不同发酵阶段蓝莓产品的功能成分及抗氧化活性

2023-09-11武红黄琼李登明

中国调味品 2023年9期

武红,黄琼,李登明

(山西工商学院,太原 030006)

蓝莓,又称甸果,属于杜鹃花科[1],广泛分布于世界各地。蓝莓果实中VC含量是苹果的几十倍,因其含有糖类、有机酸、黄酮、氨基酸、花青素等生物活性成分,表现出显著的抗氧化活性[2—3],故有“浆果之王”的美誉。蓝莓成熟采摘期多集中在夏季,高温下长时间放置会引起果实腐烂变质。因此,对蓝莓进行深加工,可以延长蓝莓产品的生产和食用周期。

果醋是用生果通过酒精发酵或果酒作为原料,在醋酸杆菌的振荡培养作用下发酵制成的醋类产品,具有较好的抗氧化活性[4—7]。果酒是以新鲜的蓝莓果实为原料,通过酒精发酵而制得的,具有降血压和促进细胞增殖等作用[8—9]。

本文通过研究蓝莓果汁、果酒、果醋的总糖、总酸、总酚、维生素C、总黄酮等功能成分和其对DPPH、ABTS+、羟自由基清除能力等抗氧化能力的变化规律,对比分析蓝莓不同产品的功能成分及抗氧化活性,为蓝莓果实的深加工提供了参考。

1 材料和方法

1.1 材料

蓝莓:山西省太原市小店区沃尔玛超市;酵母菌:安琪酵母股份有限公司;醋酸菌:山东和众康源生物科技有限公司。

1.2 试剂

福林酚、亚硝酸钠、硝酸铝:厦门安永博科技有限公司;芦丁、DPPH、ABTS、过硫酸钾:安徽酷尔生物工程有限公司;磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、过硫酸钾、水杨酸、铁氰化钾:天津市北晨区方正试剂厂。

1.3 主要仪器与设备

L3-C1榨汁机、TGL-16GB离心机、SRJ-150恒温培养箱常州市金坛大地自动化仪器厂;752型紫外分光光度计、XMTD-8222恒温水浴锅上海精密科学仪器有限公司;LDZX-50L高压蒸汽灭菌锅上海申安医疗器械有限公司;VD-650超净工作台上海鼎科科学仪器有限公司;PHS-3C型实验室pH计上海佑科仪器仪表有限公司;WZ-108折光仪北京万成北增精密仪器有限公司。

1.4 蓝莓原汁的制备

选取颗粒饱满和表面带有白霜的蓝莓,用清水浸泡20 min,加入5倍无菌常温蒸馏水,在无菌打浆机内打浆,果浆经过3层无菌纱布过滤,滤液放入干净容器中备用,剩余果浆不经过过滤,用于进一步的发酵[10]。

1.5 蓝莓果酒的制备

在蓝莓原汁中添加VC(80 mg/dL)、果胶酶(300 mg/dL)、偏重亚硫酸钾(400 mg/dL);调整果汁的糖度为22 °Bx,pH值为3.5;调整完成后,在果汁中加入0.05%的酿酒酵母(酵母粉用10倍以上35 ℃的2%蔗糖水活化30 min),置于恒温培养箱中,26 ℃下进行酒精发酵5 d,发酵完成后经过滤、杀菌得到酒精度为10%的蓝莓果酒[11—13]。

1.6 蓝莓果醋的制备

将蓝莓果酒的pH值调整为4.0,酒精度调整为7.0%,接种15%的醋酸菌活化液后在30 ℃、202 r/min的摇床培养箱中培养10 d,最终得到醋酸含量为1.575 g/dL的蓝莓果醋[14]。

1.7 理化指标的测定

总酸的测定参照GB 12456—2021中的酚酞指示剂法;总糖的测定参照GB/T 5009.7—2003中的直接滴定法。

1.8 功能成分的测定

1.8.1 Vc含量

参照GB 5009.86—2016进行测定。量取适量的样品溶液,置于100 mL容量瓶中,用偏磷酸醋酸溶液定容至100 mL,充分混匀,用高岭土脱色,静置过滤后备用。取4 mL样品滤液,用标准抗坏血酸溶液标定过的2,6-二氯靛酚溶液进行滴定操作,滴定终点为溶液为微粉色且30 s不发生颜色变化。与此同时用蒸馏水做空白试验。

1.8.2 总酚的测定

采用福林酚法[15]。取样品稀释液1 mL,加6 mL去离子水和1 mL 1.0 mol/L福林酚试剂,摇匀,静置6 min,再加入10.6%的碳酸钠溶液4 mL,摇匀,室温静置60 min,在760 nm波长处测定吸光度。以没食子酸含量为横坐标,相应的吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线,见图1。建立拟合回归方程:y=0.336 1x+0.023 3,相关系数R2=0.996 6。根据标准曲线方程计算样品溶液中总酚的含量。

图1 总酚标准曲线Fig.1 Standard curve of total phenols

1.8.3 总黄酮的测定

采用硝酸铝络合法[16],参照GB/T 20574—2006进行测定。吸取5 mL样品溶液,加入乙醇至总体积为15 mL,加入100 g/L硝酸铝和9.8 g/L醋酸钾溶液各1 mL,摇匀,静置1 h,于415 nm处测定吸光度。总黄酮含量以芦丁含量计,绘制标准曲线,见图2。拟合出回归方程:y=4.896 4x-0.000 8,相关系数R2=0.998 8。依据标准曲线计算总黄酮的含量。

图2 总黄酮标准曲线Fig.2 Standard curve of total flavonoids

1.9 抗氧化活性的测定

1.9.1 DPPH自由基清除能力

取3支试管分别编号1,2,3,在1号试管中加入1 mL样品溶液和1 mL 0.1 mmol/L DPPH溶液;在2号试管中加入1 mL无水乙醇和1 mL样品溶液;在3号试管中加入1 mL无水乙醇和DPPH溶液;摇匀,于黑暗处反应30 min,取上清液,于517 nm处测定其吸光度[17]。

DPPH自由基清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100。

式中:A1为1号试管的吸光度;A2为2号试管的吸光度;A3为3号试管的吸光度。

1.9.2 ABTS+自由基清除能力

取3支试管分别编号1,2,3,在1号试管中加入0.2 mL样品溶液和0.8 mL ABTS+溶液;在2号试管中加入0.2 mL样品溶液和0.8 mL无水乙醇;在3号试管中加入0.2 mL无水乙醇和0.8 mL ABTS+溶液;摇匀,静置6 min,在734 nm处测定其吸光度[7]。

ABTS+自由基清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100。

式中:A1为1号试管的吸光度;A2为2号试管的吸光度;A3为3号试管的吸光度。

1.9.3 羟自由基清除能力

取3支试管分别编号1,2,3,在1号试管中加入1 mL 9 mmol/L乙醇-水杨酸溶液、1 mL样品溶液、1 mL 8.8 mmol/L过氧化氢溶液和1 mL 9 mmol/L硫酸亚铁溶液;在2号试管中加入1 mL 9 mmol/L乙醇-水杨酸溶液、1 mL样品溶液、1 mL蒸馏水和1 mL 8.8 mmol/L过氧化氢溶液;在3号试管中加入1 mL 9 mmol/L乙醇-水杨酸溶液、1 mL蒸馏水、1 mL 8.8 mmol/L过氧化氢溶液和1 mL 9 mmol/L硫酸亚铁溶液;混匀后取上清液并在510 nm处测定其吸光度。

羟自由基清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100。

式中:A1为1号试管的吸光度;A2为2号试管的吸光度;A3为3号试管的吸光度。

1.10 数据处理

所有项目重复测定3次取平均值,用Origin 2021进行绘图分析。

2 结果与分析

2.1 不同蓝莓产品总糖和总酸含量变化

由图3可知,蓝莓果汁的总糖含量最高,在果酒和果醋阶段,总糖含量降低,可能是由于果酒发酵过程中糖分被酵母转化为酒精,果醋的发酵也需要利用部分糖转化为醋酸,从而导致总糖含量减少。从果汁到果醋阶段,产品的总酸含量逐渐上升,这可能是由于酵母在酒精发酵过程中产生有机酸,醋酸菌在醋酸发酵过程中将乙醇氧化为乙酸,有机酸和乙酸二者的累积导致果醋的总酸含量最高。

图3 不同蓝莓产品总糖和总酸含量Fig.3 The content of total sugar and total acids of different blueberry products

2.2 不同产品功能成分的变化

由图4可知,蓝莓的3种产品中,总酚含量顺序为果醋>果汁>果酒,果酒与果醋的差异性不显著,VC含量顺序为果汁>果酒>果醋,总黄酮含量顺序为果醋>果酒>果汁。

图4 蓝莓果汁、果酒和果醋功能成分特征雷达图Fig.4 Characteristic radar chart of functional components of blueberry juice, fruit wine and fruit vinegar

在酒精发酵阶段,VC含量下降,这可能是发酵前的灭菌操作和发酵过程中酵母菌的生长消耗造成产品中VC的热敏性损失;总黄酮含量升高,可能与蓝莓果汁在发酵过程中缓慢水解溶出有关。在醋酸发酵阶段,总黄酮和总酚含量呈现较快的上升趋势,VC含量下降明显,可能是醋酸发酵导致总黄酮和总酚溶出和积累,酒精发酵结束的杀菌操作和醋酸发酵消耗也会导致VC减少[18]。

2.3 不同产品抗氧化活性的变化

2.3.1 DPPH自由基清除能力变化

由图5可知,3种产品的DPPH自由基清除率为果汁>果酒>果醋,清除率分别为87.57%、83.84%、79.81%。随着酵母厌氧发酵和醋酸有氧发酵的不断进行,从果汁到果醋阶段,虽然产品对该自由基的清除能力逐渐减弱,但是清除率都维持在79%以上,这与发酵过程中抗氧化物质总黄酮和总酚的溶出有关,说明酒精发酵和醋酸发酵能保持蓝莓产品较高的DPPH自由基清除率。

图5 蓝莓果汁、果酒和果醋DPPH自由基清除率Fig.5 DPPH radical scavenging rates of blueberry juice, fruit wine and fruit vinegar

2.3.2 ABTS+自由基清除能力变化

由图6可知,在果汁到果醋的整个发酵过程中,ABTS+自由基清除率呈逐渐上升趋势。其中,果醋的清除率最高,为86.74%。这与总黄酮在发酵过程中的变化规律一致,ABTS+自由基的清除能力随着总黄酮含量的增加而逐渐提高。

图6 蓝莓果汁、果酒和果醋ABTS+自由基清除率Fig.6 ABTS+ radical scavenging rates of blueberry juice, fruit wine and fruit vinegar

2.3.3 羟自由基清除能力变化

由图7可知,羟自由基清除能力顺序为果醋>果酒>果汁,分别为73.51%、63.08%、44.45%。同样与总黄酮在发酵过程中的变化规律一致,总黄酮含量的增加可能提高了羟自由基的清除能力。

图7 蓝莓果汁、果酒和果醋羟自由基清除率Fig.7 Hydroxyl radical scavenging rates of blueberry juice, fruit wine and fruit vinegar

2.3.4 不同产品抗氧化活性的差异显著性分析

由表1可知,在蓝莓的不同发酵阶段,其产品的抗氧化活性呈现不同的变化规律。ABTS+和羟自由基清除率在整个发酵过程中呈现升高的趋势,其中羟自由基清除率在果酒发酵阶段上升较明显;而DPPH自由基清除率在酒精和醋酸发酵阶段均略有下降[19],但清除率仍然维持在较高水平,这与蓝莓果实自身具有较高的DPPH自由基清除能力有关。蓝莓3种产品的抗氧化活性变化差异极显著(P<0.01),说明酒精发酵和醋酸发酵赋予了蓝莓较高的ABTS+和羟自由基清除能力。

表1 不同蓝莓产品抗氧化活性Table 1 Antioxidant activities of different blueberry products

2.4 不同产品功能成分与抗氧化活性的相关性分析

基于“2.2”和“2.3”的试验结果,通过皮尔逊相关性分析,探究不同产品功能成分与抗氧化活性的相关性变化,见表2。

表2 不同蓝莓产品抗氧化活性与功能成分的相关性Table 2 Correlation between antioxidant activities and functional components of different blueberry products

DPPH自由基清除率与Vc含量之间存在正相关关系,由表2可知,Vc含量和DPPH自由基清除率变化规律一致,说明VC含量对DPPH自由基清除率有重要影响;DPPH自由基清除率与总酚含量、总黄酮含量之间存在负相关关系,DPPH自由基清除率仍然维持在80%左右,酒精发酵和醋酸发酵对DPPH自由基清除率的影响不显著。ABTS+自由基清除率与总黄酮含量变化一致,为显著正相关关系(P<0.05),羟自由基清除率与总黄酮含量呈极显著正相关关系(P<0.01),分析原因可能是总黄酮主要参与了ABTS+和羟自由基的清除,说明醋酸发酵赋予了蓝莓产品丰富的品质,提高了产品的抗氧化能力。