發(fā)酵果蔬汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響因素研究

沈賀彬，張 春，荀 雯，黃鷺強(qiáng)

（福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350117）

果蔬中富含維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維以及類黃酮等酚類化合物[1]，能夠預(yù)防心血管疾病、肥胖癥和糖尿病等多種疾病的發(fā)生[2]。近年來，人們對(duì)果蔬的需求量逐步上升。發(fā)酵果蔬汁是以果汁、蔬菜汁為原料，經(jīng)單菌種（乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌等）或多菌種混合發(fā)酵，再進(jìn)行調(diào)配得到的非乳制飲品[3]。經(jīng)發(fā)酵后的果蔬汁風(fēng)味獨(dú)特，能夠抗衰老、降血壓血脂以及調(diào)節(jié)腸道菌群等[4]，引起了廣大研究者的關(guān)注。

風(fēng)味是評(píng)價(jià)發(fā)酵果蔬汁品質(zhì)的重要指標(biāo)。發(fā)酵果蔬汁的風(fēng)味物質(zhì)包括滋味物質(zhì)（非揮發(fā)性）和風(fēng)味物質(zhì)（揮發(fā)性），其中，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在很大程度上決定了發(fā)酵果蔬汁的風(fēng)味。不同的發(fā)酵基質(zhì)、發(fā)酵菌種及加工工藝都將導(dǎo)致發(fā)酵果蔬汁呈現(xiàn)不同的風(fēng)味，影響其感官特性和消費(fèi)者的喜好程度。研究發(fā)酵果蔬汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成以及影響風(fēng)味的主要因素，是果蔬汁制品研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。本文對(duì)發(fā)酵果蔬汁中的主要揮發(fā)性化合物及風(fēng)味的影響因素進(jìn)行了論述，為發(fā)酵果蔬汁產(chǎn)品的風(fēng)味改善提供參考。

1 發(fā)酵果蔬汁中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

果蔬汁發(fā)酵后產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物主要有醇類、酯類、萜烯類、醛類、酮類等[5]，檢測到的主要風(fēng)味物質(zhì)及其香氣特點(diǎn)如表1 所示。

1.1 醇類物質(zhì)

醇類物質(zhì)廣泛存在于藍(lán)莓汁、蘋果汁等果蔬汁中。1-己醇、2-甲基-1-丙醇是藍(lán)莓汁中的主要揮發(fā)性化合物，賦予其青草香味[14]；2-己烯醇和2-甲基丁醇是蘋果汁中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，賦予其柑橘及白蘭地相關(guān)的香氣[6]。

醇類物質(zhì)主要由兩個(gè)途徑生成[15]：一是微生物通過糖分解代謝形成代謝產(chǎn)物；二是發(fā)酵果蔬汁原料中的蛋白質(zhì)分解成氨基酸，氨基酸又發(fā)生脫氨和脫羧反應(yīng)生成醇類物質(zhì)。Sun 等[16]利用乳酸菌發(fā)酵南瓜汁，發(fā)酵后產(chǎn)生6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇，賦予其丁香、玫瑰和木質(zhì)香氣。銀杏汁經(jīng)植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）發(fā)酵后1-辛醇和正辛醇的含量增加，新生成了1-辛烯-3-醇和1-庚醇，賦予其果香和花香[17]。乳酸菌發(fā)酵梨汁后產(chǎn)生的己醇賦予青草和蘋果皮香氣；另外，(E)-2-己烯-1-醇賦予清新的果香[8]。

1.2 酯類物質(zhì)

酯類物質(zhì)由與輔酶A（CoA）相連的羧酸與醇酯化生成[18]，具有水果芳香風(fēng)味。研究表明，酯類物質(zhì)是沙棘汁[19]、水蜜桃汁[20]等果蔬汁的優(yōu)勢芳香化合物，3-甲基丁酸酯、苯甲酸酯和己酸乙酯賦予沙棘汁香蕉、櫻桃、菠蘿等水果香氣；乙酸乙酯、γ-癸內(nèi)酯、和(Z)-3-己烯乙酸酯賦予水蜜桃汁花香和果香。

酯的形成主要是通過兩種方式：一是在酯酶的作用下，有機(jī)酸類與醇類在分子間脫水生成[21]；二是在酯酶或?；D(zhuǎn)移酶的作用下，乙酰輔酶A（或甘油酯）與醇類物質(zhì)生成酯類物質(zhì)[22-23]。桃汁發(fā)酵后產(chǎn)生了癸內(nèi)酯、γ-己內(nèi)酯和2-乙基丁酸烯丙酯，賦予果汁奶油味和水果味[9]；獼猴桃汁經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后，乙酸乙酯和丁酸乙酯含量提高，增加了果汁的果香味和酯香味[24]；甜櫻桃汁經(jīng)嗜酸乳桿菌與植物乳桿菌發(fā)酵后，同樣增加了原汁中乙酸乙酯的含量[25]，提升了果汁的甜香味。

1.3 萜烯類物質(zhì)

萜烯類化合物廣泛存在于植物中，在果蔬汁中的含量較少，但由于其閾值普遍很低，可使果蔬汁呈現(xiàn)果味和甜味。葡萄汁經(jīng)植物乳桿菌和短乳桿菌發(fā)酵后芳樟醇、香葉醇、橙花醇及β-月桂烯的含量均有所增加，從而呈現(xiàn)出花果香氣[26]。Sun 等[10]利用植物乳桿菌發(fā)酵杏汁，β-月桂烯、檸檬烯等物質(zhì)的含量增加，賦予其松香和柑橘氣味。付彬等[11]在黑曲霉發(fā)酵的柑橘皮汁，將D-檸檬烯轉(zhuǎn)化為癸醛、芳樟醇和α-萜烯醇等萜烯類物質(zhì)，賦予其獨(dú)特的甜香、松油香、丁香及玫瑰香氣。

經(jīng)微生物發(fā)酵后的果蔬汁可去除一些氣味較不理想的萜烯類物質(zhì)。Zhang 等[27]利用植物乳桿菌WZ-01 發(fā)酵胡蘿卜汁，發(fā)酵后具有辛辣味的β-蒎烯和β-水芹烯消失，改善了胡蘿汁的原本風(fēng)味。這可能是由于酵母菌發(fā)酵將其轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳；乳酸菌發(fā)酵將其氧化并生成酮類等物質(zhì)[28]。

1.4 醛類物質(zhì)

發(fā)酵果蔬汁中常見的醛類物質(zhì)有苯甲醛、戊醛、乙醛等。王銀等[29]利用保加利亞乳桿菌發(fā)酵紅棗汁，發(fā)酵后產(chǎn)生了苯甲醛、戊醛、糠醛、3-甲基丁醛等醛類物質(zhì)，賦予其水果香味、焦糖味及苦杏仁味。

適量的醛類物質(zhì)能協(xié)調(diào)發(fā)酵果蔬汁的香氣，當(dāng)其濃度較高（＞200 μg/mL）時(shí)，會(huì)使果蔬汁產(chǎn)生令人不愉快的風(fēng)味[23]。近年來，越來越多的研究表明，采用微生物發(fā)酵技術(shù)可以降低醛類物質(zhì)的含量。Ji 等[6]利用羅伊氏乳桿菌CTCF-L3 發(fā)酵蘋果汁，發(fā)現(xiàn)經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，蘋果汁中帶有苦杏仁風(fēng)味的苯甲醛含量降低。Wu 等[30]用植物乳桿菌21802 和短乳桿菌6239 發(fā)酵葡萄汁，發(fā)現(xiàn)未發(fā)酵葡萄汁中苯乙醛和2-己烯醛的含量在發(fā)酵后降低到不可檢出。陳大衛(wèi)等[31]研究了益生菌發(fā)酵胡蘿卜汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生油脂香和油膩氣味的正辛醛、壬醛的含量均減少。

1.5 酮類物質(zhì)

酮類物質(zhì)在發(fā)酵果蔬汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中占比極低，但其味道濃烈，也是發(fā)酵果蔬汁重要的特征風(fēng)味物質(zhì)之一。3-羥基-2-丁酮、2-庚酮和2-壬酮是發(fā)酵果蔬汁中較為常見的酮類物質(zhì)，能夠賦予產(chǎn)品奶油和黃油等風(fēng)味。在嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌發(fā)酵的甜櫻桃汁中，2-庚酮和丙酮的含量明顯增加，帶來了奶油和朗姆酒的香氣，在鼠李糖乳桿菌發(fā)酵的甜櫻桃汁中，3-羥基-2-丁酮和2-戊酮的含量增加，帶來了乳酪和奶油般的香氣[25]。葡萄汁經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后產(chǎn)生了2-庚酮和2-戊酮，這可能是由于不飽和脂肪酸被脂氧合酶氧化和氨基酸降解所致[14]。芒果汁經(jīng)乳酸菌和非酵母菌混合發(fā)酵后產(chǎn)生了呋喃酮，其閾值濃度較高（OVA＞1），具有水果和焦糖香氣，是發(fā)酵芒果汁中重要的芳香族化合物[12]。

2 影響發(fā)酵果蔬汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要因素

2.1 發(fā)酵基底物質(zhì)

在果蔬汁發(fā)酵過程中，采用的發(fā)酵基底不同是導(dǎo)致產(chǎn)品風(fēng)味差異的主要原因。蘋果、梨和桃屬于酯香型水果，以它們?yōu)榛孜锇l(fā)酵的果蔬汁風(fēng)味多呈果香、清香和花香；芒果中酮類物質(zhì)為優(yōu)勢芳香化合物，發(fā)酵后果蔬汁多呈現(xiàn)花香，如玫瑰香和紫羅蘭香[32-33]。李汴生等[13]利用植物乳桿菌分別發(fā)酵橙汁、蘋果汁、梨汁、葡萄汁和青瓜汁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酯香型果汁如蘋果汁和梨汁經(jīng)發(fā)酵后花果香氣更加突出，醇香型果汁如青瓜汁經(jīng)發(fā)酵后酒味及刺激性氣味增加，橙汁則由于萜烯類物質(zhì)的增加使得其發(fā)酵氣味增強(qiáng)。

向果汁中添加新的物質(zhì)是優(yōu)化果蔬汁發(fā)酵基底的重要手段。張麗華等[7]在發(fā)酵蘋果汁中添加了杜仲葉超微粉（SPEL），使蘋果汁的功能性成分含量顯著提高，色澤和風(fēng)味得到顯著改善。朱一方等[32]在刺梨中添加3 種益生元獲得到了一款酸甜可口、具有濃郁的刺梨香味的飲品。

2.2 發(fā)酵劑

不同的發(fā)酵劑在果蔬汁中的發(fā)酵性能不同，在發(fā)酵過程中的生長和代謝方式也存在差異，因此造成了發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的不同。目前，應(yīng)用于果蔬汁發(fā)酵的菌種主要有乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等。

2.2.1 乳酸菌對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

乳酸菌不但可以抑制α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性，提高發(fā)酵果蔬汁的抗氧化活性[33]，還可以水解果蔬汁中的多酚、短鏈脂肪酸、胞外多糖和維生素等成分[34]，產(chǎn)生一系列風(fēng)味物質(zhì)。Lan 等[35]利用短乳桿菌（Lactobacillus brevis） 和植物乳桿菌發(fā)酵（Lactobacillus plantarum）發(fā)酵獼猴桃汁，促進(jìn)了酮類和醇類化合物的產(chǎn)生，生成了新的物質(zhì)如2,5-辛二酮和1-辛烯-3-醇，顯著改善了獼猴桃汁的風(fēng)味特征，豐富了果香、花香和草藥香。Sun 等[10]采用不同種類的乳酸菌發(fā)酵南瓜汁，結(jié)果表明在嗜酸乳桿菌和瑞士乳桿菌發(fā)酵的南瓜汁中6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇的含量增加，產(chǎn)生丁香、玫瑰香和木質(zhì)香氣。經(jīng)植物乳桿菌強(qiáng)化發(fā)酵后的諾麗汁風(fēng)味明顯得到改善，產(chǎn)生了新的酯類和醇類物質(zhì)，如乳酸乙酯、水楊酸甲酯、庚醇和辛醇，賦予諾麗汁更加豐富的花果香氣[36]。然而，除產(chǎn)生芳香物質(zhì)外，乳酸菌在發(fā)酵果汁過程中還可能會(huì)產(chǎn)生刺激性酸味或苦味等不良?xì)馕禰37]。因此在發(fā)酵菌種和工藝上應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)改良，減少這些不良?xì)馕秾?duì)發(fā)酵果蔬汁的影響。

2.2.2 酵母菌對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

酵母菌能夠生成乙醇，乙醇又能與酸類物質(zhì)結(jié)合進(jìn)一步生成酯類物質(zhì)，賦予發(fā)酵產(chǎn)品酒花香和水果香。其中非釀酒酵母，如孢漢遜酵母屬（Hanseniaspora）、假絲酵母屬（Candida）、畢赤酵母屬（Piachia）等，產(chǎn)酒精能力弱，但產(chǎn)香能力較強(qiáng)[38]，在一定程度上能夠改善產(chǎn)品風(fēng)味。

利用非釀酒酵母與釀酒酵母混合發(fā)酵果酒是近年來果酒釀造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Liu 等[39]將庫德畢赤酵母與釀酒酵母用于葡萄酒的發(fā)酵，發(fā)酵后異戊醇和2-苯乙醇含量提高，增強(qiáng)了葡萄酒的玫瑰香、蜂蜜香以及果香。Wang等[40]采用異常威克漢姆酵母與釀酒酵母發(fā)酵葡萄酒，發(fā)現(xiàn)葡萄酒中乙酸乙酯、辛酸乙酯等低級(jí)脂肪酸酯的含量升高，改善了酒的風(fēng)味和香氣。綜上可見，非釀酒酵母混合釀酒酵母發(fā)酵提高了花果類香氣的含量，顯著增強(qiáng)了發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味。

2.2.3 醋酸菌對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

醋酸菌能利用果蔬汁中的糖原生成醋酸和其它有機(jī)酸。人們常采取混菌發(fā)酵的方式進(jìn)行果酒的釀造，旨在進(jìn)一步提升產(chǎn)品的營養(yǎng)和風(fēng)味。果酒的發(fā)酵過程可分為酒精發(fā)酵階段和乙酸發(fā)酵階段。酒精發(fā)酵階段引入乳酸菌，使其與酵母菌共同發(fā)酵，乳酸酸味柔和，可以中和乙酸的刺激性味道，改善產(chǎn)品感官品質(zhì)[41-42]。在乙酸發(fā)酵階段，常采用乳酸菌或其他菌種與醋酸菌協(xié)同發(fā)酵，能夠削弱果醋的刺激口感。Zhang 等[27]利用植物乳桿菌與巴士醋桿菌共同發(fā)酵蘋果醋，得出，發(fā)酵后3-羥基丁酮含量顯著增加，賦予其奶油和黃油香氣。田璐等[43]利用植物乳桿菌和氧化葡萄糖酸桿菌發(fā)酵柿子皮果醋，酸味尖銳的蘋果酸轉(zhuǎn)化為酸味柔和的乳酸，使其口味更加圓滑、協(xié)調(diào)。

2.3 發(fā)酵工藝

發(fā)酵果蔬汁的工藝條件也是影響其風(fēng)味的重要因素之一。熱殺菌可以延長發(fā)酵果汁的貨架期，但同時(shí)也容易影響果汁的感官特性。萜烯類物質(zhì)賦予柑橘汁芳香氣味，加熱后柑橘汁中萜烯類物質(zhì)含量減少，醛類物質(zhì)含量增加[44]，使柑橘汁的風(fēng)味發(fā)生了劣變[45]。冷殺菌能夠有效保持食品的營養(yǎng)、風(fēng)味質(zhì)地及色澤。Liu 等[46]探究了超聲波殺菌對(duì)甜瓜汁理化性質(zhì)及揮發(fā)性成分的影響，結(jié)果表明超聲波處理與未處理的甜瓜汁中揮發(fā)性化合物基本相同，說明超聲波滅菌對(duì)甜瓜汁風(fēng)味的影響較小。

許多學(xué)者致力于如發(fā)酵溫度、時(shí)間以及菌種等發(fā)酵工藝的優(yōu)化以提升發(fā)酵果蔬汁的風(fēng)味。如劉超等[47]篩選出適合蘆筍汁發(fā)酵的嗜酸乳桿菌和釀酒酵母，在其最佳發(fā)酵條件下，蘆筍汁中醇類物質(zhì)增加，醛類物質(zhì)減少，緩解了蘆筍汁的青草氣味。李棟等[48]優(yōu)化了戊糖片球菌（Leuconostoc fallax）和乳雙歧桿菌（Bifidobacterium）發(fā)酵鴨梨汁的工藝條件，鴨梨汁中癸酸乙酯、辛酸乙酯及乙酸苯乙酯的含量增加，賦予鴨梨汁白蘭地、杏子等香氣。

3 小結(jié)

發(fā)酵果蔬汁以其營養(yǎng)、健康及獨(dú)特風(fēng)味受到了廣大消費(fèi)者的喜愛，順應(yīng)市場需求，符合綠色發(fā)展理念，發(fā)展前景良好。微生物對(duì)蔬菜和水果等底物發(fā)酵產(chǎn)生了大量揮發(fā)性風(fēng)味化合物，包括醇類、酯類、萜烯類、醛類以及酮類等物質(zhì)，賦予了發(fā)酵果蔬汁獨(dú)特的風(fēng)味。然而，由于發(fā)酵基質(zhì)、發(fā)酵條件、發(fā)酵菌株及其代謝過程的復(fù)雜性，生產(chǎn)符合大眾口味的發(fā)酵果蔬汁產(chǎn)品仍面臨諸多技術(shù)難題，需對(duì)微生物的代謝機(jī)制、發(fā)酵基質(zhì)與菌種之間的相互作用關(guān)系、混合發(fā)酵菌種間的協(xié)同機(jī)制進(jìn)一步探究，并對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行具體的風(fēng)味評(píng)價(jià)，開發(fā)出營養(yǎng)與風(fēng)味俱佳的發(fā)酵果蔬飲品。