益生菌發(fā)酵獼猴桃汁工藝優(yōu)化及香氣成分動態(tài)解析

羅心欣，成雨陽，王周利，岳田利，蔡 瑞，袁亞宏*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

現(xiàn)今越來越多的消費(fèi)者追求低脂、低糖、低膽固醇的健康飲食，益生菌發(fā)酵果蔬汁逐漸成為大眾喜愛的新型功能性健康食品。以非乳原料作為益生菌載體不但健康低脂，且為乳糖不耐受人群攝入益生菌提供了新途徑。開發(fā)新的非乳原料作為益生菌載體是功能性食品的發(fā)展趨勢。益生菌，活菌數(shù)在106CFU/mL以上能夠抑制致病菌的生長，維持人體腸道菌群平衡，主要應(yīng)用于乳制品、乳飲料等產(chǎn)品中[1]。目前應(yīng)用于功能保健性食品中的益生菌主要包括雙歧桿菌和乳桿菌類乳酸菌群[2]。獼猴桃營養(yǎng)豐富，深受人們喜愛，但采后不易貯藏，利用乳酸發(fā)酵既能延長貯藏期，減少經(jīng)濟(jì)損失，又能賦予產(chǎn)品豐富的風(fēng)味，且對人體有益。

有關(guān)果蔬汁發(fā)酵的研究主要在工藝優(yōu)化方面。李維妮等[3]以動物雙歧桿菌、副干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌共同發(fā)酵蘋果汁，優(yōu)化發(fā)酵條件為菌種比例1∶1∶1∶1、接種量2%、發(fā)酵24 h、發(fā)酵溫度37 ℃。Zheng Xin等[4]用干酪乳桿菌發(fā)酵荔枝汁，活菌數(shù)可達(dá)到8.57（lg（CFU/mL））。宋蘇華[5]篩選出1 株耐酸、耐膽鹽的植物乳桿菌NCU116，并利用該菌發(fā)酵香蕉汁。楊玉紅等[6]利用雙歧桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發(fā)酵軟棗獼猴桃，正交試驗(yàn)優(yōu)化得到發(fā)酵條件：獼猴桃起始pH值為6，接種量為0.07%，38 ℃發(fā)酵8 h。

發(fā)酵果蔬汁的揮發(fā)性風(fēng)味成分的檢測主要利用氣相色譜質(zhì)譜法[7-8]，但結(jié)果不能反映樣品的整體信息，難以與人的嗅覺作系統(tǒng)化、科學(xué)化的對照[9]。電子鼻也稱人工嗅覺系統(tǒng)，是基于半選擇性的氣敏傳感器陣列對揮發(fā)性氣體進(jìn)行檢測的多學(xué)科交叉技術(shù)，通過多個性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒诸惙椒▽?shí)現(xiàn)對單一及復(fù)雜氣味的檢測和區(qū)分[10-12]。主要應(yīng)用于檢測食品摻假[13]、品種區(qū)分[14]、果蔬成熟[15]、貯藏[16]、腐敗[17]、保質(zhì)期[18]、發(fā)酵[19]等方面。

目前鮮見乳酸菌發(fā)酵天然獼猴桃汁的報道，發(fā)酵期間整體揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化亦沒有研究。本研究篩選適宜發(fā)酵獼猴桃汁的兩株乳酸菌進(jìn)行混合發(fā)酵，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)并進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，得到最優(yōu)發(fā)酵參數(shù)并利用電子鼻監(jiān)控發(fā)酵過程中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化。旨在為乳酸發(fā)酵獼猴汁的研制提供指導(dǎo)，為進(jìn)一步解釋發(fā)酵獼猴桃汁特征香氣物質(zhì)的形成機(jī)理提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

徐香獼猴桃，購于周至縣西峪鄉(xiāng)，10月中旬采摘，8 分熟，無損傷和腐爛。

菌種：植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）21805、21801，嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）20250、6074，干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）23185，副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）22709、20241，嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophiles）6247，動物雙歧桿菌（Bifidobacterium animalis）6165、6174，腸膜明串珠菌腸膜亞種（Leuconostoc mesenteroides subsp.mesenteroides）22184，均購于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心，均保存于西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院健康食品制造與安全控制實(shí)驗(yàn)室。

MRS肉湯培養(yǎng)基 北京陸橋技術(shù)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

2000JP-1離心果汁機(jī) 南通金橙機(jī)械有限公司；HC-3018R高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；YXQ-LS-70A立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；PEN3便攜式電子鼻（各傳感器響應(yīng)特性如表1所示） 德國Airsense公司；YT-CJ-2ND型超凈工作臺 北京亞泰科隆儀器技術(shù)有限公司。

表1 PEN3電子鼻傳感器陣列的響應(yīng)特征Table 1 Response characteristics of the sensors used in electronic nose

1.3 方法

1.3.1 獼猴桃汁制備工藝流程

挑選→清洗→去皮→切塊→榨汁→酶解→滅酶→離心→抽濾

1.3.2 益生菌菌株篩選[20]

將1.1節(jié)中的11 株乳酸菌分別于MRS液體培養(yǎng)基中活化培養(yǎng)1 代，第2代MRS液體培養(yǎng)基分別用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3.00，以0.5%的比例添加牛膽鹽，按1%接種量分別接種培養(yǎng)3 h后計(jì)活菌數(shù)，篩選活菌數(shù)大于106CFU/mL的菌株，即得到耐酸、耐膽鹽菌株進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3.3 發(fā)酵菌群篩選

將篩選得到的乳酸菌分別于MRS液體培養(yǎng)基中活化培養(yǎng)2 代，再分別接種于100 mL獼猴桃汁中36 ℃培養(yǎng)24 h，作為發(fā)酵種子液?？刂品N子液活菌數(shù)達(dá)1×107CFU/mL，以1∶1（2 株菌共同發(fā)酵）、1∶1∶1（3 株菌共同發(fā)酵）的比例，3%的接種量接種于500 mL獼猴桃汁中，以活菌數(shù)和感官評分為指標(biāo)確定發(fā)酵菌群。

1.3.4 獼猴桃汁的發(fā)酵

按照1.3.3節(jié)方法制備植物乳桿菌21805和嗜酸乳桿菌20250的發(fā)酵種子液，以不同的發(fā)酵條件接種于500 mL獼猴桃汁中，發(fā)酵完成后于－20 ℃凍存。

1.3.5 獼猴桃汁活菌數(shù)測定和感官評定

活菌數(shù)測定采用傾注平板法。

感官評定：18 名受過訓(xùn)練的老師和學(xué)生組成感官評定小組，從色澤、組織狀態(tài)、香氣、口感4 個方面對各組獼猴桃果汁進(jìn)行評分，評分細(xì)則如表2所示。

表2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation of fermented kiwifruit juice

1.3.6 發(fā)酵獼猴桃汁的單因素試驗(yàn)

1.3.6.1 發(fā)酵溫度的選擇

獼猴桃汁初始糖度為12.2 °Brix，pH值為3.45（下同）。以1∶1的菌種比例，3%的接種量接入獼猴桃汁中，分別在30、32、34、36 、38、40 ℃發(fā)酵24 h，測定各發(fā)酵組的感官評分和活菌數(shù)。

1.3.6.2 發(fā)酵時間的選擇

以1∶1的菌種比例，3%的接種量接入獼猴桃汁中，在36 ℃分別發(fā)酵16、20、24、28、32、36 h，測定各發(fā)酵組的感官評分和活菌數(shù)。

1.3.6.3 接種量的選擇

以1∶1的菌種比例，接種量分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%接入獼猴桃汁中，在36 ℃發(fā)酵24 h，測定各發(fā)酵組的感官評分和活菌數(shù)。

1.3.6.4 菌種比例的選擇

分別以植物乳桿菌-嗜酸乳桿菌菌種比例0∶1、3∶1、1∶3、1∶1、2∶1、1∶2、1∶0，接種量為3%接入獼猴桃汁中，在36 ℃發(fā)酵24 h，測定各發(fā)酵組的感官評分和活菌數(shù)。

1.3.7 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

對單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，采用中心組合設(shè)計(jì)方法，選擇對感官評分和活菌數(shù)影響顯著的因素設(shè)計(jì)3因素5水平響應(yīng)面試驗(yàn)，如表3所示。以感官評分和活菌數(shù)為評價指標(biāo)，兩個指標(biāo)各占權(quán)重50%[3]。

表3 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 3 Coded levels for factors used in central composite design

1.3.8 電子鼻測定

按照1.3.4節(jié)方法，以最優(yōu)條件發(fā)酵獼猴桃汁。期間每4 h取樣品200 mL，共7 組樣品，每組設(shè)18 個平行，設(shè)置電子鼻進(jìn)氣量為400 mL/min，每秒采集一個數(shù)據(jù)，檢測60 s，清洗240 s。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Origin 8.0作圖，SPSS18.0進(jìn)行單因素方差分析，電子鼻所測得的數(shù)據(jù)使用自帶軟件Winmuster進(jìn)行線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）和載荷分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 益生菌菌株篩選與發(fā)酵菌株的確定

表4 乳酸菌的耐酸、耐膽鹽活菌數(shù)Table 4 Tolerance of lactic acid bacteria to low pH and bile salt conditions 106 CFU/mL

表4結(jié)果顯示，在耐膽鹽實(shí)驗(yàn)中，1、2、5、8、9和10號的活菌數(shù)均沒有達(dá)到106CFU/mL，表明這些菌株均無法耐受膽鹽環(huán)境，無法作為益生發(fā)酵菌株。在耐酸實(shí)驗(yàn)中，除2號和11號，其余組3 h的活菌數(shù)與0 h相比有所減少，表明大部分菌株生長受抑制，但活菌數(shù)均大于106CFU/mL，表明這些菌株均能夠耐受酸性環(huán)境。6號在酸性環(huán)境中生長3 h后活菌數(shù)達(dá)到107CFU/mL，約為0 h活菌數(shù)的3 倍，表明這株菌能適應(yīng)酸性環(huán)境并迅速生長。3、4、6、7和11號在pH 3.0和添加牛膽鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)3 h后活菌數(shù)均高于106CFU/mL，表明這5 株菌可以耐受人體胃液酸性和膽鹽汁的環(huán)境發(fā)揮益生性能。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示，9 個發(fā)酵組的感官評分和活菌數(shù)之間差異明顯，混菌發(fā)酵組的感官評分、活菌數(shù)普遍高于單菌發(fā)酵組。在單菌發(fā)酵組中，20241的感官評分最高，21801、6074發(fā)酵的獼猴桃汁感官評分較低，發(fā)酵后有刺鼻異味。選擇21805、20250和20241進(jìn)行兩兩組合發(fā)酵和3 株菌共同發(fā)酵，在混菌發(fā)酵組中，菌株21805與20250共同發(fā)酵的獼猴桃汁感官評分最高；3 株菌共同發(fā)酵組的口感過酸，適口性不好，刺激氣味明顯，所以感官評分較低?；炀l(fā)酵能夠提高活菌數(shù)，改善單菌發(fā)酵單一的風(fēng)味，綜合選擇菌株21805與20250共同發(fā)酵獼猴桃果汁。

表5 不同菌種發(fā)酵結(jié)果Table 5 Fermentation results with different strains

2.2 獼猴桃汁發(fā)酵條件的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 發(fā)酵溫度對獼猴桃汁感官評分及活菌數(shù)的影響

圖1 發(fā)酵溫度對感官評分和活菌數(shù)的影響Fig. 1 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation and viable count

如圖1所示，在34～38℃時，感官評分沒有顯著差異（P＞0.05），而溫度過高會降低獼猴桃汁的感官評分?；罹鷶?shù)隨著發(fā)酵溫度的升高而增加，當(dāng)溫度高于34 ℃時，獼猴桃汁的活菌數(shù)沒有顯著變化（P＞0.05）。當(dāng)發(fā)酵溫度為36 ℃時，活菌數(shù)達(dá)到最高值為2.13×108CFU/mL，此時感官評分為81.06 分。綜合選擇36 ℃為最佳發(fā)酵溫度。由于溫度過低或過高會影響發(fā)酵果汁品質(zhì)，在34～38 ℃時發(fā)酵溫度對感官評分和活菌數(shù)影響均不顯著，因此不列為響應(yīng)面試驗(yàn)中的因素。

2.2.2 發(fā)酵時間對獼猴桃汁感官評分及活菌數(shù)的影響

圖2 發(fā)酵時間對感官評分和活菌數(shù)的影響Fig. 2 Effects of different times on sensory evaluation and viable count

由圖2可以看出，活菌數(shù)隨發(fā)酵時間的延長而顯著增大，感官評分隨發(fā)酵時間的延長先增大后減小，說明發(fā)酵時間過長會影響獼猴桃汁的感官風(fēng)味。發(fā)酵24 h時，感官評分達(dá)到最大值82.3分；發(fā)酵28～36 h時，活菌數(shù)增加，但感官評分顯著下降，這是由于發(fā)酵獼猴桃汁的乳酸積累過量，口感過酸導(dǎo)致感官評分明顯降低。綜合考慮，選擇發(fā)酵時間24 h為最佳水平。

2.2.3 接種量對獼猴桃汁感官評分及活菌數(shù)的影響

圖3 接種量對感官評分和活菌數(shù)的影響Fig. 3 Effect of inoculum amount on sensory evaluation and viable count

接種量的大小會影響發(fā)酵果汁的品質(zhì)，接種量過低會延長發(fā)酵時間，樣品產(chǎn)酸速度慢易受雜菌污染；接種量過高發(fā)酵速度會加快，但由于果汁中積累的酸過高會加速乳酸菌的死亡，從而影響果汁品質(zhì)。由圖3可以看出，當(dāng)接種量為3%時，感官評分和活菌數(shù)都達(dá)到了最高值，分別為82.33 分和2.393×108CFU/mL。當(dāng)接種量為1%～3%時，感官評分和活菌數(shù)都顯著增加（P＜0.05），當(dāng)接種量為3%～6%時，感官評分呈下降趨勢，活菌數(shù)顯著降低（P＜0.05）。選擇接種量3%為最佳水平。

2.2.4 菌種比例對獼猴桃汁感官評分及活菌數(shù)的影響

圖4 菌種比例對感官評分和活菌數(shù)的影響Fig. 4 Effect of ratio between probiotic strains on sensory evaluation and viable count

由圖4可以看出，當(dāng)植物乳桿菌-嗜酸乳桿菌菌種比例2∶1時，活菌數(shù)達(dá)到最高值2.57×108CFU/mL，當(dāng)植物乳桿菌-嗜酸乳桿菌菌種比例1∶1時感官評分達(dá)到最高值86.17 分。單因素方差分析得到不同菌種比例對活菌數(shù)和感官評分均有顯著影響（P＜0.01），綜合選擇植物乳桿菌-嗜酸乳桿菌2∶1為最佳比例。

2.3 響應(yīng)面中心組合設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果和方差分析

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表6所示，利用Design Expert 8.0.6軟件分析得到感官評分（Y1）和活菌數(shù)（Y2）對自變量A（發(fā)酵時間）、B（接種量）、C（菌種比例）的回歸方程分別為：Y1=78.31＋0.86A－0.69B－0.69C＋2.15AB＋1.75AC－0.28BC－0.18A2－1.32B2－1.55C2；Y2=22.85－1.51A＋0.60B－0.75C＋0.48AB＋2.37AC＋1.85BC－3.60A2－4.06B2－3.94C2。

表6 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Central composite design with experimental values of response variables

表7 感官評分方差分析Table 7 Analysis of variance of sensory evaluation

表8 活菌數(shù)方差分析Table 8 Analysis of variance of viable count

由表7和表8可知，兩個模型均達(dá)到極顯著水平（P＜0.000 1），且失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），表明方程與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合性良好，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可靠，適用于發(fā)酵獼猴桃汁工藝參數(shù)的優(yōu)化。感官評分與活菌數(shù)信噪比的值分別為24.255和65.136，均遠(yuǎn)大于4。感官評分決定系數(shù)R2為0.973 5，活菌數(shù)R2為0.998 3，說明感官評分和活菌數(shù)的實(shí)測值與預(yù)測值之間具有較好的擬合度，可以用此模型分析和預(yù)測乳酸菌發(fā)酵獼猴桃汁的發(fā)酵工藝。A、B、C及AB、AC的交互作用及B2、C2對獼猴桃汁感官評分均有極顯著影響（P＜0.01），BC、A2則影響不顯著。A、B、C及AB、AC、BC的交互作用及A2、B2、C2對獼猴桃汁活菌數(shù)均有極顯著影響（P＜0.01）。

2.3.2 因素間交互作用分析

由圖5可知，發(fā)酵時間與接種量、發(fā)酵時間與菌種比例之間的交互作用對感官評分有顯著影響，發(fā)酵時間、接種量、菌種比例兩兩因素交互作用對活菌數(shù)有顯著影響。

圖5 不同因素交互作用對獼猴桃汁感官評分和活菌數(shù)的影響Fig. 5 Interactive effects of different factors on sensory evaluation and viable count of fermented kiwifruit juice

2.3.3 模型驗(yàn)證

利用Design-Expert 8.0.6預(yù)測獼猴桃汁發(fā)酵最佳工藝條件為發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時間22.86 h、接種量2.67%、菌種比例1∶1，預(yù)測感官評分為78.43 分，活菌數(shù)為2.3×108CFU/mL。為便于實(shí)踐操作，對優(yōu)化條件的參數(shù)取整后得到發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時間24 h、接種量3%、菌種比例1∶1。以此條件發(fā)酵獼猴桃汁進(jìn)行驗(yàn)證，得到實(shí)際活菌數(shù)為2.185×108CFU/mL（誤差5%），感官評分為81.45 分（誤差3.8%）?？梢钥闯鰞?yōu)化得到的工藝條件是可靠的。

2.4 不同發(fā)酵階段獼猴桃汁香氣成分的電子鼻分析

2.4.1 電子鼻對不同發(fā)酵階段獼猴桃汁的特征響應(yīng)

圖6 傳感器對發(fā)酵前后獼猴桃汁揮發(fā)性氣味響應(yīng)圖Fig. 6 Response curves of electronic nose sensors to kiwifruit juice before and after fermentation

如圖6所示，所有傳感器響應(yīng)值變化均顯著（P＜0.01）。S7、S6、S2、S9和S8對獼猴桃汁有較大響應(yīng)，S7和S9響應(yīng)值均迅速增大至最高值后緩慢下降，最后逐漸趨于穩(wěn)定，S6、S2和S8的響應(yīng)值均迅速增大至最高值后逐漸趨于穩(wěn)定，其余傳感器響應(yīng)值變化相對平緩。S7號響應(yīng)值最高，說明發(fā)酵獼猴桃汁中該傳感器代表的物質(zhì)濃度越高，其余5 個傳感器響應(yīng)值都在1左右且無明顯變化，說明這些傳感器對發(fā)酵獼猴桃汁的香氣不敏感，這與馬婷等[21]利用電子鼻檢測獼猴桃汁的結(jié)果一致，當(dāng)檢測至40 s之后，所有傳感器的響應(yīng)值都趨于穩(wěn)定，選取40 s處的信號作為分析時間點(diǎn)。

圖7 傳感器對不同發(fā)酵階段的獼猴桃汁揮發(fā)性氣味響應(yīng)值變化的影響Fig. 7 Changes in response curves of electronic nose sensors to kiwifruit juice at different fermentation stages

如圖7所示，5 個傳感器的響應(yīng)值發(fā)酵后較發(fā)酵前明顯升高（P＜0.01），說明發(fā)酵使獼猴桃汁香氣成分增多。S7的響應(yīng)值在0～8 h減小，8 h至發(fā)酵結(jié)束響應(yīng)值不斷增大至最大值；S6的響應(yīng)值在0～8 h內(nèi)先增大后減小，8 h至發(fā)酵結(jié)束響應(yīng)值不斷增大至最大值；S2的響應(yīng)值在0～8 h內(nèi)先減小后增大，8 h至發(fā)酵結(jié)束響應(yīng)值不斷增大至最大值。S9和S8的響應(yīng)值在發(fā)酵期間呈波動狀態(tài)。從8 h開始各傳感器響應(yīng)值較發(fā)酵前期均明顯增大。獼猴桃汁在不同發(fā)酵階段呈現(xiàn)風(fēng)味的不同可能來自于傳感器代表物質(zhì)的變化，因此發(fā)酵獼猴桃汁的特征風(fēng)味均可能來源于萜烯類、烷類、氮氧化合物、芳香化合物、醇類等，這些物質(zhì)含量動態(tài)變化影響整體風(fēng)味的變化。

2.4.2 LDA

圖8 不同發(fā)酵時間的獼猴桃汁的LDA圖Fig. 8 LDA score plot of fermented kiwifruit juice samples

LDA是將高維的模式樣本投影到最佳鑒別矢量空間，以達(dá)到抽取分類信息和壓縮特征空間維數(shù)的效果，投影后保證模式樣本在新的子空間有最大的類間距離和最小的類內(nèi)距離，使得組間的投影盡可能分開[22]。圖8結(jié)果顯示，LD1貢獻(xiàn)率為87.40 %，LD2貢獻(xiàn)率為6.20 %，總貢獻(xiàn)率為93.60 %。發(fā)酵期間LD1呈現(xiàn)遞減的趨勢，LD2呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢?？傮w來看，0 h的獼猴桃汁樣品與發(fā)酵后的樣品距離較大，說明接種乳酸菌對獼猴桃汁香氣影響較大，這與束文秀等[23]利用電子鼻檢測乳酸發(fā)酵胡柚汁的結(jié)果一致。電子鼻可以很好區(qū)分發(fā)酵4～24 h的獼猴桃汁樣品，6 組樣品之間的位置相隔較遠(yuǎn)。0 h和4 h樣品的位置有部分重疊，可能由于此時為乳酸菌的生長延滯期，果汁體系中的風(fēng)味物質(zhì)沒有明顯變化；發(fā)酵至8 h后的樣品在LD1方向變化較大，說明發(fā)酵至8 h后體系的風(fēng)味成分才明顯變化，這與傳感器響應(yīng)值變化一致，可能由于乳酸菌進(jìn)入對數(shù)生長期，乳酸菌代謝分解產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)相互作用，改變了體系香氣成分和含量從而導(dǎo)致整體風(fēng)味變化。12 h的樣品與其他樣品在LD1和LD2上都有明顯區(qū)分，說明發(fā)酵12 h的發(fā)酵獼猴桃汁較其他組有明顯的變化，是發(fā)酵過程中產(chǎn)生特殊香氣成分的關(guān)鍵時期，具體成分還需要進(jìn)一步檢測。8～24 h的樣品在LD1上變化較大，說明發(fā)酵后期是發(fā)酵獼猴桃汁產(chǎn)生風(fēng)味的關(guān)鍵階段。由此看出，經(jīng)發(fā)酵的獼猴桃汁在不同發(fā)酵階段風(fēng)味成分有差異，且有一定變化趨勢。發(fā)酵至8 h，發(fā)酵獼猴桃汁的揮發(fā)性香氣成分開始形成，發(fā)酵12 h的果汁與其他發(fā)酵時間的果汁有明顯差異，發(fā)酵后期的風(fēng)味變化較大。

2.4.3 載荷分析

圖9 不同發(fā)酵時間獼猴桃汁的載荷分析圖Fig. 9 Loadings plot of fermented kiwifruit juice samples

圖9 結(jié)果顯示，第1主成分貢獻(xiàn)率為95.64%，第2主成分貢獻(xiàn)率為3.19%，總貢獻(xiàn)率為98.83%。傳感器S7在第1主成分貢獻(xiàn)率占主要部分，傳感器S6在第1主成分貢獻(xiàn)率和第2主成分貢獻(xiàn)率均占據(jù)了相當(dāng)大的部分。圖7顯示傳感器S7和S6對發(fā)酵獼猴桃汁響應(yīng)值最高且隨發(fā)酵產(chǎn)生明顯變化，表明這兩個傳感器在識別和檢測發(fā)酵獼猴桃汁樣品中起著重要作用，說明發(fā)酵過程中萜烯類和烷類物質(zhì)的動態(tài)變化對整體風(fēng)味的變化有重要影響，是形成發(fā)酵獼猴桃汁特殊風(fēng)味的關(guān)鍵類物質(zhì)。傳感器S8、S2、S9的貢獻(xiàn)率較小，說明對樣品的識別作用較小。

3 結(jié)論與討論

本研究篩選出植物乳桿菌21805和嗜酸乳桿菌20250共同發(fā)酵獼猴桃汁，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化得到獼猴桃汁發(fā)酵最佳工藝條件為發(fā)酵溫度36 ℃、接種量3%、發(fā)酵時間24 h、菌種比例1∶1，此時活菌數(shù)為2.185×108CFU/mL，感官評分為81.45 分。

乳酸菌發(fā)酵獼猴桃汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要來自獼猴桃原料本身和乳酸菌發(fā)酵的代謝產(chǎn)物，在香氣成分相互作用下形成發(fā)酵獼猴桃汁的獨(dú)特風(fēng)味。電子鼻模擬人的嗅聞方式獲得樣品整體信息，避免感官評價的主觀誤差，檢測結(jié)果重復(fù)性好[24]。有研究[25]通過模擬葡萄酒發(fā)酵的糖消耗和產(chǎn)乙醇動力學(xué)模型，驗(yàn)證電子鼻能夠有效監(jiān)控發(fā)酵過程。電子鼻對發(fā)酵紅茶[26]、草魚[27]、羊奶[28]、石榴酒和乳酸發(fā)酵石榴飲料[29]以及腌漬的榨菜[30]和帶魚[31]區(qū)分效果好，是一種快速、靈敏、無損的技術(shù)。在本研究中，電子鼻對發(fā)酵獼猴桃汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)感應(yīng)靈敏，能夠檢測其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化，香氣成分包括萜烯類、醇類、烷類、氮氧化合物、芳香類化合物等。電子鼻能夠較好識別不同發(fā)酵時間的獼猴桃汁，發(fā)酵時間是影響發(fā)酵獼猴桃汁風(fēng)味的重要因素。發(fā)酵8 h開始形成發(fā)酵香氣；12 h時香氣成分變化明顯，是產(chǎn)生香氣物質(zhì)的關(guān)鍵時間點(diǎn)；發(fā)酵后期是生成發(fā)酵獼猴桃汁風(fēng)味的關(guān)鍵階段。發(fā)酵12 h和24 h的獼猴桃汁較其他組差異較大，可能是在發(fā)酵過程中響應(yīng)值變化較大和模式識別貢獻(xiàn)率較大的兩個傳感器S7和S6所敏感的物質(zhì)引起的。芳香化合物廣泛存在于水果中，是水果的主要香氣成分。其中萜烯類化合物呈現(xiàn)特殊的香氣，是水果特征香氣主要貢獻(xiàn)者[32]，代表物芳樟醇具有花香，松油醇有水果香，它們的閾值都很低[33]，對發(fā)酵獼猴桃汁的香氣起著關(guān)鍵作用。通過電子鼻的快速檢測方法，可以監(jiān)測獼猴桃汁的發(fā)酵進(jìn)程，控制發(fā)酵果汁的品質(zhì)。