紅棗功能特性及其發(fā)酵酒研究進(jìn)展

吳孔陽,杜如月,劉紅霞,楊 嬈,趙旭升,3,4

(1.洛陽師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,河南 洛陽 471934;2.河南省紅棗資源利用工程技術(shù)研究中心,河南 洛陽 471934;3.河南省棗科學(xué)研究院士工作站,河南 洛陽 471934;4.河南省棗產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,河南 洛陽 471934)

棗樹(Ziziphusjujuba Mill)是鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(Ziziphus Mill)植物,是我國最大干果樹種[1]。紅棗是藥食兼用果品,有“大補(bǔ)丸”、“活性維生素丸”的美譽(yù)[2]。研究發(fā)現(xiàn),紅棗中的生物活性物質(zhì)具有抗炎、減肥、免疫刺激、抗氧化、保肝等生物學(xué)效應(yīng)[3-6],但目前我國紅棗深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展還相對薄弱,紅棗加工業(yè)仍以初級加工為主,技術(shù)含量較低,產(chǎn)品單一[7]。高附加值紅棗產(chǎn)品的研究和開發(fā)有待于進(jìn)一步加強(qiáng),如何更好地利用紅棗所具有的這些功能特性,同樣需要進(jìn)一步探索和實(shí)踐。同時新鮮紅棗不耐儲藏,在滯銷年份水果因失水、霉?fàn)€等原因給棗經(jīng)營者造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失[8],因此對紅棗的功能挖掘和資源化利用顯得尤為重要。隨著人們保健意識增強(qiáng),保健果酒逐漸開始在走俏市場,加之國家鼓勵水果取代糧食釀酒,把果酒作為酒類發(fā)展的一個重要方向,可以預(yù)見紅棗發(fā)酵酒有著廣闊的市場前景[9]。本文就近年來有關(guān)紅棗活性物質(zhì)的功能特性、紅棗果酒、紅棗啤酒以及紅棗白酒發(fā)酵技術(shù)等最新研究進(jìn)行了歸納和分析,并介紹了目前棗酒風(fēng)味物質(zhì)的研究成果,旨在探討紅棗發(fā)酵酒特征風(fēng)味物質(zhì)形成過程和機(jī)制,為今后紅棗發(fā)酵酒研究者提供理論依據(jù),同時為紅棗發(fā)酵酒企業(yè)開發(fā)新品、提高品牌效應(yīng)奠定理論基礎(chǔ),最終推動紅棗深加工產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

1 紅棗活性物質(zhì)的功能特性

目前已證實(shí)紅棗中的多糖、環(huán)腺苷酸、維生素、礦物質(zhì)、皂苷和黃酮類等具有豐富的生物學(xué)功能[1,3,10],主要將紅棗活性物質(zhì)在抗氧化、抗腫瘤、降血脂及減肥等方面作用的最新成果進(jìn)行概述。

1.1 抗氧化功能

之前研究人員就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)紅棗中的黃酮、多酚、多肽、多糖類物質(zhì)具有良好的抗氧化功能,并揭不總酚、黃酮含量與抗氧化活性之間的關(guān)系[11-13]。另外有研究表明,不同品種紅棗的總酚、抗氧化物含量也存在顯著性差異[14],不同品種棗黃酮及多糖體外抗氧化性也明顯不同[15]。近年來國內(nèi)外學(xué)者對紅棗的抗氧化功能及機(jī)理進(jìn)行了探討,對深入了解紅棗的抗氧化保健功能及開發(fā)新型保健食品具有積極作用。

邵佩蘭等[16]開展了對紅棗色素中活性成分含量與抗氧化活性的相關(guān)性研究,通過不同提取工藝獲得紅棗色素中總黃酮、花色苷和總多酚,結(jié)果表明不同方法提取色素活性成分含量存在顯著差異,以堿提色素最高,另外發(fā)現(xiàn)不同方法提取色素均具有較強(qiáng)抗氧化活性,并認(rèn)為紅棗色素抗氧化作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)可能是多酚和黃酮。韓婭婷等[17]也證實(shí)紅棗色素具有較強(qiáng)的抗脂質(zhì)過氧化能力,研究發(fā)現(xiàn)紅棗色素抗脂質(zhì)過氧化作用隨紅棗色素濃度升高而增強(qiáng),且呈良好的量效關(guān)系。紅棗色素對小鼠肝組織自發(fā)性脂質(zhì)過氧化有一定的抑制作用,且明顯抑制H2O2誘導(dǎo)紅細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化和H2O2誘導(dǎo)紅細(xì)胞溶血。此外,還有研究人員開展了對紅棗中的多糖和黃酮協(xié)同抗氧化作用的研究[18],通過小米棗黃酮、多糖單獨(dú)添加和一定配比添加開展試驗(yàn),采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除實(shí)驗(yàn)、加和法以及等輻射分析法等多種研究手段,分析小米棗黃酮與多糖復(fù)配后的協(xié)同抗氧化作用,結(jié)果表明小米棗中的黃酮與多糖之間存在明顯的協(xié)同抗氧化效應(yīng),且黃酮與多糖組合比為1∶1時,可以發(fā)揮最大的協(xié)同作用。這些證據(jù)表明紅棗中的功能活性物質(zhì)對于預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病具有積極的促進(jìn)作用。

1.2 免疫調(diào)節(jié)功能

眾多研究表明,無論動物多糖、微生物多糖或者植物多糖,均發(fā)現(xiàn)一些多糖具有免疫調(diào)節(jié)活性[19-21]。紅棗是我國傳統(tǒng)的中藥材,果實(shí)中富含生理活性極高的多糖,并且其免疫活性還與多糖組成、結(jié)構(gòu)以及甲基化程度等有密切關(guān)系[22]。近年來的研究進(jìn)一步揭不了紅棗多糖作為免疫調(diào)節(jié)劑及其相關(guān)化學(xué)特性和作用機(jī)制。LIJ等[23]從金絲小棗中提取到一種水溶性多糖,該多糖可以顯著提高小鼠胸腺和脾臟指數(shù),促進(jìn)小鼠胸腺和脾臟的增殖,并且具有潛在的抗補(bǔ)體活性,同時免疫生物學(xué)試驗(yàn)表明該多糖包括兩個組分,編號ZSP3c和ZSP4b,其中ZSP3c具有較強(qiáng)的免疫活性。ZOU M等[24]也證實(shí)了紅棗多糖的這一特性,研究人員從灰棗中提取了兩種不同的酸性多糖HP1和HP2,通過研究灰棗多糖的體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)活性發(fā)現(xiàn),HP1和HP2均能夠顯著增加小鼠脾、胸腺指數(shù),促進(jìn)血清溶血素形成,增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬活性,抑制小鼠足跖腫脹,并推斷多糖HP2可能是一種更有效的免疫調(diào)節(jié)劑。還有研究人員利用阿膠與棗制備阿膠棗,研究其所具有的生物學(xué)作用。盧艷等[25]通過研究阿膠棗對小鼠免疫調(diào)節(jié)作用,發(fā)現(xiàn)阿膠棗具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)小鼠免疫功能、調(diào)節(jié)小鼠體液免疫功能和調(diào)節(jié)小鼠巨噬細(xì)胞吞噬功能的作用,并且各劑量組均未出現(xiàn)免疫抑制現(xiàn)象。

1.3 抗腫瘤功能

多糖抗腫瘤作用顯著,副作用小,已成為目前抗腫瘤藥物研究的熱點(diǎn)[26]。來自意大利的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了紅棗提取物可以抑制癌細(xì)胞系的生長[27],進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)是一種三萜酸的生物活性物質(zhì)在發(fā)揮作用,它們可以抑制MCF-7和SKBR3乳腺癌細(xì)胞的生長并誘導(dǎo)其凋亡。實(shí)際上紅棗提取物抗癌活性的一個作用機(jī)制便是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[28]。此外,CHOIS等[29]發(fā)現(xiàn)紅棗提取物對HeLa宮頸癌細(xì)胞具有抑制作用。HUNGC等[30]對提取的紅棗多糖進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)該多糖對黑色素瘤細(xì)胞也具有抗增殖能力。

1.4 降血脂及減肥功能

研究人員發(fā)現(xiàn),紅棗多糖還具有降低血脂的功能。JIX等[31]通過水提、醇沉、柱層析等方法從木棗中純化了一種多糖(PZMP1),再采用凝膠滲透色譜(gel permeation chro matography,GPC)、氣相色譜(gaschromatography,GC)、傅里葉變換紅外光譜(Fourier transforminfrared spectroscopy,FTIR)、甲基化分析、核磁共振光譜(nuclear magnetic resonancespectroscopy,NMR)、X射線衍射、掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等技術(shù)對PZMP1進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果測定該多糖是一種分子質(zhì)量為16.97 kDa的中性雜多糖,并且PZMP1還表現(xiàn)出降血脂活性。這也說明紅棗多糖也可作為一種天然的降血脂劑,提升棗果功能性食品的品質(zhì)。王富剛等[32]研究了紅棗汁對小白鼠血脂水平的影響,發(fā)現(xiàn)紅棗汁能顯著降低高血脂癥小鼠的血清膽固醇、血清甘油三酯、低密度脂蛋白、動脈硬化指數(shù),增高高密度脂蛋白,并認(rèn)為紅棗汁在降血脂以及降低高脂膳食引起的動脈粥樣硬化的危險具有一定的作用。另外趙金龍等[33]研究了南疆駿棗乙醇提取物和氯仿萃取對小鼠的降血脂活性,也取得了相似的結(jié)果,這些提取物也具有一定降血脂作用。

肥胖是世界上最主要的代謝性疾病,在工業(yè)化國家是一個嚴(yán)重的健康問題。KUBOTA H等[34]研究了紅棗提取物對3T3-L1前脂肪細(xì)胞分化的抑制作用,發(fā)現(xiàn)紅棗提取物能抑制脂質(zhì)積累和甘油-3-磷酸脫氫酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase,GPDH)活性,而不影響細(xì)胞活力。在蛋白質(zhì)水平上顯著減弱過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)γ和堿基序列CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(CCAAT/enhancer binding protein,C/EBP)等關(guān)鍵脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),這些結(jié)果揭不紅棗提取物可能通過降低PPARγ、C/EBPα和β的表達(dá)來阻斷脂肪形成。此外,MOSTAFA E等[35]探討了不同劑量棗粉在減肥降血脂方面作用,同時還研究其對肝功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各劑量組(5g/d、15g/d、30g/d)的棗粉均可顯著降低總膽固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein-cholesterol,LDL-C)、身體質(zhì)量指數(shù)(body massindex,BMI)、脂肪百分比和體質(zhì)量,其中30 g/d的棗粉可顯著降低甘油三酯(triglyceride,TG),并對體質(zhì)量影響顯著,其他劑量對體質(zhì)量影響不顯著,研究結(jié)果表明,不同劑量棗粉具有降血脂和減肥的作用,對肝功能無明顯影響。還有研究人員針對肥胖青少年血脂異常情況,開展紅棗對其影響的研究,SABZGHABAEEA等[36]對70名參與者(51%為男孩,平均年齡14±2歲)進(jìn)行了試驗(yàn)。兩組在年齡、性別、體質(zhì)量和BMI方面沒有差異。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)血清TC顯著降低,低密度脂蛋白膽固醇也是顯著的,BMI和其他血脂變化不顯著。雖然健康的生活方式是控制兒童肥胖的主要手段,但研究表明紅棗對血脂譜有潛在的有益影響,可以作為一種潛在的補(bǔ)充治療手段。

1.5 抗炎癥及神經(jīng)保護(hù)作用

FU Q等[37]從棗仁分離出兩個新的化合物以及5個已知化合物。研究發(fā)現(xiàn)這些化合物對環(huán)氧化酶(cyclooxygenase-1,COX-1和COX-2酶具有中度抑制作用。還有研究表明,紅棗中的一些活性成分如三萜酸類物質(zhì)可以緩解某些藥物的刺激性作用,對于保護(hù)胃腸組織免受炎癥性損傷是有益的[5]。

紅棗具有神經(jīng)保護(hù)作用,包括保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受神經(jīng)毒素的傷害應(yīng)激、刺激神經(jīng)元分化、增加神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)、促進(jìn)記憶和學(xué)習(xí)[38]。研究還發(fā)現(xiàn)這些很可能是由黃酮、環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)和皂苷等在發(fā)揮作用。這些結(jié)果表明紅棗可以作為開發(fā)預(yù)防或治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在候選物或保健補(bǔ)充劑。

2 紅棗發(fā)酵酒

基于上述對紅棗活性物質(zhì)的功能特性描述,可以看出紅棗所具有的優(yōu)良品質(zhì),使其在藥品和保健食品領(lǐng)域具有極大的開發(fā)價值。以紅棗為主要原料釀造酒類飲品,作為紅棗深加工的一條途徑,可以進(jìn)一步提高紅棗產(chǎn)品的附加值,對于促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展都是非常有益的。近年來,紅棗發(fā)酵酒在生產(chǎn)菌選育、工藝優(yōu)化、檢測分析、風(fēng)味物質(zhì)研究等方面取得了較多成果,主要在紅棗果酒、紅棗啤酒以及紅棗白酒三個類別上的相關(guān)研究進(jìn)行介紹。

2.1 紅棗果酒

果酒具有“安全無害、回歸自然、營養(yǎng)保健”的特點(diǎn)[39],人們對其需求越來越高,目前研究人員對以紅棗為原料或輔料發(fā)酵果酒的研究相對較多[40-42]。

紅棗發(fā)酵制酒,紅棗的預(yù)處理非常重要,其結(jié)果直接影響棗汁中營養(yǎng)物質(zhì)的組成、酒的風(fēng)味及品質(zhì)。目前多采用熱水浸提、酶解浸提或二者結(jié)合的方法獲取紅棗中的營養(yǎng)物質(zhì)[43-45],以鮮棗制備棗汁還可以采用壓榨和酶解浸提工藝[46]。劉文博[47]確定了料液比為1∶10(g∶mL),預(yù)煮15 min,0.04%果膠酶,45℃酶解2 h的山棗預(yù)處理工藝,以此制備的山棗果酒酒精含量達(dá)到11.5%vol,山棗果酒口感飽滿、典型性較好。李群等[9]采用熱水浸提方式制備木棗汁生產(chǎn)干型低度木棗酒,研究了木棗酒釀造工藝及其香味成分。另外篩選適合紅棗果酒發(fā)酵的菌株也很重要,然而目前對這方面的研究報道還相對較少[48]。由于紅棗含水量低,干物質(zhì)含量遠(yuǎn)高于葡萄、蘋果等,營養(yǎng)成分也存在很大差異,針對葡萄酒釀造的菌株用于紅棗果酒釀造是不合適,今后仍需要進(jìn)一步選育適合紅棗發(fā)酵的專用菌種。

2.2 紅棗啤酒

果啤是最近幾年迅速流行起來的飲料產(chǎn)品,可滿足不同消費(fèi)者的需求。以紅棗為原料生產(chǎn)啤酒,從一定程度上講,也是為滿足人們對保健啤酒功能的需求。孫科[49]用釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)開展了對紅棗啤酒釀造工藝的研究,獲得的最佳發(fā)酵工藝為紅棗原汁添加量為12%,主發(fā)酵時添加,發(fā)酵時間為12 d。當(dāng)然,紅棗啤酒發(fā)酵不局限于利用一種微生物發(fā)酵,還可以通過混合菌發(fā)酵制備。許牡丹等[50]發(fā)明了一種利用啤酒酵母與葡萄酒酵母混合發(fā)酵制備紅棗啤酒的方法,該方法通過雙酵母進(jìn)行發(fā)酵,制備出營養(yǎng)豐富、口味獨(dú)特的紅棗啤酒。王鑫昕等[51]公開了一種乳酸菌和酵母菌共同發(fā)酵的紅棗啤酒的制備方法,是將紅棗汁和麥芽汁按一定比例混合組成發(fā)酵培養(yǎng)基,接入乳酸菌液發(fā)酵,再接入啤酒酵母進(jìn)行共同發(fā)酵后制得。筆者所在團(tuán)隊(duì)也公開了一種利用混合菌發(fā)酵制備紅棗啤酒的方法[52],通過對工藝的不斷優(yōu)化和探索,最終獲得棗香濃郁、風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富的紅棗啤酒。

2.3 紅棗白酒

新疆駿棗是一種優(yōu)質(zhì)的釀酒原料,糖含量高。LIS等[53]以新疆駿棗泥為材料,經(jīng)多酶水解后,選用大曲和酵母,通過固態(tài)發(fā)酵工藝釀造紅棗酒,最后經(jīng)過蒸餾、陳釀后最終產(chǎn)品具有白蘭地的典型特征,酒精度為51.5%vol,通過氣質(zhì)聯(lián)用法分析表明,最終產(chǎn)品具有豐富獨(dú)特的風(fēng)味特征,這也說明通過固態(tài)發(fā)酵可以促進(jìn)形成風(fēng)味物質(zhì)豐富的棗白蘭地。然而,通過固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)棗酒存在一個突出的問題便是甲醇含量過高,甚至市場上存在的一些新酒,陳酒均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象,其中個別3年陳釀的棗酒,甲醇含量達(dá)到4.74 mg/mL,明顯超出了國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(≤2 g/L)[54]。由于原料中果膠內(nèi)甲基酯可以分解成甲醛,成為棗酒中甲醇的主要來源,因此對于棗酒中甲醛的控制十分重要。

3 紅棗發(fā)酵酒風(fēng)味物質(zhì)

紅棗發(fā)酵酒生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)是優(yōu)良酵母菌選育,對酒體中風(fēng)味物質(zhì)組成影響很大,選育適合紅棗酒的專用酵母顯得尤為重要[48,55]。另外原料對紅棗發(fā)酵酒的香氣成分有影響。嚴(yán)超等[56]以阜平紅棗的果肉、果渣、果核為原料發(fā)酵生產(chǎn)紅棗蒸餾酒,結(jié)果表明3種棗酒共檢測到50種香氣成分,其中棗肉發(fā)酵酒檢測到36種,棗渣發(fā)酵酒35種,棗核發(fā)酵酒38種。不同品種紅棗釀制的棗酒香氣差異較大,研究人員從滄州金絲小棗、阜平大棗、贊皇大棗以及棗強(qiáng)大棗釀造的棗酒中共檢測到88種香氣成分,其中滄州金絲小棗酒有53種,阜平大棗釀酒有64種,贊皇大棗釀酒有60種,棗強(qiáng)大棗釀酒有55種。其中阜平大棗中糖、有機(jī)酸及氨基酸含量均較高,釀制的棗酒鑒定出的風(fēng)味物質(zhì)種類最多。此外,不同釀制年份的棗酒高級醇組成和含量也存在差別。在同一廠家不同酒齡棗酒,高級醇總量總體呈下降趨勢,推測可能是在陳釀過程中醇類物質(zhì)被不斷氧化成酸及發(fā)生酯化,形成一定量的香味成分,對酒體起到了去雜增香的效果[57]。

目前對棗酒風(fēng)味物質(zhì)分析的主要方法包括:氣相色譜儀或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等。李群等[9]利用頂空固相微萃取和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對干型低度木棗酒香氣成分進(jìn)行了分析鑒定,共計(jì)鑒定出香味物質(zhì)33種,占總峰面積的80.57%,其中主要香味物質(zhì)為辛酸乙酯、癸酸乙酯、異戊醇、乙酸-3-甲基丁酯、己酸乙酯。ZHANGW等[58]開展了帶渣發(fā)酵和蛋白酶處理對棗酒的化學(xué)成分和揮發(fā)性成分影響的研究。研究發(fā)現(xiàn)帶渣發(fā)酵還可增強(qiáng)苯乙醇、糠醇、棕櫚酸乙酯和油酸乙酯生成,蛋白酶處理能促進(jìn)雜醇油的釋放,研究還表明,帶渣發(fā)酵與蛋白酶處理可以提高酒體香氣。研究表明磷酸氫二銨有助于改善葡萄酒的香氣,對酯類物質(zhì)的形成具有積極作用,同時還能降低高級醇的含量,改善葡萄酒的風(fēng)味和口感[59]。尹曉潔等[60]證實(shí)了通過添加磷酸氫二銨對金絲小棗酒發(fā)酵性能和揮發(fā)性成分的影響。當(dāng)磷酸氫二銨添加量為320 mg/L時,金絲小棗酒中酯類物質(zhì)含量最高,香氣活性值值最大。

4 展望

通過對紅棗功能特性的理解和認(rèn)識,不難發(fā)現(xiàn)紅棗所蘊(yùn)藏的營養(yǎng)價值和藥用價值,在紅棗深加工過程中,每個環(huán)節(jié)都很重要。為解決這些問題,需要建立和健全紅棗產(chǎn)品加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系、研究開發(fā)紅棗產(chǎn)品加工新技術(shù)、進(jìn)一步闡明紅棗功能特性及作用機(jī)理等,為此,今后仍需要對這方面開展相關(guān)研究,為紅棗發(fā)酵酒安全評價以及棗深加工提供更多理論支撐。

紅棗發(fā)酵酒在我國的研究開始較早,但生產(chǎn)工藝相對單一,且因口感不理想而未能形成規(guī)模。由于大多參照了葡萄酒生產(chǎn)方式,不能充分體現(xiàn)紅棗的特殊性,隨著人們生活水平的提高,開始重視保健養(yǎng)生,對營養(yǎng)價值極高的紅棗發(fā)酵酒需求量將日益增多。今后必須進(jìn)一步開發(fā)針對紅棗為原料釀酒的生產(chǎn)工藝,積極解決紅棗加工過程中出現(xiàn)的各種問題,并結(jié)合市場需求,制訂相應(yīng)的發(fā)展策略,這樣可以更好地拓展紅棗發(fā)酵酒市場。