微生物发酵制备沙棘果浆酵素的研究

2020-09-11王巨成

山西林业科技 2020年2期

王巨成

(山西省林业科学研究院，山西太原 030012)

植物原料经微生物发酵生产的酵素产品有独特的口感和风味，且酵素含有丰富的超氧化物歧化酶、维他命群、微量元素、核酸、氨基酸、醇和脂类等营养物质，是一种高营养、高价值的优质饮品。酵素有平衡机体、消炎抗菌、解酒护肝和抗氧化、延缓衰老等功能。

沙棘果实营养丰富，其果实中含有多种维生素、脂肪酸、微量元素、亚油素、沙棘黄酮、超氧化物等活性物质和人体所需的各种氨基酸。其中，维生素C含量极高，每100 g果汁中含量可达825 mg～1 100 mg，是猕猴桃的2倍～3倍，有维生素C之王的美称；含糖7.5%～10%，含酸3%～5%.

目前为止，市场上没有沙棘果泥酵素，也没有成熟的沙棘果泥酵素生产工艺。在沙棘果粗加工的基础上，对沙棘果浆、沙棘果泥接种有益微生物，制备沙棘酵素，开发标准化酵素发酵工艺的相关核心技术，可为沙棘酵素产品的工业化生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

沙棘原浆(吕梁野山坡食品有限责任公司沙棘原浆，-20 ℃冷冻保藏)。

酵母菌：安琪葡萄酒·果酒专用酵母SY(安琪酵母股份有限公司)；安琪葡萄酒·果酒专用酵母RW(安琪酵母股份有限公司)。

根霉菌：安琪甜味型甜酒曲(安琪酵母股份有限公司)。

乳酸菌：佰生优酸奶发酵粉(昆山佰生优生物科技有限公司)。

1.2 沙棘酵素产品工艺研究

沙棘酵素工艺流程,见图1.

图1 沙棘酵素工艺流程

如图1所示，沙棘原浆以及澄清果汁、果泥沉淀(对沙棘原浆进行5 000 r/min，6 min离心分离)可用作沙棘酵素产品的开发。原浆是指将沙棘果经过打浆均质后所得到的沙棘原浆,澄清果汁是指原浆经过离心后得到的上层清液，果泥是指原浆经过离心后得到的下层果泥沉淀。

1.3 沙棘酵素发酵条件的优化

本试验采用直投式菌，酵母菌、乳酸菌(酸奶发酵剂)以及根霉菌(酒曲)均从市场购买，菌粉的接种量以及接种温度均按照所购买菌的产品说明接种。

1.3.1 发酵菌种选择的单因素试验

分别将酵母菌、乳酸菌、根霉菌接种于沙棘原浆中，于表1条件下发酵后进行感官评价评分。由10位经过训练的专业人员组成评价小组，按照表2的标准进行评分，取其平均值作为评分结果。结合感官评价得分以及指标测定的结果，选择发酵效果较好的2种菌作为沙棘酵素加工工艺中的接种菌。

表1 不同微生物菌种的接种条件

表2 沙棘发酵产品感官评价

1.3.2 发酵方式的选择

对比酵母菌单菌发酵、乳酸菌单菌发酵、酵母菌和乳酸菌的混合菌发酵3种方式。单菌接种方式和接种量按表1进行；混合菌发酵方式中酵母菌粉的接种量为0.01%，乳酸菌粉接种量为0.1%，在37 ℃条件下发酵16 h.以上发酵产品按照表2进行感官评价，并进行理化指标检测，进而确定较好的发酵方式。

1.3.3 混合菌发酵时间单因素试验

混合菌发酵的温度设定为37 ℃，酵母菌粉的接种量为0.01%，乳酸菌粉的接种量为0.1%.发酵时间设为8 h，16 h，24 h，32 h，40 h时，定时取样，置于-20 ℃冰箱里保存。待取样结束后进行黄酮含量、可溶性还原糖含量以及总酸含量的测定，进而研究混合菌发酵时间对理化指标的影响，并确定沙棘酵素混合菌发酵方式的最佳时间。

1.4 指标测定

参照文献中总酸(以柠檬酸计)含量的测定方法，采用pH电位法测定样品的总酸含量。使用葡萄糖测定试剂盒(3,5-二硝基水杨酸比色法)测定样品的可溶性还原糖含量。总黄酮含量以异鼠李素计，样品的预处理为移液枪吸取0.5 mL沙棘发酵液，用70%乙醇溶液稀释18倍，摇匀备用。样品溶液中黄酮的测定步骤，见表3.在50 ℃下超声3 min，静置40 min，后在波长405 nm条件下测定OD值。

表3 沙棘中黄酮的测定 mL

2 结果与分析

2.1 沙棘原浆的理化指标

沙棘原浆理化指标的测定结果，见第11页表4.

表4 沙棘原浆理化指标的测定

由表4可知，沙棘原浆的密度为1.406 kg/cm3(15 ℃)，pH值为3.5，可溶性还原糖含量为17.2 mg/mL,总酸含量为26.90 g/L,总黄酮含量为7.294 mg/mL.

2.2 沙棘酵素工艺

2.2.1 发酵菌种对沙棘原浆感官和总酸含量的影响

在沙棘原浆中添加不同菌种的酵素，在37 ℃条件下发酵16 h，感官评价结果与总酸(以柠檬酸计)含量见表5.

表5 发酵菌种对沙棘原浆酵素产品的影响

从表5中可以看出，根霉菌发酵的酵素有异味，感官评价得分最差。酵母菌和乳酸菌发酵的酵素感官评分相差不多，酵母菌与乳酸菌混合菌发酵的酵素感官评分最高。酵母菌和乳酸菌混合菌发酵方式的总酸含量最高，酵母菌单菌发酵方式的总酸含量最低。综合感官评价与总酸含量表明，发酵效果较好的2种菌为酵母菌和乳酸菌。

2.2.2 发酵方式对沙棘果泥理化指标的影响

不同菌种组合方式在37 ℃条件下发酵16 h，对沙棘果泥发酵理化指标的影响见表6.

表6 不同菌种组合方式对沙棘果泥发酵理化指标的影响

如表6所示，沙棘果泥在37 ℃条件下发酵16 h后，混合菌发酵方式和乳酸菌单菌发酵方式可溶性还原糖含量较高，酵母菌单菌发酵方式的可溶性还原糖含量最低。混合菌发酵和乳酸菌单菌发酵方式的酵素中黄酮含量最高，酵母菌单菌发酵方式的酵素中黄酮含量最低。考虑到感官评价得分以及对产品评测指标的要求，确定沙棘果泥酵素的发酵方式为酵母菌与乳酸菌混合菌发酵方式。

2.2.3 发酵时间对沙棘果泥酵素理化指标的影响

在37 ℃的条件下，混合菌发酵时间对沙棘果泥酵素理化指标的影响见表7.

表7 混合菌发酵时间对沙棘果泥酵素理化指标的影响

在37 ℃条件下，沙棘果泥发酵过程中可溶性还原糖含量变化见图2.

图2 沙棘果泥发酵过程中可溶性还原糖含量变化

如表7和图2所示，酵母菌和乳酸菌混合菌发酵，在37 ℃条件下，0 h～30 h可溶性还原糖含量下降趋势明显，尤其在24 h～30 h可溶性还原糖含量下降最快，在这段时间内益生菌繁殖速度最快；30 h后可能趋于平缓，此时还原糖利用高效充分，利于发酵产物的形成。因此，在30 h左右发酵液中的益生菌数量可能达到最大值。

在37 ℃条件下，沙棘果泥发酵过程中总酸含量(以柠檬酸计)变化见第12页图3.

如图3所示，酵母菌和乳酸菌混合菌发酵，在37 ℃条件下，沙棘酵素发酵过程中总酸的含量呈波动下降趋势，但总体变化程度不大。因此，沙棘果泥发酵时间对总酸含量的影响不明显。可能是由于乳酸菌发酵过程中将糖降解为乳酸，而酵母菌可以降解乳酸为CO2.因此，导致发酵液中的总酸含量没有很大变化。

图3 沙棘果泥发酵过程中总酸含量变化

黄酮(以异鼠李素计)含量标准曲线，见图4.

图4 黄酮含量标准曲线

如图4所示，总黄酮含量的标准曲线拟合方程为:

Y=6.913 3x-0.040 3,R2=0.990 9.

在37 ℃条件下，沙棘果泥发酵过程中黄酮(以异鼠李素计)含量变化见图5.

图5 沙棘果泥发酵过程中黄酮含量变化

如图5所示，酵母菌和乳酸菌混合菌发酵，在37 ℃条件下，发酵过程中的黄酮含量呈波动上升的变化趋势。在0 h～18 h内呈上升趋势，18 h～36 h内呈下降趋势，36 h后呈上升趋势，且上升趋势明显，到40 h时发酵液中的黄酮含量达到起点时的2倍。这可能是由于微生物的代谢分解了黄酮糖苷，增加了游离苷元的含量。

考虑到发酵液中总酸含量、总黄酮含量、还原糖的利用率，以及对最终产品的较高期望，最终确定沙棘果泥酵素酵母菌和乳酸菌混合菌发酵方式的最佳发酵时间为40 h.可能是由于菌粉未经活化直接进行发酵，或者接种量过低导致发酵时间较长。因此,提前活化菌种或者增加接种量可能会缩短沙棘果泥的发酵时间。