,与龙眼汁相比,两种果醋产品中总酚的含量都分别下降了14.75%和27.60%,这可能与产品中酚类物质被酵母或醋酸菌吸附或分解有关,还有可能是因为在醋酸发酵过程中,长时间好氧发酵使酚类物质发生氧化降解[21]。另外,与龙眼汁相比,龙眼果醋中抗坏血酸含量和抗氧化能力都有显著提高,可能是因为发酵过程中,酵母菌和醋酸菌进行生物合成抗坏血酸。抗坏血酸和酚类物质是龙眼汁和果醋中主要的抗氧化物质,产品抗氧化能力的提高除了跟抗坏血酸含量的增加相关,还可能与酚类物质结构的改变存在一定的关系。有研究表明,抗氧化剂的抗氧化能力与酚羟基的数量和位置直接相关[22]。

表2 龙眼果醋与龙眼汁营养品质的差异Table 2 Difference of nutritional quality between longan vinegar and longan juice

注:-代表无;同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

图3 龙眼汁醋酸发酵期间酒精度和乙酸含量的变化Fig.3 Changes of alcohol content and aceticacid content during acetic acid fermentation of longan juice

经发酵后,两组龙眼果醋的L*,b*值都升高,a*值降低,且差异显著(P<0.05),ΔE*分别为10.97和36.49。一般认为,ΔE*大于3时,颜色发生了显著的变化,且肉眼可以分辨出[23],这说明发酵后的龙眼果醋颜色发生了极大的变化,呈诱人的亮黄色。发酵产生的醇类以及褐变反应,是使颜色改变的主要原因[24]。

2.4 三组龙眼果醋的感官评价

结合上述实验结果,对不同发酵程度的发酵液进行醋酸发酵60 h,得到三组龙眼果醋产品,对其进行感官评价,结果如表3。从表3可知,适度发酵组呈亮黄色,色泽均匀,果香和醋香协调,口感柔和,酸味适中;彻底发酵组则因发酵时间较长,酸积累较多,有刺激性酸味,口感欠协调;同步发酵组也呈亮黄色,有淡淡的果香和醋香,口感较柔和。因此同步发酵组和适度发酵组龙眼果醋感官评价的总体可接受度分值较高,结果与营养品质的差异分析一致。

表3 感官评价结果Table 3 The results of sensory evaluation

3 结论

实验结果表明,龙眼汁的酵母发酵期间,30 ℃下静置发酵48 h,龙眼汁中总糖降低至0.4 g/100 bmL,酒精度达11.5%。龙眼汁的醋酸发酵期间,30 ℃下浅盘静置发酵60 h,同步发酵组(同时接种酵母和醋酸菌,发酵60 h)和适度发酵组(酵母发酵24 h,醋酸发酵60 h)中乙酸含量分别达28.09和29.59 g/L。与龙眼汁相比,同步发酵组和适度发酵组制备的龙眼果醋,其总酚含量分别下降了14.75%和27.60%,抗坏血酸和抗氧化能力都有显著提高。色差分析显示龙眼果醋呈诱人的亮黄色,其感观评价也表明这两组为较优的果醋浅盘发酵工艺。