益生菌果蔬制品加工工藝

張兆熙，李希羽，馬躍棟，桑亞新*

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院（保定071000）；2. 河北省農(nóng)產(chǎn)品加工促進(jìn)中心（石家莊 050000）

1971年，日本森永乳業(yè)公司研發(fā)出日本第一個(gè)雙歧桿菌制品，并將其投向本土市場。1976年，德國第一個(gè)含雙歧桿菌的益生菌食品Biogarde上市[1]。隨著對益生菌及其制品的深入研究與開發(fā)，越來越多的益生菌制品作為消費(fèi)品逐漸進(jìn)入人們的生活。益生菌消費(fèi)品種類繁多，主要集中在包括酸奶、奶酪在內(nèi)的益生菌乳制品和益生菌菌粉制品。益生菌產(chǎn)品載體較為單一，有待于多元化開發(fā)。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近十年來，中國果蔬總產(chǎn)量增加率達(dá)到25%，2018年中國果蔬總產(chǎn)量達(dá)9.6億 t，居世界第一。但是果蔬的利用率卻不盡人意，據(jù)2017年《中國零售業(yè)生鮮周轉(zhuǎn)筐應(yīng)用情況調(diào)查報(bào)告》顯示，中國生鮮果蔬平均損耗率達(dá)20%，遠(yuǎn)高于成熟市場3%～5%的平均水平。所以，研究和創(chuàng)新果蔬加工工藝，提高果蔬加工利用率，不失為減少損耗的一種方法。近年來，隨著果蔬向精深加工的方向發(fā)展，其產(chǎn)品的多樣性、功能性要求不斷提高果蔬制品加工水平和產(chǎn)品品質(zhì)。其中，結(jié)合益生菌與果蔬優(yōu)勢的加工工藝及其相關(guān)制品逐漸被研究者關(guān)注。益生菌果蔬制品對于乳制品過敏和乳糖不耐受的人群呈現(xiàn)包容性，益生菌產(chǎn)生的β-半乳糖苷酶在小腸中有助于乳糖的消化分解，緩解乳糖不耐癥[2]。因此，在當(dāng)今營養(yǎng)飲食趨勢下，開發(fā)以植物為基礎(chǔ)的益生菌果蔬制品作為益生菌乳制品的替代品，既能增加益生菌制品多樣性，又可滿足消費(fèi)者的飲食需求。關(guān)于益生菌果蔬制品加工工藝已有大量研究成果，主要包括發(fā)酵果蔬制品和非發(fā)酵果蔬制品兩大方面，研究旨在依據(jù)這兩類果蔬制品加工特點(diǎn)，總結(jié)和歸納果蔬制品加工工藝，并對加工中存在的問題進(jìn)行探討。

1 益生菌的定義和功能

益生菌是指在宿主腸道中，能夠促進(jìn)和調(diào)節(jié)宿主腸道菌群平衡，對宿主健康有益的活性微生物[3]。有效的益生菌菌種應(yīng)具有在不同環(huán)境條件下的定植能力[4]、對耐受低pH的胃液和膽汁酸的抗性、能夠黏附于上皮細(xì)胞等的特性。同時(shí)，對人體有一定功能活性，具有抗癌活性、改善腸道穩(wěn)態(tài)、減輕由病原菌引起的炎癥和平衡腸道菌群[5-7]等。有研究表明，益生菌除具有調(diào)節(jié)腸道，促進(jìn)消化等功能外，還可預(yù)防人類疾病：雙歧桿菌結(jié)合乳桿菌可以降低血漿中尿素、硫酸吲哚酚和對甲酚的水平從而緩解慢性腎功能衰竭[8]；干酪乳桿菌和菊粉的結(jié)合物通過誘導(dǎo)凋亡和調(diào)節(jié)細(xì)胞防御機(jī)制來抑制結(jié)腸癌的發(fā)展[9]等。近年來，以果蔬為底物的益生菌產(chǎn)品受到消費(fèi)者喜愛，不僅因其具有適宜益生菌生長的營養(yǎng)組分，其清新愉悅的口感也易被人們接受[10]。雙歧桿菌屬和乳桿菌屬[11]應(yīng)用廣泛，干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌和鼠李糖乳桿菌等也常被應(yīng)用于益生菌果蔬制品加工[12]。益生菌菌種可單獨(dú)使用，也可以是多種菌株組合，其應(yīng)用形式多樣，包括膠囊制劑、粉末劑等[13]。

2 益生菌果蔬制品加工工藝

新鮮的水果蔬菜可以為人體提供所需的各種營養(yǎng)素，如維生素，礦物質(zhì)和碳水化合物等，營養(yǎng)價(jià)值豐富。但是新鮮果蔬不耐貯存，易受到腐敗微生物污染而腐爛變質(zhì)。同時(shí)苦瓜、胡蘿卜、南瓜等果蔬在鮮食或打漿后有濃重的“野蒿味”，人們不喜為食。若能結(jié)合益生菌進(jìn)行精深加工，能夠有效改良其本味，同時(shí)還可提高果蔬的營養(yǎng)價(jià)值和生理活性，并通過益生菌的不同調(diào)節(jié)機(jī)制和分泌的抗菌化合物來抑制病原微生物的生長[14]，適當(dāng)延長果蔬制品的貯存期。

益生菌果蔬制品包括發(fā)酵型果蔬制品和非發(fā)酵型果蔬制品[10]，二者主要加工工藝流程如圖1所示。

圖1 益生菌果蔬加工工藝流程

2.1 發(fā)酵型果蔬加工工藝

益生菌發(fā)酵果蔬制品有發(fā)酵果蔬汁、泡菜、發(fā)酵果脯、發(fā)酵果醬和發(fā)酵果蔬泥等[15-17]。加工工藝主要包括果蔬前處理工藝、發(fā)酵工藝。果蔬經(jīng)發(fā)酵后，呈現(xiàn)不同的感官品質(zhì)，具有不同的營養(yǎng)特性和功能[18]。

2.1.1 果蔬的前處理

接種益生菌之前，對果蔬進(jìn)行滅菌處理，一是殺滅有害微生物，保證產(chǎn)品安全，二是避免果蔬內(nèi)部其他微生物污染，影響發(fā)酵結(jié)果。巴氏殺菌法、高壓蒸汽滅菌法和超高溫瞬時(shí)殺菌是常用的滅菌方式，Wahauwouélé等[19]處理芒果汁的滅菌條件為121 ℃，15 s，滅菌充分。Araceli等[20]對菠蘿汁分別采用63 ℃，30 min和72 ℃，90 s的滅菌方式處理，經(jīng)28 d貯藏后發(fā)現(xiàn)短時(shí)高溫殺菌效果強(qiáng)于長時(shí)低溫滅菌。但熱處理溫度超過72 ℃會降低果汁的口感風(fēng)味[21]，高靜水壓技術(shù)是以水為傳壓介質(zhì)，使果汁處于常溫高壓狀態(tài)，從而達(dá)到滅菌目的。Zheng等[22]用高靜水壓技術(shù)對荔枝汁滅菌，滅菌后的果汁與新鮮果汁色澤口感無明顯差異，而且常溫處理可以更好的保留荔枝汁的酚類物質(zhì)，具有更高的抗氧化能力。

2.1.2 發(fā)酵工藝

菌株的發(fā)酵性能對發(fā)酵果蔬汁的風(fēng)味和營養(yǎng)成分起著決定性作用。果蔬自身含有少量益生菌，其益生菌更易于適應(yīng)果蔬發(fā)酵環(huán)境。王璐等[23]從自然發(fā)酵蘋果原漿樣品中篩選出2株耐酸，耐鹽和耐高糖的乳酸菌，分別是植物乳桿菌S3-10和干酪乳桿菌R10，且2株菌均生長旺盛，產(chǎn)酸速度較快。原發(fā)酵果蔬中的益生菌經(jīng)發(fā)酵馴化，其發(fā)酵性能也會增強(qiáng)，更利于果蔬發(fā)酵。宋蘇華[24]對來自不同果蔬的植物乳桿菌進(jìn)行篩選強(qiáng)化，篩出植物乳桿菌NCU116。通過與對照菌株進(jìn)行發(fā)酵性能對比，發(fā)現(xiàn)該菌株產(chǎn)酸速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，宜作為果蔬發(fā)酵菌株。金成武等[25]從市售泡菜中篩選出一株耐酸性強(qiáng)，可高效降解亞硝酸鹽的乳酸菌，經(jīng)鑒定該菌株為植物乳桿菌。乳酸菌的組合發(fā)酵效果可能優(yōu)于單株發(fā)酵，牛墨等[26]對37株來源于植物發(fā)酵制品的乳酸菌進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵乳桿菌、瑞士乳桿菌和嗜酸乳桿菌混合發(fā)酵后的產(chǎn)酸量高于其中任一個(gè)單菌發(fā)酵。發(fā)酵方式不同，其發(fā)酵產(chǎn)物組分也有所差異。牟琴[27]分別采用老酸湯發(fā)酵、混合乳桿菌發(fā)酵、發(fā)酵粉發(fā)酵和自然發(fā)酵4種發(fā)酵方式發(fā)酵番茄醬，4種發(fā)酵方式下的番茄醬乳酸含量均高于市售番茄醬，但混合酸發(fā)酵的番茄醬有機(jī)酸種類多，酸味適宜，番茄紅素含量高，營養(yǎng)豐富。益生菌活性隨發(fā)酵時(shí)間先升高后逐漸趨于穩(wěn)定，隨發(fā)酵溫度的增加呈先升高后下降趨勢，以此為基礎(chǔ)，郝心[28]通過優(yōu)化發(fā)酵冬棗汁工藝，最終確定36 ℃溫度下發(fā)酵37 h，其發(fā)酵果汁活菌數(shù)為8.73 log CFU/mL。Koh等[29]通過對發(fā)酵南瓜汁飲料進(jìn)行工藝優(yōu)化：乳酸菌接種量8 log CFU/mL，發(fā)酵溫度35 ℃，發(fā)酵時(shí)間28 h，得到的發(fā)酵南瓜汁在體外胃腸模擬的存活率較高。除采用高溫短時(shí)發(fā)酵外，適宜低溫發(fā)酵有利于果蔬制品儲藏和保存。Priscilla等[30]將茄子、白菜、洋蔥、辣椒等作為益生菌發(fā)酵底物，將干燥的菌粉混入橄欖油中均質(zhì)，加入蔬菜中，無菌條件下8 ℃貯藏90 d。發(fā)現(xiàn)處理組與對照組在外觀無差異，處理組因加入益生菌發(fā)酵酸度較高，但仍有較高的感官接受度，且開胃菜的活菌數(shù)高于8 log CFU/mL。

2.1.3 發(fā)酵型益生菌果蔬制品

發(fā)酵果蔬汁清新爽口、營養(yǎng)豐富。卡西櫻桃汁[31]經(jīng)發(fā)酵后，總酚、花色苷含量增加，抗氧化活性升高，感官接受度較高，且在4 ℃條件下儲藏四個(gè)星期后，果汁中的植物乳桿菌仍有較高活性，滿足益生菌產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。泡菜質(zhì)地脆嫩，富含活性益生菌，維生素和多種微量元素[32]。周強(qiáng)等[33]通過優(yōu)化泡菜生產(chǎn)工藝，加工所得泡菜酸甜可口，香氣醇正，添加枸杞、黃芪、黨參作為輔料，使得泡菜更具保健功效。周佳等[34]以包菜為原材料，優(yōu)化工藝后得到的泡菜清爽可口。果醬、果泥是各種不耐貯漿果類的主要加工方式[35]，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，產(chǎn)生新的香氣物質(zhì)和功能活性成分，改善原有風(fēng)味、提高保健功能，適當(dāng)延長貯存期[36]。申光輝等[37]對乳酸菌發(fā)酵低糖桑葚復(fù)合果醬進(jìn)行工藝優(yōu)化后，果醬呈現(xiàn)紫紅色，有良好的穩(wěn)定性和口感，含有桑椹的香氣和發(fā)酵香味。Tenore等[38]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鼠李糖乳桿菌發(fā)酵后的蘋果泥多酚含量增加，可以控制心血管風(fēng)險(xiǎn)患者血漿中脂質(zhì)和氧化胺的水平，為益生菌果泥的保健功能提供依據(jù)。

2.2 非發(fā)酵型果蔬加工工藝

非發(fā)酵型果蔬制品是指以果蔬作為益生菌載體，將冷凍菌粉或菌液置于果蔬基質(zhì)中，在儲藏期內(nèi)基本不改變果蔬基質(zhì)本味的產(chǎn)品。果蔬制品有非發(fā)酵型益生菌果蔬汁、益生菌蘋果干、鮮切富益生菌蘋果片、富益生菌桃果醬等[39-40]。益生菌在低溫、低水分活度條件下生理活動易受到抑制，所以大多水分活度高的非發(fā)酵型果蔬制品的儲存溫度較低，水分活度低的果蔬制品可以常溫儲存。

2.2.1 益生菌的富集方式

對于易于使益生菌浸入的果蔬載體，采用將菌粉或菌液與果蔬基質(zhì)無菌混合的方法。Martín等[41]將冷凍干燥的菌粉加入棗糊中，發(fā)現(xiàn)益生菌在常溫環(huán)境和體外模擬胃腸環(huán)境中都具有較高的穩(wěn)定性。將益生菌富集在果蔬片或塊中需要依靠一些物理方法來促進(jìn)和推動益生菌滲入。崔莉等[42]通過采用常壓浸漬、真空浸漬和超聲浸漬富集活菌的方法，比較3種方法下胡蘿卜片中的活菌數(shù)，發(fā)現(xiàn)真空浸漬法處理的胡蘿卜脆片中活菌數(shù)含量達(dá)到10 log CFU/g，遠(yuǎn)高于其他2種方法。在常壓浸漬條件下益生菌僅依附在胡蘿卜片表面，而經(jīng)真空浸漬和超聲浸漬處理的胡蘿卜片表面和內(nèi)部均有植物乳桿菌，大大增加了益生菌的貯藏穩(wěn)定性。Rascón等[43]將高濃度糖液與菌種混合后，通過滲透脫水的方法將含鼠李糖乳桿菌的糖液滲入香蕉片內(nèi)，并與真空冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合，得到富含鼠李糖乳桿菌的香蕉干。其活菌數(shù)達(dá)到9 log CFU/g，且在20～28 d可以保持一定貯藏穩(wěn)定性。

2.2.2 干燥方式

干燥方式主要是應(yīng)用于低水分活度益生菌果蔬載體。Noorbakhsh等[44]對富集益生菌后的鮮果切片的干燥方法進(jìn)行對比研究，比較空氣干燥（AD）、真空冷凍干燥（FD）和空氣干燥和真空干燥相結(jié)合（AD+REV）3種方式對于蘋果片的感官品質(zhì)及貯藏穩(wěn)定性的影響。發(fā)現(xiàn)FD和AD+REV這2種方式處理的蘋果片在常溫下可貯存30 d，在4 ℃可貯存180 d，貯藏期和感官品質(zhì)均高于空氣干燥，但AD+REV與FD相比能耗小，耗時(shí)短。通過體外胃腸模擬消化模型，發(fā)現(xiàn)干燥的蘋果切片可以減少胃酸對于益生菌的影響。Perihan等[45]對富集副干酪乳桿菌的蘋果切片進(jìn)行對流干燥和真空干燥，得到富益生菌蘋果干，并測定其在28 d內(nèi)的貯藏穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)益生菌載體蘋果干的活菌數(shù)達(dá)到7～8 log CFU/g，在貯藏期間對流干燥的蘋果內(nèi)部活菌數(shù)高于真空干燥。而且由于副干酪乳桿菌細(xì)胞附著在酚類化合物蘋果組織表面，使得蘋果干具有更高的總酚含量和DPPH自由基清除活性。進(jìn)行感官評估后，發(fā)現(xiàn)蘋果干具有可接受的感官品質(zhì)特性。Cui等[46]將真空浸漬菌液的蘋果塊分2組，1組為冷凍干燥（FD），1組為冷凍干燥與微波真空干燥（FD+MVD）相結(jié)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)D+MVD組干燥的蘋果片顏色偏向烘烤的黃色，較自然，蘋果干脆性較大，表面多孔。而FD組的顏色偏白，質(zhì)地綿軟，脆性較差。可能原因是由于微波處理過程中，細(xì)胞內(nèi)的水分迅速蒸發(fā)，蒸汽壓升高，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，內(nèi)部的抵抗力較大，脆性較高。且干燥處理后FD+MVD組蘋果干內(nèi)部活菌數(shù)8.05 log CFU/g，25 ℃條件下貯藏120 d后的活菌數(shù)達(dá)到7.03 log CFU/g，具有較高的儲藏穩(wěn)定性。

3 問題與展望

關(guān)于益生菌果蔬制品加工工藝的研究內(nèi)容已經(jīng)相對比較豐富，但系統(tǒng)化研究加工過程中的技術(shù)應(yīng)用及加工與果蔬組織內(nèi)部變化關(guān)系的研究較少；關(guān)于加工工藝對果蔬制品耐貯性、品質(zhì)關(guān)系及與益生菌存活率高低的研究也不多；關(guān)于加工工藝對果蔬營養(yǎng)成分及生物活性影響方面也仍需探究。試驗(yàn)結(jié)果一方面可為益生菌果蔬加工和貯藏提供理論基礎(chǔ)，另一方面對新型益生菌果蔬制品的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)具有一定參考價(jià)值。

4 結(jié)語

益生菌果蔬制品不僅使消費(fèi)者享受到益生菌的功能益處，而且也富含果蔬營養(yǎng)，符合當(dāng)下人們的飲食需求。益生菌果蔬制品的開發(fā)將豐富益生菌市場，具有廣闊的前景。