3 種乳酸菌發(fā)酵對藍莓多酚、原花青素含量及抗氧化活性的影響

王儲炎，張繼剛，楊柳青，李珂昕，蔡敬民，胡 勇，歐曉華

（1.合肥學(xué)院生物食品與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.安慶藍莓農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽 安慶 246113；3.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

藍莓為杜鵑花科越橘屬多年生落葉小灌木，原產(chǎn)于加拿大東部和美國東北部，后在我國東北的大小興安嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)了野生藍莓，2000年后陸續(xù)在中國南方和歐洲地區(qū)栽培種植[1-3]。藍莓果實營養(yǎng)豐富，酸甜可口，含有糖、蛋白質(zhì)、有機酸、多酚、維生素和超氧化物歧化酶等成分，被譽為漿果之王，長期食用具有增強視力、預(yù)防心血管疾病、解毒以及促進人體健康的功效，因而被聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦為人類五大健康食品之一[4-7]。

藍莓因富含多酚、原花青素等生物活性成分，被認為是自然界中最具抗氧化活性的水果之一，特別是原花青素的抗氧化能力是VC的數(shù)倍以上[8-9]。原花青素是植物中廣泛存在的一大類多酚類化合物總稱，屬于多酚，而多酚是指分子結(jié)構(gòu)中有若干個酚性羥基的植物成分的總稱，除原花青素外，還包括酚酸類、黃酮類、單寧類以及花色苷類等。藍莓多酚在植物中以游離態(tài)和通過酯鍵、醚鍵、縮醛鍵等與細胞骨架緊密結(jié)合的2 種形式存在，通常研究主要集中為游離態(tài)，忽略結(jié)合態(tài)，實際上，被人體食用后，不可溶的結(jié)合態(tài)多酚最終向結(jié)腸釋放的抗氧化劑更多[10-12]。因此，確定游離態(tài)和 結(jié)合態(tài)的多酚和原花青素等活性成分的含量就顯得尤為重要。

利用微生物發(fā)酵技術(shù)提高活性成分的含量，是近年來發(fā)酵技術(shù)一個新的研究方向。Johnson等[13]對藍莓果酒進行發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程有助于提高藍莓多酚含量，增強其抗氧化能力。Oh等[14]利用酵母對藍莓果汁進行發(fā)酵，結(jié)果顯示發(fā)酵后藍莓抗菌性和抗氧化活性均明顯增強。乳酸菌主要是指能利用碳水化合物進行發(fā)酵，產(chǎn)生以乳酸等有機酸為主要發(fā)酵產(chǎn)物的一群最具代表性的無芽孢、革蘭氏陽性細菌的總稱[15-16]。乳酸菌發(fā)酵已是備受關(guān)注的最簡單和有效保持與提高果蔬營養(yǎng)價值和風(fēng)味的一種處理方式[17]，研究證實腸道中乳酸菌可以代謝產(chǎn)生葉酸等維生素，是宿主維生素的主要來源之一[18]。而通過開展益生乳酸菌發(fā)酵提高藍莓活性成分含量，目前鮮有報道。本實驗以嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌為發(fā)酵菌種，通過研究發(fā)酵前后游離態(tài)和結(jié)合態(tài)藍莓多酚和原花青素的含量變化，進而分析藍莓多酚中單體酸以及藍莓原花青素的組成，同時檢測發(fā)酵前后藍莓多酚抗氧化活性，旨在為藍莓產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓品種為巴爾德溫，購自中國安徽省的安慶藍莓農(nóng)業(yè)科技有限公司。實驗所用乳酸菌為嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、干酪乳桿菌（L. casei）、副干酪乳桿菌（L. paracasei）均來自中國海洋大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實驗室。

沒食子酸、蘆丁、槲皮素、丁香酸、咖啡酸、香草酸、對羥基苯甲酸、兒茶素、原兒茶酸、對香豆酸、原花青素B1、B2、B3 美國Sigma-Aldrich公司； 甲醇、乙腈、乙酸、乙酯（均為色譜級）、福林-酚、 1,1-二苯基-2-三硝基苦肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,2’-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、NaOH、Na2CO3、NaNO2、HCl、AlCl3、H2SO4、過硫酸鉀（均為分析級） 國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Acquity超高效液相色譜系統(tǒng)、TSQ Quantum Discovery MAX三重四極桿質(zhì)譜分析聯(lián)用儀 美國 Thermo Scientific公司；MJ-BL80Y21破壁料理機 廣東美的生活電器制造有限公司；Alpha 1-4 LSCplus真空冷凍干燥機 德國Christ公司；745P型紫外分光光 度計、752PC紫外-可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司；電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司； 恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；ZHWY-211B搖床發(fā)酵箱 上海智城分析儀器制造有限公司；VC505超聲波細胞破碎儀 美國Sonics公司。

1.3 方法

1.3.1 菌懸液制備

首先將乳酸菌活化，接入MRS液體培養(yǎng)基，37 ℃培養(yǎng)24 h，然后4 000 r/min離心10 min，用無菌生理鹽水清洗沉淀菌落后溶于蒸餾水，配制成活菌數(shù)為2.6×109CFU/mL的菌懸液。

1.3.2 藍莓乳酸菌發(fā)酵工藝

稱取50 g藍莓凍果，經(jīng)解凍、破碎、打漿制成漿液，進而添加1.0 g酵母膏補充氮源，然后均質(zhì)5 min，用食品級NaOH溶液調(diào)pH值至4.5，此時糖質(zhì)量濃度為50.88 g/L。然后按5%體積比接種乳酸菌，置于37 ℃培養(yǎng)35 h左右，待活菌數(shù)達到109CFU/mL時，視為發(fā)酵終點，將發(fā)酵后的藍莓漿液經(jīng)冷凍干燥成樣品，待測。另外，設(shè)置不接種乳酸菌的藍莓漿液作為發(fā)酵對照，每組3 個重復(fù)。

1.3.3 前處理與測定

1.3.3.1 樣品前處理

稱量0.2 g干燥樣品，用5 mL甲醇溶解，50 ℃超聲萃取40 min，3 500 r/min離心10 min，取上清液，用0.22 μm濾膜過濾后，作為樣液1。

在濾渣中加入5 mL 4 mol/L的NaOH溶液，30 ℃振蕩水解4 h，于3 500 r/min離心10 min，取上清液。用 6 mol/L HCl溶液調(diào)pH值至2.0，加入25 mL乙酸乙酯，在分液漏斗中萃取，取上層液在35 ℃旋轉(zhuǎn)蒸干，然后用4 mL甲醇溶解，0.22 μm濾膜過濾后，作為樣液2。

1.3.3.2 多酚含量測定

采用福林-酚法測定多酚含量[19]。取250 μL樣液1或2，分別測定游離態(tài)和結(jié)合態(tài)多酚的含量。樣品溶液加入250 μL福林-酚試劑，混勻反應(yīng)5 min，加入500 μL水和250 μL 20%的Na2CO3溶液，混勻避光反應(yīng)30 min，然后用酶標儀在740 nm波長處測定吸光度，以甲醇溶液為空白對照，以沒食子酸溶液為標準品，得到回歸方程y=9.680 2x＋0.082 3（0.01～0.1 mg/mL，R2=0.998 2）。多酚含量表示為每1 0 0 g 藍莓粉中含有的沒食子酸 當量（mg/100 g，干質(zhì)量），總酚含量即為游離酚和結(jié)合酚含量的總和。

1.3.3.3 原花青素含量測定

原花青素含量測定采用香草醛-H2SO4法[20]。取20 μL樣液1或2，分別測定游離態(tài)和結(jié)合態(tài)原花青素的含量。樣品溶液與100 μL香草醛-甲醇溶液混合，加入100 μL的H2SO4-甲醇溶液，暗室反應(yīng)5 min，于500 nm波長處測定吸光度，以兒茶素溶液為標準品作標準曲線，得到回歸方程為y=2.122 9x-0.000 3（0.04～0.8 mg/mL，R2=0.999 5）。結(jié)果表示為每100 g藍莓粉中含有的兒茶素當量毫克數(shù)（mg/100 g，干質(zhì)量），原花青素總含量即為游離態(tài)原花青素和結(jié)合態(tài)原花青素的含量總和。

1.3.3.4 酚酸和原花青素組成測定

多酚中酚酸和原花青素組成采用Acquity超高效液相色譜耦合TSQ Quantum三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀進行測定。流動相：A為乙腈＋0.1%乙酸（V/V），B為水＋ 0.1%乙酸（V/V），進行梯度洗脫。色譜條件：C18柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm），進樣體積5 μL，流速300 μL/min，柱溫30 ℃，流動相洗脫程序：0～5 min，5%～10% A，95%～90% B；5～7 min，10%～20% A，90%～80% B；7～8 min，20%～60% A，80%～40% B；8～9 min，60%～100% A，40%～0% B；9～10 min，100%～5% A，0%～95% B。使用電噴霧電離在選定的檢測模式下進行質(zhì)譜監(jiān)測，檢測參數(shù)為：蒸發(fā)器溫度450 ℃，電暈放電4.0 kV，毛細管溫度225 ℃，護套氮氣壓力17 psi；輔助氮氣壓力5 psi，碰撞氣體壓力1.5 mTorr。經(jīng)過SRM優(yōu)化后的酚酸和原花青素的母離子和子離子進行定性定量分析，進而通過Xcalibur軟件對LC-MS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行處理。

1.3.4 DPPH自由基清除能力測定

參考文獻[21-22]方法，吸取50 μL待測液加入到150 μL 0.3 mmol/L DPPH-甲醇溶液中，混勻后于暗處30 ℃反應(yīng)30 min，于517 nm波長處測定吸光度，以槲皮素甲醇溶液作陽性對照，50 μL甲醇代替樣品加入到DPPH-甲醇溶液中作為空白對照，得到DPPH自由基清除率與槲皮素含量之間的回歸方程y=0.247 8lnx＋1.412 3（0.01～0.2 μmol/L，R2=0.986 1），即為每克樣品相當于槲皮素質(zhì)量（mg/g）表示。

1.3.5 ABTS陽離子自由基清除能力測定

參考薛自萍[23]、Ozgen[24]等方法，將1.1 mg/mL ABTS-甲醇溶液和0.68 mg/mL過硫酸鉀溶液等體積混合作為ABTS陽離子自由基工作液，暗室靜置過夜，測定采用甲醇稀釋調(diào)整吸光度至0.700。取150 μL試劑于96 孔板中，加入50 μL樣液，室溫暗處反應(yīng)30 min。50 μL甲醇代替樣品加入ABTS陽離子自由基工作液中，作為陰性對照，用酶標儀在734 nm波長處測定吸光度。以Trolox-甲醇溶液為標樣，得出清除率與Trolox含量的回歸方程y=-0.973 5x＋1.450 5（0.1～1 μmol/L，R2=0.990 9），ABTS陽離子自由基清除能力采用每克樣品相當于Trolox質(zhì)量（mg/g）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵對藍莓多酚含量的影響

表1 發(fā)酵前后藍莓多酚含量的變化Table 1 Changes in blueberry polyphenols contents before and after fermentation

從表1可知，藍莓原料中游離酚、結(jié)合酚及總酚含量分別為483.2、121.4、604.6 mg/100 g，其中游離酚占總酚含量的79.9%，這與其他學(xué)者對藍莓總酚研究的結(jié)果相一致[25-27]。發(fā)酵前后，藍莓游離酚、結(jié)合酚和總酚含量呈現(xiàn)顯著差異。具體表現(xiàn)為：與對照組相比，嗜酸乳桿菌發(fā)酵降低了藍莓游離酚含量（464.8 mg/100 g），干酪乳桿菌未引起藍莓游離酚顯著變化，而副干酪乳桿菌顯著增加了游離酚含量（512.8 mg/100 g），而且3 種乳酸菌的發(fā)酵都顯著增加了藍莓結(jié)合酚含量（增幅分別達41.6%、36.7%、47.7%）。在總酚含量上，嗜酸乳桿菌與對照組無顯著差異，而干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌分別提高總酚含量8%和12.2%。同時，乳酸菌發(fā)酵前后游離酚、結(jié)合酚占藍莓多酚含量的比例基本維持在80%和20%，變化不是特別明顯。

通過對比發(fā)現(xiàn)，動態(tài)的乳酸菌發(fā)酵過程對藍莓中的酚類代謝和轉(zhuǎn)化也有增益，其中副干酪乳桿菌顯著增加了游離酚、結(jié)合酚和總酚含量，其他2 種則部分降低或消耗了酚類含量。目前利用乳酸菌進行藍莓發(fā)酵的相關(guān)研究報道較少，其中Yan Yehua等[28]對藍莓果渣進行乳酸菌發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)，總酚含量有所增加。Ryu等[29]對藍莓進行植物乳桿菌發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)發(fā)酵提高了部分酚酸含量，朝著有益于提高抗氧化活性的方向進行。根據(jù)結(jié)果推測，乳酸菌是影響藍莓游離酚、結(jié)合酚和總酚含量的關(guān)鍵，不同乳酸菌代謝酚酸的途徑和能力差異巨大，本研究中副干酪乳桿菌增加總酚含量的能力最強。

2.2 乳酸菌發(fā)酵對藍莓原花青素含量的影響

表2 發(fā)酵前后藍莓原花青素含量的變化Table 2 Changes in blueberry proanthocyanidins contents before and after fermentation

原花青素也叫前花青素，在酸性介質(zhì)中加熱均可產(chǎn)生花青素，其具有極強的抗氧化活性，是一種良好的自由基清除劑和脂質(zhì)過氧化抑制劑[30]。由表2可知，藍莓原料中游離態(tài)、結(jié)合態(tài)和總原花青素含量分別為1 194.3、93.8、1 288.1 mg/100 g，說明果實中絕大多數(shù)都以游離態(tài)存在，占原花青素總量的92.7%。隨著發(fā)酵進行，發(fā)酵對照和乳酸菌發(fā)酵組的總原花青素均顯著低于原料，這可能有藍莓原花青素不太穩(wěn)定的原因，但同時又發(fā)現(xiàn)，3 種乳酸菌發(fā)酵組的下降趨勢更加明顯，尤其是副干酪乳桿菌組發(fā)酵后達到最低，只有353.5 mg/100 g。游離態(tài)原花青素在嗜酸乳桿菌組、干酪乳桿菌組和副干酪乳桿菌組之間無顯著差異，但是顯著低于藍莓原料組和發(fā)酵對照組，分別為290.0、324.2、309.1 mg/100 g，與藍莓原料組相比，乳酸菌組游離態(tài)原花青素占比也顯著降低，分別降至75.3%、81.7%和87.4%；結(jié)合態(tài)原花青素占比得到明顯提升，其中嗜酸乳桿菌含量還高于原料含量，達到94.9 mg/100 g，干酪乳桿菌結(jié)合態(tài)花青素含量也高于發(fā)酵對照組。由此可推測，藍莓中游離態(tài)原花青素有向結(jié)合態(tài)原花青素轉(zhuǎn)變的趨勢。

2.3 乳酸菌發(fā)酵對藍莓多酚中酚酸單體的影響

表3 發(fā)酵前后酚酸含量的變化Table 3 Changes in phenolic acids contents before and after fermentation μg/g

乳酸菌發(fā)酵前后藍莓中9 種主要酚酸單體通過超高效液相色譜耦合三重極桿串聯(lián)質(zhì)譜被測定，這9 種酚酸分別是原兒茶酸、對羥基苯甲酸、咖啡酸、丁香酸、兒茶素、表兒茶素、香草酸、槲皮素、對香豆酸。這些酚酸單體在藍莓原料和經(jīng)不同乳酸菌發(fā)酵前后以游離態(tài)、結(jié)合態(tài)存在，含量變化如表3所示，對應(yīng)色譜圖如圖1所示。除表兒茶素外，其他酚酸都以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)2 種形式存在，原兒茶酸、香草酸、丁香酸、對香豆酸主要以結(jié)合態(tài)形式存在，而咖啡酸、兒茶素、槲皮素則主要以游離形式存在。從表3可知，藍莓中酚酸含量由高到低分別是丁香酸（112.9 μg/g）、原兒茶酸（92.4 μg/g）、 咖啡酸（25.3 μg/g）、香草酸（20.2 μg/g）、兒茶素（18.8 μg/g）、對香豆酸（9.5 μg/g）、對羥基苯甲酸（4.7 μg/g）、表兒茶素（3.9 μg/g）、槲皮素（2.6 μg/g）。

圖1 發(fā)酵前后游離酚、結(jié)合酚對應(yīng)酚酸單體組成Fig. 1 Chromatograms of free and bound phenols and corresponding phenolic acids before and after fermentation

經(jīng)過3 種乳酸菌發(fā)酵，藍莓中各種酚酸含量均發(fā)生了顯著的變化。與發(fā)酵對照組相比，嗜酸乳桿菌發(fā)酵提高了原兒茶酸（7.3%）、丁香酸（55.2%）、咖啡酸（35.4%）含量，降低了兒茶素（22.1%）含量，而對香草酸、對羥基苯甲酸、槲皮素、對香豆酸含量未產(chǎn)生明顯影響；干酪乳桿菌發(fā)酵顯著提升丁香酸含量，降低了咖啡酸和香豆酸含量，對其他酚酸無顯著影響；而副干酪乳桿菌發(fā)酵則顯著提高丁香酸、對羥基苯甲酸、槲皮素、原兒茶酸含量，降低了咖啡酸含量，對其他酚酸的影響不大。此外，發(fā)酵對照組與原料之間的酚酸含量也有差異，這種差異可能是由發(fā)酵工藝及所處環(huán)境所決定，因此導(dǎo)致了原兒茶酸、香草酸、丁香酸、兒茶素、表兒茶素、槲皮素等含量增加，特別是槲皮素增加異常顯著，由原料中2.6 μg/g，增加到23.7、21.9、21.2、33.6 μg/g，分別增加了811.5%、742.3%、715.4%、1 192.3%，這是本研究中一個新的發(fā)現(xiàn)。

2.4 乳酸菌發(fā)酵對藍莓原花青素組成的影響

原花青素是以黃烷-3-醇為結(jié)構(gòu)單元并通過C—C鍵聚合形成的化合物，分為單倍體、寡聚體和多聚體[31]，其中黃烷-3-醇通過C4—C8或C4—C6鍵連接在一起的B型花青素在自然界中含量最多，藍莓中花青素也以此類為主。如表4和圖2所示，藍莓原料中原花青素B1、B2、B3含量分別為137.3、5.2、22.2 μg/g，其中B1為原花青素主要組成，占比高達83.1%。通過乳酸菌發(fā)酵，原花青素B1、B2、B3和總原花青素含量得到顯著提升，但與對照組相比，副干酪乳桿菌顯著提高原花青素B1和總原花青素含量，嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵對原花青素影響并不顯著。

表4 發(fā)酵前后藍莓原花青素組成變化Table 4 Changes in blueberry proanthocyanidins composition before and after fermentation

圖2 發(fā)酵前后對應(yīng)原花青素B1、B2、B3含量的變化Fig. 2 Chromatograms of blueberry proanthocyanidins B1, B2 and B3 before and after fermentation

2.5 乳酸菌發(fā)酵對藍莓多酚抗氧化活性的影響

2.5.1 DPPH自由基清除能力

圖3 發(fā)酵前后藍莓多酚對DPPH自由基的清除能力Fig. 3 DPPH radical scavenging capability of blueberry polyphenols before and after fermentation

從圖3可知，藍莓原料中總酚對DPPH自由基的清除能力為2 378.8 mg/g，游離酚和結(jié)合酚的抗氧化能力分別占43.3%和56.7%。經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后，游離酚和總酚的清除DPPH自由基能力顯著提升，其中，嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌對應(yīng)游離酚清除DPPH自由基能力分別提升42.6%、45.4%和41.3%。比較結(jié)合酚對DPPH自由基的清除能力發(fā)現(xiàn)，嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌出現(xiàn)降低，而副干酪乳桿菌則與原料持平，同時，總酚清除DPPH自由基的能力分別提升14.1%、6.8%和18.1%。乳酸菌橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，副干酪乳桿菌比其他乳酸菌發(fā)酵，能更好地提升藍莓對DPPH自由基的清除能力，這與李虹甫[32]通過植物乳桿菌來發(fā)酵藍莓果汁，進而提升其對DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥自由基的清除能力方面基本一致。

2.5.2 ABTS陽離子自由基清除能力

圖4 發(fā)酵前后藍莓多酚對ABTS陽離子自由基的清除能力Fig. 4 ABTS radical cation scavenging capability of blueberry polyphenols before and after fermentation

從圖4可知，藍莓原料中總酚對ABTS陽離子自由基的清除能力為973.7 mg/g，游離酚為925.1 mg/g，結(jié)合酚為48.6 mg/g，游離酚占總酚ABTS抗氧化能力的95%，這與清除DPPH自由基能力中結(jié)合酚所占比例有所差異。通過發(fā)酵之后，游離酚和結(jié)合酚抗氧化能力得到顯著提升，副干酪乳桿菌和干酪乳桿菌提升最大。同時發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵對照組的抗氧化能力仍然有顯著提升，這說明多酚結(jié)構(gòu)在液體狀態(tài)時不太穩(wěn)定，仍然在進行著相關(guān)的化學(xué)變化。通過實驗發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌發(fā)酵后，藍莓多酚對ABTS陽離子自由基的清除能力顯著高于發(fā)酵對照組。隨著乳酸菌發(fā)酵的進行，結(jié)合酚的清除能力呈現(xiàn)明顯上升趨勢，總之，乳酸菌增強了藍莓多酚對ABTS陽離子自由基的清除能力，這與其增強了對DPPH自由基清除能力的結(jié)果一致。

3 結(jié) 論

近年來，多酚類化合物對人體健康的重要性越來越受科學(xué)界的關(guān)注，比如葡萄中含有包括白藜蘆醇和多種類黃酮成分在內(nèi)的許多有益人體健康的有機化合物，藍莓也因其富含酚酸、原花青素等活性成分，被認為是自然界中最具抗氧化活性的水果之一。本實驗主要研究藍莓經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后多酚和原花青素含量的變化情況。由結(jié)果可知，嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌發(fā)酵對藍莓中游離酚、結(jié)合酚和總酚含量的影響不同，其中副干酪乳桿菌發(fā)酵提升藍莓總酚的能力最強，降低了結(jié)合態(tài)原花青素的含量，通過乳酸菌發(fā)酵后，藍莓清除DPPH自由基和ABTS陽離子自由基能力都得到了顯著地提升?？傊?，乳酸菌發(fā)酵會對藍莓中多酚和原花青素含量產(chǎn)生明顯地變化，進一步提高了結(jié)合態(tài)有機物的含量，增強了藍莓多酚的抗氧化活性，提升了藍莓發(fā)酵飲品的營養(yǎng)價值。