发酵果蔬汁挥发性风味物质影响因素研究

沈贺彬，张 春，荀 雯，黄鹭强

（福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350117）

果蔬中富含维生素、矿物质、膳食纤维以及类黄酮等酚类化合物[1]，能够预防心血管疾病、肥胖症和糖尿病等多种疾病的发生[2]。近年来，人们对果蔬的需求量逐步上升。发酵果蔬汁是以果汁、蔬菜汁为原料，经单菌种（乳酸菌、酵母菌、醋酸杆菌等）或多菌种混合发酵，再进行调配得到的非乳制饮品[3]。经发酵后的果蔬汁风味独特，能够抗衰老、降血压血脂以及调节肠道菌群等[4]，引起了广大研究者的关注。

风味是评价发酵果蔬汁品质的重要指标。发酵果蔬汁的风味物质包括滋味物质（非挥发性）和风味物质（挥发性），其中，挥发性风味物质在很大程度上决定了发酵果蔬汁的风味。不同的发酵基质、发酵菌种及加工工艺都将导致发酵果蔬汁呈现不同的风味，影响其感官特性和消费者的喜好程度。研究发酵果蔬汁的挥发性风味物质组成以及影响风味的主要因素，是果蔬汁制品研究领域的一大热点。本文对发酵果蔬汁中的主要挥发性化合物及风味的影响因素进行了论述，为发酵果蔬汁产品的风味改善提供参考。

1 发酵果蔬汁中的主要挥发性风味物质

果蔬汁发酵后产生的挥发性化合物主要有醇类、酯类、萜烯类、醛类、酮类等[5]，检测到的主要风味物质及其香气特点如表1 所示。

1.1 醇类物质

醇类物质广泛存在于蓝莓汁、苹果汁等果蔬汁中。1-己醇、2-甲基-1-丙醇是蓝莓汁中的主要挥发性化合物，赋予其青草香味[14]；2-己烯醇和2-甲基丁醇是苹果汁中主要挥发性风味物质，赋予其柑橘及白兰地相关的香气[6]。

醇类物质主要由两个途径生成[15]：一是微生物通过糖分解代谢形成代谢产物；二是发酵果蔬汁原料中的蛋白质分解成氨基酸，氨基酸又发生脱氨和脱羧反应生成醇类物质。Sun 等[16]利用乳酸菌发酵南瓜汁，发酵后产生6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇，赋予其丁香、玫瑰和木质香气。银杏汁经植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）发酵后1-辛醇和正辛醇的含量增加，新生成了1-辛烯-3-醇和1-庚醇，赋予其果香和花香[17]。乳酸菌发酵梨汁后产生的己醇赋予青草和苹果皮香气；另外，(E)-2-己烯-1-醇赋予清新的果香[8]。

1.2 酯类物质

酯类物质由与辅酶A（CoA）相连的羧酸与醇酯化生成[18]，具有水果芳香风味。研究表明，酯类物质是沙棘汁[19]、水蜜桃汁[20]等果蔬汁的优势芳香化合物，3-甲基丁酸酯、苯甲酸酯和己酸乙酯赋予沙棘汁香蕉、樱桃、菠萝等水果香气；乙酸乙酯、γ-癸内酯、和(Z)-3-己烯乙酸酯赋予水蜜桃汁花香和果香。

酯的形成主要是通过两种方式：一是在酯酶的作用下，有机酸类与醇类在分子间脱水生成[21]；二是在酯酶或酰基转移酶的作用下，乙酰辅酶A（或甘油酯）与醇类物质生成酯类物质[22-23]。桃汁发酵后产生了癸内酯、γ-己内酯和2-乙基丁酸烯丙酯，赋予果汁奶油味和水果味[9]；猕猴桃汁经植物乳杆菌发酵后，乙酸乙酯和丁酸乙酯含量提高，增加了果汁的果香味和酯香味[24]；甜樱桃汁经嗜酸乳杆菌与植物乳杆菌发酵后，同样增加了原汁中乙酸乙酯的含量[25]，提升了果汁的甜香味。

1.3 萜烯类物质

萜烯类化合物广泛存在于植物中，在果蔬汁中的含量较少，但由于其阈值普遍很低，可使果蔬汁呈现果味和甜味。葡萄汁经植物乳杆菌和短乳杆菌发酵后芳樟醇、香叶醇、橙花醇及β-月桂烯的含量均有所增加，从而呈现出花果香气[26]。Sun 等[10]利用植物乳杆菌发酵杏汁，β-月桂烯、柠檬烯等物质的含量增加，赋予其松香和柑橘气味。付彬等[11]在黑曲霉发酵的柑橘皮汁，将D-柠檬烯转化为癸醛、芳樟醇和α-萜烯醇等萜烯类物质，赋予其独特的甜香、松油香、丁香及玫瑰香气。

经微生物发酵后的果蔬汁可去除一些气味较不理想的萜烯类物质。Zhang 等[27]利用植物乳杆菌WZ-01 发酵胡萝卜汁，发酵后具有辛辣味的β-蒎烯和β-水芹烯消失，改善了胡萝汁的原本风味。这可能是由于酵母菌发酵将其转化为酒精和二氧化碳；乳酸菌发酵将其氧化并生成酮类等物质[28]。

1.4 醛类物质

发酵果蔬汁中常见的醛类物质有苯甲醛、戊醛、乙醛等。王银等[29]利用保加利亚乳杆菌发酵红枣汁，发酵后产生了苯甲醛、戊醛、糠醛、3-甲基丁醛等醛类物质，赋予其水果香味、焦糖味及苦杏仁味。

适量的醛类物质能协调发酵果蔬汁的香气，当其浓度较高（＞200 μg/mL）时，会使果蔬汁产生令人不愉快的风味[23]。近年来，越来越多的研究表明，采用微生物发酵技术可以降低醛类物质的含量。Ji 等[6]利用罗伊氏乳杆菌CTCF-L3 发酵苹果汁，发现经乳酸菌发酵后，苹果汁中带有苦杏仁风味的苯甲醛含量降低。Wu 等[30]用植物乳杆菌21802 和短乳杆菌6239 发酵葡萄汁，发现未发酵葡萄汁中苯乙醛和2-己烯醛的含量在发酵后降低到不可检出。陈大卫等[31]研究了益生菌发酵胡萝卜汁的挥发性风味物质，结果发现产生油脂香和油腻气味的正辛醛、壬醛的含量均减少。

1.5 酮类物质

酮类物质在发酵果蔬汁的挥发性风味物质中占比极低，但其味道浓烈，也是发酵果蔬汁重要的特征风味物质之一。3-羟基-2-丁酮、2-庚酮和2-壬酮是发酵果蔬汁中较为常见的酮类物质，能够赋予产品奶油和黄油等风味。在嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌发酵的甜樱桃汁中，2-庚酮和丙酮的含量明显增加，带来了奶油和朗姆酒的香气，在鼠李糖乳杆菌发酵的甜樱桃汁中，3-羟基-2-丁酮和2-戊酮的含量增加，带来了乳酪和奶油般的香气[25]。葡萄汁经植物乳杆菌发酵后产生了2-庚酮和2-戊酮，这可能是由于不饱和脂肪酸被脂氧合酶氧化和氨基酸降解所致[14]。芒果汁经乳酸菌和非酵母菌混合发酵后产生了呋喃酮，其阈值浓度较高（OVA＞1），具有水果和焦糖香气，是发酵芒果汁中重要的芳香族化合物[12]。

2 影响发酵果蔬汁挥发性风味物质的主要因素

2.1 发酵基底物质

在果蔬汁发酵过程中，采用的发酵基底不同是导致产品风味差异的主要原因。苹果、梨和桃属于酯香型水果，以它们为基底物发酵的果蔬汁风味多呈果香、清香和花香；芒果中酮类物质为优势芳香化合物，发酵后果蔬汁多呈现花香，如玫瑰香和紫罗兰香[32-33]。李汴生等[13]利用植物乳杆菌分别发酵橙汁、苹果汁、梨汁、葡萄汁和青瓜汁，结果发现酯香型果汁如苹果汁和梨汁经发酵后花果香气更加突出，醇香型果汁如青瓜汁经发酵后酒味及刺激性气味增加，橙汁则由于萜烯类物质的增加使得其发酵气味增强。

向果汁中添加新的物质是优化果蔬汁发酵基底的重要手段。张丽华等[7]在发酵苹果汁中添加了杜仲叶超微粉（SPEL），使苹果汁的功能性成分含量显著提高，色泽和风味得到显著改善。朱一方等[32]在刺梨中添加3 种益生元获得到了一款酸甜可口、具有浓郁的刺梨香味的饮品。

2.2 发酵剂

不同的发酵剂在果蔬汁中的发酵性能不同，在发酵过程中的生长和代谢方式也存在差异，因此造成了发酵果蔬汁风味的不同。目前，应用于果蔬汁发酵的菌种主要有乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等。

2.2.1 乳酸菌对发酵果蔬汁风味的影响

乳酸菌不但可以抑制α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性，提高发酵果蔬汁的抗氧化活性[33]，还可以水解果蔬汁中的多酚、短链脂肪酸、胞外多糖和维生素等成分[34]，产生一系列风味物质。Lan 等[35]利用短乳杆菌（Lactobacillus brevis） 和植物乳杆菌发酵（Lactobacillus plantarum）发酵猕猴桃汁，促进了酮类和醇类化合物的产生，生成了新的物质如2,5-辛二酮和1-辛烯-3-醇，显著改善了猕猴桃汁的风味特征，丰富了果香、花香和草药香。Sun 等[10]采用不同种类的乳酸菌发酵南瓜汁，结果表明在嗜酸乳杆菌和瑞士乳杆菌发酵的南瓜汁中6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇的含量增加，产生丁香、玫瑰香和木质香气。经植物乳杆菌强化发酵后的诺丽汁风味明显得到改善，产生了新的酯类和醇类物质，如乳酸乙酯、水杨酸甲酯、庚醇和辛醇，赋予诺丽汁更加丰富的花果香气[36]。然而，除产生芳香物质外，乳酸菌在发酵果汁过程中还可能会产生刺激性酸味或苦味等不良气味[37]。因此在发酵菌种和工艺上应进行适当改良，减少这些不良气味对发酵果蔬汁的影响。

2.2.2 酵母菌对发酵果蔬汁风味的影响

酵母菌能够生成乙醇，乙醇又能与酸类物质结合进一步生成酯类物质，赋予发酵产品酒花香和水果香。其中非酿酒酵母，如孢汉逊酵母属（Hanseniaspora）、假丝酵母属（Candida）、毕赤酵母属（Piachia）等，产酒精能力弱，但产香能力较强[38]，在一定程度上能够改善产品风味。

利用非酿酒酵母与酿酒酵母混合发酵果酒是近年来果酒酿造领域的研究热点。Liu 等[39]将库德毕赤酵母与酿酒酵母用于葡萄酒的发酵，发酵后异戊醇和2-苯乙醇含量提高，增强了葡萄酒的玫瑰香、蜂蜜香以及果香。Wang等[40]采用异常威克汉姆酵母与酿酒酵母发酵葡萄酒，发现葡萄酒中乙酸乙酯、辛酸乙酯等低级脂肪酸酯的含量升高，改善了酒的风味和香气。综上可见，非酿酒酵母混合酿酒酵母发酵提高了花果类香气的含量，显著增强了发酵产品的风味。

2.2.3 醋酸菌对发酵果蔬汁风味的影响

醋酸菌能利用果蔬汁中的糖原生成醋酸和其它有机酸。人们常采取混菌发酵的方式进行果酒的酿造，旨在进一步提升产品的营养和风味。果酒的发酵过程可分为酒精发酵阶段和乙酸发酵阶段。酒精发酵阶段引入乳酸菌，使其与酵母菌共同发酵，乳酸酸味柔和，可以中和乙酸的刺激性味道，改善产品感官品质[41-42]。在乙酸发酵阶段，常采用乳酸菌或其他菌种与醋酸菌协同发酵，能够削弱果醋的刺激口感。Zhang 等[27]利用植物乳杆菌与巴士醋杆菌共同发酵苹果醋，得出，发酵后3-羟基丁酮含量显著增加，赋予其奶油和黄油香气。田璐等[43]利用植物乳杆菌和氧化葡萄糖酸杆菌发酵柿子皮果醋，酸味尖锐的苹果酸转化为酸味柔和的乳酸，使其口味更加圆滑、协调。

2.3 发酵工艺

发酵果蔬汁的工艺条件也是影响其风味的重要因素之一。热杀菌可以延长发酵果汁的货架期，但同时也容易影响果汁的感官特性。萜烯类物质赋予柑橘汁芳香气味，加热后柑橘汁中萜烯类物质含量减少，醛类物质含量增加[44]，使柑橘汁的风味发生了劣变[45]。冷杀菌能够有效保持食品的营养、风味质地及色泽。Liu 等[46]探究了超声波杀菌对甜瓜汁理化性质及挥发性成分的影响，结果表明超声波处理与未处理的甜瓜汁中挥发性化合物基本相同，说明超声波灭菌对甜瓜汁风味的影响较小。

许多学者致力于如发酵温度、时间以及菌种等发酵工艺的优化以提升发酵果蔬汁的风味。如刘超等[47]筛选出适合芦笋汁发酵的嗜酸乳杆菌和酿酒酵母，在其最佳发酵条件下，芦笋汁中醇类物质增加，醛类物质减少，缓解了芦笋汁的青草气味。李栋等[48]优化了戊糖片球菌（Leuconostoc fallax）和乳双歧杆菌（Bifidobacterium）发酵鸭梨汁的工艺条件，鸭梨汁中癸酸乙酯、辛酸乙酯及乙酸苯乙酯的含量增加，赋予鸭梨汁白兰地、杏子等香气。

3 小结

发酵果蔬汁以其营养、健康及独特风味受到了广大消费者的喜爱，顺应市场需求，符合绿色发展理念，发展前景良好。微生物对蔬菜和水果等底物发酵产生了大量挥发性风味化合物，包括醇类、酯类、萜烯类、醛类以及酮类等物质，赋予了发酵果蔬汁独特的风味。然而，由于发酵基质、发酵条件、发酵菌株及其代谢过程的复杂性，生产符合大众口味的发酵果蔬汁产品仍面临诸多技术难题，需对微生物的代谢机制、发酵基质与菌种之间的相互作用关系、混合发酵菌种间的协同机制进一步探究，并对最终产品进行具体的风味评价，开发出营养与风味俱佳的发酵果蔬饮品。