酶解对植物乳杆菌发酵红枣汁品质的影响

张丽华1,2,赵光远1,2,吴顺红1,董亚瑞1,刘 捻1,纵 伟1,2,*

(1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院,河南 郑州 450002;2.食品生产与安全河南省协同创新中心,河南 郑州 450002)

摘 要:为了明晰酶解处理对发酵红枣汁品质的影响,采用果胶酶和半纤维素酶酶解红枣浆,研究经植物乳杆菌发酵后及4 ℃贮藏期间乳酸菌活菌数、主要营养品质和色泽的变化。结果表明,与对照相比,酶解处理可显著提高红枣汁的可溶性固形物含量和可滴定酸含量。酶解处理有利于保持红枣汁贮藏期间的抗坏血酸含量、多酚含量和蛋白质含量,在贮藏28 d时,其含量分别高出对照0.7、0.28 mg/100 mL和0.58 mg/100 mL,多糖含量也有小幅增加,色泽有明显改善。此外,酶解处理提高了红枣汁中的乳酸菌活菌数,在贮藏28 d时,酶解处理组的乳酸菌活菌数显著高出对照组0.17 (lg(CFU/mL))。表明红枣汁发酵前采取酶解处理可以改善红枣汁的后续发酵品质。

关键词:红枣汁;酶解;植物乳杆菌;发酵;品质

红枣(Zizyphus jujuba)是鼠李科枣属植物的成熟果实,是中国传统的药食两用果品。红枣中含有多种具有生物活性成分的物质,如多糖、多酚、抗坏血酸、三萜酸、环磷酸腺苷等[1-3]。现代食品和医学研究表明,红枣具有保护肝脏[4]、抗氧化[5-7]、降低血糖[8]及抗肿瘤[9]等多种保健功效,是养胃健脾、养血生津和滋补强身的首选食材。中国的红枣资源丰富,2014年的年产量达800万 t以上,居世界首位,也是中国第一大干果资源[10]。目前,红枣除供鲜食外,主要加工成红枣干果、蜜枣、枣片、枣汁饮料、枣酒、枣醋等产品。其中,红枣汁是近年来红枣深加工产业的研究热点。红枣汁含糖量高,乳酸菌发酵能把其中一部分糖转化成乳酸,改善产品风味;同时,乳酸菌的发酵代谢也产生了多种抑菌活性物质如有机酸、细菌素、环二肽等,故能有效抑制各类病原菌的生长繁殖,从而发挥相应的益生功能,如减轻胃酸分泌,预防便秘等[11-12]。因此,研究红枣汁乳酸菌发酵技术既是红枣深加工和提质增效的产业发展重点,也是丰富红枣营养保健食品种类的有益探索。

国内外已有学者利用乳酸菌发酵果蔬汁开发保健性饮料。Yoon等[13]分别采用植物乳杆菌C3、干酪乳杆菌A4和德氏乳杆菌D7发酵卷心菜汁,在30 ℃发酵48 h之后,这3 种乳酸菌的活菌量仍保持在1×109CFU/mL,但在4 ℃贮藏2 周后,干酪乳杆菌A4由于不能适应低pH值和高酸度的发酵环境而完全丧失活性。相比较而言,植物乳杆菌C3和德氏乳杆菌D7在4 ℃贮藏4 周后,仍有4.1×107CFU/mL和4.5×108CFU/mL。Pereira等[14]优化了干酪乳杆菌发酵腰果汁的工艺条件,发现当腰果汁pH值为6.4,发酵温度30 ℃,接种量为7.48(lg(CFU/mL))条件下发酵16 h时品质最好。Costa等[15]优化了超声处理菠萝汁作为干酪乳杆菌发酵基质的条件,得到在培养温度31 ℃和pH值为5.8时,发酵的菠萝益生菌饮料品质较好,表明超声处理菠萝汁可以作为干酪乳杆菌发酵的基质。郑欣等[16]比较了3 种乳酸菌发酵对荔枝汁品质的影响,结果显示,3 种乳酸菌均能在荔枝汁中较好生长,且对荔枝汁的主要营养品质和色泽影响不显著。同时,Zheng Xin等[17]也比较了超高压处理对荔枝汁乳酸菌发酵的影响,表明超高压可以做一种非热杀菌技术应用于荔枝汁发酵前的杀菌工序,并不影响其后续的发酵性能。刘磊等[18]以龙眼果浆为原料,研究乳酸菌发酵工艺条件及其挥发性风味物质的变化情况,结果表明,乳酸菌发酵显著增加了龙眼果浆的总酸和挥发性风味物质。目前,开发和研究红枣汁乳酸发酵饮料的工艺较多,缪晓平等[19]以牛奶和红枣为原料,明确了采用红枣浆10%、蔗糖5%和奶粉10%,发酵工艺参数为接种量5%(以瓶装酸奶为发酵剂),42 ℃条件下发酵4 h时制备的红枣发酵乳酸饮料的品质最优。谭平[20]和高晗[21]等以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为发酵剂开发红枣乳酸发酵饮料。靳玉红等[22]以混合乳酸菌为发酵剂研究了红枣乳酸发酵饮料的抗氧化活性,表明红枣乳酸发酵饮料香味独特,口感柔和,且具有较强的抗氧化活性。上述研究主要集中在红枣汁发酵工艺条件的优化中,而针对红枣汁的制备和加工处理方式对后续发酵的影响研究较少。酶解作为一种果汁加工中的重要工序,其主要目的在于提高出汁率、降低黏度等,而红枣汁加工中的酶解处理是否会促进乳酸菌的后续发酵鲜见相关报道。因此,本研究采用果胶酶和半纤维素酶酶解红枣浆,探讨酶解对植物乳杆菌发酵红枣汁品质的影响,旨在为红枣汁发酵饮料的开发提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红枣品种为“灰枣” 好想你枣业股份有限公司;植物乳杆菌(GIM1.191) 广东省微生物菌种保藏中心。

没食子酸 国药集团化学试剂有限公司;果胶酶(100 000 U/g)、半纤维素酶(200 000 U/g) 江苏锐阳生物科技有限公司;MRS琼脂培养基、MRS肉汤培养基北京奥博星生物技术有限责任公司;福林-酚试剂北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SW-CJ-2D型超净工作台 苏州净化设备有限公司;SC-80C型全自动色彩色差计 北京康光光学仪器有限公司;AL204型电子天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司;BC/BD-429H型冰柜 青岛海尔股份有限公司;HC-3618R型高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司;PAL-1数显折光糖度仪 日本Atago公司;PHS-3C型酸度计 上海仪电科学仪器股份有限公司;BPH-9272型精密恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司;HH-S4型恒温水浴锅 金坛市医疗仪器厂;LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂;SHB-3循环水多用真空泵 郑州杜甫仪器厂;KYH-777多功能食品搅拌机 佛山市乐创网络科技有限公司;T6紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 红枣果浆植物乳杆菌发酵的工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 植物乳杆菌的活化与扩大培养

取MRS固体培养基10 mL倒入试管中,塞好瓶塞,115 ℃杀菌15 min。斜面放置冷却至40 ℃左右,在无菌操作台上划线接入甘油保存的菌液0.1 mL,37 ℃恒温培养12 h,取出,以此法重复3 次,使其充分活化。

配制MRS液体培养基,移至三角瓶中,塞好瓶塞,115 ℃杀菌15 min,冷却至40 ℃左右,在无菌工作台上挑取斜面培养基上生长较好的菌落,将其接种至液体培养基中。37 ℃恒温培养12 h后取出,摇匀,移取此发酵液1%,接入灭菌冷却后的MRS液体培养基中37 ℃条件下培养12 h,得到扩大培养的植物乳杆菌菌悬液,备用。

1.3.2.2 红枣果浆的发酵

红枣经清洗、去核后,切成小块,按照料液比1∶6(g/mL)进行打浆,然后调节果浆pH值至5.3,温度至40 ℃时,加入果胶酶和纤维素酶(1∶2,m/m)酶解4 h[23]。之后于115 ℃杀菌15 min,迅速冷却至40 ℃左右,接入植物乳杆菌(接种量为体积分数1%),置于30 ℃培养箱中静止发酵,12 h后转入4 ℃冰箱低温贮藏。分别在贮藏1、7、14、21 d和28 d时取出,过滤,得到酶解处理的发酵红枣汁。以不进行酶解处理的发酵红枣汁为对照。

1.3.3 可滴定酸(titratable acidity,TA)含量的测定

参照ISO 750—1998《水果和蔬菜制品 滴定酸度的测定的方法》。移取25 mL红枣汁,加入烧杯中,加入3~5滴1%酚酞指示剂,用0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定,至出现粉红色30 s内不褪色为终点,记录所消耗的体积。TA含量按下式计算:

式中:c为NaOH标准溶液浓度/(mol/L);V1为滴定时所消耗的NaOH标准溶液体积/mL;V0为测定用的样液体积/mL。k为乳酸换算系数,0.09。

1.3.4 乳酸菌菌落数测定

参考GB 4789—2010《食品微生物学检验》的方法测定乳酸菌菌落总数[24]

1.3.5 色差的测定

采用全自动色彩色差计测定红枣汁的明亮度(L*值)和绿/黄值(a*正值表示红色,a*负值表示绿色;b*正值表示黄色,b*负值表示蓝色)。

1.3.6 可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)和pH值测定

采用糖度计[23]和pH计直接测定。

1.3.7 抗坏血酸含量的测定

参照Kampfenkel等[25]的方法,以抗坏血酸为标品,单位为mg/100 mL。

1.3.8 总酚含量的测定

采用福林-酚比色法测定[26],总酚含量以没食子酸表示,单位为mg/100 mL。

1.3.9 多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法测定[27],多糖含量以葡萄糖表示,单位为mg/100 mL。

1.3.10 蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝法测定[28],以牛血清白蛋白为标品,单位为mg/100 mL。

1.4 数据处理与分析

实验数据采用Origin软件进行处理并制图。

2 结果与分析

2.1 酶解处理对发酵红枣汁SSC和多糖含量的影响

图1 酶解处理对发酵红枣汁SSC(A)和多糖含量(B)的影响
Fig. 1 Effects of enzymatic pretreatment on the SSC (A) and contents of polysaccharides (B) in fermented jujube juice during storage at 4 ℃

*.两组有显著差异(P<0.05);**.两组有极显著差异(P<0.01)。下同。

红枣汁SSC决定了红枣汁的品质。鲁周民等[23]研究表明,采用纤维素酶和果胶酶酶解红枣汁可以提高其SSC。如图1A所示,在低温贮藏期间,2 组产品的SSC存在显著差异,而且酶解组的SSC要高于对照组。对照组的SSC呈下降趋势,由0 d时的9.67%降低至贮藏28 d时的9.07%,表明植物乳杆菌发酵能快速分解枣汁中的糖类成分,造成SSC的降低。而酶解处理组的SSC没有降低,反而呈小幅增长的趋势,但是在贮藏期内没有显著差异。这可能是由于酶解促进了多糖的溶出,而发酵后的枣汁pH值较低,这又加速了多糖的降解,从而使SSC有增长的趋势。另一方面,红枣汁发酵过程中多糖含量呈现先增加后降低的趋势(图1B),酶解处理组的多糖含量在发酵1 d时显著低于对照组,之后,其多糖含量高于对照组,这可能是由于酶解处理有利于植物乳杆菌在红枣汁发酵期间的胞外多糖产生。这与郑欣等[16]研究的荔枝汁经乳酸菌发酵后胞外多糖含量增加的结果相一致。

2.2 酶解处理对发酵红枣汁pH值和TA含量的影响

图2 酶解处理对发酵红枣汁pH值(A)和TA含量(B)的影响
Fig. 2 Effects of enzymatic pretreatment on pH (A) and titratable acid content (B) of fermented jujube juice during storage at 4 ℃

乳酸菌能将红枣汁中的糖类成分发酵,转化产生乳酸,降低酸度值和pH值。如图2A所示,新鲜红枣汁的pH值约为5.30,经贮藏1 d后,2 组产品的pH值迅速降低,对照组降至3.74,酶解组降至3.63。在后续的低温贮藏过程中,酶解组的pH值均显著低于对照组,这可能是由于酶解处理使得红枣汁的糖类成分溶出的更多,促使植物乳杆菌发酵更加彻底,产生了更多的乳酸,由此降低了发酵红枣汁的pH值。郑欣等[29]采用植物乳杆菌发酵荔枝汁,结果显示,其也能使荔枝汁的pH值显著降低。与此类似,TA也表现出同样的趋势(图2B),经酶解处理后,红枣汁的TA含量显著高于对照组。

2.3 酶解处理对发酵红枣汁色差的影响

由图3可知,随贮藏时间的延长,2 组发酵红枣汁的L*值均呈先升高后降低的趋势(图3A);红色值a*和黄色值b*在低温贮藏期间呈增加的趋势(图3B、C)。图3A表明,对照组在贮藏14 d时,红枣汁的明亮度较好;酶解处理组在贮藏21 d时明亮度达到最高值21.44,产品仍有较好的澄清度。图3B、C表明,酶解处理对保持红枣汁的红色和黄色有较好的促进作用。

图3 酶解处理对发酵红枣汁色差L*(A)、a*(B)和b*(C)的影响
Fig. 3 Effect of enzymatic pretreatment on color of fermented jujube juice during storage at 4 ℃

2.4 酶解处理对发酵红枣汁抗坏血酸含量、多酚含量和蛋白质含量的影响

红枣汁中含有的生物活性物质抗坏血酸、多酚和蛋白质在发酵期间均呈下降的趋势。图4A显示,在贮藏28 d时,对照组红枣汁的抗坏血酸损失了40.05%,酶解处理组损失约22.27%,可见酶解处理能减缓抗坏血酸的降解和损失。这可能是由于酶解处理组红枣汁的pH值低于对照组,借此酸性条件抗坏血酸得以保留的更多。

图4 酶解处理对发酵红枣汁抗坏血酸(A)、总酚(B)和蛋白质(C)含量的影响
Fig. 4 Effects of enzymatic pretreatment on the contents of ascorbic acid (A), polyphenol (B) and protein (C) in fermented jujube juice during storage at 4 ℃

2 组红枣汁的总酚含量变化如图4B所示,呈现出先降低后升高再降低的趋势,这与乳酸菌发酵降低了荔枝汁中总酚含量的结果相一致。可能因为红枣汁中一些结合态的多酚被乳酸菌产生的一些糖苷酶或酯酶水解,导致总酚含量的增加,图4B显示,在贮藏第7天时,酶解处理组的总酚含量达到2.90 mg/100 mL,显著高出对照组0.60 mg/100 mL。但是红枣汁中的结合态酚类物质数量有限,因此总多酚的氧化减少的速率较快,在贮藏14 d后,2 组红枣汁的总酚含量均呈下降趋势。

图4C表明,红枣汁经发酵后,在低温贮藏期间蛋白质含量呈下降趋势。贮藏28 d后,酶解处理组的蛋白质约剩余35.60%,对照组则仅剩余11.27%。而且,在整个贮藏期间,酶解组的蛋白质含量显著高于对照组,这主要归因于纤维素酶和半纤维素酶能使包藏在细胞中的蛋白质释放出来[30]

2.5 酶解处理对发酵红枣汁乳酸菌活菌量的影响

图5 酶解处理对发酵红枣汁乳酸菌活菌量的影响
Fig. 5 Effect of enzymatic pretreatment on the viable count of lactic acid bacteria in fermented jujube juice during storage at 4 ℃

益生菌产品活菌期时间短是其最大的缺点,因此,保持益生菌发酵产品的高活菌量是评价其产品品质的重要指标。一般而言,随着低温贮藏时间的延长,乳酸菌活菌量都呈下降的趋势[13-14]。如图5所示,在贮藏1 d后,植物乳杆菌已进入到对数生长期,对照组和酶解处理组的乳酸菌活菌量分别达到5.15(lg(CFU/mL))和5.54(lg(CFU/mL))。贮藏7 d后,两组产品的乳酸菌活菌量逐渐下降,但酶解处理组的乳酸菌活菌量高于对照组,且在贮藏14 d之后,其乳酸菌活菌量显著高于对照组。可见,酶解处理可以促进植物乳杆菌在红枣汁中的发酵能力,并保留更多的活菌量。在贮藏28 d时,酶解处理组的乳酸菌活菌量约有6.02(lg(CFU/mL)),高出对照组0.17(lg(CFU/mL)),存在显著差异。

3 结 论

酶解处理显著提高了发酵红枣汁的SCC和TA含量;酶解处理可保留红枣汁中的抗坏血酸和总酚含量,减少其降解和损失,在4 ℃贮藏28 d时,红枣汁中的抗坏血酸含量和总酚含量分别高出对照0.7 mg/100 mL和0.28 mg/100 mL。另外,酶解处理也提高了红枣汁中的乳酸菌活菌量,在贮藏28 d时,酶解处理组的乳酸菌活菌量显著高出对照组0.17(lg(CFU/mL))。酶解处理对红枣汁的多糖含量和色泽有较好的改善,并可以促进细胞中蛋白质的释放,从而提高红枣汁中的蛋白质含量。综合以上,红枣汁发酵前采取果胶酶和半纤维素酶酶解可以改善红枣汁的后续发酵品质。

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Effect of Enzymatic Hydrolysis on Quality of Red Jujube Juice Fermented by Lactobacillu plantarum

ZHANG Lihua1,2, ZHAO Guangyuan1,2, WU Shunhong1, DONG Yarui1, LIU Nian1, ZONG Wei1,2,*
(1. College of Food and Biological Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China; 2. Collaborative Innovative Center of Food Production and Safety, Henan Province, Zhengzhou 450002, China)

Abstract:In order to clarify the effect of enzymatic hydrolysis on the quality of fermented red jujube juice, red jujube juice was hydrolyzed by a combination of pectinase and hemicellulase, fermented by Lactobacillu plantarum and then stored at 4 ℃, and changes in the viable bacterial count, major nutrients and color were investigated at different storage times. The results showed that enzymatic hydrolysis significantly improved the contents of soluble solids and titratable acid in fermented jujube juice as compared with the control. Enzymatic treatment was beneficial to maintaining the contents of ascorbic acid, polyphenol and protein of fermented jujube juice during storage, which were 0.7, 0.28 and 0.58 mg/100 mL higher than those of the control after storage for 28 days, respectively. Additionally, the polysaccharide content was also increased slightly and the color was significantly improved. In addition, the viable number of lactic acid bacteria in fermented jujube juice was increased by enzymatic pretreatment, which was significantly higher than that of the control (0.17 (lg (CFU/mL))) at 28 days of storage. These results showed that the quality of fermented jujube juice could be improved by enzymatic pretreatment before fermentation.

Key words:jujube juice; enzymatic hydrolysis; Lactobacillu plantarum; fermentation; quality

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714020

中图分类号:TS255

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)14-0132-06

引文格式:张丽华, 赵光远, 吴顺红, 等. 酶解对植物乳杆菌发酵红枣汁品质的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(14): 132-137.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714020. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Lihua, ZHAO Guangyuan, WU Shunhong, et al. Effect of enzymatic hydrolysis on quality of red jujube juice fermented by Lactobacillu plantarum[J]. Food Science, 2017, 38(14): 132-137. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714020. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-08-04

基金项目:郑州市2015年科技攻关项目(153PKJGG120);河南省科技攻关农业项目(162102110149);

郑州轻工业学院博士科研启动金项目(2013BSJJ003);郑州轻工业学院大学生科技创新项目

作者简介:张丽华(1982—),女,讲师,博士,研究方向为果蔬保鲜与加工安全控制技术。E-mail:zhanglihua82828@163.com

*通信作者:纵伟(1965—),男,教授,博士,研究方向为果蔬加工安全控制技术。E-mail:zongwei1965515@163.com