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复合乳酸菌发酵沙棘汁降酸的工艺优化及特性分析.pdf
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1、宁志雪,朱立斌,朱丹,等.复合乳酸菌发酵沙棘汁降酸的工艺优化及特性分析 J.食品工业科技,2023,44(18):235243.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100232NING Zhixue,ZHU Libin,ZHU Dan,et al.Process Optimization and Characteristic Analysis of Sea Buckthorn Juice Deacidificationby Compound Lactic Acid Bacteria FermentationJ.Science and Technology of F
2、ood Industry,2023,44(18):235243.(in Chinesewith English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100232 工艺技术 复合乳酸菌发酵沙棘汁降酸的工艺优化及复合乳酸菌发酵沙棘汁降酸的工艺优化及特性分析特性分析宁志雪1,2,朱立斌1,2,朱丹3,*,牛广财1,2,*,魏文毅1,2,徐瑞航1,2(1.黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆 163319;2.黑龙江省农产品加工工程技术研究中心,黑龙江大庆 163319;3.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院,黑龙江大庆 163319)摘要:为了研究
3、复合乳酸菌发酵对沙棘汁降酸效果的影响,以酒酒球菌和短乳杆菌为菌株发酵沙棘汁。以总酸降解率为指标,通过单因素实验和响应面试验优化沙棘汁发酵降酸工艺,并研究发酵过程中黄酮、多酚、总酸、pH、总可溶性固形物(TSS)、还原糖、有机酸以及抗氧化活性的变化。结果表明:复合乳酸菌发酵的最优工艺条件为酒酒球菌:短乳杆菌比例为 1:1、初始 pH3.7、发酵温度 31、发酵时间 18 h、接种量 5%,在该条件下总酸降解率为 38.52%,此时,黄酮、多酚、总酸、pH 和 TSS 含量与发酵前相比,均具有显著性差异(P0.05)。发酵液中苹果酸含量显著下降(P0.05),降解率为 94.59%,乳酸含量显著增
4、加(P0.05)。沙棘汁经复合乳酸菌发酵后,对 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基和 2,2-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2-azino-bis(3-ethylben-zothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基清除率及铁离子还原能力最大值分别达到 78.20%、64.48%和1.1626 mmol/L。因此,复合乳酸菌发酵沙棘汁能有效降低其酸度,提高其品质和抗氧化活性,为沙棘汁的降酸工艺和相关产品的开发提供了理论依据。关键词:沙棘汁,乳酸菌,降酸工艺,成分分析,抗氧
5、化活性本文网刊:中图分类号:TS275.4 文献标识码:B 文章编号:10020306(2023)18023509DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022100232ProcessOptimizationandCharacteristicAnalysisofSeaBuckthornJuiceDeacidificationbyCompoundLacticAcidBacteriaFermentationNINGZhixue1,2,ZHULibin1,2,ZHUDan3,*,NIUGuangcai1,2,*,WEIWenyi1,2,XURuihang1,2(1.Food C
6、ollege,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China;2.Agri-Food Processing and Engineering Technology Research Center of Heilongjiang Province,Daqing 163319,China;3.College of Life Science and Technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China)Abstract:In order
7、 to study the effect of compound lactic acid bacteria fermentation on reducing acid of sea buckthorn juice,the Oenococcus oeni and Lactobacillus brevis were used to ferment sea buckthorn juice.With the total acid degradation rate 收稿日期:20221024 基金项目:黑龙江省“双一流”新一轮建设学科协同创新成果建设项目(LJGXCG2022-109);黑龙江省高校首批
8、“新工科”研究与实践项目(黑教高函2018681 号);黑龙江八一农垦大学“三横三纵”平台支持计划项目(PTJH202103)。作者简介:宁志雪(1997),女,硕士研究生,研究方向:果蔬贮藏与精深加工,E-mail:。*通信作者:朱丹(1972),女,硕士,副教授,研究方向:植物资源开发利用,E-mail:。牛广财(1971),男,博士,教授,研究方向:农产品贮藏与加工,E-mail:。第 44 卷 第 18 期食品工业科技Vol.44 No.182023 年 9 月Science and Technology of Food IndustrySep.2023 as the index,th
9、e fermentation process of sea buckthorn juice was optimized by single factor experiment and responsesurface experiment,and the changes of flavonoids,polyphenols,total acid,pH,total soluble solids(TSS),reducing sugar,organic acid and antioxidant activity during fermentation were studied.The results s
10、howed that the optimal fermentationconditions were as follows:The ratio of Oenococcus oeni to Lactobacillus brevis was 1:1,the initial pH was 3.7,fermentation temperature was 31,fermentation time was 18 h,inoculation amount was 5%.Under these conditions,thetotal acid degradation rate reached 38.52%.
11、At this time,the contents of flavonoids,polyphenols,total acid,pH and TSSwere significantly different from those before fermentation(P0.05).The content of malic acid in fermentationbroth decreased significantly (P0.05),the degradation rate was 94.59%,and the content of lactic acid increasedsignifica
12、ntly(P0.05).The maximum values of DPPH and ABTS+free radical scavenging rate and ferricreducing antioxidant power(FRAP)of sea buckthorn juice after lactic acid fermentation reached 78.20%,64.48%and1.1626 mmol/L,respectively.Therefore,the sea buckthorn juice fermented by compound lactic acid bacteria
13、 couldeffectively reduce its acidity and improve its quality and antioxidant activity,which would provide a theoretical basis forthe development of acid-reducing technology and related products.Keywords:sea buckthorn juice;lactic acid bacteria;reducing acid process;component analysis;antioxidant act
14、ivity 沙棘是一种药食同源植物,属胡颓子科,所结浆果呈橙色或红色,因其富含抗坏血酸、多酚、类胡萝卜素和类黄酮等生物活性物质而备受关注1。另外,沙棘是公认的抗氧化活性非常高的浆果,已有研究证明沙棘果汁的氧自由基吸收能力可达 111.57 mol TE/mL,分别是蓝莓汁、柠檬汁和柑橘汁的 2.82、15.96和 60.97 倍2。然而,高含量的苹果酸使沙棘果具有强烈的酸味,这对其在食品工业中的应用构成了障碍。最近的研究表明,乳酸菌在改善产品风味或提高保质期方面有着巨大的发展前景。例如,李维妮等3以嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、乳双歧杆菌和副干酪乳杆菌发酵苹果汁,在菌株比例 1:1:1:1、接种量
15、2%、发酵温度 37、发酵时间 24 h 的条件下处理苹果汁,苹果酸含量为 1574.36 mg/L,较发酵前下降了46.06%,且风味物质更加丰富。张晟等4使用酒酒球菌 6066 对北五味子汁进行发酵,在初始 pH3.4、接种量 7%、发酵温度 24、发酵时间 8 d 的条件下处理北五味子汁,发酵后苹果酸含量降低了 59.00%,DPPH、ABTS+自由基清除率和还原力分别是发酵前的 1.22、1.10 和 1.444 倍。由此可见,乳酸菌发酵果汁具有使产品风味和香气复杂性增强、酸性降低的优点5。沙棘具有强烈的酸性和收敛性,因此,乳酸菌发酵也是提升沙棘汁感官品质的一个潜在方法。已有研究证实复
16、合菌种发酵不仅可使产品品质提升,而且复合菌株发酵体系中自由基清除效果要优于单一菌株发酵6。目前,尚未有采用酒酒球菌与短乳杆菌复合使用对沙棘汁降酸的报道。本研究以酒酒球菌与短乳杆菌为复合菌种,通过单因素实验和响应面法优化其对沙棘汁的降解工艺,并对发酵沙棘汁的理化指标与抗氧化活性进行分析,以期为拓宽沙棘汁的商业用途提供一定的理论依据。1材料与方法 1.1材料与仪器沙棘果购于黑龙江省孙吴县宝江大果沙棘展销中心;酒酒球菌 SP-2T(Oeniococcus oeni SP-2T)、短乳杆菌(Lactobacillus brevis)黑龙江八一农垦大学微生物实验室保藏;芦丁、没食子酸标准品上海麦克林生化
17、科技有限公司;酒石酸钾钠、3,5-二硝基水杨酸、NaOH、苯酚、无水亚硫酸钠、葡萄糖、无水乙醇、NaNO2、Al(NO3)3、K2S2O4、乙酸钠、冰醋酸、浓盐酸、FeCl36H2O、FeSO4、福林酚试剂、碳酸氢钠天津大茂化学试剂厂;MRS 培养基、Na2CO3、蛋白胨、酵母膏、MnSO4H2O、MgSO47H2O、L-盐酸半胱氨酸北京奥博星生物技术有限责任公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2-联氮-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)、三吡啶基三嗪(TPTZ)分析纯,梯希爱(上海)化成工业发展有限公司;甲醇、磷酸二氢钾、磷酸色谱纯,天津大茂化学试剂厂;草酸、
18、抗坏血酸、乳酸、奎宁酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸标准品美国 Sigma 公司。980 力邦全自动破壁料理机宁波禾高电子科技有限公司;AHP9052 电热恒温培养箱上海澳程检测仪器有限公司;高压灭菌器西班牙 SELECTA;EX324 型电子天平奥豪斯仪器(上海)有限公司;TD4C 台式低速离心机盐城市凯特实验仪器有限公司;752N 紫外可见分光光度计上海仪电(集团)有限公司;SW-CJ-2F 超净工作台常州恩培仪器制造有限公司;HWS 电热恒温水浴锅上海一恒科技有限公司;PHS-25 型 pH 计上海仪电科学仪器股份有限公司;2WAJ 型单目阿贝折光仪上海申光仪器仪表有限公司;1260 Infi
19、nity 高效液相色谱仪美国 Agilent 公司。236 食品工业科技2023 年 9 月 1.2实验方法 1.2.1 复合乳酸菌发酵沙棘汁工艺流程与操作要点 1.2.1.1工艺流程 沙棘冻果挑选清洗解冻打浆调pH杀菌接种菌种活化发酵取样测定 1.2.1.2 操作要点打浆:取解冻后的沙棘果与蒸馏水按照 5:2(W:V)的比例进行打浆。调 pH:用 1 mol/L 的 NaHCO3调 pH。杀菌:置于 85 的水浴中杀菌 40 min。菌种活化:ATB 培养基参照参考文献 7 制备。将适量酒酒球菌冻干粉接种到 ATB 液体培养基中,31 培养 2 d,将所得菌液离心(4000 r/min、10
20、 min),收集菌泥,蒸馏水悬重,使细胞浓度为 1109 CFU/mL;取短乳杆菌冻干粉放入已经灭菌后的 MRS 培养基中溶解均匀,放入 37 培养基中培养 24 h,用蒸馏水悬重,使细胞浓度为 1109 CFU/mL。接种:冷却后的沙棘汁,按照一定的比例接入酒酒球菌与短乳杆菌种子液进行发酵。发酵:接种后的样品,置于设定的恒温培养箱中发酵一定时间后取出,留样置于80 冻存,备用。1.2.2 乳酸菌株接种液比例确定沙棘汁经杀菌后,分别接入酒酒球菌:短乳杆菌为 1:0、2:1、1:1、1:2 和 0:1 比例的混合菌,接种量为 7%,于 31 恒温培养箱中发酵,每 6 h 取样,通过比较总酸降解率
21、确定其最佳混菌比例。1.2.3 单因素实验 1.2.3.1 初始 pH 对沙棘汁总酸降解率的影响以发酵温度 31,发酵时间 18 h,接种量 7%,初始pH 分别为 3.2、3.4、3.6、3.8、4.0 的条件下进行复合乳酸菌发酵,确定其优选初始 pH。1.2.3.2 发酵温度对沙棘汁总酸降解率的影响以初始 pH3.4,发酵时间 18 h,接种量 7%,发酵温度分别为 25、28、31、34、37 的条件下进行复合乳酸菌发酵,确定其优选发酵温度。1.2.3.3 发酵时间对沙棘汁总酸降解率的影响以初始 pH3.4,发酵温度 31,接种量 7%,发酵时间分别为 6、12、18、24、30 h 的
22、条件下进行复合乳酸菌发酵,确定其优选发酵时间。1.2.3.4 接种量对沙棘汁总酸降解率的影响以初始 pH3.4,发酵温度 31,发酵时间 18 h,接种量分别为 1%、3%、5%、7%、9%的条件下进行复合乳酸菌发酵,确定其优选接种量。1.2.4 响应面优化复合乳酸菌降酸工艺以初始pH(A)、发酵温度(B)、发酵时间(C)、接种量(D)为因素,总酸降解率为响应值,优化复合乳酸菌降酸的工艺参数,因素与水平编码表见表 1。1.2.5 总酸降解率的测定采用张晟等4的方法测定总酸降解率。按式(1)计算总酸降解率。总酸降解率(%)=m1m2m1100式(1)式中:m1表示未经发酵的沙棘汁总酸含量,g/L
23、;m2表示发酵后沙棘汁总酸含量,g/L。1.2.6 黄酮含量的测定采用 NaNO2-Al(NO3)3比色法测定沙棘发酵汁黄酮含量8。以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,回归方程为:y=0.4595x0.0084(R2=0.9968)。1.2.7 多酚含量的测定采用 Folin-ciocalteu 法测定沙棘发酵汁多酚含量8。以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,回归方程为:y=8.8017x+0.0059(R2=0.9993)。1.2.8 总酸含量的测定参照国标 GB/T 12456-2021食品安全国家标准 食品中总酸的测定中 pH 计电位滴定法,总酸含量以苹果酸计。1.2.9
24、 pH 测定pH 计直接测定。1.2.10 TSS 的测定阿贝折射仪法测定。1.2.11 还原糖含量的测定采用 3,5-二硝基水杨酸比色法测定9。以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线,回归方程为:y=0.7117x0.0472(R2=0.9993)。1.2.12 有机酸含量的测定参考樊秋元等10的方法,略作修改。HPLC 条件如下:色谱柱:VP-ODS 柱(150 mm4.6 mm I,d,5 m);流动相为 20 mmol/LKH2PO4溶液(pH2.8);流速为 0.8 mL/min;柱温 30;进样量 20 L;等度洗脱 10 min,并在 210 nm 处使用紫外检测器进行监测。
25、标准溶液配制:分别配制奎宁酸、苹果酸、柠檬酸、乳酸、抗坏血酸、草酸、酒石酸等浓度为 4、4、3、3、1、1、1 mg/mL 的母液,根据需要稀释到不同浓度,用 0.45 m 微孔滤膜过滤后分别进样。在分析 表 1 Box-Behnken 试验设计因素及水平Table 1 Factors and levels used in Box-Behnken design水平A初始pHB发酵温度()C发酵时间(h)D接种量(%)13.42812303.63118513.834247 表 2 有机酸标准曲线Table 2 Organic acid standard curve有机酸回归方程相关系数线性范围(
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