超高压前处理对植物乳杆菌发酵红枣汁品质的影响

倪 慧，蔡文超，郭 壮，唐凤仙，单春会*

（1.石河子大学 食品学院，新疆 石河子 832003；2.石河子大学 新疆特色果蔬贮藏加工教育部工程研究中心，新疆 石河子 832003；3.湖北文理学院 湖北省食品配料工程技术研究中心，湖北 襄阳 441053；4.湖北文理学院 乳酸菌生物技术与工程襄阳市重点实验室，湖北 襄阳 441053）

红枣是世界上最古老的栽培果树之一，广泛分布于我国新疆、山东、山西、河北、山西和甘肃等地，新疆具有独特温带大陆性气候与丰富的土地资源，适宜红枣种植，其产量约占我国红枣产量的一半[1]。红枣富含蛋白质、维生素、氨基酸和多糖等营养成分，具有提高人体免疫力和抗氧化等作用[2-3]。因鲜枣贮藏期短，故而我国红枣产业以干红枣销售为主，存在产品形式单一和附加值低等问题[4]。乳酸菌具有提高人体免疫力和改善人体肠道菌群的作用[5]，张丽华等[6]研究发现，使用植物乳杆菌发酵红枣汁可显著提高红枣汁的抗氧化性，胡贝多等[7]研究发现，乳酸菌发酵红枣汁可显著提高红枣汁的香气。由此可见，红枣汁经乳酸菌发酵后其品质和功效均有所提高，因而将乳酸菌应用于红枣汁发酵中具有积极的意义和较强的可行性。

红枣经干制后表面存在褶皱，在清洗过程中容易残留微生物进而影响后期发酵，因此需要对其进行杀菌处理。超高压技术是一种食品冷加工技术，不仅可以灭活微生物，延长加工食品的保质期，同时能较大程度的保留食品的营养价值，这使得其在食品行业的应用越来越广泛[8]。张平等[9]发现，与巴氏杀菌前处理相比，超高压前处理能明显提升发酵梨汁的风味，陈华丽[10]研究发现，超高压前处理能保证复合果汁微生物安全性及感官品质，亦有研究表明超高压能增强蛋白质的溶解性从而提高食品的发酵水平[11]。红枣汁灭菌方式主要为巴氏杀菌且对红枣汁进行灭菌前处理再进行发酵的研究较少。探究使用超高压技术对红枣汁进行预处理后再接种乳酸菌进行发酵对红枣后续加工应用可能具有一定研究意义。

本研究以红枣汁为原料，使用超高压对其进行预处理后接种乳酸菌进行发酵，同时设置热处理组作为对照组，使用色度仪、电子鼻和电子舌等仿生学设备从色泽、气味和滋味三个维度对不同处理组红枣汁的品质进行了评价，探讨了超高压技术在红枣汁发酵中应用的可行性，通过本项目的开展以期为新疆地区红枣的深加工提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

骏枣：市售；果胶酶（5万U/g）：和氏壁生物技术有限公司；植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）JZ27-2：分离筛选自湖北荆州鲊广椒，由湖北文理学院鄂西北传统发酵食品菌种资源库提供；内部液、参比溶液、阴离子溶液和阳离子溶液：日本INSENT公司。

1.2 仪器与设备

SHP-080生化培养箱：上海精宏实验设备有限公司；V-1800型可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；HPP.L2-700/1超高压设备：天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司；SA-402B电子舌（配置CA0、AE1、C00、AAE和CT0测试传感器）：日本Insent公司；PEN3电子鼻：德国Airsense公司；Ultra Scan PRO色度仪：美国Hunter Lab公司。

1.3 方法

1.3.1 红枣清汁的制备

将洗净的骏枣去核，并与水按照料液比1∶4（g∶mL）混合均匀后使用打浆机进行打浆，打浆完成后倒出备用。按照红枣匀浆质量（红枣＋水总质量）的0.03%添加果胶酶进行酶解（45 ℃水浴2 h），然后10 000 r/min离心5 min后抽滤得到红枣清汁，将红枣清汁分装进锥形瓶中备用。

1.3.2 菌株活化

将L.plantarumJZ27-2转移至5 mL液体MRS试管中进行活化，传代两次后第三次转移至装有50 mL液体MRS三角瓶中培养，用3 000 r/min离心5 min得到菌泥，将菌泥用0.85%葡萄糖溶液清洗3次后，加入50 mL葡萄糖溶液制成菌液备用。

1.3.3 样品制备和预处理

对照组：使用1.3.1中红枣清汁85 ℃杀菌15 min后，按照1.0%（V/V）比例接入1.3.2的菌悬液，于37 ℃发酵48 h，发酵过程中每隔12 h摇动一次三角瓶。

超高压组：将五份1.3.1中红枣清汁分别在100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa下进行超高压处理，时间为5 min，使用GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》中约束方法对超高压处理后的红枣汁进行菌落计数。为保证超高压处理后的红枣汁为无菌状态，若某一超高压处理组有活菌检出，则该处理组予以剔除。超高压预处理后的红枣汁参照对照组的方式进行发酵。

1.3.4 发酵红枣汁中乳酸菌活菌计数

参照国标GB 4789.35—2023《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》中的方法对样品进行乳酸菌菌落总数测定。采用倍比稀释法对样品进行稀释，其中样品稀释到10-6梯度，选取10-4、10-5和10-6三个梯度进行菌落计数，每个梯度做3 个平行，然后于37 ℃恒温培养48 h，培养完成后计算菌落数。

1.3.5 超高压前处理对发酵红枣汁色泽的影响

参照CAI W C等[12]的方法对发酵红枣汁进行颜色参数测定。将样品置于50 mm×10 mm比色皿中，使用多功能色度仪对其各个颜色参数进行测定。测试条件为透射，结果以明亮度L*值（暗→亮：0→100），红绿值a*（绿-→红+），黄蓝值b*（蓝-→黄+）表示。色差（ΔE）计算公式如下：

1.3.6 超高压前处理对发酵红枣汁风味的影响

参照葛东颖等[13]的方法对红枣汁的风味进行测定。取15 mL样品于电子鼻样品瓶中于室温下平衡30 min。使用电子鼻对样品挥发性风味物质中6 种典型物质类型进行分析。选取49 s、50 s和51 s时的响应值，计算其平均值为测试值，平行试验3 次。

1.3.7 超高压前处理对发酵红枣汁滋味的影响

准确吸取100 mL发酵红枣汁，参照解云等[14]的方法使用电子舌对发酵红枣汁的酸、苦、涩、咸和鲜味5个基本味以及苦、涩和鲜味3 个基本味的回味进行分析，每个样品测定四个循环，取后3次进行数据分析。

1.3.8 稳定性试验

热处理试验：参照HSU J C等[15]的方法对样品进行热处理。每份样品10 mL，90 ℃水浴6 h，冷却至室温，采用分光光度计测定波长660 nm处的吸光度值，计算浊度变化量（热处理后吸光度值-热处理前吸光度值），每份样品做3个平行。

乙醇处理试验：每份样品10 mL，加入5 mL无水乙醇，振荡混匀，2 h后测定吸光度值，计算乙醇添加前后浊度变化量，每份样品做3 个平行[16]。

强制老化试验：每份样品10 mL，0 ℃放置12 h；80 ℃放置12 h为一个循环，3个循环后冷却至室温测定吸光度值并计算浊度变化量，每份样品做3 个平行[17]。

1.3.9 统计方法

使用方差分析进行显著性分析，显著水平为P＜0.05；使用Excel 2016和SAS 9.4软件进行数据处理；使用Origin 9.0进行可视化。

2 结果与分析

2.1 超高压前处理对发酵红枣汁活菌数的影响

活菌数作为乳酸菌发酵极为重要的一个检测指标，是果蔬发酵产品中重点研究对象之一。为探讨超高压前处理对发酵红枣汁中活菌数的影响，本研究对发酵红枣汁进行乳酸菌活菌计数，探讨乳酸菌在红枣汁中的存活情况。结果见图1。

图1 超高压前处理对发酵红枣汁活菌数的影响Fig.1 Effect of ultra-high pressure pretreatment on viable bacteria number of fermented jujube juice

由图1可知，经超高压前处理的发酵红枣汁活菌数与对照组相比差异均不显著（P＞0.05），且活菌数都达到108CFU/mL以上。由此可见，超高压前处理对发酵红枣汁中乳酸菌的活菌数没有显著影响（P＞0.05），且其产品符合我国益生菌活菌数对宿主健康起到有利影响的最低存活水平（106～107CFU/mL）[18]。乳酸菌在红枣汁中能活跃生长的原因在于红枣汁中含有丰富的果糖和葡萄糖，是乳酸菌代谢的主要能量来源，为乳酸菌提供了良好的生长条件[19]。

2.2 超高压前处理对发酵红枣汁色泽的影响

颜色、香气和味道决定了消费者对产品的喜好程度[20]，本研究使用色度仪、电子鼻和电子舌等仿生学手段对发酵红枣汁的感官品质进行了评价。超高压前处理对发酵红枣汁色泽的影响见表1。

表1 超高压前处理对发酵红枣汁色泽的影响Table 1 Effect of ultra-high pressure pretreatment on the color of fermented jujube juice

由表1可知，与对照组相比，超高压前处理组的发酵红枣汁L*值均显著降低（P＜0.05），a*值和b*值均显著上升（P＜0.05），这说明经超高压前处理后发酵红枣汁的明亮度下降，颜色整体偏红和偏黄。由表1亦可知，采用400 MPa进行前处理时发酵红枣汁与对照组色差值最大，为4.50，其次为200 MPa、100 MPa、300 MPa和500 MPa，色差值分别为4.35、3.90、3.73和3.69。由此可见，超高压前处理能显著改善发酵红枣汁的色泽品质，使发酵红枣汁颜色更加鲜红，且400 MPa前处理时对其色泽影响最大。有研究表明，经超高压处理后菠萝汁[21]、猕猴桃汁[22]和混合果蔬汁[23]的色泽均会变的更加鲜红，造成该现象的原因可能是经高压处理后，因色素结构被破坏果蔬中的色素更加容易释放，除此之外，还可能与果蔬中酶的钝化有关。

2.3 超高压前处理对发酵红枣汁风味和滋味的影响

2.3.1 超高压处理对红枣汁风味的影响

采用电子鼻技术对超高压前处理的发酵红枣汁风味指标进行了测定，其结果见表2。由表2可知，与对照组相比，传感器W1C、W3C和W5C对超高压前处理组发酵红枣汁的响应值均显著增大（P＜0.05），而传感器W2W呈现出相反的趋势（P＜0.05），其中传感器W2W对有机硫化物灵敏，而其他3组传感器均对芳香类物质敏感。除200MPa前处理的发酵红枣汁外，传感器W1W对其他处理组的发酵红枣汁响应值均显著偏小，其中传感器W1W对有机硫化物灵敏。由此可见，超高压前处理可显著提升红枣汁的风味品质（P＜0.05）。杜宝磊[24]研究发现，超高压处理亦可提升桑椹汁的风味品质，并指出其原因可能是由于高压环境促进了氧化还原反应。由表2亦可知，当超高压前处理压强为500 MPa时，传感器W1C、W3C和W5C对发酵红枣汁的响应值最大，而传感器W1W和W2W响应值最小，400 MPa时次之。由此可见，采用500 MPa进行超高压前处理时发酵红枣汁的风味品质最佳。

表2 超高压前处理对发酵红枣汁风味的影响Table 2 Effect of ultra-high pressure pretreatment on the flavor of fermented jujube juice

2.3.2 超高压处理对红枣汁滋味的影响

采用电子舌技术对发酵红枣汁的滋味品质进行评价。结果见图2。

图2 超高压前处理对发酵红枣汁滋味指标相对强度影响的箱型图Fig.2 Box diagram of the effect of ultra-high pressure pretreatment on the relative strength of flavor index of fermented jujube juice

由图2可知，在各滋味指标中，酸味受超高压前处理的影响最大，其相对强度的极差值为0.71；其次是丰度（鲜的回味），其相对强度为0.62；而苦味、涩味、咸味、鲜味、后味A（涩的回味）和后味B（苦的回味）的差异较小，分别为0.26、0.15、0.28、0.34、0.26和0.1。在使用SA402B电子舌对食品滋味品质进行评价时，只有当滋味指标的相对强度差大于1.0，其滋味品质差异才能通过感官鉴评的方式分辨出来[25]。由此可见，超高压前处理对发酵红枣汁的滋味品质没有显著影响。

2.4 超高压前处理对发酵红枣汁稳定性的影响

除感官指标外，稳定性也是评价发酵红枣汁品质的一个重要因素，超高压前处理对发酵红枣汁浊度变化量的影响见表3。由表3可知，与对照组相比，经400 MPa前处理后的发酵红枣汁热处理和乙醇处理浊度变化量均没有显著性变化（P＞0.05），而其他处理组的热稳定性和乙醇处理浊度变化量分别呈现显著下降和上升的趋势（P＜0.05）。经100 MPa、300 MPa和400 MPa前处理后的发酵红枣汁强制老化浊度变化量显著下降（P＜0.05），稳定性上升，而500 MPa处理后的发酵红枣汁呈现相反的趋势（P＜0.05）。由此可见，400 MPa前处理后的发酵红枣汁热处理和乙醇处理浊度变化量均没有显著变化，而强制老化稳定性得以提升，500 MPa前处理后的发酵红枣汁虽然乙醇处理稳定性得以提高，但其热处理和强制老化处理稳定性均下降。朱骏喆等[26]研究表明经超高压处理的红枣清汁热稳定性下降而乙醇稳定性升高，与本研究结论相同。综上所述，400 MPa前处理后的发酵红枣汁稳定性最佳。

表3 超高压前处理方式对发酵红枣汁浊度变化量的影响Table 3 Effect of ultra-high pressure pretreatment methods on the turbidity change of fermented jujube juice

2.5 基于红枣汁色泽、气味与超高压前处理方式的主成分分析

以色泽、气味和稳定性为评价指标，对超高压前处理的发酵红枣汁进行主成分分析，其因子载荷图和因子得分图分别见图3。

图3 基于红枣汁色泽、气味与前处理方式的主成分分析载荷图（A）和得分图（B）Fig.3 Load chart (A) and score chart (B) of principal component analysis based on color,odor and pretreatment of jujube juice

由图3A可知，第一主成分主要由5个气味指标（传感器W1C、W3C、W5C、W1W和W2W敏感物质）和2个颜色指标（L*值和b*值）构成，其方差贡献率为55.51%；第二主成分由a*值、传感器W3S敏感物质以及2个稳定性指标（乙醇处理和热处理）构成，其方差贡献率为24.90%，累计方差贡献率为80.41%，可充分解释原始指标的大部分信息。由图3A亦可知，颜色指标a*值和b*值以及风味特征指标W1C、W3C和W5C主要分布在X轴正方向，因此，在因子得分图中分布第四象限品质最佳，第一象限次之。

由图3B可知，不同处理组的发酵红枣汁在四个象限均有分布，但与对照组相比，超高压前处理的发酵红枣汁主要分布在第一、二和四象限，由此可见超高压前处理可提高发酵红枣汁的品质。由图3B亦可指，500 MPa时发酵红枣汁的风味品质最佳，400 MPa次之。综上所述，当超高压为400 MPa时发酵红枣汁的风味品质较佳，颜色更鲜红，同时稳定性更好，可作为进一步的研究对象。

3 结论

本研究使用100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa超高压对红枣汁进行了前处理，超高压前处处理的红枣汁分别接种L.plantarumJZ27-2进行了发酵。结果表明，超高压前处理对发酵红枣汁活菌数没有显著影响，可使产品颜色偏红和偏黄，虽对滋味品质没有显著影响，但可提升其风味品质。当使用400 MPa超高压对红枣汁进行前处理时，虽对产品的稳定性和乙醇稳定性没有显著影响，但可提升其老化稳定性。由此可见，超高压前处理能够明显改善发酵红枣汁的品质，且以400 MPa为最佳。