發(fā)酵果汁的研究進展與展望

馬路凱，盧曉麗，何秋璇，崔蕓，劉袆帆，黃炳鈺，井敏敏，張世昂，朱立學

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院輕工食品學院，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510225；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院自動化學院，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510225；4.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院機電工程學院，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510225）

水果口感細膩柔軟，富含維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)素，深受人們喜愛。我國水果資源豐富，但具有明顯的時令性，多集中在6月～9月，受環(huán)境及自身生理等影響，多數(shù)水果保質(zhì)期較短，且采后貯藏技術相對缺乏，導致鮮果極易腐敗，降低了水果的品質(zhì)[1]；此外，在水果生長過程伴隨有較多的次果、落果、壞果等副產(chǎn)物[2]。因此，關于水果的精深加工一直是食品領域關注的熱點之一。

隨著人們生活水平提高和健康意識增強，水果現(xiàn)有產(chǎn)品形式過于單一，已無法滿足市場需求，因此迫切需要創(chuàng)新產(chǎn)品形式。基于益生菌發(fā)酵技術研發(fā)的新型發(fā)酵果汁，營養(yǎng)價值高，且具有獨特風味[3]。發(fā)酵果汁以新鮮水果為原料，通過菌種發(fā)酵而得。目前的發(fā)酵果汁主要有兩種，一種是單一發(fā)酵果汁，如發(fā)酵蘋果汁[4]、發(fā)酵梨汁[5]、發(fā)酵葡萄汁[6]、發(fā)酵藍莓汁[7]等；另一種是混合發(fā)酵果汁，如蘋果、柚子和梨的混合發(fā)酵果汁[8]；所用菌種也可分兩類，一是單一菌種，如植物乳桿菌發(fā)酵獼猴桃汁[9]；二是混合菌種，如保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌混合發(fā)酵枸杞果汁[10]。果汁經(jīng)發(fā)酵后會生成大量乳酸、氨基酸、短鏈脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，提高水果的營養(yǎng)功效，已成為現(xiàn)代食品發(fā)展的一個新趨勢。本文將主要闡述發(fā)酵果汁的菌種選擇、發(fā)酵工藝及營養(yǎng)價值等方面的研究進展，并討論其發(fā)展前景，旨在為發(fā)酵果汁的研發(fā)提供參考。

1 發(fā)酵果汁的菌種

益生菌（probiotics）具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、維持心血管健康、提高免疫力等功效[11]，其種類豐富，目前廣泛應用的主要有以下幾類：1）乳桿菌類，如植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌等；2）雙歧桿菌類，如嗜熱雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌等；3）其他菌屬，如嗜熱鏈球菌、酵母菌、醋酸菌等。隨著益生菌在水果加工中的深入研究與廣泛應用，果汁逐漸成為益生菌發(fā)展的潛力載體[12]。

1.1 乳酸菌及其在果汁中的應用

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）在自然界分布廣泛，其對機體的益生作用已有較多報道。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵處理不僅可以增強食品風味，還會生成具有特殊營養(yǎng)功效的物質(zhì)，如糖苷酶[13]，以及一些具有抑菌作用的物質(zhì)，如有機酸、細菌素等[14]，顯著提高食品品質(zhì)。

發(fā)酵過程中乳酸菌的代謝作用使果汁中的酚類物質(zhì)增加，從而提高果汁的抗氧化性[15]。張宏志等[16]向藍莓黑莓混合果汁中接種植物乳桿菌、乳酸乳桿菌和腸膜明串珠桿菌進行發(fā)酵，發(fā)酵后果汁的pH值、總糖濃度下降，總酸、總酚含量升高，抗氧化性增強。王茹等[17]以腸膜明串珠菌和植物乳桿菌混合發(fā)酵枸杞汁，經(jīng)工藝優(yōu)化所得產(chǎn)品乳酸菌含量達2.1×108CFU/mL，且具有較強的抑菌效果。乳酸菌發(fā)酵果汁可增強機體免疫功能，提高免疫力。尹曼等[18]研究了以乳酸菌發(fā)酵的復合果蔬汁提取物對小鼠脾淋巴細胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)復合發(fā)酵果蔬汁可促進T/B淋巴細胞增殖，各提取物均有較好的保護脾淋巴細胞免受氧化應激損傷的作用，證明復合發(fā)酵果蔬汁具有免疫調(diào)節(jié)的功效。Dimitrovski等[19]以植物乳桿菌發(fā)酵菊芋汁，經(jīng)發(fā)酵的菊芋汁活菌數(shù)、乳酸含量較高，且發(fā)現(xiàn)發(fā)酵菊芋汁與藍莓汁混合可提高產(chǎn)品貨架期。DI CAGNO等[20]以植物乳桿菌發(fā)酵石榴汁，發(fā)酵后醇類、酮類、烯烴類、萜類、苯類化合物含量顯著增加，而醛類和硫化物含量減少，表明乳酸菌發(fā)酵可提升石榴汁的感官品質(zhì)。由此可見，乳酸菌發(fā)酵果汁不僅口感風味較好，還能提高果汁的品質(zhì)。

1.2 酵母菌及其在果汁中的應用

酵母菌（Saccharomyces）具有較為廣泛的應用價值，利用酵母菌發(fā)酵果汁，能適當降低糖含量，提高酚類、黃酮以及維生素C等活性抗氧化物質(zhì)的含量[21]。酵母菌在食品行業(yè)已有較多應用，如啤酒、奶酪等的制作[22-23]。近年來，酵母菌在發(fā)酵果汁中也有研究應用。高淑芳等[24]以酵母菌發(fā)酵火龍果汁，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品具有火龍果香和發(fā)酵香氣。劉景等[25]從自然發(fā)酵果蔬液中分離出酵母菌，接種于蘋果汁中，顯著改善了原蘋果汁的香味。鄒穎等[26]利用干酪乳桿菌與三種酵母菌發(fā)酵荔枝汁，結(jié)果表明復合發(fā)酵能促進干酪乳桿菌的生長，且發(fā)酵后的荔枝汁糖度下降，具有較好的抗氧化效果。Fracassetti等[27]利用酵母菌發(fā)酵制備了一種葡萄和獼猴桃混合果汁。由此可知，酵母菌能在果汁中穩(wěn)定生長繁殖，且可改善果汁品質(zhì)，已成功應用于果汁發(fā)酵。

1.3 醋酸菌及其在果汁中的應用

醋酸菌（Acetobacter aceti）是一類革蘭氏陰性細菌，廣泛分布于自然界[28]，其發(fā)酵過程產(chǎn)生的醋酸，具有清理腸胃、促進消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的功效。尹愛國等[29]以基酒為基礎，在最優(yōu)醋酸發(fā)酵工藝條件下制得的龍眼和檸檬復合果汁的總酸為68 g/L，相較于原果汁，其醇類、酯類物質(zhì)含量增加，具有獨特風味。張藝等[30]以油橄欖果汁為原料，研究釀造食醋的液態(tài)發(fā)酵工藝，通過最佳發(fā)酵工藝得到總酸為51.2 g/L的油橄欖風味食醋，相較于相同工藝下生產(chǎn)的白醋，其含有更多的黃酮、多酚等抗氧化成分。然而，目前關于醋酸菌發(fā)酵果汁的報道還較少，有待深入研究。

2 發(fā)酵果汁的工藝

不同的水果基質(zhì)具有迥異的理化性質(zhì)，導致發(fā)酵工藝的多樣，主要是由于不同菌種在不同果汁中的生長情況與活性不同；且對于同種果汁而言，單一菌種、混合菌種和不同復配比的混合菌種也會影響其發(fā)酵后的品質(zhì)，如總多酚、總黃酮、總糖等含量，以及自由基清除率、風味、色澤等[26，31-32]。幾種常見發(fā)酵果汁的工藝條件如表1所示。

表1 幾種發(fā)酵果汁的工藝條件Table 1 Technological conditions of several fermented fruit juice

3 發(fā)酵果汁的營養(yǎng)功效

發(fā)酵果汁能最大限度地保留水果的營養(yǎng)成分，且發(fā)酵過程會產(chǎn)生較多的營養(yǎng)物質(zhì)，提高果汁品質(zhì)的同時，還能改善腸道環(huán)境，提高免疫力[39]。Nayak等[40]研究發(fā)酵諾麗果汁對糖尿病小鼠的作用效果，發(fā)現(xiàn)其具有降血糖和保護肝臟作用。

發(fā)酵過程微生物的代謝作用會使果汁中的酚類含量、酶系組成等發(fā)生變化，進而改變果汁品質(zhì)，如風味、自由基清除率、抗氧化性等[26]，發(fā)酵給果汁帶來的主要物質(zhì)變化如圖1所示[41-46]。

圖1 發(fā)酵果汁的營養(yǎng)物質(zhì)變化Fig.1 Changes of nutrients in fermented juice

有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，果汁中總酚、黃酮、維生素、礦物質(zhì)、胞外多糖等含量增加[47]。盧嘉懿[48]研究了5種不同果蔬汁發(fā)酵前后的物質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性風味物質(zhì)含量及種類、芳香族氨基酸、苯衍生風味物質(zhì)均增加，醛類物質(zhì)和游離氨基酸減少，表明發(fā)酵過程游離氨基酸可能分解生成了一些小分子揮發(fā)性呈味物質(zhì)。劉秋豆等[49]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的芒果汁，總酚含量增加，抗氧化活性提高，果汁品質(zhì)明顯提升。Lu等[50]分別以瑞士乳桿菌、副干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌發(fā)酵楊桃汁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)楊桃汁中的醛類和酯類等異味物質(zhì)含量顯著下降，而酮類、醇類和脂肪酸含量在一定程度上增加，改善了楊桃汁的香味。Park等[51]發(fā)現(xiàn)經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后混合漿果汁的抗氧化活性顯著提高，且新增了34種揮發(fā)性化合物。

發(fā)酵果汁的營養(yǎng)價值具體如表2所示。

表2 發(fā)酵果汁的營養(yǎng)功效分析Table 2 Analysis of nutritional efficacy of fermented fruit juice

4 國內(nèi)外發(fā)酵果汁的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

益生菌發(fā)酵果汁已經(jīng)成為國內(nèi)研究熱點，鄭欣[55]以荔枝為原料，研究干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌和腸膜狀明串珠菌發(fā)酵荔枝汁的工藝，解決了荔枝含糖量高、果香不突出的問題，開發(fā)出新型的荔枝汁發(fā)酵飲料。李海萍[64]研究乳酸菌發(fā)酵柚子汁的工藝，脫去了柚子汁的苦味，得到口感較好的柚子發(fā)酵果汁。范俊華等[8]以植物乳桿菌發(fā)酵柚子、蘋果、梨的混合果汁，研制出有柔和發(fā)酵風味與濃郁果香的發(fā)酵復合果汁。楊沖等[65]利用乳酸菌發(fā)酵南豐蜜桔汁，發(fā)酵后的果汁總酸度升高，多酚和總黃酮含量顯著增加，表明乳酸菌發(fā)酵可改善原果汁風味，提高其營養(yǎng)價值和保健功效。

國外也有大量關于益生菌發(fā)酵果汁的研究。Mantzourani等[66]研究植物乳桿菌發(fā)酵對石榴汁品質(zhì)的影響，結(jié)果表明發(fā)酵石榴汁比未發(fā)酵石榴汁含有更多揮發(fā)性化合物（醇類、酮類和酯類）；在貯藏期間，發(fā)酵石榴汁的總酚含量與抗氧化活性均高于未發(fā)酵石榴汁。Guo等[67]研究發(fā)現(xiàn)鮮諾麗果汁的體外抗氧化能力雖高于發(fā)酵諾麗果汁，但發(fā)酵果汁對小鼠急性酒精肝損傷有更好的預防效果，表明體外和體內(nèi)的抗氧化效果和機制有差異。RICCI等[68]研究植物乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌在櫻桃汁中的生長能力，結(jié)果表明經(jīng)發(fā)酵后蔗糖和蘋果酸含量明顯降低，乳酸和揮發(fā)性物質(zhì)含量增加；且植物乳桿菌能調(diào)節(jié)果汁的酚類成分，增加二氫咖啡酸（抗氧化物質(zhì)）和苯乳酸（抑菌物質(zhì)）的含量，鼠李糖乳桿菌和副干酪乳桿菌可增加芳香化合物的含量，為發(fā)酵櫻桃汁菌種選擇提供了參考。Muhialdin等[69]以植物乳桿菌發(fā)酵火龍果汁，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵前后果汁的抗氧化活性無明顯差異，但發(fā)酵后的果汁對大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性較高，且賴氨酸、丙氨酸、乙酸、丁二酸、乳酸、葡萄糖、異丁酸和甜菜堿的含量增加，證明乳酸菌發(fā)酵可改善和提高果汁的品質(zhì)。

5 結(jié)論與展望

本文介紹了發(fā)酵果汁的研究進展，并對其菌種選擇、工藝條件、營養(yǎng)功效進行歸納和分析。目前，針對發(fā)酵果汁的報道還較少，市場上的益生菌發(fā)酵飲品仍以發(fā)酵乳制品為主[70]。利用益生菌發(fā)酵果汁，既可保留水果原有營養(yǎng)成分，也能增加水果的營養(yǎng)價值，提高果品品質(zhì)。此外，以非乳原料作為益生菌的發(fā)酵基質(zhì)，可以為乳糖不耐受人群提供攝入益生菌的新選擇。因此，在當下消費者追求科學平衡的膳食模式大背景下，代表健康、營養(yǎng)、綠色的發(fā)酵果汁將是未來食品行業(yè)的發(fā)展方向和研究熱點，具有巨大的商業(yè)化潛力，有望成為大眾青睞的新型功能性飲料。