红枣功能特性及其发酵酒研究进展

吴孔阳,杜如月,刘红霞,杨 娆,赵旭升,3,4

(1.洛阳师范学院 生命科学学院,河南 洛阳 471934;2.河南省红枣资源利用工程技术研究中心,河南 洛阳 471934;3.河南省枣科学研究院士工作站,河南 洛阳 471934;4.河南省枣产业技术创新战略联盟,河南 洛阳 471934)

枣树(Ziziphusjujuba Mill)是鼠李科(Rhamnaceae)枣属(Ziziphus Mill)植物,是我国最大干果树种[1]。红枣是药食兼用果品,有“大补丸”、“活性维生素丸”的美誉[2]。研究发现,红枣中的生物活性物质具有抗炎、减肥、免疫刺激、抗氧化、保肝等生物学效应[3-6],但目前我国红枣深加工产业发展还相对薄弱,红枣加工业仍以初级加工为主,技术含量较低,产品单一[7]。高附加值红枣产品的研究和开发有待于进一步加强,如何更好地利用红枣所具有的这些功能特性,同样需要进一步探索和实践。同时新鲜红枣不耐储藏,在滞销年份水果因失水、霉烂等原因给枣经营者造成了极大的经济损失[8],因此对红枣的功能挖掘和资源化利用显得尤为重要。随着人们保健意识增强,保健果酒逐渐开始在走俏市场,加之国家鼓励水果取代粮食酿酒,把果酒作为酒类发展的一个重要方向,可以预见红枣发酵酒有着广阔的市场前景[9]。本文就近年来有关红枣活性物质的功能特性、红枣果酒、红枣啤酒以及红枣白酒发酵技术等最新研究进行了归纳和分析,并介绍了目前枣酒风味物质的研究成果,旨在探讨红枣发酵酒特征风味物质形成过程和机制,为今后红枣发酵酒研究者提供理论依据,同时为红枣发酵酒企业开发新品、提高品牌效应奠定理论基础,最终推动红枣深加工产业健康持续发展。

1 红枣活性物质的功能特性

目前已证实红枣中的多糖、环腺苷酸、维生素、矿物质、皂苷和黄酮类等具有丰富的生物学功能[1,3,10],主要将红枣活性物质在抗氧化、抗肿瘤、降血脂及减肥等方面作用的最新成果进行概述。

1.1 抗氧化功能

之前研究人员就已经发现红枣中的黄酮、多酚、多肽、多糖类物质具有良好的抗氧化功能,并揭不总酚、黄酮含量与抗氧化活性之间的关系[11-13]。另外有研究表明,不同品种红枣的总酚、抗氧化物含量也存在显著性差异[14],不同品种枣黄酮及多糖体外抗氧化性也明显不同[15]。近年来国内外学者对红枣的抗氧化功能及机理进行了探讨,对深入了解红枣的抗氧化保健功能及开发新型保健食品具有积极作用。

邵佩兰等[16]开展了对红枣色素中活性成分含量与抗氧化活性的相关性研究,通过不同提取工艺获得红枣色素中总黄酮、花色苷和总多酚,结果表明不同方法提取色素活性成分含量存在显著差异,以碱提色素最高,另外发现不同方法提取色素均具有较强抗氧化活性,并认为红枣色素抗氧化作用的主要物质基础可能是多酚和黄酮。韩娅婷等[17]也证实红枣色素具有较强的抗脂质过氧化能力,研究发现红枣色素抗脂质过氧化作用随红枣色素浓度升高而增强,且呈良好的量效关系。红枣色素对小鼠肝组织自发性脂质过氧化有一定的抑制作用,且明显抑制H2O2诱导红细胞膜脂质过氧化和H2O2诱导红细胞溶血。此外,还有研究人员开展了对红枣中的多糖和黄酮协同抗氧化作用的研究[18],通过小米枣黄酮、多糖单独添加和一定配比添加开展试验,采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除实验、加和法以及等辐射分析法等多种研究手段,分析小米枣黄酮与多糖复配后的协同抗氧化作用,结果表明小米枣中的黄酮与多糖之间存在明显的协同抗氧化效应,且黄酮与多糖组合比为1∶1时,可以发挥最大的协同作用。这些证据表明红枣中的功能活性物质对于预防心血管系统疾病具有积极的促进作用。

1.2 免疫调节功能

众多研究表明,无论动物多糖、微生物多糖或者植物多糖,均发现一些多糖具有免疫调节活性[19-21]。红枣是我国传统的中药材,果实中富含生理活性极高的多糖,并且其免疫活性还与多糖组成、结构以及甲基化程度等有密切关系[22]。近年来的研究进一步揭不了红枣多糖作为免疫调节剂及其相关化学特性和作用机制。LIJ等[23]从金丝小枣中提取到一种水溶性多糖,该多糖可以显著提高小鼠胸腺和脾脏指数,促进小鼠胸腺和脾脏的增殖,并且具有潜在的抗补体活性,同时免疫生物学试验表明该多糖包括两个组分,编号ZSP3c和ZSP4b,其中ZSP3c具有较强的免疫活性。ZOU M等[24]也证实了红枣多糖的这一特性,研究人员从灰枣中提取了两种不同的酸性多糖HP1和HP2,通过研究灰枣多糖的体内免疫调节活性发现,HP1和HP2均能够显著增加小鼠脾、胸腺指数,促进血清溶血素形成,增强巨噬细胞吞噬活性,抑制小鼠足跖肿胀,并推断多糖HP2可能是一种更有效的免疫调节剂。还有研究人员利用阿胶与枣制备阿胶枣,研究其所具有的生物学作用。卢艳等[25]通过研究阿胶枣对小鼠免疫调节作用,发现阿胶枣具有较强的调节小鼠免疫功能、调节小鼠体液免疫功能和调节小鼠巨噬细胞吞噬功能的作用,并且各剂量组均未出现免疫抑制现象。

1.3 抗肿瘤功能

多糖抗肿瘤作用显著,副作用小,已成为目前抗肿瘤药物研究的热点[26]。来自意大利的研究团队发现了红枣提取物可以抑制癌细胞系的生长[27],进一步研究发现是一种三萜酸的生物活性物质在发挥作用,它们可以抑制MCF-7和SKBR3乳腺癌细胞的生长并诱导其凋亡。实际上红枣提取物抗癌活性的一个作用机制便是诱导细胞凋亡[28]。此外,CHOIS等[29]发现红枣提取物对HeLa宫颈癌细胞具有抑制作用。HUNGC等[30]对提取的红枣多糖进行研究,发现该多糖对黑色素瘤细胞也具有抗增殖能力。

1.4 降血脂及减肥功能

研究人员发现,红枣多糖还具有降低血脂的功能。JIX等[31]通过水提、醇沉、柱层析等方法从木枣中纯化了一种多糖(PZMP1),再采用凝胶渗透色谱(gel permeation chro matography,GPC)、气相色谱(gaschromatography,GC)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transforminfrared spectroscopy,FTIR)、甲基化分析、核磁共振光谱(nuclear magnetic resonancespectroscopy,NMR)、X射线衍射、扫描电子显微镜和原子力显微镜等技术对PZMP1进行了结构表征。结果测定该多糖是一种分子质量为16.97 kDa的中性杂多糖,并且PZMP1还表现出降血脂活性。这也说明红枣多糖也可作为一种天然的降血脂剂,提升枣果功能性食品的品质。王富刚等[32]研究了红枣汁对小白鼠血脂水平的影响,发现红枣汁能显著降低高血脂症小鼠的血清胆固醇、血清甘油三酯、低密度脂蛋白、动脉硬化指数,增高高密度脂蛋白,并认为红枣汁在降血脂以及降低高脂膳食引起的动脉粥样硬化的危险具有一定的作用。另外赵金龙等[33]研究了南疆骏枣乙醇提取物和氯仿萃取对小鼠的降血脂活性,也取得了相似的结果,这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谢性疾病,在工业化国家是一个严重的健康问题。KUBOTA H等[34]研究了红枣提取物对3T3-L1前脂肪细胞分化的抑制作用,发现红枣提取物能抑制脂质积累和甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase,GPDH)活性,而不影响细胞活力。在蛋白质水平上显著减弱过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)γ和碱基序列CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT/enhancer binding protein,C/EBP)等关键脂肪生成转录因子的表达,这些结果揭不红枣提取物可能通过降低PPARγ、C/EBPα和β的表达来阻断脂肪形成。此外,MOSTAFA E等[35]探讨了不同剂量枣粉在减肥降血脂方面作用,同时还研究其对肝功能的影响。结果发现各剂量组(5g/d、15g/d、30g/d)的枣粉均可显著降低总胆固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein-cholesterol,LDL-C)、身体质量指数(body massindex,BMI)、脂肪百分比和体质量,其中30 g/d的枣粉可显著降低甘油三酯(triglyceride,TG),并对体质量影响显著,其他剂量对体质量影响不显著,研究结果表明,不同剂量枣粉具有降血脂和减肥的作用,对肝功能无明显影响。还有研究人员针对肥胖青少年血脂异常情况,开展红枣对其影响的研究,SABZGHABAEEA等[36]对70名参与者(51%为男孩,平均年龄14±2岁)进行了试验。两组在年龄、性别、体质量和BMI方面没有差异。试验后发现血清TC显著降低,低密度脂蛋白胆固醇也是显著的,BMI和其他血脂变化不显著。虽然健康的生活方式是控制儿童肥胖的主要手段,但研究表明红枣对血脂谱有潜在的有益影响,可以作为一种潜在的补充治疗手段。

1.5 抗炎症及神经保护作用

FU Q等[37]从枣仁分离出两个新的化合物以及5个已知化合物。研究发现这些化合物对环氧化酶(cyclooxygenase-1,COX-1和COX-2酶具有中度抑制作用。还有研究表明,红枣中的一些活性成分如三萜酸类物质可以缓解某些药物的刺激性作用,对于保护胃肠组织免受炎症性损伤是有益的[5]。

红枣具有神经保护作用,包括保护神经细胞免受神经毒素的伤害应激、刺激神经元分化、增加神经营养因子的表达、促进记忆和学习[38]。研究还发现这些很可能是由黄酮、环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)和皂苷等在发挥作用。这些结果表明红枣可以作为开发预防或治疗神经系统疾病的潜在候选物或保健补充剂。

2 红枣发酵酒

基于上述对红枣活性物质的功能特性描述,可以看出红枣所具有的优良品质,使其在药品和保健食品领域具有极大的开发价值。以红枣为主要原料酿造酒类饮品,作为红枣深加工的一条途径,可以进一步提高红枣产品的附加值,对于促进生态文明建设和经济社会发展都是非常有益的。近年来,红枣发酵酒在生产菌选育、工艺优化、检测分析、风味物质研究等方面取得了较多成果,主要在红枣果酒、红枣啤酒以及红枣白酒三个类别上的相关研究进行介绍。

2.1 红枣果酒

果酒具有“安全无害、回归自然、营养保健”的特点[39],人们对其需求越来越高,目前研究人员对以红枣为原料或辅料发酵果酒的研究相对较多[40-42]。

红枣发酵制酒,红枣的预处理非常重要,其结果直接影响枣汁中营养物质的组成、酒的风味及品质。目前多采用热水浸提、酶解浸提或二者结合的方法获取红枣中的营养物质[43-45],以鲜枣制备枣汁还可以采用压榨和酶解浸提工艺[46]。刘文博[47]确定了料液比为1∶10(g∶mL),预煮15 min,0.04%果胶酶,45℃酶解2 h的山枣预处理工艺,以此制备的山枣果酒酒精含量达到11.5%vol,山枣果酒口感饱满、典型性较好。李群等[9]采用热水浸提方式制备木枣汁生产干型低度木枣酒,研究了木枣酒酿造工艺及其香味成分。另外筛选适合红枣果酒发酵的菌株也很重要,然而目前对这方面的研究报道还相对较少[48]。由于红枣含水量低,干物质含量远高于葡萄、苹果等,营养成分也存在很大差异,针对葡萄酒酿造的菌株用于红枣果酒酿造是不合适,今后仍需要进一步选育适合红枣发酵的专用菌种。

2.2 红枣啤酒

果啤是最近几年迅速流行起来的饮料产品,可满足不同消费者的需求。以红枣为原料生产啤酒,从一定程度上讲,也是为满足人们对保健啤酒功能的需求。孙科[49]用酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)开展了对红枣啤酒酿造工艺的研究,获得的最佳发酵工艺为红枣原汁添加量为12%,主发酵时添加,发酵时间为12 d。当然,红枣啤酒发酵不局限于利用一种微生物发酵,还可以通过混合菌发酵制备。许牡丹等[50]发明了一种利用啤酒酵母与葡萄酒酵母混合发酵制备红枣啤酒的方法,该方法通过双酵母进行发酵,制备出营养丰富、口味独特的红枣啤酒。王鑫昕等[51]公开了一种乳酸菌和酵母菌共同发酵的红枣啤酒的制备方法,是将红枣汁和麦芽汁按一定比例混合组成发酵培养基,接入乳酸菌液发酵,再接入啤酒酵母进行共同发酵后制得。笔者所在团队也公开了一种利用混合菌发酵制备红枣啤酒的方法[52],通过对工艺的不断优化和探索,最终获得枣香浓郁、风味独特、营养丰富的红枣啤酒。

2.3 红枣白酒

新疆骏枣是一种优质的酿酒原料,糖含量高。LIS等[53]以新疆骏枣泥为材料,经多酶水解后,选用大曲和酵母,通过固态发酵工艺酿造红枣酒,最后经过蒸馏、陈酿后最终产品具有白兰地的典型特征,酒精度为51.5%vol,通过气质联用法分析表明,最终产品具有丰富独特的风味特征,这也说明通过固态发酵可以促进形成风味物质丰富的枣白兰地。然而,通过固态发酵法生产枣酒存在一个突出的问题便是甲醇含量过高,甚至市场上存在的一些新酒,陈酒均出现超标现象,其中个别3年陈酿的枣酒,甲醇含量达到4.74 mg/mL,明显超出了国家标准的规定(≤2 g/L)[54]。由于原料中果胶内甲基酯可以分解成甲醛,成为枣酒中甲醇的主要来源,因此对于枣酒中甲醛的控制十分重要。

3 红枣发酵酒风味物质

红枣发酵酒生产中的关键技术是优良酵母菌选育,对酒体中风味物质组成影响很大,选育适合红枣酒的专用酵母显得尤为重要[48,55]。另外原料对红枣发酵酒的香气成分有影响。严超等[56]以阜平红枣的果肉、果渣、果核为原料发酵生产红枣蒸馏酒,结果表明3种枣酒共检测到50种香气成分,其中枣肉发酵酒检测到36种,枣渣发酵酒35种,枣核发酵酒38种。不同品种红枣酿制的枣酒香气差异较大,研究人员从沧州金丝小枣、阜平大枣、赞皇大枣以及枣强大枣酿造的枣酒中共检测到88种香气成分,其中沧州金丝小枣酒有53种,阜平大枣酿酒有64种,赞皇大枣酿酒有60种,枣强大枣酿酒有55种。其中阜平大枣中糖、有机酸及氨基酸含量均较高,酿制的枣酒鉴定出的风味物质种类最多。此外,不同酿制年份的枣酒高级醇组成和含量也存在差别。在同一厂家不同酒龄枣酒,高级醇总量总体呈下降趋势,推测可能是在陈酿过程中醇类物质被不断氧化成酸及发生酯化,形成一定量的香味成分,对酒体起到了去杂增香的效果[57]。

目前对枣酒风味物质分析的主要方法包括:气相色谱仪或气相色谱-质谱联用仪等。李群等[9]利用顶空固相微萃取和气相色谱质谱联用技术对干型低度木枣酒香气成分进行了分析鉴定,共计鉴定出香味物质33种,占总峰面积的80.57%,其中主要香味物质为辛酸乙酯、癸酸乙酯、异戊醇、乙酸-3-甲基丁酯、己酸乙酯。ZHANGW等[58]开展了带渣发酵和蛋白酶处理对枣酒的化学成分和挥发性成分影响的研究。研究发现带渣发酵还可增强苯乙醇、糠醇、棕榈酸乙酯和油酸乙酯生成,蛋白酶处理能促进杂醇油的释放,研究还表明,带渣发酵与蛋白酶处理可以提高酒体香气。研究表明磷酸氢二铵有助于改善葡萄酒的香气,对酯类物质的形成具有积极作用,同时还能降低高级醇的含量,改善葡萄酒的风味和口感[59]。尹晓洁等[60]证实了通过添加磷酸氢二铵对金丝小枣酒发酵性能和挥发性成分的影响。当磷酸氢二铵添加量为320 mg/L时,金丝小枣酒中酯类物质含量最高,香气活性值值最大。

4 展望

通过对红枣功能特性的理解和认识,不难发现红枣所蕴藏的营养价值和药用价值,在红枣深加工过程中,每个环节都很重要。为解决这些问题,需要建立和健全红枣产品加工质量标准体系、研究开发红枣产品加工新技术、进一步阐明红枣功能特性及作用机理等,为此,今后仍需要对这方面开展相关研究,为红枣发酵酒安全评价以及枣深加工提供更多理论支撑。

红枣发酵酒在我国的研究开始较早,但生产工艺相对单一,且因口感不理想而未能形成规模。由于大多参照了葡萄酒生产方式,不能充分体现红枣的特殊性,随着人们生活水平的提高,开始重视保健养生,对营养价值极高的红枣发酵酒需求量将日益增多。今后必须进一步开发针对红枣为原料酿酒的生产工艺,积极解决红枣加工过程中出现的各种问题,并结合市场需求,制订相应的发展策略,这样可以更好地拓展红枣发酵酒市场。