5 种乳酸菌对库车小白杏发酵液理化性质及感官评价的影响

白 琳，茹先古丽·买买提依明，王旭光，徐兵洁，阿不都乌甫尔·若孜，艾合买提江·艾海提

（新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

杏（Prunus armeniaca）为落叶小乔木，是蔷薇科（Rosaeeae）李亚科杏属（ArmeriacaMill）植物[1]。此外，杏子还富含人体必需的矿物质和营养物质[2]，例如钾、磷、钙、VA、VC等[3]。本实验使用的小白杏来自新疆库车县，是新疆著名的杏品种之一，由于库车独特的地理环境，库车小白杏皮薄而多汁、果肉香、风味独特[4]。由于杏的成熟时间短、易于发生微生物腐烂，因而很难长时间保存。为了提高库车小白杏的经济效益，加工方法及新的相应产品有待开发。

乳酸菌可以采用碳水化合物产生乳酸[5]，乳酸发酵在世界上具有悠久的历史[6]，比如：通过乳酸菌发酵原料制作酸奶、奶酪、韩国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进行发酵还可以改善果汁风味[10-11]。发酵过程中总可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量及pH值的变化是乳酸发酵效率的重要指标[12]。此外，乳酸菌浓度也代表菌种在发酵液中的发酵速度。戊糖片球菌可以抑制食源性致病菌，调节肠道免疫功能，还可以用于水果和蔬菜的发酵[13]。罗伊式乳杆菌对肠黏膜具有很强的黏附力，可以通过改善肠道菌群的分布预防肠道疾病[14]。鼠李糖乳杆菌对酸具有高度耐酸性，可以清理毒素，增强人体免疫力[15]。植物乳杆菌经常被用于发酵各种蔬菜、肉类、乳制品、葡萄酒等食品[16]。嗜酸乳杆菌具有体外降胆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）是清除超氧阴离子自由基的金属酶，同时也有抗毒、延缓衰老、预防肿瘤和减轻炎症的功效[18]。本实验的产品终将走向市场，因此感官评价尤为重要。

发酵可以延长水果和蔬菜的保质期[19]，还可以提高产品的风味及营养价值，因此可以用作食品保鲜的方法。水果和蔬菜发酵产品很多，但市场上很少有杏子发酵饮料。因此，本实验采用5 种乳酸菌进行杏子饮料发酵。通过比较5 种菌种在发酵过程中的菌浓度、pH值、TSS含量、SOD活性等理化特性和感官评价筛选出有效发酵库车小白杏的菌种，探讨5 种菌种在发酵过程中对库车小白杏发酵液理化性质和感官评价的影响。旨在为生产库车小白杏产品混合发酵菌种的选择提供理论依据，延长库车小白杏的贮存期，辅助提升库车小白杏产业的经济效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

库车小白杏 市购。

乙醇、没食子酸、福林酚、碳酸钠、冰乙酸（均为分析纯） 天津市盛奥化学试剂有限公司；MRS肉汤培养基 北京奥博星生物技术有限公司；植物乳杆菌bio-52467、罗伊式乳杆菌bio-53258、鼠李糖乳杆菌bio-52962、戊糖片球菌bio-67860、嗜酸乳杆菌bio-53058中国微生物菌种保藏中心；果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶 诺维信（中国）生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

DHP-9052电热恒温培养箱 上海齐欣科学仪器有限公司；FA 1004分析天平 上海越平科学仪器有限公司；Sorvall ST8离心机 美国赛默飞有限公司；PHS-3C酸度计 上海杲森仪器设备有限公司；手持式糖度计（量程0%～32%） 上海力辰仪器科技有限公司；721G可见分光光度计、手持式压力蒸汽灭菌锅、MD-767高端破碎料理机 莞市德立斯电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌种培养

将乳酸菌冻干粉溶解在30 mL的MRS肉汤培养基中，于37 ℃活化，直到培养基中的菌浓度达到8.00～9.00（lg（CFU/mL））。然后将活化后的菌种进一步培养至2～3代后用于接种。

1.3.2 库车小白杏的发酵流程

将库车小白杏清洗后去核打浆。加入果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶酶解3 h，酶的总添加量为3.5%，添加果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶比例为2∶1∶1（V/V）。酶解后于37 ℃将5 种乳酸菌分装到5 个1 000 mL的三角瓶中，库车小白杏中的乳酸菌最终菌浓度为2×106CFU/mL，用棉花将瓶口塞紧并静态厌氧发酵48 h。

1.3.3 菌种生长情况分析

每隔4 h使用血球计数法对发酵液的菌浓度进行计数。

1.3.4 发酵效率指标的检测

1.3.4.1 pH值测定

采用台式pH计进行测定。参考GB 10468—1989《水果和蔬菜产品pH值的测定方法》[20]。在玻璃或塑料容器中加入样品处理液，使其容量足够浸没电极，用pH值测定装置测定处理液并记录pH值，精确至0.02单位。同一制备样品至少进行两次测定。

1.3.4.2 TSS含量的检测

采用手持糖度计检测。将糖度计测试区擦拭干净后，用蒸馏水调零。接着用玻璃棒沾取滴入测试区对光读数。

1.3.4.3 SOD活性的检测

采用SOD活性检测试剂盒进行检测。根据试剂盒检测方法，将蓝莓汁发酵液在4 ℃、4 000 r/min离心15 min，取上清液进行测定。将取得的上清液用0.1 mol/L pH 7.0～7.4的磷酸缓冲液稀释成不同浓度进行最佳取样量的摸索。最后按照操作表进行实验。所有操作均重复3 次。

1.3.5 感官评价

采用定量描述分析法对5 种乳酸菌发酵的发酵液进行感官评估。所有样品的评估环境及评估过程一致，同时准备澄清的矿泉水用于漱口及清理容器。首先，建立视觉、嗅觉、味觉共3 个方面的描述符。然后，感官评价员采用九分制对描述符的强度进行评估。评估后，计算每个描述符的相对频数（F）、相对强度（I）、几何平均值（geometrical mean，GM）。

式中：I为评估者对一个描述符给出的强度除以该描述符的最大可能强度之和；F为描述符被提及的次数除以能够被提及的次数。

1.4 数据处理

使用SPSS 24.0对数据进行多范围ANOVA和Duncan分析，P＜0.05，差异显著。并将结果表示为。使用Prism 8.0.2和Excel 2016进行作图。所有测试和分析均重复3 次。

2 结果与分析

2.1 发酵液菌种生长情况分析

从表1、2可以看出，发酵液中的活菌数在发酵前后具有显著差异，发酵后的活菌数量增加，并基本保持6.00～10.00（lg（CFU/mL））。其中，嗜酸乳杆菌的菌浓度在发酵48 h结束后达到9.95（lg（CFU/mL）），而菌浓度最低的鼠李糖乳杆菌，仅为6.66（lg（CFU/mL）），其余3 种基本保持在7.00～9.00（lg（CFU/mL））。在发酵结束后，除了嗜酸乳杆菌，其余4 种菌种的浓度与发酵24 h相比都明显下降。此现象类似于Oh等[21]发现的菌浓度趋势。如图1所示，嗜酸乳杆菌在发酵24 h后菌浓度依旧呈现上升趋势是由于其在高酸性环境中依旧具有较强的生命力，其余4 种乳酸菌在发酵到24 h后的菌浓度均呈下降趋势，其可能原因为24 h后发酵液中的高酸环境会阻碍某些菌种继续生长；其另一可能原因为发酵液在发酵将要结束后期的营养物质被消耗殆尽，菌种繁殖速度下降从而导致活菌数量减少。图1的菌浓度随时间的变化趋势符合Oh等[21]发现添加的菌种不同，菌浓度减少的时间拐点也不同的结论。因此，发酵液环境和营养物可能会影响微生物的生长。结果表明，嗜酸乳杆菌在混合发酵过程中可以加速发酵。细菌的生存能力是研究功能性食品的重要因素[22]，因此仍然需要进一步研究如何维持发酵过程中存活细菌的数量稳定，并在此基础上开发出有益于人体健康的功能性食品。

图1 5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液菌浓度的变化Fig. 1 Changes in bacterial cell density of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

表1 5 种乳酸菌发酵24 h的库车小白杏发酵液理化性质Table 1 Physicochemical properties of white apricot juice fermented by five different lactic acid bacteria for 24 h

2.2 发酵液pH值

从表2可以看出，5 种乳酸菌发酵的库车小白杏酵发酵液的pH值无显著差异。鼠李糖乳杆菌和植物乳杆菌分别发酵的库车小白杏发酵液pH值与发酵前相比略有下降，原因为发酵过程产生苹果酸、乙酸、乳酸等有机酸，从而导致pH值下降[23]。如图2所示，在24 h内的发酵前期，5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液pH值逐渐升高，原因如下：乳酸菌先将苹果酸作为碳源进行发酵，而发酵到24 h后，苹果酸被耗尽才开始采用糖作为碳源进行发酵，因而pH值呈现先上升后下降的趋势。此现象与Markkinen等[24]发现黑苦莓和沙棘汁的pH值变化趋势基本一致。

表2 5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液在48 h发酵期结束后的理化性质Table 2 Physicochemical properties of small white apricot juice after 48 h fermentation by five different lactic acid bacteria

图2 5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液pH值的变化Fig. 2 Changes in pH of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.3 发酵液TSS含量分析

库车小白杏发酵液的初始TSS含量为15.5 °Brix，由于菌株在发酵过程中需消耗糖，因此将初始TSS含量调整为18.0 °Brix。从表2可以看出，5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液的TSS含量在发酵前后具有显著差异。在发酵过程中，TSS含量的降低主要是由于乳酸菌采用碳水化合物产生乳酸，有利于乳酸菌的生长和代谢[25]。如图3所示，整个发酵过程中，嗜酸乳杆菌的TSS含量下降了1.38 °Brix，下降幅度最大，原因可能为该菌更适应高酸环境，从而具有良好代谢能力。罗伊氏乳杆菌的TSS含量下降了1.13 °Brix，下降幅度仅次于嗜酸乳杆菌，表明这2 种菌可以更快地消耗碳源从而加快发酵速度。因此，混合发酵时，可优先考虑使用罗伊氏乳杆菌和嗜酸乳杆菌。

图3 5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液TSS含量的变化Fig. 3 Changes in TSS content of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.4 发酵液SOD活性分析

乳酸菌发酵液含有的SOD可清除羟自由基、超氧阴离子自由基和活性氧，因此具备良好的抗氧化能力，其保护细胞的功效与细胞防御系统中过氧化氢酶发挥的抗氧化作用类似[26]。如表2所示，5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液SOD活性均发生了显着变化。发酵48 h结束后，植物乳杆菌发酵的库车小白杏发酵液中的SOD活性最高，达到了275.87 U/g，而鼠李糖乳杆菌发酵的库车小白杏发酵液的SOD活性最低，仅为109.08 U/g。如图4所示，48 h的发酵时间内，5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液中SOD活性变化趋势基本呈S形。除了鼠李糖杆菌外，发酵到第24小时，SOD活性最大，然后活性开始先下降后增强，直到第48小时活性增长到最大值。此现象可能是由于乳酸菌在发酵初期以苹果酸作为碳源，发酵液中的SOD活性缓慢上升，并在发酵第24小时的活性增长到最大值。当苹果酸逐渐被消耗时，发酵速度减慢，SOD活性开始下降。当菌种开始以糖作为碳源发酵时，SOD活性开始上升，直到第48小时活性增长到最大值。SOD活性越高，发酵液的抗氧化能力越强，反之亦然[27]。

图4 5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液SOD活性的变化Fig. 4 Changes in SOD activity of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria

2.5 感官评价分析

为了保障产品在市场中能够被消费者广泛接受，因此实验对发酵液进行了感官评价。从视觉、嗅觉和味觉共3 个方面对库车小白杏发酵液进行评分。将5 种乳酸菌发酵的库车小白杏分别命名为A、B、C、D、E，分别计算其I、F、GM，结果如表3所示，5 种库车小白杏发酵液嗅觉的香味评分最高的分别是：A为酸（GM=79%）、B为杏香味（GM=82%）、C为酸（GM=80%）、D为杏香味（GM=91%）、E为酸（GM=77%），因此5 种库车小白杏发酵液的主要嗅觉特征是酸味和杏香味。为了更直观地比较5 种库车小白杏发酵液的味觉特征，用6 个主要描述特征作出雷达图如图5F所示，总体感官得分的GM最高的2 个样本为A和B，而C样本总体感官得分的GM最低。因此，从味觉角度评估5 种库车小白杏发酵液，A和B的感官得分最高，更容易满足消费者。5 种不同的乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液的质感、澄清、酸等主要感官特征如图5所示。使用XLSTAT统计分析软件对A、B、C、D、E进行主成分分析（principal component analysis，PCA）[28]。如图6所示，由于PC1、PC2和PC3共3 个主要成分的总方差和为91.25%，其高于85%，综合表达了样品感官组成的大部分信息，同时也反映了原始变量信息。图6反映了每个样品的相对位置及其与感官描述符的相关性。其中，样品A的特征是香醇味、酸味、质感、澄清、杏香味、黄色和持久性。样品B的特性为澄清、黄色、质感、杏香味、香醇味和酸味。样品C的特征是特殊感、澄清、黄色、杏香味、酸味和涩味。杏香味、黄色、特殊感、澄清和持久性在样品D中表现强烈。特殊感、质感、黄、澄清、亮、香醇味、酸味、杏香味和持久性在样品E中表现出色。

图5 主要描述符GM值获得的库车小白杏5 种发酵液雷达图及其感官评价对比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

图6 主要描述符GM值获得的库车小白杏5 种发酵液PCA图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 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液描述符的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 结 论

实验通过比较5 种乳酸菌发酵的库车小白杏发酵液在发酵过程中理化特性的变化，并结合感官评价，筛选出适合发酵库车小白杏的菌种。在理化性质和感官评价等方面，戊糖片球菌是最适合发酵库车小白杏的菌种，其发酵的库车小白杏发酵液SOD活性高达252.63 U/g，活菌数达到8.07 （lg（CFU/mL）），TSS降至17.1 °Brix，感官评价最佳，因此戊糖片球菌发酵的产品具有理想的抗氧化性和消费者接受度。植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌是仅次于戊糖片球菌的发酵菌种。本实验为混合发酵库车小白杏提供了菌种选择的理论依据，提高了贮藏期较短的库车小白杏产品的利用价值，为发挥库车小白杏的商业价值助力。