紅茶菌發(fā)酵香蕉醋的工藝及抗氧化活性研究

摘 要：采用紅茶菌作為發(fā)酵混合菌種，廣西北海潿洲島香蕉作為原料，研制一款特色香蕉果醋飲品，并對香蕉果醋抗氧化活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，紅茶菌發(fā)酵香蕉醋的最佳工藝為紅茶菌接種量15%、發(fā)酵溫度35 ℃、初始糖度20%。此條件下發(fā)酵得到的香蕉醋總酸含量為6.06 g/100 mL，且其對DPPH自由基、羥基自由基的清除能力較強(qiáng)，具有較好的抗氧化活性。

關(guān)鍵詞：紅茶菌；香蕉；果醋；抗氧化活性

Study on the Process and Antioxidant Activity of Banana Vinegar Fermented by Kombucha

YANG Yuxia， GUO Fengjun

（Beihai Vocational College， Beihai 536000， China）

Abstract： Using kombucha as a fermentation mixed strain， banana from Weizhou island in Beihai， Guangxi province was used as raw material to develop a characteristic banana fruit vinegar drink， and the antioxidant activity of banana fruit vinegar was studied. The results showed that the optimal process for fermentation of banana vinegar by kombucha was 15% inoculation amount， fermentation temperature 35 ℃， and initial sugar content 20%. Under these conditions， the total acid content of banana vinegar obtained by fermentation was 6.06 g/100 mL， and its scavenging ability to DPPH free radicals and hydroxyl free radicals was strong， and it had good antioxidant activity.

Keywords： kombucha; banana; fruit vinegar; antioxidant activity

紅茶菌又稱海寶、胃寶，是酵母菌、醋酸菌和乳酸菌的共生物，含有酚類物質(zhì)、氨基酸、多糖以及維生素等成分，具有平衡人體酸堿度、促進(jìn)消化吸收，以及護(hù)胃養(yǎng)胃、增強(qiáng)人體免疫力、提高抗氧化能力等功效[1-2]。近年來，眾多研究人員選用紅茶菌作為醋飲的發(fā)酵菌種，使得酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)一步法發(fā)酵制醋，不僅簡化了發(fā)酵工藝流程，還能得到較理想的醋酸飲品。鄭顯義[3]用紅茶菌發(fā)酵液作為發(fā)酵基質(zhì)，加入水果果漿發(fā)酵制備紅茶菌水果醋飲，并分析其生物活性和抗氧化性；徐清萍等[4]用糧食谷物作為發(fā)酵原料，添加紅茶菌釀造糧食醋，并測定其理化指標(biāo)；陳鑫等[5]利用紅茶菌發(fā)酵無甜苷羅漢果醋，并優(yōu)化了紅茶菌菌液接種量、無甜苷羅漢果汁稀釋比例、發(fā)酵液初始pH值、發(fā)酵液初始糖度、發(fā)酵溫度以及搖床轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件；孫永康等[6]用紅茶菌和釀酒酵母發(fā)酵茶糖水，制備出了新型發(fā)酵型茶酒。

香蕉，芭蕉科芭蕉屬植物，是熱帶、亞熱帶水果，營養(yǎng)組分豐富、芳香味美，富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪，以及鉀、鈣、鎂和磷等礦物質(zhì)元素，還含有酚類和黃酮等活性物質(zhì)，具有抗氧化、防衰老、降脂、穩(wěn)定血壓、清肺利尿等作用[7-8]。廣西北海潿洲島香蕉是地理標(biāo)志產(chǎn)品，以鮮食為主，貨架期短、不耐儲(chǔ)存，香蕉上市期相對集中，加工率低，容易造成腐壞浪費(fèi)，因此提升香蕉的深加工能力迫在眉睫。目前，發(fā)酵型飲品越來越受年輕人的青睞，選用益生菌作為發(fā)酵菌種，水果作為原料加工制備的飲品，具有清涼爽口的特殊口感，較好地保留了營養(yǎng)物質(zhì)，能夠滿足消費(fèi)者的需求，同時(shí)也符合市場發(fā)展趨勢[9-10]。

本文采用紅茶菌作為發(fā)酵混合菌種制備香蕉醋飲，旨在簡化加工流程，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過對潿洲島香蕉加工技術(shù)及其多元化產(chǎn)品開發(fā)的研究，有利于進(jìn)一步提高潿洲島香蕉的附加值，對北海經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉：采摘自廣西壯族自治區(qū)北海市潿洲島；白砂糖、紅茶：市售；蘋果醋：市售；紅茶菌菌種：實(shí)驗(yàn)室保存。

氫氧化鈉、酚酞，西隴化工股份有限公司；鄰苯二甲酸氫鉀，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；硫酸亞鐵，成都市科龍化工試劑廠；水楊酸，西隴科學(xué)股份有限公司；過氧化氫，晶科化工化學(xué)；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，Sigma；鐵氰化鉀，汕頭市光華化學(xué)廠；三氯化鐵，成都市科龍化工試劑廠；三氯乙酸，天津市大茂化學(xué)試劑廠；磷酸氫二鈉，天津科密歐；磷酸二氫鈉，天津科密歐；無水乙醇，廣東光華科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

打漿機(jī)：九陽；分析天平：賽多利斯；恒溫培養(yǎng)箱：上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；糖度計(jì)：成都泰華光學(xué)公司；紫外可見分光光度計(jì)：翱藝儀器（上海）有限公司；電熱恒溫水浴鍋：上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

紅茶菌發(fā)酵香蕉醋的工藝流程見圖1。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）紅茶菌活化。按照紅茶∶白糖∶水=1∶1∶10（質(zhì)量比）的比例加熱煮沸后過濾得到紅茶湯，將其冷卻至35 ℃以下，隨后接入紅茶菌種子，8層紗布封口，靜置于30 ℃環(huán)境下發(fā)酵7 d，得到紅茶菌菌液。

（2）香蕉漿制備。準(zhǔn)確稱取一定量香蕉，切塊，按照料液比1∶3的比例加水打漿，60～70 ℃熱燙殺菌，冷卻，即得香蕉漿。

（3）成分調(diào)整。測量香蕉漿中的可溶性固形物含量，判斷糖度的大小。為滿足香蕉醋發(fā)酵所需，在發(fā)酵前用白砂糖一次性補(bǔ)充糖分。

（4）發(fā)酵。在香蕉漿中接入活化后的紅茶菌，用8層紗布封口放入特定恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵產(chǎn)酸。

（5）過濾、殺菌。用8層紗布過濾后初步分離得到紅茶菌香蕉醋，靜置澄清后于121 ℃條件下高壓滅菌15 min，冷卻，即得紅茶菌香蕉醋飲成品。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）紅茶菌接種量的確定。將香蕉漿調(diào)整至初始糖度為18%，分別接入5%、10%、15%、20%和25%紅茶菌，置于30 ℃恒溫箱中發(fā)酵，每隔24 h測定發(fā)酵液的總酸含量，探討不同紅茶菌接種量對果醋發(fā)酵的影響。

（2）發(fā)酵溫度的確定。將香蕉漿調(diào)整至初始糖度為18%，接入15%紅茶菌，將調(diào)配好的原始發(fā)酵液分別放置在20 ℃、25 ℃、30 ℃和35 ℃的恒溫箱中進(jìn)行發(fā)酵，每隔24 h測定發(fā)酵液的總酸含量，探討不同發(fā)酵溫度對果醋發(fā)酵的影響。

（3）發(fā)酵液初始糖度的確定。將香蕉漿調(diào)整初始糖度分別調(diào)整為12%、14%、16%、18%和20%，接入15%紅茶菌，置于30 ℃恒溫箱中發(fā)酵，每隔24 h測定發(fā)酵液的總酸含量，探討不同初始糖度對果醋發(fā)酵的影響。

1.3.4 正交實(shí)驗(yàn)

以紅茶菌接種量（A）、發(fā)酵溫度（B）、初始糖度（C）為考察因素，以總酸含量為考察指標(biāo)，進(jìn)行3因素3水平正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定紅茶菌發(fā)酵香蕉醋的最佳工藝條件。實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

1.3.5 總酸測定

根據(jù)《釀造食醋》（GB/T 18187—2000）中的要求，采用酸堿滴定法測定發(fā)酵液中的總酸含量。

1.3.6 紅茶菌香蕉醋的抗氧化活性研究

假定未稀釋樣液紅茶菌香蕉醋、紅茶菌液、香蕉漿、蘋果醋的體積分?jǐn)?shù)為100%，實(shí)驗(yàn)時(shí)用蒸餾水將其稀釋成體積分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的樣液。

（1）DPPH自由基清除能力測定。取樣液0.6 mL，準(zhǔn)確加入1 mL DPPH溶液（2.0×10-4 mol·L-1），充分混勻后在避光環(huán)境下放置30 min，于517 nm處測定吸光度Ai；對照組為樣液0.6 mL再加1 mL無水乙醇避光反應(yīng)30 min，在波長517 nm條件下測定吸光度Aj；并以等體積的乙醇-水溶液空白調(diào)零。DPPH自由基清除率按式（1）計(jì)算。

（1）

式中：Ai為樣品組的吸光度；Aj為對照組吸光度；A0為空白組的吸光度。

（2）羥基自由基清除能力測定。向具塞試管中加入1 mL樣液，0.15 mol·L-1 FeSO4溶液0.5 mL和2 mmol·L-1水楊酸溶液2.0 mL、蒸餾水2.5 mL，充分搖勻后加入1.0 mL H2O2（6 mmol·L-1），在37 ℃下恒溫反應(yīng)1 h，在510 nm處測定吸光值A(chǔ)1。羥基自由基清除率按式（2）計(jì)算。

（2）

式中：A1為含水楊酸樣品液的吸光度；A2為不含水楊酸溶液時(shí)樣品液的吸光度；A空為空白對照液的吸光度。

（3）還原能力測定。準(zhǔn)確移取樣液1 mL，加入0.2 mol·L-1、pH值為6.6的磷酸緩沖溶液0.2 mL和質(zhì)量濃度為1%的K3Fe（CN）6溶液0.5 mL，振蕩混勻，50 ℃下水浴20 min后取出，快速冷卻，再加入10%三氯乙酸1 mL終止反應(yīng)。取上清液1.5 mL，加入質(zhì)量濃度為l%的FeCl3溶液0.2 mL和蒸餾水3.0 mL，充分搖勻，靜置5 min后，于700 nm處測定吸光值。平行測定3次，取平均值。吸光值越大，說明還原能力越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 紅茶菌接種量對香蕉醋發(fā)酵的影響

紅茶菌接種量直接影響發(fā)酵的原料轉(zhuǎn)化速率和周期，不同紅茶菌接種量對香蕉醋中總酸含量的影響結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，紅茶菌接種量為10%時(shí)，發(fā)酵前3 d產(chǎn)酸緩慢，第4 d開始迅速產(chǎn)酸，在第9 d發(fā)酵液總酸含量到達(dá)峰值，后期基本保持穩(wěn)定，但整體總酸含量偏低，這可能是由于發(fā)酵菌體量少，產(chǎn)酸能力較弱，發(fā)酵產(chǎn)酸結(jié)束較快。接種量為20%和25%時(shí)，發(fā)酵液從第2 d開始便能迅速產(chǎn)酸，發(fā)酵至第9 d時(shí)總酸含量達(dá)到峰值。整體來看，紅茶菌接種量選擇15%～25%較為合適。

2.1.2 發(fā)酵溫度對香蕉醋發(fā)酵的影響

溫度能影響紅茶菌的活性和代謝作用，溫度過高或過低都會(huì)對發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響。從圖3可以看出，發(fā)酵溫度為20 ℃時(shí)，發(fā)酵速度較慢，發(fā)酵周期較長，產(chǎn)酸含量較低；發(fā)酵溫度為30 ℃、35 ℃時(shí)，整體發(fā)酵過程中產(chǎn)酸能力較高。35 ℃發(fā)酵到第8 d時(shí)產(chǎn)酸基本穩(wěn)定，總酸含量最高可達(dá)3.91 g/100 mL；30 ℃條件下發(fā)酵至第10 d時(shí)，總酸含量達(dá)4.30 g/100 mL。總體來看，紅茶菌發(fā)酵香蕉醋更適合的溫度范圍為25～35 ℃。

2.1.3 初始糖度對香蕉醋發(fā)酵的影響

微生物利用原料中的糖分進(jìn)行生長繁殖和代謝產(chǎn)物，不同初始糖度對香蕉醋發(fā)酵的影響結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，在發(fā)酵前8 d，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，總酸含量不斷增加，但是初始糖度為12%時(shí)，發(fā)酵速率慢，最終產(chǎn)酸量也較低，這可能是因?yàn)槌跏继嵌冗^低，發(fā)酵底物不足，發(fā)酵不充分[11]。當(dāng)初始糖度為14%時(shí)，總酸含量最高為3.5 g/100 mL。初始糖度為18%時(shí)，發(fā)酵至第9 d時(shí)產(chǎn)酸基本穩(wěn)定，總酸含量為4.53 g/100 mL。初始糖度為20%時(shí)，發(fā)酵前3 d的發(fā)酵速率較慢，這是因?yàn)榍捌谔嵌冗^高，滲透壓加大，會(huì)抑制酵母菌的生長繁殖代謝[12]，但是發(fā)酵4 d以后，總酸含量迅速上升，到第11天時(shí)可達(dá)4.90 g/100 mL。綜合發(fā)酵時(shí)間、成本和效率等因素考慮，紅茶菌發(fā)酵香蕉醋的最適初始糖度范圍為16%～20%。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行3因素3水平正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，各因素對香蕉醋發(fā)酵的影響順序?yàn)锽＞A＞C，即發(fā)酵溫度＞紅茶菌接種量＞初始糖度。由k值大小可得香蕉醋發(fā)酵的最優(yōu)條件為A1B3C2，該條件下發(fā)酵得到的紅茶菌香蕉醋總酸含量為5.12 g/100 mL，小于正交表中第3組的總酸含量（6.06 g/100 mL）。因此，確定正交表中第3組，即紅茶菌接種量為15%、發(fā)酵溫度35 ℃、初始糖度20%為香蕉醋發(fā)酵的最佳條件。

2.3 紅茶菌香蕉醋抗氧化活性研究

DPPH自由基是一種穩(wěn)定以氮為中心的有機(jī)自由基，可以用來檢測抗氧化能力，DPPH自由基清除率越大，表明該物質(zhì)抗氧化的能力越強(qiáng)[13]。本文研究紅茶菌液、香蕉漿、紅茶菌香蕉醋及蘋果醋4種樣液對DPPH自由基的清除能力，通過測定未發(fā)酵的香蕉漿和紅茶菌液的DPPH自由基清除率來比較發(fā)酵后得到的紅茶菌香蕉醋的抗氧化能力，并通過蘋果醋輔助驗(yàn)證紅茶菌香蕉醋的抗氧化能力。結(jié)果如圖5所示。在同一體積濃度下，紅茶菌香蕉醋對DPPH自由基的清除率高于紅茶菌液、香蕉漿、蘋果醋。體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，紅茶菌香蕉醋對DPPH自由基的清除率達(dá)到100%，紅茶菌液、香蕉漿、蘋果醋的DPPH自由基清除率分別為95%、87%、84%。未發(fā)酵的香蕉漿的抗氧化能力主要依靠酚類物質(zhì)，紅茶菌液的抗氧化能力主要取決于微生物發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)物，紅茶菌香蕉醋的DPPH自由基清除率比未發(fā)酵的香蕉漿、紅茶菌液高，這是因?yàn)榧t茶菌發(fā)酵過程中醋酸等物質(zhì)積累，導(dǎo)致酸度上升，提供了更多帶正電的氫離子，進(jìn)而提高了自由基的清除率[14]。此外，發(fā)酵將香蕉中的大分子酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子酚類物質(zhì)，使其清除自由基的能力變強(qiáng)。紅茶菌香蕉醋的DPPH自由基清除率整體均高于蘋果醋，說明紅茶菌香蕉醋具有較好的抗氧化能力，這可能與果醋采用不同的發(fā)酵方式、原料時(shí)其所提供的具有抗氧化能力的物質(zhì)或含量有關(guān)。

羥基自由基清除能力越高，說明樣液的抗氧化能力越強(qiáng)。從圖6可以看出，隨著樣液體積分?jǐn)?shù)的增大，羥基自由基的清除率不斷增大。其中，紅茶菌香蕉醋的羥基自由基清除能力最好，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，紅茶菌香蕉醋的羥基自由基清除率達(dá)到92.7%，紅茶菌液、香蕉漿、蘋果醋的羥基自由基清除分別為87.0%、70.8%、78.9%，說明紅茶菌香蕉醋具有較好的清除羥基自由基的能力。

抗氧化能力也可用還原能力評定，還原能力越高，說明抗氧化活性越好。從圖7可以看出，4種樣液的還原能力表現(xiàn)為紅茶菌香蕉醋＞紅茶菌液＞香蕉漿＞蘋果醋。其中，紅茶菌香蕉醋具有較強(qiáng)的還原能力，可能是因?yàn)槲⑸镌诎l(fā)酵過程中能產(chǎn)生還原酮類物質(zhì)，其可為自由基提供電子使其穩(wěn)定，從而有利于終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[5]。

3 結(jié)論

本文以香蕉為原料，采用紅茶菌作為發(fā)酵菌種，制備香蕉醋，并考察紅茶菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度對發(fā)酵過程中總酸的影響，確定最佳發(fā)酵條件為紅茶菌接種量為15%、發(fā)酵溫度35℃、初始糖度20%，該條件下得到的紅茶菌香蕉醋總酸為6.06 g/100mL。對紅茶菌香蕉醋、紅茶菌液、香蕉漿、蘋果醋抗氧化活性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)紅茶菌香蕉醋的DPPH自由基、羥基自由基清除能力，以及還原能力均明顯高于其他3種樣液，說明紅茶菌香蕉醋具有較強(qiáng)的抗氧化活性。

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