5 種乳酸菌對(duì)庫(kù)車小白杏發(fā)酵液理化性質(zhì)及感官評(píng)價(jià)的影響

白 琳，茹先古麗·買買提依明，王旭光，徐兵潔，阿不都烏甫爾·若孜，艾合買提江·艾海提

（新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

杏（Prunus armeniaca）為落葉小喬木，是薔薇科（Rosaeeae）李亞科杏屬（ArmeriacaMill）植物[1]。此外，杏子還富含人體必需的礦物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]，例如鉀、磷、鈣、VA、VC等[3]。本實(shí)驗(yàn)使用的小白杏來(lái)自新疆庫(kù)車縣，是新疆著名的杏品種之一，由于庫(kù)車獨(dú)特的地理環(huán)境，庫(kù)車小白杏皮薄而多汁、果肉香、風(fēng)味獨(dú)特[4]。由于杏的成熟時(shí)間短、易于發(fā)生微生物腐爛，因而很難長(zhǎng)時(shí)間保存。為了提高庫(kù)車小白杏的經(jīng)濟(jì)效益，加工方法及新的相應(yīng)產(chǎn)品有待開(kāi)發(fā)。

乳酸菌可以采用碳水化合物產(chǎn)生乳酸[5]，乳酸發(fā)酵在世界上具有悠久的歷史[6]，比如：通過(guò)乳酸菌發(fā)酵原料制作酸奶、奶酪、韓國(guó)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進(jìn)行發(fā)酵還可以改善果汁風(fēng)味[10-11]。發(fā)酵過(guò)程中總可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量及pH值的變化是乳酸發(fā)酵效率的重要指標(biāo)[12]。此外，乳酸菌濃度也代表菌種在發(fā)酵液中的發(fā)酵速度。戊糖片球菌可以抑制食源性致病菌，調(diào)節(jié)腸道免疫功能，還可以用于水果和蔬菜的發(fā)酵[13]。羅伊式乳桿菌對(duì)腸黏膜具有很強(qiáng)的黏附力，可以通過(guò)改善腸道菌群的分布預(yù)防腸道疾病[14]。鼠李糖乳桿菌對(duì)酸具有高度耐酸性，可以清理毒素，增強(qiáng)人體免疫力[15]。植物乳桿菌經(jīng)常被用于發(fā)酵各種蔬菜、肉類、乳制品、葡萄酒等食品[16]。嗜酸乳桿菌具有體外降膽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）是清除超氧陰離子自由基的金屬酶，同時(shí)也有抗毒、延緩衰老、預(yù)防腫瘤和減輕炎癥的功效[18]。本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品終將走向市場(chǎng)，因此感官評(píng)價(jià)尤為重要。

發(fā)酵可以延長(zhǎng)水果和蔬菜的保質(zhì)期[19]，還可以提高產(chǎn)品的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此可以用作食品保鮮的方法。水果和蔬菜發(fā)酵產(chǎn)品很多，但市場(chǎng)上很少有杏子發(fā)酵飲料。因此，本實(shí)驗(yàn)采用5 種乳酸菌進(jìn)行杏子飲料發(fā)酵。通過(guò)比較5 種菌種在發(fā)酵過(guò)程中的菌濃度、pH值、TSS含量、SOD活性等理化特性和感官評(píng)價(jià)篩選出有效發(fā)酵庫(kù)車小白杏的菌種，探討5 種菌種在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)庫(kù)車小白杏發(fā)酵液理化性質(zhì)和感官評(píng)價(jià)的影響。旨在為生產(chǎn)庫(kù)車小白杏產(chǎn)品混合發(fā)酵菌種的選擇提供理論依據(jù)，延長(zhǎng)庫(kù)車小白杏的貯存期，輔助提升庫(kù)車小白杏產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

庫(kù)車小白杏 市購(gòu)。

乙醇、沒(méi)食子酸、福林酚、碳酸鈉、冰乙酸（均為分析純） 天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司；MRS肉湯培養(yǎng)基 北京奧博星生物技術(shù)有限公司；植物乳桿菌bio-52467、羅伊式乳桿菌bio-53258、鼠李糖乳桿菌bio-52962、戊糖片球菌bio-67860、嗜酸乳桿菌bio-53058中國(guó)微生物菌種保藏中心；果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶 諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHP-9052電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；FA 1004分析天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司；Sorvall ST8離心機(jī) 美國(guó)賽默飛有限公司；PHS-3C酸度計(jì) 上海杲森儀器設(shè)備有限公司；手持式糖度計(jì)（量程0%～32%） 上海力辰儀器科技有限公司；721G可見(jiàn)分光光度計(jì)、手持式壓力蒸汽滅菌鍋、MD-767高端破碎料理機(jī) 莞市德立斯電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種培養(yǎng)

將乳酸菌凍干粉溶解在30 mL的MRS肉湯培養(yǎng)基中，于37 ℃活化，直到培養(yǎng)基中的菌濃度達(dá)到8.00～9.00（lg（CFU/mL））。然后將活化后的菌種進(jìn)一步培養(yǎng)至2～3代后用于接種。

1.3.2 庫(kù)車小白杏的發(fā)酵流程

將庫(kù)車小白杏清洗后去核打漿。加入果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶酶解3 h，酶的總添加量為3.5%，添加果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶比例為2∶1∶1（V/V）。酶解后于37 ℃將5 種乳酸菌分裝到5 個(gè)1 000 mL的三角瓶中，庫(kù)車小白杏中的乳酸菌最終菌濃度為2×106CFU/mL，用棉花將瓶口塞緊并靜態(tài)厭氧發(fā)酵48 h。

1.3.3 菌種生長(zhǎng)情況分析

每隔4 h使用血球計(jì)數(shù)法對(duì)發(fā)酵液的菌濃度進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.3.4 發(fā)酵效率指標(biāo)的檢測(cè)

1.3.4.1 pH值測(cè)定

采用臺(tái)式pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。參考GB 10468—1989《水果和蔬菜產(chǎn)品pH值的測(cè)定方法》[20]。在玻璃或塑料容器中加入樣品處理液，使其容量足夠浸沒(méi)電極，用pH值測(cè)定裝置測(cè)定處理液并記錄pH值，精確至0.02單位。同一制備樣品至少進(jìn)行兩次測(cè)定。

1.3.4.2 TSS含量的檢測(cè)

采用手持糖度計(jì)檢測(cè)。將糖度計(jì)測(cè)試區(qū)擦拭干凈后，用蒸餾水調(diào)零。接著用玻璃棒沾取滴入測(cè)試區(qū)對(duì)光讀數(shù)。

1.3.4.3 SOD活性的檢測(cè)

采用SOD活性檢測(cè)試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)試劑盒檢測(cè)方法，將藍(lán)莓汁發(fā)酵液在4 ℃、4 000 r/min離心15 min，取上清液進(jìn)行測(cè)定。將取得的上清液用0.1 mol/L pH 7.0～7.4的磷酸緩沖液稀釋成不同濃度進(jìn)行最佳取樣量的摸索。最后按照操作表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所有操作均重復(fù)3 次。

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

采用定量描述分析法對(duì)5 種乳酸菌發(fā)酵的發(fā)酵液進(jìn)行感官評(píng)估。所有樣品的評(píng)估環(huán)境及評(píng)估過(guò)程一致，同時(shí)準(zhǔn)備澄清的礦泉水用于漱口及清理容器。首先，建立視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)共3 個(gè)方面的描述符。然后，感官評(píng)價(jià)員采用九分制對(duì)描述符的強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估后，計(jì)算每個(gè)描述符的相對(duì)頻數(shù)（F）、相對(duì)強(qiáng)度（I）、幾何平均值（geometrical mean，GM）。

式中：I為評(píng)估者對(duì)一個(gè)描述符給出的強(qiáng)度除以該描述符的最大可能強(qiáng)度之和；F為描述符被提及的次數(shù)除以能夠被提及的次數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 24.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多范圍ANOVA和Duncan分析，P＜0.05，差異顯著。并將結(jié)果表示為。使用Prism 8.0.2和Excel 2016進(jìn)行作圖。所有測(cè)試和分析均重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵液菌種生長(zhǎng)情況分析

從表1、2可以看出，發(fā)酵液中的活菌數(shù)在發(fā)酵前后具有顯著差異，發(fā)酵后的活菌數(shù)量增加，并基本保持6.00～10.00（lg（CFU/mL））。其中，嗜酸乳桿菌的菌濃度在發(fā)酵48 h結(jié)束后達(dá)到9.95（lg（CFU/mL）），而菌濃度最低的鼠李糖乳桿菌，僅為6.66（lg（CFU/mL）），其余3 種基本保持在7.00～9.00（lg（CFU/mL））。在發(fā)酵結(jié)束后，除了嗜酸乳桿菌，其余4 種菌種的濃度與發(fā)酵24 h相比都明顯下降。此現(xiàn)象類似于Oh等[21]發(fā)現(xiàn)的菌濃度趨勢(shì)。如圖1所示，嗜酸乳桿菌在發(fā)酵24 h后菌濃度依舊呈現(xiàn)上升趨勢(shì)是由于其在高酸性環(huán)境中依舊具有較強(qiáng)的生命力，其余4 種乳酸菌在發(fā)酵到24 h后的菌濃度均呈下降趨勢(shì)，其可能原因?yàn)?4 h后發(fā)酵液中的高酸環(huán)境會(huì)阻礙某些菌種繼續(xù)生長(zhǎng)；其另一可能原因?yàn)榘l(fā)酵液在發(fā)酵將要結(jié)束后期的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被消耗殆盡，菌種繁殖速度下降從而導(dǎo)致活菌數(shù)量減少。圖1的菌濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)符合Oh等[21]發(fā)現(xiàn)添加的菌種不同，菌濃度減少的時(shí)間拐點(diǎn)也不同的結(jié)論。因此，發(fā)酵液環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物可能會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)。結(jié)果表明，嗜酸乳桿菌在混合發(fā)酵過(guò)程中可以加速發(fā)酵。細(xì)菌的生存能力是研究功能性食品的重要因素[22]，因此仍然需要進(jìn)一步研究如何維持發(fā)酵過(guò)程中存活細(xì)菌的數(shù)量穩(wěn)定，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出有益于人體健康的功能性食品。

圖1 5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液菌濃度的變化Fig. 1 Changes in bacterial cell density of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

表1 5 種乳酸菌發(fā)酵24 h的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of white apricot juice fermented by five different lactic acid bacteria for 24 h

2.2 發(fā)酵液pH值

從表2可以看出，5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏酵發(fā)酵液的pH值無(wú)顯著差異。鼠李糖乳桿菌和植物乳桿菌分別發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液pH值與發(fā)酵前相比略有下降，原因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生蘋(píng)果酸、乙酸、乳酸等有機(jī)酸，從而導(dǎo)致pH值下降[23]。如圖2所示，在24 h內(nèi)的發(fā)酵前期，5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液pH值逐漸升高，原因如下：乳酸菌先將蘋(píng)果酸作為碳源進(jìn)行發(fā)酵，而發(fā)酵到24 h后，蘋(píng)果酸被耗盡才開(kāi)始采用糖作為碳源進(jìn)行發(fā)酵，因而pH值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。此現(xiàn)象與Markkinen等[24]發(fā)現(xiàn)黑苦莓和沙棘汁的pH值變化趨勢(shì)基本一致。

表2 5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液在48 h發(fā)酵期結(jié)束后的理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of small white apricot juice after 48 h fermentation by five different lactic acid bacteria

圖2 5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液pH值的變化Fig. 2 Changes in pH of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.3 發(fā)酵液TSS含量分析

庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的初始TSS含量為15.5 °Brix，由于菌株在發(fā)酵過(guò)程中需消耗糖，因此將初始TSS含量調(diào)整為18.0 °Brix。從表2可以看出，5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的TSS含量在發(fā)酵前后具有顯著差異。在發(fā)酵過(guò)程中，TSS含量的降低主要是由于乳酸菌采用碳水化合物產(chǎn)生乳酸，有利于乳酸菌的生長(zhǎng)和代謝[25]。如圖3所示，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，嗜酸乳桿菌的TSS含量下降了1.38 °Brix，下降幅度最大，原因可能為該菌更適應(yīng)高酸環(huán)境，從而具有良好代謝能力。羅伊氏乳桿菌的TSS含量下降了1.13 °Brix，下降幅度僅次于嗜酸乳桿菌，表明這2 種菌可以更快地消耗碳源從而加快發(fā)酵速度。因此，混合發(fā)酵時(shí)，可優(yōu)先考慮使用羅伊氏乳桿菌和嗜酸乳桿菌。

圖3 5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液TSS含量的變化Fig. 3 Changes in TSS content of small white apricot juice fermented by five lactic acid bacteria strains

2.4 發(fā)酵液SOD活性分析

乳酸菌發(fā)酵液含有的SOD可清除羥自由基、超氧陰離子自由基和活性氧，因此具備良好的抗氧化能力，其保護(hù)細(xì)胞的功效與細(xì)胞防御系統(tǒng)中過(guò)氧化氫酶發(fā)揮的抗氧化作用類似[26]。如表2所示，5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液SOD活性均發(fā)生了顯著變化。發(fā)酵48 h結(jié)束后，植物乳桿菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液中的SOD活性最高，達(dá)到了275.87 U/g，而鼠李糖乳桿菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的SOD活性最低，僅為109.08 U/g。如圖4所示，48 h的發(fā)酵時(shí)間內(nèi)，5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液中SOD活性變化趨勢(shì)基本呈S形。除了鼠李糖桿菌外，發(fā)酵到第24小時(shí)，SOD活性最大，然后活性開(kāi)始先下降后增強(qiáng)，直到第48小時(shí)活性增長(zhǎng)到最大值。此現(xiàn)象可能是由于乳酸菌在發(fā)酵初期以蘋(píng)果酸作為碳源，發(fā)酵液中的SOD活性緩慢上升，并在發(fā)酵第24小時(shí)的活性增長(zhǎng)到最大值。當(dāng)蘋(píng)果酸逐漸被消耗時(shí)，發(fā)酵速度減慢，SOD活性開(kāi)始下降。當(dāng)菌種開(kāi)始以糖作為碳源發(fā)酵時(shí)，SOD活性開(kāi)始上升，直到第48小時(shí)活性增長(zhǎng)到最大值。SOD活性越高，發(fā)酵液的抗氧化能力越強(qiáng)，反之亦然[27]。

圖4 5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液SOD活性的變化Fig. 4 Changes in SOD activity of small white apricot juice fermented by five species of lactic acid bacteria

2.5 感官評(píng)價(jià)分析

為了保障產(chǎn)品在市場(chǎng)中能夠被消費(fèi)者廣泛接受，因此實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)。從視覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)共3 個(gè)方面對(duì)庫(kù)車小白杏發(fā)酵液進(jìn)行評(píng)分。將5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏分別命名為A、B、C、D、E，分別計(jì)算其I、F、GM，結(jié)果如表3所示，5 種庫(kù)車小白杏發(fā)酵液嗅覺(jué)的香味評(píng)分最高的分別是：A為酸（GM=79%）、B為杏香味（GM=82%）、C為酸（GM=80%）、D為杏香味（GM=91%）、E為酸（GM=77%），因此5 種庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的主要嗅覺(jué)特征是酸味和杏香味。為了更直觀地比較5 種庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的味覺(jué)特征，用6 個(gè)主要描述特征作出雷達(dá)圖如圖5F所示，總體感官得分的GM最高的2 個(gè)樣本為A和B，而C樣本總體感官得分的GM最低。因此，從味覺(jué)角度評(píng)估5 種庫(kù)車小白杏發(fā)酵液，A和B的感官得分最高，更容易滿足消費(fèi)者。5 種不同的乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液的質(zhì)感、澄清、酸等主要感官特征如圖5所示。使用XLSTAT統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)A、B、C、D、E進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）[28]。如圖6所示，由于PC1、PC2和PC3共3 個(gè)主要成分的總方差和為91.25%，其高于85%，綜合表達(dá)了樣品感官組成的大部分信息，同時(shí)也反映了原始變量信息。圖6反映了每個(gè)樣品的相對(duì)位置及其與感官描述符的相關(guān)性。其中，樣品A的特征是香醇味、酸味、質(zhì)感、澄清、杏香味、黃色和持久性。樣品B的特性為澄清、黃色、質(zhì)感、杏香味、香醇味和酸味。樣品C的特征是特殊感、澄清、黃色、杏香味、酸味和澀味。杏香味、黃色、特殊感、澄清和持久性在樣品D中表現(xiàn)強(qiáng)烈。特殊感、質(zhì)感、黃、澄清、亮、香醇味、酸味、杏香味和持久性在樣品E中表現(xiàn)出色。

圖5 主要描述符GM值獲得的庫(kù)車小白杏5 種發(fā)酵液雷達(dá)圖及其感官評(píng)價(jià)對(duì)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

圖6 主要描述符GM值獲得的庫(kù)車小白杏5 種發(fā)酵液PCA圖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 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)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 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較5 種乳酸菌發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液在發(fā)酵過(guò)程中理化特性的變化，并結(jié)合感官評(píng)價(jià)，篩選出適合發(fā)酵庫(kù)車小白杏的菌種。在理化性質(zhì)和感官評(píng)價(jià)等方面，戊糖片球菌是最適合發(fā)酵庫(kù)車小白杏的菌種，其發(fā)酵的庫(kù)車小白杏發(fā)酵液SOD活性高達(dá)252.63 U/g，活菌數(shù)達(dá)到8.07 （lg（CFU/mL）），TSS降至17.1 °Brix，感官評(píng)價(jià)最佳，因此戊糖片球菌發(fā)酵的產(chǎn)品具有理想的抗氧化性和消費(fèi)者接受度。植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌是僅次于戊糖片球菌的發(fā)酵菌種。本實(shí)驗(yàn)為混合發(fā)酵庫(kù)車小白杏提供了菌種選擇的理論依據(jù)，提高了貯藏期較短的庫(kù)車小白杏產(chǎn)品的利用價(jià)值，為發(fā)揮庫(kù)車小白杏的商業(yè)價(jià)值助力。