多菌种发酵的板栗红枣果醋品质分析

王梦洋，王大红，宋鹏辉，原江锋,3

1(河南科技大学 食品与生物工程学院，河南 洛阳，471023)2(河南省食品微生物工程技术研究中心，河南 洛阳，471023)3(东部战区总医院 药理科，江苏 南京，210002)

板栗营养成分丰富，含有不饱和脂肪酸和黄酮等，被称为“干果之王”，有活血健脾和减少肿胀等功效[1]。板栗采摘后呼吸强度大，水分流失快，容易发芽或腐烂，造成资源的浪费[2]。目前，我国板栗加工转化率不足发达国家1/3，因此，高附加值的板栗深加工产业亟待改革[3]。红枣是一种功能良好的保健果品，有丰富的营养价值和药用价值[4]，红枣中富含的多糖以及黄酮类活性物质具有多种生物学功能，可提高机体免疫力、保护肝脏，还具有抗氧化功能[5]。目前我国枣类产品加工工艺简单，品种单一，已不能满足向往高生活水平的人们的需求[6]。

果醋是一种具有调节体内酸碱平衡、降低血清胆固醇、抑菌抗氧化等功能的酸性调味品，以果蔬为主要原料，经乙醇、醋酸发酵制成[7-8]。许佳达等[9]以酵母作为红枣果醋的酒精发酵菌种，优化工艺参数后，产品总酸质量浓度达到46.5 g/L，风味较好。液态发酵法是当前果醋发酵中普遍采用的方法，发酵成品兼备原果汁与果酒的风格与特征[10]，混菌发酵是利用2种或2种以上微生物进行发酵的一种方法。WANG等[11]采用酿酒酵母与巴氏醋杆菌混合发酵，经优化后总酸质量浓度达到66 g/L，比单菌种发酵提高了50%。王陶等[12]采用混菌发酵生产紫薯和杏鲍菇复合果醋，经优化发酵工艺后总酸质量浓度为43.20 g/L，风味及品质良好。本试验分别选用结果率高、果肉饱满、耐储存的河南省信阳市优良板栗品种豫罗红为主料[13]，选用总黄酮和氨基酸含量较高、核小肉厚、价格较低的新疆哈密大枣为辅料[14]，通过对不同菌种混合发酵的板栗红枣果醋的多酚、黄酮、有机酸、游离氨基酸、风味物质及其抗氧化能力进行测定及分析，验证了混合菌种发酵的板栗红枣果醋是一种营养成分丰富的新型保健饮品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酿酒酵母、乳酸菌(植物乳杆菌)、增香酵母(异常汉逊酵母菌)和醋酸菌(巴氏醋杆菌)均为本实验室保存。

表明无虫眼、无腐烂的豫罗红板栗，从河南信阳市果农处购买；挑选表面无虫眼或无腐烂的果粒；枣皮有光泽、褶皱少、无腐烂的新疆哈密大枣。芦丁、抗坏血酸、没食子酸，上海源叶生物科技有限公司；L-苹果酸(≥97%)、D-酒石酸(≥99.5%)、柠檬酸(≥99.5%)、琥珀酸(≥99%)、乳酸，美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

UV-2600紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；7890A气相色谱仪、5975C质谱仪、HP1100液相色谱仪，美国Agilent公司；A300氨基酸分析仪，德国membraPureGmb公司。

1.3 培养基

酵母培养基(g/L)：葡萄糖20，蛋白胨20，酵母粉10，水1 000 mL。

乳酸菌培养基(g/L)：葡萄糖20，蛋白胨10，牛肉膏10，酵母粉5，柠檬酸二铵2，吐温-80 1 mL，CH3COONa 5，K2PO42，MgSO40.2，MnSO40.2，水 1 000 mL。

醋酸菌培养基(g/L)：葡萄糖10，酵母粉10，无水乙醇30 mL，水1 000 mL。

1.4 试验方法

1.4.1 板栗红枣果醋发酵键步骤

(1)板栗红枣汁的制备：从市场选购板栗和红枣，板栗煮熟后将果肉加水打碎得板栗匀浆，红枣去核后加水打碎得红枣匀浆，将二者以体积比10∶1混合(设为CK2)。

(2)酶解工艺：耐高温淀粉酶添加量0.017 5%(质量分数)，90 ℃处理50 min；糖化酶添加量0.001 5%(质量分数)，55 ℃处理30 min；果胶酶添加量为0.015%(质量分数)，50 ℃处理2 h，4层无菌纱布过滤，100 ℃灭菌10 min，备用。

(3)种子液的制备：酿酒酵母和增香酵母30 ℃培养24 h，乳酸菌37 ℃培养48 h，巴氏醋杆菌28 ℃、120 r/min摇床培养48 h，得到相应种子液。

(4)酒精发酵：分别采用酿酒酵母(设为V1)，酿酒酵母+增香酵母(体积比为7∶3，设为V2)，酿酒酵母+增香酵母+乳酸菌(体积比为7∶3∶10，设为V3)3种发酵方式，接种量10%(体积分数)，30 ℃发酵5 d。

(5)醋酸发酵：巴氏醋杆菌接种量10%(体积分数)，28 ℃发酵7 d。

1.4.2 果醋营养成分测定

多酚、黄酮、多肽和VC含量的测定分别参考文献[15-18]进行，没食子酸、芦丁和牛血清蛋白的标准曲线分别为：y=6.92x+0.004 4(R2=0.999 2)，y=0.814 9x-0.003 2(R2=0.999 0)，y=0.125 7x+0.005 1(R2=0.999 1)。

1.4.3 有机酸的测定

采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography，HPLC)法进行测定。

样品处理：将醋样以10 000 r/min离心10 min，将上清以0.22 μm滤膜过滤后待测。

测定条件：4.6 mm×250 mm×5 μm TSKgel ODS-100V色谱柱，流速0.8 mL/min，进样量10 μL，温度40 ℃，波长220 nm，流动相为体积分数0.1%磷酸。测得各标准品的方程和相关系数如表1所示。

表1 各有机酸的回归方程及相关系数Table 1 Regression equations and correlation coefficients of various organic acids

1.4.4 游离氨基酸测定

样品处理：取400 μL样品与100 μL体积分数为10%磺基水杨酸于离心管中混匀，于4 ℃静置60 min后以10 000 r/min离心15 min，上清液再以15 000 r/min离心5 min后以体积比1∶4将其稀释，用0.22 μm滤膜过滤。

测定条件：流速180 μL/min，进样量20 μL，反应温度70 ℃，柱温40 ℃。用HW-2000软件对结果进行分析得到样品中游离氨基酸的种类和含量。

1.4.5 风味物质分析

采用顶空固相微萃取-气相-质谱联用(head space-solid phase micro extraction-gas chromatography -ass spectrometer，HS-SPME-GC-MS)方法。取5 mL醋样与2 g NaCl加入样品瓶中密封，60 ℃平衡30 min，50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)萃取头顶空吸附40 min后GC解吸3 min。

色谱条件：30 m×0.25 mm×0.25 μm DB-WAX毛细管色谱柱，进样口温度250 ℃，载气(He)流速0.8 mL/min，分流比30∶1，升温程序：30 ℃保持3 min，5 ℃/min升至90 ℃，10 ℃/min升至240 ℃，保持7 min。

质谱条件：EI电离源，电子能量70 eV，发射电流200 μA，离子源温度200 ℃，接口温度250 ℃，质量扫描30～450 amu。以NIST和Wiley图谱库检索进行定性分析，单个化合物的相对含量用其峰面积相对总峰面积的百分比表示。

1.4.6 抗氧化能力分析

羟自由基(·OH)清除率[15]、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)清除率以及还原能力测定根据参考文献[15]中的方法进行。

2 结果与分析

2.1 不同菌种发酵对果醋中多酚、黄酮、多肽和VC含量的影响

板栗和红枣中含有丰富的营养成分，其中多酚具有保护身体细胞和组织免受损害、延缓细胞衰老、加强免疫系统、促进血液循环和心脏健康等功效[15]；黄酮有降低胆固醇以及抗氧化的作用[19]；多肽类物质对人体具有非常重要的调节作用[20]。目前，国内的果醋市场中，品种较多，其中市场占有率高、消费人群较广的为苹果醋[21]，如天地壹号苹果醋，而市场上未出现板栗红枣果醋产品，故本试验选用市售某品牌发酵苹果醋(CK1)和发酵前的板栗红枣汁(CK2)为对照。结果如图1所示，V1、V2和V3中黄酮和多酚的含量高低为V3>V2>V1，V1、V2、V3中多酚的质量浓度比CK2高24%、26%和30%，黄酮含量也高于CK1，但比CK2低，而多肽和VC含量低于CK1和CK2。说明在发酵过程中多酚的含量得到增加，黄酮、多肽和VC的含量有所降低，说明果醋在一定程度上改善了原果汁的营养成分比例。

图1 不同菌种发酵的板栗红枣果醋营养成分Fig.1 Nutritional components of Chinese chestnut red jujube vinegar fermented by different bacteria注：V1为2菌种发酵果醋；V2为3菌种发酵果醋；V3为4菌种发酵果醋；CK1为市售苹果醋；CK2为板栗红枣汁(下同)

2.2 有机酸含量分析

由图2可知，乙酸含量V1>V2>V3，柠檬酸含量V2>V1>V3；乳酸只有在V3样品中被检测到，质量浓度为0.90 g/L；琥珀酸在V2和V3中被检测到，V2中质量浓度为7.15 g/L，高于V3。V1、V2和V3中的挥发性有机酸占比分别为95.29%、74.02%、87.83%，以酿酒酵母发酵的果醋中具有最高的挥发性有机酸含量。在这3种果醋中，含有的酒石酸、苹果酸和琥珀酸可以增加板栗红枣果醋的风味；乳酸和柠檬酸可以很好地调节板栗红枣果醋的口感[22]。

图2 不同菌种发酵的板栗红枣果醋有机酸含量对比Fig.2 Organic acid contents of Chinese chestnut red jujube vinegar fermented by different strains

2.3 游离氨基酸分析

由表2可知，3种果醋和CK2中20种游离氨基酸总质量浓度分别为28.56、18.37、19.83和75.94 mg/L，8种必需氨基酸占总游离氨基酸的比例分别为30.74%、31.03%、35.1%和16.28%，说明发酵后必需氨基酸的比例大幅度提高。3种发酵果醋中含量最高的氨基酸分别为L-Gly、L-Arg和L-Gly，必需氨基酸中含量最高的为L-Lys。CK2中含量最高的为L-Arg、L-Pro和L-Asp，必需氨基酸中质量浓度最高的为L-Val(3.35 mg/L)。通过比较果醋与板栗红枣汁中氨基酸种类和含量，在发酵过程中新产生氨基酸为L-Cys、L-Glu和L-Cit，多种氨基酸为果醋提供了丰富的营养成分和口感风味[23]。

表2 不同菌种发酵的板栗红枣果醋游离氨基酸分析 单位：mg/L

2.4 风味物质分析

由表3可知，V1，V2，V3分别含有31、29和28种挥发性化合物。酸性物质占总挥发性成分的比例最高，分别为58.95%、60.44%和55.94%，其中乙酸含量最高，是评价果醋质量的标准之一[24]；醇类次之，分别占比为25.36%、26.50%和22.53%，含量最高的是苯乙醇，主要来自乙醇发酵，有典型的玫瑰和蜂蜜风味[25]；酯类占比为5.71%、2.35%和2.69%，V1中乙酸苯乙酯含量最高，V2和V3中乙酸异戊酯含量最高，2种物质分别含有有甜味和香蕉香味；醛类和酮类占比为1.55%、1.15%和4.40%，3种果醋中均存在含有奶香味的3-羟基-2-丁酮和含有苦杏仁以及坚果香味的苯甲醛[26]。4菌种发酵的果醋酯类、醛类和酮类占比较高，是果醋呈现良好风味的物质基础。

表3 不同菌种发酵的板栗红枣果醋的风味物质 单位：%(相对含量)

2.5 果醋抗氧化能力分析

由图3可知，未发酵的板栗红枣果汁的羟自由基清除率和还原能力最高，V2的羟自由基清除率高于V1和V3；V1的还原能力大于V2、V3和CK1，但低于CK2；3种发酵果醋的DPPH自由基清除水平最高的为V3，比苹果醋CK1和原果汁CK2提高了34.79%和5.25%。

a-自由基清除率；b-还原能力图3 不同菌种发酵的板栗红枣果醋抗氧化能力对比Fig.3 Antioxidant capacity of Chinese chestnut red jujube vinegar fermented by different strains

3 结论

研究以板栗为主料、红枣为辅料分别采用2、3和4菌种混合发酵果醋，并比较不同发酵方式对板栗红枣果醋品质的影响。研究发现采用酿酒酵母、增香酵母、乳酸菌和醋酸菌复合发酵效果最佳，总酸质量浓度为56 g/L，果醋中多酚、黄酮、多肽和VC质量浓度分别为0.15、0.49、1.43和0.036 g/L；有机酸含量丰富；游离氨基酸的总质量浓度为19.83 mg/L；HS-HPME -GC-MS鉴定果醋中含28种挥发性风味物质，具有良好的风味物质基础；羟自由基清除率73.9%，DPPH自由基清除率97.1%，还原能力吸光值0.858，抗氧化能力良好。本研究为板栗红枣果醋的品质分析提供了基础数据，同时为该果醋的开发提供了参考依据。