新型啤酒糟果醋營養(yǎng)成分變化

王丹，賀倩鈺，馬超，趙康云，汪部國，徐斌

吉林醫(yī)藥學院公共衛(wèi)生學院（吉林 132013）

我國盛產(chǎn)啤酒，啤酒糟是啤酒工業(yè)的主要副產(chǎn)物，每生產(chǎn)1 t啤酒大致可以產(chǎn)生0.25 t的啤酒糟，我國啤酒糟年產(chǎn)量已經(jīng)達1 000萬 t以上，而且啤酒糟的產(chǎn)量還在不斷增加[1]。啤酒糟中富含維生素、膳食纖維、礦物質(zhì)以及蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，所以該如何利用高營養(yǎng)價值的啤酒糟成了研究人員一個共同的難題。

在國外，食品、醫(yī)療、發(fā)酵等行業(yè)逐漸大量應用啤酒糟。但是我們國家對啤酒糟的利用起步較遲，這主要是因為啤酒糟成分復雜、含水量高及運輸和貯藏困難[2]，因此現(xiàn)在還處于把啤酒糟僅用做飼料的階段，這樣不僅浪費，而且沒有將啤酒糟的潛在利用價值充分發(fā)揮出來[3]。蘋果是一種廣為人知的水果，其富含維生素C、黃酮、多酚等營養(yǎng)物質(zhì)[4]。果醋是以新鮮水果或者其加工殘渣為主要原料，利用現(xiàn)代生物技術釀造而制得的一種風味獨特、功能豐富的飲品。果醋不但有美容保健的功能，還能降血糖，而且可以減少身體里堆積的碳酸水含量，起到消除疲勞、補充能量的作用。目前市場上所售的果醋大多是單一的水果所制成，如沙棘醋、蜜柑醋、甘蔗汁果醋[5-7]，營養(yǎng)功能單一，香氣結(jié)構不突出，口感風味欠佳。

此次試驗以啤酒糟和蘋果為原料進行液態(tài)二次發(fā)酵，制得復合型啤酒糟果醋，對其發(fā)酵過程中纖維素、維生素C、粗脂肪、蛋白質(zhì)、單寧、黃酮、多酚、五碳糖、礦物質(zhì)9種營養(yǎng)物質(zhì)進行研究分析，為人們選擇新型復合型果醋提供更加直觀的參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、醋酸桿菌（Acetobacterium balch）：山東煙臺帝伯仕有限公司；蔗糖、檸檬酸、檸檬酸鈉（食品級）；新鮮蘋果（吉林本地市場市售）；啤酒糟（實驗室保藏）；蘆丁、單寧、福林酚試劑、木糖標準品（上海源葉生物科技有限公司）；標準抗壞血酸（標準品，酷爾化學科技有限公司）；沒食子酸（標準品，上海金穗生物科技有限公司）；石油醚（分析純，北京化工廠）；無水乙醇（分析純，天津市致遠化學試劑有限公司，原天津市化學試劑六廠三分廠）；靛紅、高錳酸鉀、2, 4-二硝基苯肼、活性炭、鹽酸、乙醚、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、乙醇、碳酸氫鈉、濃硝酸（分析純，天津市大茂化學試劑廠）。

1.2 儀器與設備

多功能食品加工機（MODEJ：JX2118型，福州金雄電器有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（HHS-型，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠）；電子天平（ES5000-1B型，沈陽亮衡天平儀器有限公司）；分析天平（JD-3型，沈陽龍騰電子有限公司）；玻璃儀器氣流烘干機（C型，鄭州科華儀器設備有限公司）；氮磷鈣消化器（NPCa-02型，上海貝特儀電設備廠）；電熱恒溫干燥箱（202-1型，天津市泰斯特儀器有限公）司；原子吸收分光光度計（TAS-986型，北京普析通用儀器有限公司）；智能控熱電熱板（DB-2A型，常州朗越儀器制造有限公司）。

1.3 工藝流程

挑選新鮮蘋果→清洗→切塊去核→榨汁→調(diào)節(jié)酸糖含量→加啤酒糟→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→離心→裝瓶→殺菌

1) 蘋果：取新鮮市售蘋果與蒸餾水，按1∶1比例混合榨汁8 min。

2) 啤酒糟：取適量新鮮啤酒糟，在80 ℃下干燥5 h，打碎，用0.150 mm孔徑篩過濾。

3) 酒精發(fā)酵：在酒精發(fā)酵前，先將酵母活化。在滅菌的5%蔗糖溶液中加入適量的干酵母，在37 ℃的水浴中活化30 min。酵母活化后，向蘋果勻漿中加入0.6%的酵母活化液和1.5%的啤酒糟，發(fā)酵溫度為28 ℃，用兩層無菌紗布包扎的棉塞封口，發(fā)酵時間為7 d。

4) 醋酸發(fā)酵：醋酸發(fā)酵階段由于試驗使用的醋酸菌為需氧菌，需要進行振蕩搖床培養(yǎng)，來提供所需氧。設置搖床轉(zhuǎn)速120 r/min、發(fā)酵溫度32 ℃。經(jīng)酵母發(fā)酵7 d，直接在發(fā)酵液中接種1%已稱量好的醋酸菌，放入調(diào)好參數(shù)的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)11 d。

選擇同一批蘋果勻漿，酵母發(fā)酵7 d后的果酒和醋酸發(fā)酵11 d后的果醋，分別取樣測定其中9種營養(yǎng)物質(zhì)的含量（蘋果勻漿可直接測定，果酒、果醋需分別在4 000 r/min條件下離心10 min，取其上清液分別裝入清洗干凈的小罐中，高壓滅菌，用封口膠密封，在4 ℃下冷藏，測定時打開）。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 纖維素含量測定方法[8]

取0.1 g樣品于試管中，加入5 mL硝酸-醋酸混合液，置沸水中水浴25 min，不斷攪拌。取出試管后，冷卻離心，用蒸餾水洗滌沉淀3次，向其中加入10 mL 10%硫酸和10 mL 0.01 mol/L的重鉻酸鉀溶液，水浴于沸水中10 min，倒入燒瓶，用蒸餾水洗滌，一起倒入燒瓶，冷卻后加入20% KI溶液和1 mL 0.5%淀粉溶液，用0.2 mol/L硫代硫酸鈉溶液滴定纖維素。纖維素含量按式（1）計算。

式中：c為硫代硫酸鈉的濃度，mol/L；v為空白滴定時硫代硫酸鈉被消耗的體積，mL；b為滴定溶液時硫代硫酸鈉被消耗的體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g；24為硫代硫酸鈉（一定濃度）相當于1 moL C6H10O5的滴定度。

1.4.2 維生素C含量的測定方法（2, 4-二硝基苯肼法）

以吸光度為縱坐標，抗壞血酸的含量為橫坐標，繪制標準曲線。線性回歸方程為y=0.009 4x+0.073 8，R2=0.997 4。

在490 nm波長下進行比色，以空白管調(diào)零，測定處理好的樣品的吸光度。

1.4.3 粗脂肪含量的測定方法

采用酸水解法。

1.4.4 蛋白質(zhì)含量的測定方法

采用凱氏定氮法。

1.4.5 單寧含量的測定方法

樣品處理：吸取10 mL原液，用100 mL容量瓶定容。

測定：吸取5 mL樣液、5 mL靛紅、100 mL蒸餾水，用濃度為0.01 mol/L的KMnO4快速滴定至黃綠色，再滴定到溶液為金黃色即為終點。

空白：取5 mL樣液，加2 g活性炭，置水浴上加熱攪拌10 min，過濾，再用熱水洗滌數(shù)次。在濾液中加入5 mL靛紅，補足100 mL水，滴定至金黃色[9]。單寧含量按式（2）計算。

式中：C為高錳酸鉀標準溶液的摩爾濃度；V1為試樣所消耗高錳酸鉀的量，mL；V2為空白所消耗高錳酸鉀的量，mL；V3為樣品定容時提取液的總體積，mL；V4為測定時所取樣品的體積，mL；m為樣品的質(zhì)量，g。

1.4.6 黃酮含量的測定方法（紫外分光光度法）

以蘆丁質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。線性回歸方程為y=0.004x+0.046 3，R2=0.994 1。

樣品黃酮含量測定方法：取若干只干凈的試管，分別加入0.5 mL空白樣（95%乙醇）和試樣，按照上述步驟操作，用酶標儀于可見光波長510 nm處測定其吸光度并記錄讀數(shù)。根據(jù)標準曲線表達式帶入求得樣品的黃酮含量。

1.4.7 多酚含量的測定方法（Folin-C法）

以多酚質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，進行線性回歸。線性方程為y=0.025 7x+0.070 6，R2=0.992 1。

樣品多酚含量的測定：在765 nm處測定樣品的吸光度。測得的吸光度代入標準曲線的方程，計算出提取液的濃度，提取液的濃度×提取液的體積=提取得到的多酚的質(zhì)量。

1.4.8 五碳糖含量的測定方法

橫坐標為木糖質(zhì)量濃度（μg/mL），縱坐標為吸光度，繪制標準曲線。線性回歸方程為y=5.430 1x+0.045 2，R2=0.993 3。

將蒸餾水作為空白對照，在665 nm處測定吸光度，并與標準溶液對照。

式中：A樣為樣品的吸光度；m為樣品質(zhì)量，g。

1.4.9 礦物質(zhì)含量的測定方法（原子吸收分光光度法）

樣品前處理：準確稱取1.0 mL樣品放入250 mL高型燒杯中，加入20～30 mL濃硝酸，在電熱消化爐中密封加熱。直至無色透明方可取下（期間如果酸不夠，可適當加入少許酸）。取出燒杯，放置冷卻，用去離子水沖洗，定容于50 mL容量瓶中。取與樣品量相同的硝酸消化液做空白[10]。

標準曲線的繪制：將所購的標準樣品液按一定梯度稀釋，測定吸光光度，繪制標準曲線，得到線性回歸方程和相關系數(shù)，如表1所示。將處理好的樣品進行測定，測定處理后樣品的吸光度。

表1 礦物質(zhì)樣品的標準曲線

1.5 統(tǒng)計分析

所有指標每個樣品做3個平行樣，試驗結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過程啤酒糟果醋營養(yǎng)成分含量變化

2.1.1 基礎營養(yǎng)成分含量變化分析

由表2可知，在整個發(fā)酵過程中，纖維素含量由一開始的29.60 mg/mL增長到醋酸發(fā)酵階段的35.60 mg/mL，酒精發(fā)酵過程與醋酸發(fā)酵過程中纖維素含量均略有增加，但變化不顯著?？梢酝茰y啤酒糟中含有豐富的纖維素（70%），在發(fā)酵過程中，啤酒糟中的纖維素被酵母菌吸收利用，啤酒糟中部分纖維素溶于果酒中。此外，醋酸菌在生物合成過程中，可以合成纖維素[11]，因此，啤酒糟果醋中的纖維素含量會更高。

表2 發(fā)酵過程中營養(yǎng)成分含量 單位：mg/L

在整體的發(fā)酵過程中，粗脂肪含量呈上升的趨勢，與纖維素含量的變化趨勢一致。這是由于酸水解法只測得樣品中游離的脂肪和色素，而植物中很多脂溶性色素在發(fā)酵時溶于果酒、果醋中[12]。

酒精發(fā)酵過程中，蛋白質(zhì)的含量由25.81 mg/mL大幅度下降到2.64 mg/mL，而醋酸發(fā)酵階段含量又略有回升，為2.74 mg/mL?？赡苁窃诎l(fā)酵過程中菌體進行生長繁殖和能量代謝，蛋白質(zhì)被優(yōu)先利用，所以前期被大量消耗[13]。后期，微生物的種群數(shù)量達到邏輯斯蒂曲線的頂峰，即不再繁殖，而已經(jīng)被溶解于溶液中的蛋白質(zhì)不再被菌體大量利用，故啤酒糟果醋中蛋白質(zhì)的含量比啤酒糟果酒中蛋白質(zhì)的含量略微增多。

發(fā)酵前，樣品的維生素C的含量為0.002 2 mg/mL，酒精發(fā)酵期間迅速增加至0.28 mg/mL，醋酸發(fā)酵階段又小幅度下降至0.24 mg/mL?？赡苁翘O果制成勻漿時，加水稀釋，使勻漿中維生素C含量不高，果醋中維生素C含量增高，考慮到啤酒糟中有相當數(shù)量的維生素C，故啤酒糟果酒和啤酒糟果醋中的維生素C可能來源于啤酒糟果醋的原料啤酒糟。醋酸發(fā)酵階段，維生素C含量下降，因醋酸菌為需氧菌，需進行振蕩搖床培養(yǎng)，部分維生素C可能在此過程中被氧化破壞，且維生素C在高溫條件下也會被破壞，在高壓滅菌時可能破壞部分維生素C，所以在醋酸發(fā)酵時維生素C有部分損失[14]。

礦物質(zhì)和維生素一樣是人體的必須元素。由表3可知，除了K元素在發(fā)酵過程中含量有較大的變化幅度以外，F(xiàn)e，Mn，Zn，Na，Mg和Ca元素含量均含量變化不大。啤酒糟果醋中K元素的含量最高，為287.88 μg/g，Na，Mg元素次之，因此啤酒糟果醋具有良好的保健功能。

表3 礦物質(zhì)含量 單位：μg/g

2.1.2 活性成分含量變化分析

黃酮廣泛存在于植物界，以游離的形式存在，黃酮類化合物在預防心血管疾病等方面有不同程度的抑菌作用，是一種良好的抗氧化劑。由圖1可知，黃酮含量由11.725 mg/mL大幅度增長至450.45 mg/mL，再小幅度增長至607.95 mg/mL。果醋中黃酮含量比蘋果勻漿中的含量增長了52倍。因為黃酮主要來源于果蔬的外皮，且難溶于水，在發(fā)酵前黃酮含量較低。在酒精發(fā)酵階段，生成大量乙醇（黃酮在乙醇中的溶解度比水大），蘋果勻漿中存在的黃酮被大量溶出，使得黃酮含量上升。而在醋酸發(fā)酵階段，在醋酸菌的作用下，pH逐漸降低，抑制了酶促褐變反應。酶促褐變反應是在有氧條件下，酚酶催化酚類物質(zhì)形成醌及其聚合物的反應過程，因此醋酸發(fā)酵階段黃酮物質(zhì)含量上升。

圖1 黃酮含量變化

多酚是一種可以促進健康的抗氧化劑。由圖2可知，蘋果勻漿多酚含量為5.08 μg/mL，而在醋酸發(fā)酵后含量變成152.43 μg/mL，較剛開始增加了30倍。多酚的變化趨勢與黃酮相似，這種變化趨勢的原因可能是發(fā)酵時酶作用使與糖結(jié)合的多酚類物質(zhì)游離出來，更利于微生物的提取利用。

圖2 多酚含量變化

單寧具有收斂作用，在紅酒中較多，單寧的含量不僅能決定飲品的結(jié)構、風味，而且有益于心臟血管疾病和癌癥的預防。由圖3可知，酒精發(fā)酵前單寧含量為0.166 4 μg/mL，而酒精發(fā)酵后大幅度下降至0.020 8 μg/mL，醋酸發(fā)酵后又升高至0.124 8 μg/mL。原因可能是在酒精發(fā)酵過程中，單寧本身會發(fā)生聚合反應，結(jié)合蛋白質(zhì)析出、進行氧化、與花色苷反應生成聚合色素或是因為非酶褐變反應而致使果酒中單寧含量大幅度下降了87.50%[15]；也有可能是發(fā)酵溫度對單寧含量變化的影響，28 ℃下酒精發(fā)酵時酵母菌大量繁殖，糖類逐漸被分解，生成CO2、酒精和有機酸等物質(zhì)，此時發(fā)酵液中糖的含量開始下降，導致單寧的含量也隨之減少。在醋酸發(fā)酵過程中，隨著時間的增加，單寧含量增加到0.124 8 mg/mL，原因是醋酸菌是需氧菌，發(fā)酵時振蕩培養(yǎng)箱為之不斷提供氧氣，酚類前體物質(zhì)被不斷氧化、絡合形成另外一種物質(zhì)單寧，使得醋酸發(fā)酵階段單寧含量又回升的現(xiàn)象[16]。

圖3 單寧含量變化

五碳糖又稱木糖，可以有效地改善人體內(nèi)的微生物環(huán)境，增加機體免疫力，也可作為無熱量甜味劑，且作為原料的啤酒糟中的多糖具有良好的抗腫瘤活性。由圖4可知，發(fā)酵之前五碳糖的含量是44.789 mg/mL，酒精發(fā)酵后大幅度下降至8.699 mg/mL，醋酸發(fā)酵后又略有下降，至4.072 mg/mL，整體下降了90.90%。原因可能是在發(fā)酵過程中木糖作為能量來源，被微生物利用，從而轉(zhuǎn)化成更利于人體吸收利用的木糖酸，木糖酸是許多重要化學變化的中間產(chǎn)物。

圖4 五碳糖含量變化

3 結(jié)果與討論

此次試驗測定的蘋果勻漿、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵三個階段的9種營養(yǎng)物質(zhì)中，纖維素、黃酮、粗脂肪、維生素C和多酚總體呈上升趨勢，其中黃酮和多酚的含量增加最為顯著。黃酮含量為607.95 mg/mL，顯著增加52倍；多酚含量為152.43 μg/mL，增加了30倍。礦物質(zhì)含量的變化并不顯著，而蛋白質(zhì)、五碳糖、單寧含量雖然總體呈下降趨勢，但是其中的營養(yǎng)物質(zhì)得到了不同程度的保留，使得啤酒糟果醋不僅擁有一般果醋的抗氧化、美容、減肥等功效，而且兼具了啤酒糟的促進腸道蠕動等優(yōu)點，提高了啤酒糟的利用率，推動了啤酒糟在食品行業(yè)的新應用，同時為新型啤酒糟果醋的開發(fā)提供數(shù)據(jù)。