氣調儲藏對接種酵母菌鮮榨桔汁變質過程的影響

張義珂,張欽發,汪雪雁,岳淑麗

(華南農業大學食品學院,廣東廣州 510640)

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氣調儲藏對接種酵母菌鮮榨桔汁變質過程的影響

張義珂,張欽發*,汪雪雁,岳淑麗

(華南農業大學食品學院,廣東廣州 510640)

采用不同比例的CO2(20%、40%、60%、80%)對接種一定量的酵母菌的鮮榨桔汁進行儲藏,檢測果汁中主要成分糖、酸、醛、醇及環境氣體的變化量,研究氣調儲藏對接種酵母菌的鮮榨桔汁變質過程的影響。研究結果顯示,20% CO2初始濃度對果汁酵母菌的影響效果微弱,果汁酵母菌的數量始終最多,導致相對于其它組,20%組果汁糖消耗最大,醇和酸的產率較大。在果汁糖代謝一定的情況下,60%組酵母菌受環境影響,主要代謝產物為醇。而CO2初始濃度為40%時,酵母菌發酵主要產酸,并且此氣調比例能夠抑制果汁酵母菌的繁殖,降低果汁酵母菌的數量和果汁糖消耗,同時能使環境氣體CO2在儲藏前期保持穩定,適于鮮榨桔汁的保藏。

鮮榨桔汁,氣調儲藏,酵母菌

鮮榨桔汁色澤金黃,酸甜適口,含有豐富的葡萄糖、果糖、蔗糖、蘋果酸、檸檬酸以及胡蘿卜素、維生素B1和B2、尼克酸、生素C,深受廣大消費者的喜歡。鮮榨果汁是軟飲料工業中的一小類,但和其他種類的果汁相比,鮮榨果汁的銷售量和銷售增加率快速增長,鮮榨果汁儲藏期短,很容易出現渾濁、沉淀、有異味等變質現象。因此如何延長鮮榨果汁的保質期,成為了鮮榨果汁行業發展的關鍵環節。

氣調貯藏(controlled atmosphere storage)是控制食品在適宜的溫度下,改變貯藏環境的氣體成分,使食品能夠保鮮,并達到延長貯藏期的目的[1]。隨著食品保藏技術研究的進步,氣調貯藏已經被公認為是最理想、效果最好的技術[2]。Alklint等研究發現充入CO2會顯著延長胡蘿卜汁的貨架期[3]。目前為止,關于CO2在果汁儲藏方向的研究集中在壓力與CO2結合進行殺菌[4-6],以及氣調儲藏下果汁某一成分的變化[7-8],而對常壓氣調作用如何影響果汁整體成分變化的研究較少。桔汁成分較為復雜,變質過程中主要是酵母菌發酵[9],本文從酵母菌及果汁整體成分變化方向出發,探討氣調儲藏對桔汁的影響。

本文通過向滅菌的鮮榨桔汁中接種一定量的酵母菌,并通入不同比例的CO2進行氣調貯藏,檢測果汁中主要成分的變化,進而研究氣調對鮮榨桔汁變質過程的影響,旨在豐富氣調儲藏果汁的機理。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

南豐蜜桔(Citrus reticulata Blanco)品種為楊小2-6購自廣州市天平架水果批發市場;釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae ATCC 36859)由廣東省微生物菌種保藏中心提供;試劑為分析純。

T6新世紀型紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限公司;KjeltecTM 2100型凱氏定氮儀德國福斯;數顯恒溫水浴鍋常州奧華儀器有限公司;PAC CHECK MODEL 650頂空分析儀美國MOCON公司;LHS-250 SC型恒溫恒濕箱上海齊欣科學儀器有限公司;DZQ400-ZD型真空充氣包裝機上海余特包裝機械。

1.2實驗方法

1.2.1實驗設計挑選同批次成熟度良好的桔子→清洗→去皮→破碎→以3.6∶1果水(蒸餾水)比混合打漿→取2 kg榨好的新鮮果汁放入體積為4 L玻璃容器中→高溫121 ℃滅菌10 min→迅速冷卻接種酵母菌→放入體積為8 L特制容器中→真空泵抽真空→充入混合氣體(O2∶CO2∶N2)(其中CO2濃度分別為20%、40%、60%、80%,O2為5%,N2為填充氣體)→置于恒溫恒濕箱中25 ℃貯藏→根據糖的變化定期取樣檢測。

1.2.2接種酵母菌采用比濁法繪制菌液濃度與吸光值(CFU-OD)標準曲線[10]。酵母菌的接種量為6.3×103cfu/mL。

1.2.3總糖測定參照GB/T 5009.7-2008食品中還原糖的測定[11],采用直接滴定法測定。

1.2.4酸的測定參照GB/T 12456-2008食品中總酸的測定[12],采用酸堿滴定法測定。

1.2.5醇的測定重鉻酸鉀氧化分光光度法測定果汁乙醇[13]。氫氧化鈉標準溶液滴定鮮榨桔汁至中性,置于凱氏定氮儀中蒸餾果汁乙醇,設置蒸餾時間為8 min。取7支25 mL A級比色管,各加入2.00 mL重鉻酸鉀溶液和2.50 mL濃硫酸,混勻,并冷卻,依次加入0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.25 mL乙醇標準溶液,混勻,反應10 min后用蒸餾水定容至刻度,再次混勻,以0號管調零,于585 nm波長處測定吸光度,繪制乙醇濃度的標準曲線。取乙醇蒸餾液,重復以上操作,測吸光度。根據標準曲線,計算果汁樣品乙醇含量。

1.2.6醛的測定用消色品紅分光光度法測定果汁中的醛[14]。用消色品紅試劑和甲醛標準溶液測定甲醛的標準曲線。同樣處理樣品,測樣品的吸光度,根據樣品的吸光度從標準曲線上找出相應的含量,并計算果汁中醛的濃度。

1.2.7數據分析所有實驗數據為3次重復的平均值和標準差,用Excel 2010對實驗數據進行分析、處理,采用Origin 8.5進行作圖處理。

2　結果與討論

鮮榨桔汁的初始pH為3.29,初始糖含量為38.15 mmol/100 g,酸含量(按乙酸計)為7.53 mmol/100 g,醇含量為0.12 mmol/100 g,壓力為101.33 kPa,并且隨著儲藏時間的延續,儲藏壓力逐漸上升,其中20%組最終壓力為180 kPa,其它各組在120～130 kPa。

2.1不同氣調成分對鮮榨桔汁糖的變化量的影響

鮮榨桔汁中的糖為果汁中的主要營養物質,為酵母菌的生長繁殖提供碳源。用不同氣調成分對鮮榨桔汁進行儲藏,并對桔汁中糖的變化量進行測定,糖的變化量隨時間的變化關系如圖1所示。

圖1　不同氣調成分下鮮榨桔汁糖的 變化量隨時間的變化關系Fig.1　Saccharides variation under different gas composition in freshly squeezed orange juice

如圖1所示不同氣調比例下鮮榨桔汁糖的變化量總體下降,儲藏前期(0～20 h),果汁中糖的變化量先緩慢減少,儲藏中期(20～60 h)快速下降,儲藏后期(60～120 h)趨于穩定。初始階段,果汁中酵母菌處于適應期,酵母菌數量較少,呼吸強度較弱,糖的變化量緩慢減少。20 h后酵母菌進入對數期,菌體數量成對數增長,呼吸強度變強,導致果汁糖的變化量快速減少。后期酵母菌所處的果汁環境劣變,加之CO2氣體濃度的累積,使酵母菌的活性受到抑制,由此使果汁糖的變化量趨于穩定。其中CO2濃度為20%時,果汁糖的消耗量最大,說明果汁儲藏受此氣調條件影響微弱。當CO2濃度大于20%組時,糖的消耗量80%組>60%組>40%組,說明隨著濃度的增加,CO2對糖的消耗的抑制作用減弱。

2.2不同氣調成分對鮮榨桔汁酵母菌的影響

由圖2可知,隨著果汁糖的消耗,果汁中酵母菌的數量快速增長,而其中20%組的氣調作用微弱,酵母菌放任生長增殖,數量最大。隨著CO2濃度的增加,果汁酵母菌的數量也逐漸增加,說明CO2對果汁酵母菌的抑制作用并不隨濃度的增加而增加,40%最適合,抑制酵母菌增殖作用最好,最終能夠降低果汁糖的消耗。

圖2　不同氣調成分對鮮榨桔汁酵母菌數量的影響Fig.2　Effect of different gas composition on the mount of Saccharomyces cerevisiae

2.3不同氣調成分對鮮榨桔汁醇的變化量的影響

酵母菌通過乙醇發酵的過程,將糖轉變成乙醇和CO2。釀酒酵母能夠通過EMP途徑進行同型酒精發酵,即由EMP途徑代謝產生的丙酮酸經過脫羧放出CO2,同時生成乙醛,乙醛接受糖酵解過程中釋放的NADH+和H+被還原成乙醇。由圖3可知隨著糖的代謝的增加,果汁中醇的含量逐漸累積,并且60%濃度下醇的累量最多,這是可能是因為酵母菌細胞內CO2的增加使丙酮酸脫氫酶系的平衡向丙酮酸方向移動,得有更多的丙酮酸作為反應底物通過生成乙醛轉化成酒精,在一定壓力范圍內,隨著外加CO2分壓的上升乙醇產率有所增加[15-16]。

圖3　不同氣調比例下醇的變化量隨糖的變化量的變化關系 Fig.3　Relationship between alcohol varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.4不同氣調成分對鮮榨桔汁酸的變化量的影響

由圖4可知,儲藏前期(糖的變化量為0～10 mmol/100 g)酸的變化量出現下降過程,此時主要是由于鮮榨桔汁中檸檬酸進入酵母菌細胞,直接進入三羧酸循環,被優先降解提供能量。儲藏中期(糖的變化量為10～20 mmol/100 g),酸開始累積,此時酵母菌通過貯藏前期的快速繁殖,進入穩定期,數量較多,且酵母菌代謝底物糖較為豐富,開始快速代謝,使果汁中的酸快速累積。儲藏后期(糖的變化量為20～40 mmol/100 g)在糖的變化量沒有發生太大變化時,酸的變化量出現突變。這可能是在此狀態下,果汁中的大分子酸被分解成小分子揮發酸,導致果汁中的H+離子突然增多。并且隨著CO2濃度的增加,果汁中酸的變化量20%組>40%組>60%組,說明在此氣調范圍內能降低果汁酸的產生。

圖4　不同氣調比例下酸的變化量隨糖的變化量的變化關系 Fig.4　Relationship between acid varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.5不同氣調成分對鮮榨桔汁醛的變化量的影響

果汁儲藏過程中,乙醛作為酒精發酵的中間代謝產物主要產生于發酵的初期,隨后即被還原形成乙醇和CO2。鮮榨桔汁中乙醛動態變化趨勢為酵母生長期乙醛含量的快速積累和酵母穩定期的乙醛逐漸分解代謝兩個階段。由圖5所示,鮮榨桔汁中醛的變化量在儲藏前期緩慢增加,中期達到頂峰,然后開始下降,這與釀酒酵母研究和葡萄酒中醛的變化趨勢一致[17-18]。80% CO2組醛的變化量的峰值最大,20% CO2組醛的變化量沒有峰值出現,直接呈下降趨勢。醛的變化量的峰值及果汁中醛在儲藏期間整體的含量隨著CO2濃度的增加而增加,這可能是因為在低濃度條件下,果汁產生的醛較少,或者醛被還原成醇的比例較大。

圖5　不同氣調比例下醛的變化量隨糖的變化量的變化關系 Fig.5　Relationship between aldehyde varintation and saccharides varintation under different gas composition

2.6不同氣調成分對鮮榨桔汁醇的平均產率和酸的平均產率的影響

儲藏過程中,環境壓力逐漸增大,酵母菌數量逐漸增多,且酵母菌在各種氣調比例下都能達到較大的數量。不同氣調對果汁的整體影響表現在改變降解產物醇和酸的組成比例。由圖6可知,20%組醇的平均產率和酸的平均產率都較大,這是由于20% CO2條件下酵母菌數量最多,導致果汁糖代謝較高的轉化率,使醇和酸的產率都較大。40%氣調比例下,果汁酵母菌代謝糖主要轉化生成酸,而在60%條件下,酵母代謝果汁糖主要生成醇。80%條件下產生的醇和酸都適中。

圖6　不同氣調比例對鮮榨桔汁中醇和酸的平均產率隨的影響Fig.6　Effect of different gas composition on the average yield rate of acid and alcohol

2.7不同氣調成份中鮮榨桔汁環境氣體CO2隨時間變化關系

由圖7可知,在氣調情況下環境氣體的變化量,20%組CO2的增長速率最大。由于20%組CO2初始濃度過低,對果汁酵母菌的影響效果微小,不利于鮮榨果汁的儲藏。40%、60%組和80%組中環境氣體的變化量和變化速率相似,隨著糖的變化量的增加,CO2產量明顯低于20%。而其中40%組保持環境中CO2在儲藏前期穩定,說明在此氣調條件下,環境中酵母菌代謝和其它反應較為微弱,能夠保持鮮榨桔汁品質的穩定。

圖7　不同氣調比例下環境CO2含量變化量隨糖的變化量的變化關系Fig.7　Relationship between CO2 varintation and saccharides varintation under different gas composition

3　結論

20% CO2初始濃度對果汁酵母菌的影響效果微弱,果汁酵母菌的數量始終最多,導致相對于其它組,20%組果汁糖消耗最大,醇和酸的產率最大。在果汁糖代謝一定的情況下,60%組酵母菌受環境影響,主要代謝產物為醇。而CO2初始濃度為40%時,酵母菌發酵主要產酸,并且此氣調比例能夠抑制果汁酵母菌的繁殖,降低果汁酵母菌的數量和果汁糖消耗,同時能使環境氣體在儲藏前期保持穩定,適于鮮榨桔汁的保藏。

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Effect of controlled atmosphere storage on the metamorphism ofSaccharomycescerevisiaeinoculated fresh orange juice

ZHANG Yi-ke,ZHANG Qin-fa*,WANG Xue-yan,YUE Shu-li

(College of Food Sciences,South China Agricultural University,Guangzhou 510640,China)

In this paper the freshly squeezed orange juice was inoculated in a certain amount ofSaccharomycescerevisiae,and then stored under different proportions of CO2gas(20%,40%,60%,80%). During the storage,the main composition conversion quantity of saccharides,acid,alcohol,aldehyde and the environment gas were measured. The effect of controlled atmosphere storage on the metamorphism ofSaccharomycescerevisiaeinoculated fresh orange juice was investigated. Results showed that the effect of 20% CO2initial concentration on the juiceSaccharomycescerevisiaewas weak,so the number ofSaccharomycescerevisiaewas largest. In this condition,it resulted in the largest amount of saccharides consumption,and high yield rate of acid and alcohol relative to other groups. In 60% CO2group,theSaccharomycescerevisiaein the juice was influenced and its main metabolite was alcohol. When the initial concentration of CO2was 40%,the main metabolite ofSaccharomycescerevisiaewas acid. And in this case,this controlled atmosphere could restrain the bleeding ofSaccharomycescerevisiae,reduce the number ofSaccharomycescerevisiaeand the consumption of saccharides. Besides,the environment gas CO2remained stable at the early stage under this condition,which was suitable for the preservation of fresh orange juice.

fresh orange juice;controlled atmosphere storage;Saccharomycescerevisiae

2015-09-29

張義珂(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：食品加工、儲藏與包裝,E-mail:571038422@qq.com。

張欽發(1963-)，男，博士，教授，研究方向：包裝新材料與新技術、食品貨架壽命,E-mail:2524363701@qq.com。

TS213.4

A

1002-0306(2016)10-0334-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.060