添加紅棗汁對植物乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜品質的影響

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(1.鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院,河南鄭州 450002;2.食品生產與安全河南省協同創(chuàng)新中心,河南鄭州 450002;3.河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室,河南鄭州 450002)

胡蘿卜,又稱紅蘿卜或甘荀。胡蘿卜中含有豐富的功能性活性物質,如β-胡蘿卜素不僅有維生素A源之稱,而且具有很強的抗氧化作用,還能起到抗炎、協調免疫因子、改善呼吸功能的作用[1-4];多糖作為胡蘿卜中主要的活性成分之一,已被證實具有多種生理功能包括抗氧化、抗炎活性、降血糖、預防酒精肝損傷[5-7]等。紅棗是中國特有的藥食兩用果品,是養(yǎng)胃健脾、養(yǎng)血生津和滋補強身的首選食材。

植物乳桿菌是一種被廣泛用于果蔬發(fā)酵中的乳酸菌[8-9],其發(fā)酵可以改善果蔬的風味,降解蔬菜發(fā)酵過程中產生的亞硝酸鹽[10],釋放果蔬中的酚類物質提高生物利用率,增強抗氧化能力;乳酸菌發(fā)酵可以合成多種維生素,調節(jié)新陳代謝[11]。盧沿鋼[12]以胭脂蘿卜為原料,以最佳菌株配比植物乳桿菌∶短乳桿菌∶腸膜明串珠菌=2∶1∶1 (v/v)為發(fā)酵劑,確定了胭脂蘿卜泡菜的最佳工藝為接種量5%,發(fā)酵溫度32 ℃,食鹽濃度4.5%,糖添加量2%。Alanl[13]研究了植物乳桿菌、戊糖乳桿菌等發(fā)酵劑對傳統腌制小黃瓜發(fā)酵過程的影響,結果表明,用植物乳桿菌發(fā)酵的泡菜效果較好。隨著果蔬深加工技術的進一步發(fā)展,以及人們對益生菌發(fā)酵果蔬產品認識的不斷深入,關于益生菌發(fā)酵果蔬汁飲料和果蔬醬料的研究報道也不斷增多。Costa等[14]研究了添加低聚果糖或抗壞血酸對副干酪乳桿菌活力的影響,結果表明低聚果糖含量保持在1.65～1.68 g/100 mL時,可研發(fā)一款富含低聚果糖的益生橙汁。Xu等[15]用富硒的益生菌發(fā)酵橙、胡蘿卜、蘋果和紅棗的混合汁,通過研究化學成分和風味物質的變化,研發(fā)出一款富硒發(fā)酵飲料。Zhao等[16]通過乳酸菌混合發(fā)酵提高了酸棗汁的品質,同時也表明了棗汁是一種很適合乳酸菌生長的基質。張麗華等[17]的研究表明乳酸菌發(fā)酵對紅棗汁貯藏品質會有一定的改善,這表明棗將成為一種未來新型益生菌食品的配方成分。

目前,胡蘿卜的發(fā)酵主要集中在泡菜[18-19]、胡蘿卜汁[20-22]、胡蘿卜粉[23]等產品而添加紅棗汁來改善發(fā)酵胡蘿卜品質的研究鮮少報道。本文研究了添加紅棗汁對益生菌發(fā)酵胡蘿卜片的理化特性和營養(yǎng)成分的影響,旨在為生產功能性發(fā)酵蔬菜提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡蘿卜 市售;紅棗品種為“灰棗” 好想你棗業(yè)股份有限公司;植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)(GIM1.191) 廣東省微生物菌種保藏中心;MRS瓊脂培養(yǎng)基、MRS肉湯培養(yǎng)基 北京奧博星生物技術有限責任公司;沒食子酸、紅菲咯啉(BP) 上海晶純生化科技股份有限公司;福林-酚試劑 北京索萊寶科技有限公司;氫氧化鈉、無水碳酸鈉、三氯乙酸(TCA)、三氯化鐵 天津大茂化學試劑廠;無水乙醇、磷酸、石油醚 天津市富宇精細化工有限公司;濃硫酸 洛陽昊華化學試劑有限公司;葡萄糖、抗壞血酸 天津市瑞金特化學品有限公司。

SW-CJ-IBV型超凈工作臺 上海浦東榮豐科學儀器有限公司;SC-80C型全自動色彩色差計 北京康光光學儀器有限公司;AL204型電子天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司;BC/BD-429H型冰柜 青島海爾股份有限公司;HC-3618R型高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司;PAL-1數顯折光糖度儀 日本Atago公司;FE28型pH計 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司;BPH-9272型精密恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學儀器有限公司;HH-S4型恒溫水浴鍋 金壇市醫(yī)療儀器廠;LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;T6紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;GDYQ-100M多參數食品安全快速分析儀 長春吉大·小天鵝儀器有限公司;TA-XT Plus型物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 將胡蘿卜清洗后,切成厚度為0.4 cm的扇形,90 ℃熱燙15 s,撈出瀝水后,備用。紅棗經清洗、去核后,切成小塊,按照料液比1∶8 (g/mL)進行打漿,雙層紗布過濾3次得到棗汁,備用。

1.2.2 植物乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜的工藝

1.2.2.1 植物乳桿菌的活化與擴大培養(yǎng) 將甘油中保藏的植物乳桿菌接種到滅菌后的MRS液體培養(yǎng)基中,在37 ℃條件下進行活化培養(yǎng)48 h,連續(xù)活化2次,將所得菌液離心(4 ℃,5000 r/min,10 min),倒掉上層培養(yǎng)基,用無菌水將沉淀洗2～3次后得到菌泥,再將其轉入無菌水中振蕩均勻,活菌數可達到1.7×109CFU/mL,備用。

1.2.2.2 胡蘿卜的發(fā)酵處理 對照組:將配好的糖鹽溶液(糖度為10%(m/v),鹽1%(m/v))于121 ℃滅菌20 min后,冷卻,在無菌條件下,按1∶1 (m/v)的比例加入處理好的胡蘿卜片。在37 ℃條件下發(fā)酵時間7 d,每天取樣進行各項指標的檢測。

植物乳桿菌發(fā)酵組(LP組):將配好的糖鹽溶液(糖度為10%(m/v),鹽1%(m/v))于121 ℃滅菌20 min后,冷卻,在無菌條件下,接入4%(v/v)植物乳桿菌,然后再以1∶1 (m/v)的比例加入處理好的胡蘿卜片。在37 ℃條件下發(fā)酵時間7 d,每天取樣進行各項指標的檢測。

紅棗汁+植物乳桿菌發(fā)酵組(LP+Z組):調整棗汁的糖和鹽含量與上述兩組相同,80 ℃滅菌30 min,冷卻,在無菌條件下,接入4%(v/v)植物乳桿菌,然后再以1∶1 (m/v)的比例加入處理好的胡蘿卜片。在37 ℃條件下發(fā)酵時間7 d,每天取樣進行各項指標的檢測。

1.2.3 質構的測定 采用TA-XT Plus型物性分析儀測定。取發(fā)酵后胡蘿卜片的外圍部分進行測量,TPA測試用P/36探頭,設定觸發(fā)力(target force)5 g,壓縮時下壓樣品變形量(strain)50%,測試前探頭下降速度(pre-test speed)為1.00 mm/sec,測試速度(test speed)為1.00 mm/sec,測試后探頭回程速度(post-test speed)為5 mm/sec,兩次壓縮之間時間間隔(time)為5.00 sec,由質構特征曲線得到的硬度、粘附性、彈性、內聚性和咀嚼性等指標值。

1.2.4 色差的測定 采用全自動色彩色差計測定胡蘿卜片的明亮度(L*值)和綠/黃值(a*正值表示紅色,a*負值表示綠色;b*正值表示黃色,b*負值表示藍色)。取發(fā)酵后胡蘿卜片的外圍部分進行測量。

1.2.5 pH的測定 移取50 mL發(fā)酵液,采用pH計直接測定。

1.2.6 總酸的測定 參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》[24]的方法測定總酸含量。取大于10 g發(fā)酵后的胡蘿卜片研碎,備用。稱取研碎的10 g試樣于燒杯,用約80 ℃煮沸過的水將內容物轉移到250 mL容量瓶中,置于沸水浴煮沸30 min,取出,冷卻至室溫,用煮沸過的水定容到250 mL,濾紙過濾得到試液體,用于測定。稱取25 g過濾后的試液,置于250 mL三角瓶中加50 mL水,用0.05 mol/L氫氧化鈉滴定。

總酸含量以X計,數值以克每100克(g/100 g)按下式計算:

式中:C為氫氧化鈉濃度/(mol/L);V1為滴定時所消耗的NaOH標準溶液體積/mL;V0為空白消耗氫氧化鈉的體積/mL;K為乳酸換算系數,0.09;F為試液稀釋倍數;m為試樣的質量/g。

1.2.7 亞硝酸鹽含量的測定 采用GDYQ-100M多參數食品安全快速分析儀和附帶的亞硝酸鹽試劑盒測定亞硝酸鹽的含量。取發(fā)酵后的胡蘿卜片勻漿,準確稱取1.00 g至100 mL提取瓶,按試劑盒提供的方法進行測定,單位以(mg/kg)表示,每個樣品重復三次。

1.2.8 總酚含量的測定 采用福林-酚比色法測定[25]稍加修改。標準曲線的繪制:配制濃度為0.1 mg/mL沒食子酸標準溶液,依次吸取0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.45,0.5 mL的沒食子酸標準溶液到10 mL試管中加去離子水定容至5 mL,先加1 mL的福林酚試劑,搖勻放置1 min,再加入1.5 mL的20% NaCO3溶液,搖勻后室溫下避光放置2 h,在760 nm處測吸光度,繪制標準曲線Y=19.549X-0.00005(R2=0.9993)。

樣品的測定:取10 g發(fā)酵后的胡蘿卜片,60 ℃下用無水乙醇提取30 min后用蒸餾水定容到50 mL容量瓶,過濾取上清液0.8 mL,然后按照標準曲線方法加入試劑測定吸光度,每個樣品重復三次。帶入標準曲線,計算總酚含量,以每克胡蘿卜中含有相當于沒食子酸的毫克數來表示(mg/g)。

1.2.9 乳酸菌活菌數測定 量取發(fā)酵液1 mL,采用稀釋涂布平板法進行菌落計數。具體原理和步驟參考GB 4789.35-2016 《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》[26]。

1.2.10 多糖含量的測定 參照SN/T4260-2015《出口植物源食品中粗多糖的測定 苯酚-硫酸法》[27]的方法稍加修改測定多糖含量。單位以(g/100 g)表示。

樣品處理:取發(fā)酵后的胡蘿卜片,干燥粉碎后稱取0.3 g,精確到0.001 g,于50 mL具塞離心管,用5 mL水浸潤樣品,緩慢加入20 mL無水乙醇,同時使用渦旋振蕩器振搖,使混合均勻,超聲提取30 min。棄去上清液,不溶物用10 mL 80%乙醇洗滌。用水將上述不溶物轉移到圓底燒瓶,加50 mL水,于120 W超聲提取30 min,重復2次。冷卻至室溫,過濾,將上清液轉移到100 mL容量瓶定容。

繪制標準曲線:分別吸取0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL的0.1 g/L的標準葡萄糖工作溶液于20 mL具塞試管,用蒸餾水補至1.0 mL,向試液中加入1.0 mL的5%苯酚,然后快速加入5.0 mL濃硫酸,靜置10 min。使用渦旋振蕩器使反應充分,然后于30 ℃水浴反應20 min,490 nm測吸光度。以葡萄糖質量濃度為橫坐標,吸光度值為縱坐標,制定標準曲線Y=14.817X+0.0105(R2=0.9990)。

樣品測定:吸取1.00 mL樣品于試管中,按標準曲線的方法加入試劑。每個樣品重復三次,按以下公式計算。

式中:m1為標準曲線上查得樣品中含糖量,μg;V1為樣品定容體積,mL;V2為測定時所取測定液體積,mL;m2為樣品質量,g;0.9為葡萄糖換算成葡聚糖的校正系數。

1.2.11 胡蘿卜素含量的測定 參照周新麗等[28]的方法稍加修改。取發(fā)酵后的胡蘿卜片,干燥,粉碎,用石油醚浸提1.0 g 干制胡蘿卜樣品數次,隨后將浸提液合并用石油醚定容至50 mL。每個樣品重復三次,用以下公式計算各組樣品中胡蘿卜素的含量。

式中:E為浸提液在 451 nm 處的吸光值;E1為胡蘿卜素451 nm 處平均吸收系數,2500;V為石油醚浸提液定容體積,mL;W為被浸提的樣品質量,g。

1.2.12 抗壞血酸含量的測定 采用分光光度計法測定抗壞血酸含量[29]。

標準曲線的制備:稱取10.0 mg抗壞血酸,用50 g/L TCA溶液配制100 μg/mL標準抗壞血酸溶液。分別取標準抗壞血酸溶液0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6 mL,用50 g/L TCA補齊2.0 mL,加無水乙醇1.0 mL,0.4%磷酸-乙醇溶液0.5 mL,5 g/L BP-乙醇溶液1.0 mL,0.3 g/L FeCl3-乙醇溶液0.5 mL,534 nm測定吸光值,繪制標準曲線Y=0.0229X+0.0003(R2=0.9985)。

稱取10 g發(fā)酵后的胡蘿卜片置于研缽中,加入20 mL 50 g/L TCA溶液,在冰浴條件下研磨成漿狀,轉入到50 mL容量瓶中,并用50 g/L TCA溶液定容至刻度,混合、提取10 min后,過濾,收集濾液備用。取1 mL樣品提取液于試管,按制作標準曲線的方法添加其它成分,進行反應、測定,每個樣品重復三次。

抗壞血酸含量以Y表示,按照以下公式計算:

V為樣品提取液總體積,mL;m為標準曲線求得的抗壞血酸的質量,μg;VS為滴定時所用樣品提取液體積,mL;M為樣品質量,g。

1.3 數據處理與分析

實驗數據采用Origin 8.5和SPSS Statistics 32軟件進行處理并制圖。

2 結果與分析

2.1 質構特性

由表1得出,胡蘿卜的硬度在發(fā)酵過程中逐漸降低;粘附性總體趨勢是先降低再升高;彈性大致呈先降低再升高然后再降低的趨勢;內聚性會在發(fā)酵第1 d出現顯著地降低,之后,變化幅度很小基本趨于穩(wěn)定;咀嚼性也是隨著發(fā)酵天數的增加而降低。方差分析結果表明:相較于其它兩組,添加紅棗汁的植物乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜在硬度、粘附性、彈性、內聚性和咀嚼性方面沒有顯著性差異(P>0.05)。

表1 3組發(fā)酵胡蘿卜的質構差異Table 1 Texture difference of 3 groups fermented carrots

2.2 色差

由表2得出,與未發(fā)酵的胡蘿卜相比,3個組的亮度(L*)顯著降低,且在發(fā)酵初期的亮度(L*)下降幅度大于發(fā)酵后期,這可能與發(fā)酵過程中水分變化有關[18];紅色值a*和黃色值b*在發(fā)酵第1 d都顯著升高,然后趨于穩(wěn)定。乳酸菌發(fā)酵對保持胡蘿卜的紅色和黃色有一定的的促進作用,可能是乳酸菌的代謝活動有助于胡蘿卜色素的溶解。方差分析結果表明:相較于其它兩組,添加紅棗汁的植物乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜在L*、a*和b*的色差值上沒有顯著性差異(P>0.05)。

2.3 pH、總酸、亞硝酸鹽和總酚含量

由圖1A可知,pH總體變化趨勢是先降低再升高;對照組是利用蘿卜表面天然附著的微生物進行發(fā)酵,即使從發(fā)酵開始pH也在下降,但是速度低于LP組和LP+Z組。方差分析結果表明,相較于對照組和LP組,LP+Z組胡蘿卜發(fā)酵液的pH沒有顯著差異(P>0.05)。

由圖1B可得出,對照組的亞硝酸含量總體趨勢是先上升再下降然后再上升,在發(fā)酵第1 d出現亞硝峰,可能是發(fā)酵初期酸度較低導致部分有害菌生長,將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽;LP組和LP+Z組從第1 d開始就下降,第4 d出現顯著升高,然后分別在第6 d和第5 d達到亞硝酸鹽含量的最小值,可能是隨著發(fā)酵進行總酸升高,pH不斷降低,一方面抑制了有害菌的生長,另一方面亞硝酸鹽在酸性條件下會發(fā)生酸降解[10]。

由圖1C可知,對照組的總酸含量顯著低于另外兩組,方差分析結果表明,LP+Z組胡蘿卜片總酸含量極顯著地高于其它兩組(P<0.01)。對照組的發(fā)酵第1 d總酸含量基本沒有變化,這是由于蘿卜表面附著的乳酸菌和其它微生物,在密閉厭氧的環(huán)境下生長緩慢,之后呈先升高后降低再升高的變化趨勢;LP組和LP+Z組的總酸含量先升高后降低,在第6 d達到最大值。接入的植物乳桿菌可以更充分地利用胡蘿卜中的糖分,而且棗汁可以促使發(fā)酵更加徹底,產生更多的乳酸[16]。

表2 3組發(fā)酵胡蘿卜的色差比較Table 2 Comparison of color difference among 3 groups fermented carrots

圖1 3組發(fā)酵胡蘿卜的pH(A)、亞硝酸鹽含量(B)、總酸含量(C)和總酚含量(D)的比較Fig.1 Comparison of pH values,the content of nitrite,total acid and total phenol in 3 groups fermented carrots注:不同小寫字母表示相同處理方式不同發(fā)酵天數之間的差異顯著;LP組:植物乳桿菌發(fā)酵;LP+Z組:紅棗汁+植物乳桿菌發(fā)酵,圖2、圖3同。

由圖1D得出,對照組和LP組的總酚含量先升高后降低,分別在第4 d和第6 d達到最大值;LP+Z組的總酚含量先升高后降低然后再次升高,在第6 d達到最大值。方差分析結果表明,LP+Z組胡蘿卜片總酚含量顯著高于其它兩組(P<0.01)。這可能是乳酸菌發(fā)酵時產生阿魏酸酯酶等酚酸酯酶水解果蔬中的部分結合酚,釋放果蔬中的游離酚,并且釋放大量的有機酸,防止酚類物質的降解,從而提高了抗氧化活性[30],而且紅棗汁本身的結合酚含量比較高,所以LP+Z組的總酚含量顯著高于其它兩組。

2.4 活菌數差異

由圖2可知,添加紅棗汁的LP+Z組發(fā)酵液中的活菌數高于對照組和LP組。對照組的整體趨勢是先升高后降低,最后穩(wěn)定在105CFU/mL;LP組和LP+Z組的趨勢是先降低后升高然后再降低,可能是人工接種的菌之前是在MSR培養(yǎng)基中活化,還不太適應發(fā)酵液中的環(huán)境所以出現了下降的現象,LP+Z組的活菌數略高于LP組,可能是棗汁含有更多供植物乳桿菌生存的營養(yǎng)物質[16]。

圖2 3組發(fā)酵胡蘿卜的活菌數比較Fig.2 Comparison of the viable bacterianumber in 3 groups fermented carrots

2.5 多糖、胡蘿卜素和抗壞血酸含量

由圖3A可知,LP+Z組胡蘿卜片多糖含量低并且下降速度最快,可能是因為LP+Z組中的植物乳桿菌活力較高,對多糖的利用率高,但是與其它兩組相比差異不顯著(P>0.05)。3個組的多糖含量都是呈先下降后上升的趨勢,這與移蘭麗[31]研究結果相一致,可能是因為乳酸菌發(fā)酵能夠產生一些糖苷酶和纖維素酶分解果蔬中結構較簡單的植物多糖生成葡萄糖,D-半乳糖等單糖,并利用這些單糖合成胞外多糖,從而將植物多糖轉化成胞外多糖[11],會增強果蔬的抗腫瘤能力和免疫調節(jié)能力[32]。

由圖3B可知,3個組的胡蘿卜素含量都是呈先增加再降低的趨勢,這與劉晗璐[33]的研究一致。發(fā)酵結束后,對照組的胡蘿卜素含量下降了0.74 mg/100 g,LP組和LP+Z組分別增加了0.57和1.293 mg/100 g,這可能與植物乳桿菌本身的代謝活動有關。方差分析表示,LP+Z組胡蘿卜片的胡蘿卜素含量顯著升高(P<0.05)。

由圖3C可知:3個組的抗壞血酸含量都是呈先增加再降低然后保持不變的趨勢,與張菊華[34]和束文秀等[35]的研究一致,這可能是因為嗜酸乳桿菌具有合成多種維生素如煙酸、VC及VB2的能力。而且乳酸發(fā)酵過程產生的酸性環(huán)境和CO2造成的缺氧環(huán)境有利于胡蘿卜中VC的保存[36]。方差分析表示,LP+Z組胡蘿卜片的抗壞血酸含量與其它兩組相比極顯著地增加(P<0.01),LP+Z組胡蘿卜片的抗壞血酸含量在發(fā)酵7 d后增加了8.48 mg/100 g,這可能因為紅棗本身也含有豐富的抗壞血酸。

圖3 3組發(fā)酵胡蘿卜的多糖(A)、胡蘿卜素(B)和抗壞血酸(C)含量的比較Fig.3 Comparison of the content of polysaccharides,beta carotene and ascorbic acid in 3 groups fermented carrots

3 結論

與對照組和LP組相比,LP+Z組的胡蘿卜素含量顯著升高(P<0.05),抗壞血酸含量、總酚含量極顯著地升高(P<0.01),使胡蘿卜片具有更高的營養(yǎng)價值和抗氧化活性;LP+Z組總酸含量極顯著地升高(P<0.01),縮短了發(fā)酵進程,改善胡蘿卜的口感;活菌數的保留率更高,使胡蘿卜片具有一定的益生功效;LP+Z組胡蘿卜片的多糖含量下降速度最快，可能合成了較高的胞外多糖；LP+Z組胡蘿卜片亞硝酸含量低于其它兩組;對照組、LP組和LP+Z組的胡蘿卜片在質構特性、色差值和pH上沒有顯著性差異(P>0.05)。綜上所述,添加紅棗汁和植物乳桿菌復合發(fā)酵會對胡蘿卜的品質有一定程度的改善,為之后開發(fā)更多益生菌發(fā)酵果蔬類的休閑食品提供方向。