不同乳酸菌發(fā)酵對石榴汁理化、營養(yǎng)及感官品質(zhì)的影響

鄒文惠,彭亦瑾,易俊潔,張顯,周林燕*

1(昆明理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,云南 昆明,650500)2(云南省特色果蔬健康產(chǎn)品工程研究中心,云南 昆明,650500)3(蒙自市蒙生石榴產(chǎn)銷專業(yè)合作社,云南 紅河哈尼彝族自治州,661100)

石榴(PunicagranatumL.),又名安石榴、金罌、丹若、天漿等,屬石榴科(Punicaceae)石榴屬(PunicaL.)植物,原產(chǎn)中亞西亞等地[1]。石榴富含多酚、黃酮、花色苷、鞣質(zhì)、維生素C等多種生物活性物質(zhì),具有抗氧化、延緩衰老和抑制癌變等多種營養(yǎng)保健作用[2]。以石榴為原料的深加工產(chǎn)品如石榴果汁、石榴醋、石榴發(fā)酵酸乳、石榴酒等[3]逐漸進入市場,但目前我國對于豐富的石榴資源的開發(fā)與綜合利用力度仍較欠缺,存在石榴采后保鮮與貯藏技術(shù)不規(guī)范、精深加工水平參差不齊等問題[4],且在加工過程中石榴花色苷極不穩(wěn)定,容易發(fā)生氧化褐變、營養(yǎng)物質(zhì)損耗以及芳香物質(zhì)逸散等現(xiàn)象[5]。因此,我國石榴仍是以鮮食和鮮銷為主,其附加值仍較低,達不到石榴企業(yè)增效和果農(nóng)增收的目的。

目前,乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)可以有效利用糖類等營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生大量乳酸,降低果汁pH[6],并賦予其獨特的酸味和香氣,是國內(nèi)外最常用于發(fā)酵果蔬制品的一類益生菌,LAB在修飾發(fā)酵果蔬制品感官特性的同時,還可能提高具有抗氧化和抗炎等作用的黃酮類、多酚類物質(zhì)的含量,并提高其生物利用率[7]。目前,已有不少關(guān)于LAB發(fā)酵桑椹汁、芒果汁等果蔬汁的研究。KWAW等[8]利用植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌對經(jīng)超聲滅菌的桑椹汁進行發(fā)酵后,發(fā)現(xiàn)桑椹汁獲得了深紅色的誘人色澤,且具有更高的總酚含量和抗氧化能力。LIAO等[9]利用從芒果中鑒定出的腸系明串珠菌MPL18和MPL39發(fā)酵芒果汁,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵芒果汁中產(chǎn)生了氣味宜人的甘露醇,另外乳酸和乙酸含量大量增加,對感官屬性也產(chǎn)生了積極的影響。目前,關(guān)于LAB發(fā)酵果蔬汁的研究較多,但評價不同種類LAB發(fā)酵對石榴汁(pomegranate juice,PJ)色澤、營養(yǎng)、風(fēng)味及抗氧化活性的影響研究卻鮮有報道。

為研究不同LAB發(fā)酵石榴汁(fermented pomegranate juice,FPJ)品質(zhì)的影響,本研究選取了類干酪乳桿菌Lp20241、德氏乳桿菌保加利亞亞種Ld20247、植物乳桿菌Lp20265、鼠李糖乳桿菌Lr20990和發(fā)酵乳桿菌Lf21800共5株LAB,在無任何外部營養(yǎng)補充的條件下,分別對經(jīng)85 ℃殺菌15 min的PJ進行發(fā)酵,分析了經(jīng)37 ℃下發(fā)酵72 h后FPJ的活菌數(shù)、糖和酸、色澤屬性、抗氧化活性以及感官屬性等品質(zhì)變化和形成規(guī)律?；谥鞒煞址治?principal component analysis,PCA)方法分析不同F(xiàn)PJ的品質(zhì)指標(biāo)差異;采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)、電子鼻分析方法鑒定不同F(xiàn)PJ在滋味、氣味等方面的差異性;利用Pearson相關(guān)性分析方法對FPJ的CIELAB參數(shù)、花色苷和聚合色素等顏色相關(guān)屬性之間的相關(guān)性進行分析,探究發(fā)酵后相關(guān)指標(biāo)對PJ顏色變化的貢獻,以期為FPJ的品質(zhì)提升和復(fù)配發(fā)酵劑的開發(fā)提供優(yōu)良菌株,為研制出營養(yǎng)健康、香氣典型的FPJ提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

突尼斯軟籽石榴,2021年10月云南麗江。本試驗中5株LAB,中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心,分別是類干酪乳桿菌(Lactobacillusparacasei) 20241 (Lp20241)、德氏乳桿菌保加利亞亞種(Lactobacillusdelbrueckiisubsp.bulgaricus) 20247 (Ld20247)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum) 20265 (Lp20265)、鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus) 20990 (Lr20990)、發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum) 21800 (Lf21800)。

ABTS、DPPH,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基、MRS培養(yǎng)基、福林酚,北京索萊寶生物科技有限公司;沒食子酸、蘆丁、甲醇,上海默克化工技術(shù)有限公司;NaNO2、AlCl3、Na2HPO4、KCl,國藥試劑有限公司;K2S2O5、蒽酮和硫脲,麥克林化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JYL-C051榨汁機,九陽股份有限公司;Agera色差儀,美國亨特Lab實驗有限公司;TDL-40B離心機,上海安亭科學(xué)儀器有限公司;T9CS紫外可見分光光度計,北京普析通用儀器有限公司;907 Titrando自動電位滴定儀,瑞士萬通公司;EPOCH2酶標(biāo)儀,美國Bio Tek公司;FE28 pH計,中國梅特勒-托利多儀器上海有限公司;eNose電子鼻,上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司;TD-45全自動手持折光儀,北京金科利達電子科技有限公司;BSC-250恒溫培養(yǎng)箱,博迅實業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌種活化與保藏

將5株LAB接種至MRS培養(yǎng)基中,37 ℃培養(yǎng)12 h后進行三區(qū)劃線,以37 ℃培養(yǎng)24 h后挑取單菌落進行純化培養(yǎng),傳代培養(yǎng)2代后用磷酸鹽緩沖液(pH 7.4)清洗2次后離心得到菌泥,按1∶3(體積比)的比例加入20%的無菌甘油放置-80 ℃環(huán)境下凍存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 FPJ制備

石榴洗凈后去除外皮并分離隔膜,將籽粒剝離進行榨汁。PJ以4 ℃、8 000 r/min離心10 min后,在無菌操作臺上依次分裝進100 mL玻璃瓶中,并在85 ℃殺菌15 min,隨后立即冷卻至室溫。以初始活菌數(shù)(7.0±0.5) lg CFU/mL、初始接種量6%(體積分數(shù))對PJ接種,并在37 ℃下發(fā)酵72 h。5種FPJ以菌株簡稱進行命名,依次為Lp20241、Ld20247、Lp20265、Lr20990、Lf21800。FPJ發(fā)酵結(jié)束后立刻測定LAB活菌數(shù)、pH、總可滴定酸(titratable acidity, TA)、可溶性固形物含量(total soluble solids, TSS)、色差以及進行感官評價,其余樣品在無菌操作臺分裝后經(jīng)-80 ℃凍存以分析其他指標(biāo)。

1.3.3 LAB活菌數(shù)測定

采用梯度稀釋法[10]測定FPJ中的LAB活菌數(shù)。

1.3.4 pH、TA、TSS和酸糖比(acid-sugar ratio, ASR)的測定

pH采用pH計測定,TSS使用全自動手持折光儀測定,ASR為TSS與TA的比值。TA采用pH電位法[11]測定,并以檸檬酸計,具體計算如公式(1)所示:

TA/%=(c×v1×K×DF×1 000)/v2

(1)

式中:c,NaOH溶液濃度,0.1 mol/L;v1,滴定消耗的NaOH溶液體積,mL;K,檸檬酸的轉(zhuǎn)換系數(shù),K=0.064;DF,樣品稀釋倍數(shù),DF=3;v2,樣品體積,mL。

1.3.5 色度值測定

參照YUAN等[12]的方法,在室溫下使用色差儀以D65和10°觀察角測定FPJ的色澤參數(shù)(L*、a*、b*)。L*表示樣品亮度,a*、b*分別表示紅綠和黃藍,正值為紅(黃),負值為綠(藍),ΔE表示色澤總差異。ΔE、色相角(H*)和色度(C*)分別按公式(2)～公式(4)計算:

(2)

(3)

(4)

1.3.6 總花色苷含量(total anthocyanin content, TAC)測定

參考LEE等[13]采用pH示差法,并稍作修改,對TAC進行測定。樣品稀釋5倍后移取0.4 mL于兩個試管中,分別加入3.6 mL KCl緩沖液(0.025 mol/L,pH 1.0)和CH3COONa緩沖液(0.4 mol/L,pH 4.5),渦旋后將混合物放置在暗室中反應(yīng)30 min。使用紫外-可見分光光度計分別測量樣品在510和700 nm處的吸光度。所有測量均在室溫下進行,以蒸餾水作為空白。TAC的計算如公式(5)所示:

TAC/(mg CGE/L)=(A×MW×DF×1 000)/ε×1

(5)

式中:吸光值A(chǔ)=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700) pH4.5;矢車菊素-3-單葡萄糖苷的重均分子質(zhì)量MW=449.2 g/mol;稀釋倍數(shù)DF=5;矢車菊素-3-單葡萄糖苷(centasin-3-monoglucoside,CGE)摩爾吸光度ε=26 900;1為路徑長度常數(shù),cm。

1.3.7 聚合色素比例(percentage of polymeric color,PPC)的測定

參考JIANG等[14]的K2S2O5漂白法并稍做修改。將樣品與磷酸-檸檬酸緩沖液(B液,pH 2.20)以1∶7(體積比)的比例混合后為A液,另配制0.2 g/mL K2S2O5溶液定為C液。將2.8 mL A液和0.2 mL B液或C液混合,暗室放置30 min,分別用于測定顏色密度(color density,CD)和聚合物色素(polymeric color,PC)。在420、510(λmax)和700 nm處測定溶液的吸光值,計算如公式(6)～公式(8)所示:

CD=[(A420-A700)]+[(A510-A700)]×DF

(6)

PC=[(A420-A700)]+[(A510-A700)]×DF

(7)

(8)

式中:Ai(i=420、510、700),特定波長下的吸光值;DF,稀釋倍數(shù),DF=8;PPC以聚合物顏色的百分比表示。

1.3.8 總酚含量(total phenolic content, TPC)、總黃酮含量(total flavonoids content, TFC)及抗氧化能力測定

將樣品用80%(體積分數(shù))甲醇稀釋5倍、超聲波提取20 min后,在4 ℃、8 000 r/min離心5 min。取上清液作為甲醇提取物用于測定TPC、TFC以及抗氧化能力。采用福林酚法和AlCl3比色法測定TPC和TFC[15]。TPC以每100 mL樣品中含有的沒食子酸當(dāng)量(gallic acid equivalents,GAE)來表示(mg GAE/100 mL),TFC以每100 mL樣品含有的蘆丁當(dāng)量(rutin equivalents,RE)來表示(mg RE/100 mL)。采用自由基清除能力法(DPPH自由基和ABTS陽離子自由基清除能力)[16]測定FPJ的抗氧化能力,測定結(jié)果均以μmol TE/L表示。

1.3.9 總糖(total sugar, TS)測定

采用蒽酮-硫酸法[17],以無水葡萄糖配制標(biāo)準(zhǔn)溶液,根據(jù)濃度和吸光值的關(guān)系建立標(biāo)準(zhǔn)曲線以測得樣品的TS含量,測定結(jié)果表示為mg/mL。

1.3.10 電子鼻分析

取10 mL樣品于50 mL樣品瓶中,置于30 ℃平衡5 min后采用頂空抽樣的方法檢測其香氣成分,每個樣品重復(fù)3次。電子鼻參數(shù)設(shè)置如下:電子鼻樣品準(zhǔn)備時間5 s,進樣時間1 s,清洗時間120 s,檢測時間120 s,進樣流量120 mL/min。cNose電子鼻共由18個傳感器組成,S1、S7、S9、S13、S14響應(yīng)物質(zhì)為短鏈烷烴類;S2、S15響應(yīng)物質(zhì)為含碳類物質(zhì)、醇類、醛類等;S3、S10響應(yīng)物質(zhì)為含氫氣體;S4、S16響應(yīng)物質(zhì)為硫化物;S5、S17響應(yīng)物質(zhì)為含氮類物質(zhì);S6、S18響應(yīng)物質(zhì)為醛酮有機類;S8響應(yīng)物質(zhì)為液化氣;S11響應(yīng)物質(zhì)為烷烴、CO等;S12響應(yīng)物質(zhì)為其他部分有機溶劑。

1.3.11 感官評價分析

表1 FPJ感官描述及定義Table 1 Sensory description and definition of FPJ

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 64.0和SPSS 26對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n≥3)表示。采用單因素方差分析(ANOVA)進行Tukey顯著性差異檢驗,P<0.05,差異顯著。采用在線處理軟件MetaboAnalyst和Bioinformaticsa進行PCA,以及Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LAB活菌數(shù)的變化

PJ的初始pH為4.11,因此用于PJ發(fā)酵的LAB應(yīng)具有耐酸性環(huán)境的能力。如圖1所示,本研究選取的類干酪乳桿菌Lp20241、德氏乳桿菌保加利亞亞種Ld20247、植物乳桿菌Lp20265、鼠李糖乳桿菌Lr20990和發(fā)酵乳桿菌Lf21800,以7.0 lg CFU/mL的初始濃度接種后均可在PJ基質(zhì)中生長,但5個菌株間的生長狀況存在顯著差異(P<0.05)。結(jié)果表明,發(fā)酵乳桿菌[(8.24±0.07) lg CFU/mL]、鼠李糖乳桿菌[(7.92±0.03) lg CFU/mL]和植物乳酸菌[(7.38±0.02) lg CFU/mL]在發(fā)酵72 h后活菌數(shù)均顯著高于其他2株菌(P<0.05),而類干酪乳桿菌和德氏乳桿菌保加利亞亞種發(fā)酵后活菌數(shù)僅為(7.25±0.02) lg CFU/mL和(7.24±0.04) lg CFU/mL。不同LAB菌種應(yīng)對酸脅迫反應(yīng)的適應(yīng)性不同,果汁體系pH降低、有機酸積累、營養(yǎng)物質(zhì)消耗等因素是使其在同一發(fā)酵基質(zhì)中生長性能不同的主要原因[19]。本研究表明,發(fā)酵乳桿菌和鼠李糖乳桿菌更適應(yīng)在PJ基質(zhì)中生長。

圖1 不同乳酸菌發(fā)酵72 h后石榴汁中活菌數(shù)的變化Fig.1 TVC in pomegranate juice after 72 h fermentation by different LABs注:不同小寫字母表示樣本間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(下同)。

2.2 酸和糖的變化

由表2可知,對照組的pH、TSS、TA、TS分別為(4.11±0.01)、(14.83±0.06) °Brix、(5.90±0.11)%、(235.81±2.39) mg/mL。5個菌株發(fā)酵后FPJ中pH、TSS和TS較對照組均顯著降低,TA顯著升高(P<0.05)。LAB在發(fā)酵過程中會利用果汁中的糖類物質(zhì)進行代謝將其轉(zhuǎn)化成大量的乳酸,使pH降低,酸度增加[20]。發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵后FPJ的pH、TSS和TS下降最多,分別降低了12.4%、8.29%和15.13%,對應(yīng)的TA增加了157.8%;而德氏乳桿菌保加利亞亞種發(fā)酵后FPJ的pH和TA分別為(4.07±0.01)和(5.67±0.07)%,與對照相比無顯著變化,推測原因可能是德氏乳桿菌保加利亞亞種對PJ中的碳源利用率較低,因此無法有效利用糖類物質(zhì)產(chǎn)生有機酸。LIU等[21]也發(fā)現(xiàn)利用該類菌種在發(fā)酵沙棘汁后上述指標(biāo)無顯著變化。不同菌種發(fā)酵FPJ的糖和酸具有顯著差異的原因可能是由于不同LAB對PJ的糖利用率和產(chǎn)酸能力不同[21]。

表2 不同乳酸菌發(fā)酵72 h對發(fā)酵石榴汁的酸和糖的影響Table 2 Effects of different LAB fermentation for 72 h on sugars and acids of fermented pomegranate juice

2.3 顏色的變化

如表3所示,對照的初始L*、a*和b*分別為25.60±0.14、21.20±0.06和4.95±0.02。經(jīng)5個菌株發(fā)酵后FPJ的L*均顯著降低、a*和b*均顯著升高(P<0.05),表示發(fā)酵后FPJ的顏色偏暗紅色。另外,發(fā)酵后所有FPJ的ΔE變化都大于3,表示LAB發(fā)酵對PJ的顏色產(chǎn)生了顯著影響[22]。這推測可能是由于發(fā)酵過程中PJ中的單體花色苷的聚合導(dǎo)致[8]。所有發(fā)酵樣品的C*和H*增加表明發(fā)酵后FPJ的顏色較未發(fā)酵PJ更深。5個菌株中發(fā)酵乳桿菌對FPJ的顏色影響最大,與對照組相比,發(fā)酵后FPJ的L*降低了18.7%,a*增加了32.1%,ΔE為9.54±0.16,說明發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵后FPJ的顏色變化最大。這可能是因為其在發(fā)酵過程中活菌數(shù)增量最大、FPJ的濁度增加。

表3 不同乳酸菌發(fā)酵72 h對石榴汁顏色特性的影響Table 3 Effects of different LABs fermentation for 72 h on color characteristics of pomegranate juice

2.4 顏色相關(guān)屬性的變化

FPJ的色澤相關(guān)屬性如圖2所示。對照的TAC為(16.12±0.08) mg CGE/L,發(fā)酵72 h后FPJ的TAC顯著降低了10.92%～18.30%(P<0.05)(圖2-a),其中發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的FPJ降低最多為18.30%。WANG等[23]利用植物乳桿菌LP-01發(fā)酵桑葚汁時也發(fā)現(xiàn),發(fā)酵結(jié)束后其TAC從1 128.94 mg CGE/L降低為734.81 mg CGE/L。在發(fā)酵過程中微生物自身代謝作用和發(fā)酵器皿中殘余O2的氧化作用也可能會降低花色苷含量[24]。對照的PC和PPC分別為(0.69±0.01)%和(7.51±0.16)%,LAB發(fā)酵后所有FPJ的PC、PPC均顯著增加(P<0.05)(圖2-b和圖2-d)。發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵FPJ的PC和PPC變化最大,分別增加了176.8%和178.2%。一般認為富含花色苷的水果及產(chǎn)品中聚合物顏色的變化與花色苷的降解、聚合和色素共沉著等有關(guān)[25]。

a-總花色苷含量;b-聚合物色素;c-顏色密度;d-聚合色素百分比;e-色澤相關(guān)指標(biāo)Pearson相關(guān)性分析

如圖2-e所示,采用Pearson相關(guān)性分析方法對不同F(xiàn)PJ的CIELAB參數(shù)和色澤相關(guān)屬性進行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明,LAB活菌數(shù)與ΔE、b*、PPC、PC等呈現(xiàn)正相關(guān)(P≤0.05,r>0.70),說明在FPJ中LAB的生長使其總色差出現(xiàn)了顯著的變化。TAC和PC、PPC呈顯著負相關(guān),|r|分別為0.94和0.97,表明PJ中單體花色苷在發(fā)酵過程中由于LAB的生物轉(zhuǎn)化作用以及環(huán)境影響使之聚合形成了聚合花色素,從而促進了FPJ中PC的形成。此外,L*與TAC呈顯著正相關(guān)(r=0.95),而a*、b*與TAC呈負相關(guān)(|r|=0.84,0.97),表明了發(fā)酵后花色苷的降解使FPJ顏色發(fā)生了顯著變化。pH也是影響FPJ顏色的重要因素。當(dāng)pH<4時,隨著pH的降低,花色苷富集為黃素陽離子增強了其紅色特性,a*隨之升高;當(dāng)pH為5～6時,花色苷會轉(zhuǎn)化成其他無色形式[26]。因此,在發(fā)酵過程中花色苷是PJ重要的呈色物質(zhì),其變化直接影響PJ的色澤。

2.5 抗氧化能力的變化

酚類物質(zhì)是石榴的主要次生代謝物之一,LAB的類型會影響果汁酚類物質(zhì)的代謝和轉(zhuǎn)化。本研究發(fā)現(xiàn)PJ的TPC在發(fā)酵后均顯著降低,且不同LAB發(fā)酵后FPJ的TPC具有顯著差異(P<0.05)。這可能是由于不同LAB的生長情況以及其產(chǎn)生的糖苷水解酶對酚類物質(zhì)的水解能力不同[8]。如表4所示,對照的初始TPC為(86.66±0.85) mg GAE/100 mL,發(fā)酵后FPJ的TPC顯著降低了7.69%～13.62%(P<0.05),其中類干酪乳桿菌發(fā)酵后FPJ的TPC降低最多為13.62%,而鼠李糖乳桿菌發(fā)酵的FPJ降低最少為7.69%。對照的初始TFC為(24.21±1.98) mg RE/100 mL,不同LAB發(fā)酵后FPJ中TFC較對照并無顯著變化。蘭永麗[27]在研究石榴乳酸菌發(fā)酵飲料時發(fā)現(xiàn)利用干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌發(fā)酵后,TPC和TFC分別下降了74.08%和69.76%。果蔬汁經(jīng)LAB發(fā)酵后酚類和黃酮類物質(zhì)的變化不僅與LAB類型和其水解酚類物質(zhì)的能力有關(guān),還與發(fā)酵參數(shù)及發(fā)酵基質(zhì)種類有關(guān)[28]。

表4 不同乳酸菌發(fā)酵72 h后石榴汁中抗氧化物質(zhì)和抗氧化能力的變化Table 4 Changes of antioxidants and total antioxidant capacities in pomegranate juice after 72 h fermentation by different LABs

本研究采用ABTS陽離子自由基和DPPH自由基法測定了FPJ的抗氧化活性,結(jié)果如表4所示。對照的初始抗氧化能力分別為(2 328.13±164.06)和(2 373.05±164.92) μmol TE/L。所有菌株發(fā)酵后FPJ的抗氧化能力無顯著變化。MOUSAVI等[29]在石榴汁發(fā)酵過程中發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)含量降低,但抗氧化活性沒有降低。酚類物質(zhì)的抗氧化活性不僅與其總酚含量有關(guān),還與酚類物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其與抗氧化劑之間的相互作用有關(guān)[30]。

2.6 主成分分析

以對照組和FPJ作為樣本單元,選取糖、酸、顏色及相關(guān)參數(shù)、抗氧化物質(zhì)及能力等指標(biāo)作變量進行聚類,通過PCA對不同F(xiàn)PJ的品質(zhì)指標(biāo)差異進行綜合評價。由圖3可知,PC1貢獻率為73.0%,PC2貢獻率為12.1%,總貢獻率達到85.1%。從PC1看,發(fā)酵后FPJ的ΔE、PC、PPC等顏色相關(guān)屬性,以及TA和LAB活菌數(shù)與其呈正相關(guān),而TAC、TSS、pH、ASR、L*、ABTS陽離子自由基、DPPH自由基與其呈負相關(guān)。對照以pH、TSS、TAC、L*較高為特征,與PC1呈負相關(guān);發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的FPJ以顏色相關(guān)屬性(ΔE、PC、PPC、a*、b*、H*)、TA和LAB活菌數(shù)較高,L*、pH、TSS、TAC等較低為特征,與PC1呈正相關(guān),顯著區(qū)分于對照組和其他4株LAB發(fā)酵的FPJ。從PC2看,德氏乳桿菌保加利亞亞種發(fā)酵的FPJ以pH、ASR較高,TSS、TAC、L*較低為特征區(qū)分于對照。總的來說,PCA能夠有效地將5種FPJ的特征區(qū)分出來,這在一定程度上可以說明糖、酸、顏色及相關(guān)參數(shù)、抗氧化物質(zhì)及能力等指標(biāo)對不同LAB發(fā)酵石榴汁的貢獻。

圖3 不同乳酸菌發(fā)酵石榴汁品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析Fig.3 PCA plot on quality attributes of fermented pomegranate juice by different LABs

2.7 電子鼻分析

為了區(qū)分不同樣品間的香氣特征,采用電子鼻對未發(fā)酵PJ和發(fā)酵結(jié)束后的FPJ進行分析,并對響應(yīng)值進行歸一化和繪制,圖4-a顯示了18個傳感器對所有樣品的響應(yīng)值?？偟膩碚f,對照的總響應(yīng)值最高,5種FPJ中發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵后的FPJ總響應(yīng)值最高。所有樣品的響應(yīng)值在S4、S5、S6、S7、S8、S9、S11、S12、S13、S14、S16、S17、S18傳感器上均有顯著差異(P<0.05),其中S9響應(yīng)值最高,S4、S5、S6、S14、S16、S17次之。上述結(jié)果表明FPJ的HS、含氮化合物、醛類、醇類、酮類、烷烴(甲烷等)等成分的濃度較高。

a-雷達分析圖;b-主成分分析

為進一步區(qū)分5種FPJ與對照之間風(fēng)味物質(zhì)的差異性,采用PCA反應(yīng)屬性和樣本之間的總體關(guān)系,PC1貢獻率為58.2%,PC2貢獻率為26.2%,總貢獻率達到84.4%。如圖4-b所示,PCA能較好地將不同F(xiàn)PJ樣品區(qū)分開來,說明不同LAB發(fā)酵后的FPJ之間揮發(fā)性香氣成分存在差異。傳感器S2、S5、S8、S9、S11、S12、S13、S14聚集在PC1的左側(cè),與德氏乳桿菌保加利亞亞種和植物乳桿菌發(fā)酵的FPJ呈負相關(guān),說明這2株LAB發(fā)酵的FPJ中上述傳感器所代表的化合物濃度較低,與雷達圖中對應(yīng)傳感器上的響應(yīng)值較低的趨勢一致。PC2可將S2、S3、S5、S9、S14和S8、S11、S12、S13區(qū)分開,表明PC2將鼠李糖乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的FPJ與其他樣品區(qū)分開,且二者在PCA中的位置接近,表明2種發(fā)酵樣品間存在某些相似的芳香族成分。此外,S8、S11、S12、S13四個傳感器與PC1呈負相關(guān)、與PC2呈正相關(guān),將對照組和其他樣品區(qū)分開。

2.8 感官評價分析

如圖5所示,感官評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用不同LAB發(fā)酵后的FPJ在石榴原汁香氣、酸香、天然石榴汁味道、酸味、甜味、刺激性方面具有顯著性差異(P<0.05);而在天然石榴汁顏色、透明度方面無顯著性差異。除了發(fā)酵乳桿菌外,其余4株LAB發(fā)酵FPJ的感官評價曲線高度相似。發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的FPJ在發(fā)酵香、酸香、酸味以及刺激性方面得分最高,分別為3.36、3.51、3.73和3.66;在甜香和甜味方面得分最低,分別為2.26和2.08。較高的有機酸含量有助于FPJ產(chǎn)生酸味,也使得FPJ在保留其原本屬性方面有所減弱。德氏乳桿菌保加利亞亞種由于在發(fā)酵過程中生長增量低于其他菌株,該菌株發(fā)酵后的FPJ在酸和甜方面得分與其他菌株呈現(xiàn)出相反的趨勢。通過感官評價與理化指標(biāo)測定的結(jié)果相結(jié)合,二者總體趨勢是一致的。

圖5 不同乳酸菌發(fā)酵石榴汁感官評價的雷達圖Fig.5 Radar plot of sensory evaluation of pomegranate juice fermented by different LABs

3 結(jié)論

本研究分析了5種不同LAB發(fā)酵后FPJ中活菌數(shù)、糖和酸、色澤相關(guān)屬性、抗氧化能力、電子鼻和感官特性的變化。發(fā)酵后FPJ的活菌數(shù)均在7.0 lg CFU/mL以上,表明5個菌株均可在PJ中生長。由于LAB的自身生長特性和發(fā)酵特性不同,在發(fā)酵過程中其對PJ的糖利用率和產(chǎn)酸量也表現(xiàn)出顯著差異。在5種LAB發(fā)酵的FPJ中,發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵后FPJ的活菌數(shù)、糖利用率、產(chǎn)酸量最高。電子鼻分析和感官評定結(jié)果也表明,該菌株產(chǎn)生的揮發(fā)性香氣成分含量以及感官評價得分方面(發(fā)酵香、酸味、酸香、刺激性)最高。此外,5種LAB發(fā)酵后FPJ的顏色均有顯著變化,發(fā)酵后FPJ的總花色苷含量降低、聚合色素含量升高。相關(guān)性分析結(jié)果表明,在發(fā)酵過程中單體花色苷聚合成了聚合花色素,從而影響了FPJ的色澤。與未發(fā)酵的PJ相比,所有FPJ的總酚含量顯著降低,而總黃酮含量沒有顯著差異;采用ABTS陽離子自由基和DPPH自由基法評價FPJ的抗氧化能力后發(fā)現(xiàn),FPJ的抗氧化活性也都沒有顯著變化。本研究將有助于篩選適合于石榴汁發(fā)酵的優(yōu)質(zhì)乳酸菌,可用于開發(fā)具有較好感官和營養(yǎng)品質(zhì)的乳酸菌發(fā)酵石榴汁。