气调储藏对接种酵母菌鲜榨桔汁变质过程的影响

张义珂,张钦发,汪雪雁,岳淑丽

(华南农业大学食品学院,广东广州 510640)



气调储藏对接种酵母菌鲜榨桔汁变质过程的影响

张义珂,张钦发*,汪雪雁,岳淑丽

(华南农业大学食品学院,广东广州 510640)

采用不同比例的CO2(20%、40%、60%、80%)对接种一定量的酵母菌的鲜榨桔汁进行储藏,检测果汁中主要成分糖、酸、醛、醇及环境气体的变化量,研究气调储藏对接种酵母菌的鲜榨桔汁变质过程的影响。研究结果显示,20% CO2初始浓度对果汁酵母菌的影响效果微弱,果汁酵母菌的数量始终最多,导致相对于其它组,20%组果汁糖消耗最大,醇和酸的产率较大。在果汁糖代谢一定的情况下,60%组酵母菌受环境影响,主要代谢产物为醇。而CO2初始浓度为40%时,酵母菌发酵主要产酸,并且此气调比例能够抑制果汁酵母菌的繁殖,降低果汁酵母菌的数量和果汁糖消耗,同时能使环境气体CO2在储藏前期保持稳定,适于鲜榨桔汁的保藏。

鲜榨桔汁,气调储藏,酵母菌

鲜榨桔汁色泽金黄,酸甜适口,含有丰富的葡萄糖、果糖、蔗糖、苹果酸、柠檬酸以及胡萝卜素、维生素B1和B2、尼克酸、生素C,深受广大消费者的喜欢。鲜榨果汁是软饮料工业中的一小类,但和其他种类的果汁相比,鲜榨果汁的销售量和销售增加率快速增长,鲜榨果汁储藏期短,很容易出现浑浊、沉淀、有异味等变质现象。因此如何延长鲜榨果汁的保质期,成为了鲜榨果汁行业发展的关键环节。

气调贮藏(controlled atmosphere storage)是控制食品在适宜的温度下,改变贮藏环境的气体成分,使食品能够保鲜,并达到延长贮藏期的目的[1]。随着食品保藏技术研究的进步,气调贮藏已经被公认为是最理想、效果最好的技术[2]。Alklint等研究发现充入CO2会显著延长胡萝卜汁的货架期[3]。目前为止,关于CO2在果汁储藏方向的研究集中在压力与CO2结合进行杀菌[4-6],以及气调储藏下果汁某一成分的变化[7-8],而对常压气调作用如何影响果汁整体成分变化的研究较少。桔汁成分较为复杂,变质过程中主要是酵母菌发酵[9],本文从酵母菌及果汁整体成分变化方向出发,探讨气调储藏对桔汁的影响。

本文通过向灭菌的鲜榨桔汁中接种一定量的酵母菌,并通入不同比例的CO2进行气调贮藏,检测果汁中主要成分的变化,进而研究气调对鲜榨桔汁变质过程的影响,旨在丰富气调储藏果汁的机理。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

南丰蜜桔(Citrus reticulata Blanco)品种为杨小2-6购自广州市天平架水果批发市场;酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae ATCC 36859)由广东省微生物菌种保藏中心提供;试剂为分析纯。

T6新世纪型紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限公司;KjeltecTM 2100型凯氏定氮仪德国福斯;数显恒温水浴锅常州奥华仪器有限公司;PAC CHECK MODEL 650顶空分析仪美国MOCON公司;LHS-250 SC型恒温恒湿箱上海齐欣科学仪器有限公司;DZQ400-ZD型真空充气包装机上海余特包装机械。

1.2实验方法

1.2.1实验设计挑选同批次成熟度良好的桔子→清洗→去皮→破碎→以3.6∶1果水(蒸馏水)比混合打浆→取2 kg榨好的新鲜果汁放入体积为4 L玻璃容器中→高温121 ℃灭菌10 min→迅速冷却接种酵母菌→放入体积为8 L特制容器中→真空泵抽真空→充入混合气体(O2∶CO2∶N2)(其中CO2浓度分别为20%、40%、60%、80%,O2为5%,N2为填充气体)→置于恒温恒湿箱中25 ℃贮藏→根据糖的变化定期取样检测。

1.2.2接种酵母菌采用比浊法绘制菌液浓度与吸光值(CFU-OD)标准曲线[10]。酵母菌的接种量为6.3×103cfu/mL。

1.2.3总糖测定参照GB/T 5009.7-2008食品中还原糖的测定[11],采用直接滴定法测定。

1.2.4酸的测定参照GB/T 12456-2008食品中总酸的测定[12],采用酸碱滴定法测定。

1.2.5醇的测定重铬酸钾氧化分光光度法测定果汁乙醇[13]。氢氧化钠标准溶液滴定鲜榨桔汁至中性,置于凯氏定氮仪中蒸馏果汁乙醇,设置蒸馏时间为8 min。取7支25 mL A级比色管,各加入2.00 mL重铬酸钾溶液和2.50 mL浓硫酸,混匀,并冷却,依次加入0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.25 mL乙醇标准溶液,混匀,反应10 min后用蒸馏水定容至刻度,再次混匀,以0号管调零,于585 nm波长处测定吸光度,绘制乙醇浓度的标准曲线。取乙醇蒸馏液,重复以上操作,测吸光度。根据标准曲线,计算果汁样品乙醇含量。

1.2.6醛的测定用消色品红分光光度法测定果汁中的醛[14]。用消色品红试剂和甲醛标准溶液测定甲醛的标准曲线。同样处理样品,测样品的吸光度,根据样品的吸光度从标准曲线上找出相应的含量,并计算果汁中醛的浓度。

1.2.7数据分析所有实验数据为3次重复的平均值和标准差,用Excel 2010对实验数据进行分析、处理,采用Origin 8.5进行作图处理。

2　结果与讨论

鲜榨桔汁的初始pH为3.29,初始糖含量为38.15 mmol/100 g,酸含量(按乙酸计)为7.53 mmol/100 g,醇含量为0.12 mmol/100 g,压力为101.33 kPa,并且随着储藏时间的延续,储藏压力逐渐上升,其中20%组最终压力为180 kPa,其它各组在120～130 kPa。

2.1不同气调成分对鲜榨桔汁糖的变化量的影响

鲜榨桔汁中的糖为果汁中的主要营养物质,为酵母菌的生长繁殖提供碳源。用不同气调成分对鲜榨桔汁进行储藏,并对桔汁中糖的变化量进行测定,糖的变化量随时间的变化关系如图1所示。

图1　不同气调成分下鲜榨桔汁糖的 变化量随时间的变化关系Fig.1　Saccharides variation under different gas composition in freshly squeezed orange juice

如图1所示不同气调比例下鲜榨桔汁糖的变化量总体下降,储藏前期(0～20 h),果汁中糖的变化量先缓慢减少,储藏中期(20～60 h)快速下降,储藏后期(60～120 h)趋于稳定。初始阶段,果汁中酵母菌处于适应期,酵母菌数量较少,呼吸强度较弱,糖的变化量缓慢减少。20 h后酵母菌进入对数期,菌体数量成对数增长,呼吸强度变强,导致果汁糖的变化量快速减少。后期酵母菌所处的果汁环境劣变,加之CO2气体浓度的累积,使酵母菌的活性受到抑制,由此使果汁糖的变化量趋于稳定。其中CO2浓度为20%时,果汁糖的消耗量最大,说明果汁储藏受此气调条件影响微弱。当CO2浓度大于20%组时,糖的消耗量80%组>60%组>40%组,说明随着浓度的增加,CO2对糖的消耗的抑制作用减弱。

2.2不同气调成分对鲜榨桔汁酵母菌的影响

由图2可知,随着果汁糖的消耗,果汁中酵母菌的数量快速增长,而其中20%组的气调作用微弱,酵母菌放任生长增殖,数量最大。随着CO2浓度的增加,果汁酵母菌的数量也逐渐增加,说明CO2对果汁酵母菌的抑制作用并不随浓度的增加而增加,40%最适合,抑制酵母菌增殖作用最好,最终能够降低果汁糖的消耗。

图2　不同气调成分对鲜榨桔汁酵母菌数量的影响Fig.2　Effect of different gas composition on the mount of Saccharomyces cerevisiae

2.3不同气调成分对鲜榨桔汁醇的变化量的影响

酵母菌通过乙醇发酵的过程,将糖转变成乙醇和CO2。酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵,即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过脱羧放出CO2,同时生成乙醛,乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+和H+被还原成乙醇。由图3可知随着糖的代谢的增加,果汁中醇的含量逐渐累积,并且60%浓度下醇的累量最多,这是可能是因为酵母菌细胞内CO2的增加使丙酮酸脱氢酶系的平衡向丙酮酸方向移动,得有更多的丙酮酸作为反应底物通过生成乙醛转化成酒精,在一定压力范围内,随着外加CO2分压的上升乙醇产率有所增加[15-16]。

图3　不同气调比例下醇的变化量随糖的变化量的变化关系 Fig.3　Relationship between alcohol varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.4不同气调成分对鲜榨桔汁酸的变化量的影响

由图4可知,储藏前期(糖的变化量为0～10 mmol/100 g)酸的变化量出现下降过程,此时主要是由于鲜榨桔汁中柠檬酸进入酵母菌细胞,直接进入三羧酸循环,被优先降解提供能量。储藏中期(糖的变化量为10～20 mmol/100 g),酸开始累积,此时酵母菌通过贮藏前期的快速繁殖,进入稳定期,数量较多,且酵母菌代谢底物糖较为丰富,开始快速代谢,使果汁中的酸快速累积。储藏后期(糖的变化量为20～40 mmol/100 g)在糖的变化量没有发生太大变化时,酸的变化量出现突变。这可能是在此状态下,果汁中的大分子酸被分解成小分子挥发酸,导致果汁中的H+离子突然增多。并且随着CO2浓度的增加,果汁中酸的变化量20%组>40%组>60%组,说明在此气调范围内能降低果汁酸的产生。

图4　不同气调比例下酸的变化量随糖的变化量的变化关系 Fig.4　Relationship between acid varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.5不同气调成分对鲜榨桔汁醛的变化量的影响

果汁储藏过程中,乙醛作为酒精发酵的中间代谢产物主要产生于发酵的初期,随后即被还原形成乙醇和CO2。鲜榨桔汁中乙醛动态变化趋势为酵母生长期乙醛含量的快速积累和酵母稳定期的乙醛逐渐分解代谢两个阶段。由图5所示,鲜榨桔汁中醛的变化量在储藏前期缓慢增加,中期达到顶峰,然后开始下降,这与酿酒酵母研究和葡萄酒中醛的变化趋势一致[17-18]。80% CO2组醛的变化量的峰值最大,20% CO2组醛的变化量没有峰值出现,直接呈下降趋势。醛的变化量的峰值及果汁中醛在储藏期间整体的含量随着CO2浓度的增加而增加,这可能是因为在低浓度条件下,果汁产生的醛较少,或者醛被还原成醇的比例较大。

图5　不同气调比例下醛的变化量随糖的变化量的变化关系 Fig.5　Relationship between aldehyde varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.6不同气调成分对鲜榨桔汁醇的平均产率和酸的平均产率的影响

储藏过程中,环境压力逐渐增大,酵母菌数量逐渐增多,且酵母菌在各种气调比例下都能达到较大的数量。不同气调对果汁的整体影响表现在改变降解产物醇和酸的组成比例。由图6可知,20%组醇的平均产率和酸的平均产率都较大,这是由于20% CO2条件下酵母菌数量最多,导致果汁糖代谢较高的转化率,使醇和酸的产率都较大。40%气调比例下,果汁酵母菌代谢糖主要转化生成酸,而在60%条件下,酵母代谢果汁糖主要生成醇。80%条件下产生的醇和酸都适中。

图6　不同气调比例对鲜榨桔汁中醇和酸的平均产率随的影响Fig.6　Effect of different gas composition on the average yield rate of acid and alcohol

2.7不同气调成份中鲜榨桔汁环境气体CO2随时间变化关系

由图7可知,在气调情况下环境气体的变化量,20%组CO2的增长速率最大。由于20%组CO2初始浓度过低,对果汁酵母菌的影响效果微小,不利于鲜榨果汁的储藏。40%、60%组和80%组中环境气体的变化量和变化速率相似,随着糖的变化量的增加,CO2产量明显低于20%。而其中40%组保持环境中CO2在储藏前期稳定,说明在此气调条件下,环境中酵母菌代谢和其它反应较为微弱,能够保持鲜榨桔汁品质的稳定。

图7　不同气调比例下环境CO2含量变化量随糖的变化量的变化关系Fig.7　Relationship between CO2 varintation and saccharides varintation under different gas composition

3　结论

20% CO2初始浓度对果汁酵母菌的影响效果微弱,果汁酵母菌的数量始终最多,导致相对于其它组,20%组果汁糖消耗最大,醇和酸的产率最大。在果汁糖代谢一定的情况下,60%组酵母菌受环境影响,主要代谢产物为醇。而CO2初始浓度为40%时,酵母菌发酵主要产酸,并且此气调比例能够抑制果汁酵母菌的繁殖,降低果汁酵母菌的数量和果汁糖消耗,同时能使环境气体在储藏前期保持稳定,适于鲜榨桔汁的保藏。

[1]赵艳,蒋和体.充CO2贮藏果汁的研究进展[J].中国食品添加剂,2009(2):82-85,107.

[2]李莹.果蔬气调贮藏的优势及发展前景[J].食品工程,2006(2):8-10.

[3]Alklint C,Wadsö L,Sjöholm I. Effects of modified atmosphere on shelf-life of carrot juice[J]. Food Control,2004,15(2):131-137.

[4]Spilimbergo S,Mantoan D,Dalser A. Supercritical gases pasteurization of apple juice[J]. Journal of Supercritical Fluids,2007,40(3):485-489.

[5]崔旭海,李晓东.CO2对乳性质的影响及在乳品杀菌中的研究进展[J].中国乳品工业,2004,32(10):23-26.

[6]李松涛,梦婧,刘宁.二氧化碳对原料乳保藏及原料乳中部分成分的影响[J].食品科学,2007,28(4):351-355.

[7]Crook L R,Boylston T D,Glatz B A. Effect of gas environment and sorbate addition on flavor characteristics of irradiated apple cider during storage[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(23):6997-7004.

[8]刁恩杰,李向阳.高压二氧化碳处理对橙汁货架期的影响[J].农业工程学报,2009,25(2):298-301.

[9]郭冬琴.橙汁中酵母菌的分离鉴定及其快速分子检测技术研究[D].重庆:西南大学,2012.

[10]周政子.萝卜籽中硫代葡萄糖苷的提取纯化及其降解产物的抑菌特性研究[D].杭州:浙江工商大学,2013.

[11]中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.7-2008食品中还原糖的测定[S].北京:中国标准出版社,2009.

[12]全国食品工业标准化技术委员会.GB/T 12456-2008食品中总酸的测定[S].北京:中国标准出版社,2009.

[13]林仁权,胡文兰,陈国亮.重铬酸钾氧化分光光度法测定酒中乙醇含量[J].浙江预防医学,2006,18(3):78-79.

[14]时卫萍.消色品红分光光度法测定微量醛类化合物[J].精细化工,1999,16(5):32-34.

[15]Belo I,Pinheiro R,Mota M. Fed-batch cultivation of Saccharomyces cerevisiae in a hyperbaric bioreactor[J]. Biotechnology Progress,2003,19(2):665-671.

[16]Kuriyama H,Mahakarnchanakul W,Matsui S,et al. The effects of pCO2on yeast growth and metabolism under continuous fermentation[J]. Biotechnology Letters,1993,15(2):189-194.

[17]Ribéreau-Gayon P,Dubourdieu D,Donèche B,et al. The Microbiology of Wine and Vinifications[M]. West Sussex,England:John Wiley & Sons,2006.

[18]Li E H,Ordua R M D. Evaluation of the acetaldehyde production and degradation potential of 26 enological Saccharomyces and non-Saccharomyces yeast strains in a resting cell model system[J]. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology,2011,38(9):1391-1398.

Effect of controlled atmosphere storage on the metamorphism ofSaccharomycescerevisiaeinoculated fresh orange juice

ZHANG Yi-ke,ZHANG Qin-fa*,WANG Xue-yan,YUE Shu-li

(College of Food Sciences,South China Agricultural University,Guangzhou 510640,China)

In this paper the freshly squeezed orange juice was inoculated in a certain amount ofSaccharomycescerevisiae,and then stored under different proportions of CO2gas(20%,40%,60%,80%). During the storage,the main composition conversion quantity of saccharides,acid,alcohol,aldehyde and the environment gas were measured. The effect of controlled atmosphere storage on the metamorphism ofSaccharomycescerevisiaeinoculated fresh orange juice was investigated. Results showed that the effect of 20% CO2initial concentration on the juiceSaccharomycescerevisiaewas weak,so the number ofSaccharomycescerevisiaewas largest. In this condition,it resulted in the largest amount of saccharides consumption,and high yield rate of acid and alcohol relative to other groups. In 60% CO2group,theSaccharomycescerevisiaein the juice was influenced and its main metabolite was alcohol. When the initial concentration of CO2was 40%,the main metabolite ofSaccharomycescerevisiaewas acid. And in this case,this controlled atmosphere could restrain the bleeding ofSaccharomycescerevisiae,reduce the number ofSaccharomycescerevisiaeand the consumption of saccharides. Besides,the environment gas CO2remained stable at the early stage under this condition,which was suitable for the preservation of fresh orange juice.

fresh orange juice;controlled atmosphere storage;Saccharomycescerevisiae

2015-09-29

张义珂(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：食品加工、储藏与包装,E-mail:571038422@qq.com。

张钦发(1963-)，男，博士，教授，研究方向：包装新材料与新技术、食品货架寿命,E-mail:2524363701@qq.com。

TS213.4

A

1002-0306(2016)10-0334-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.060