微生物發酵制備沙棘果漿酵素的研究

王巨成

(山西省林業科學研究院，山西 太原 030012)

植物原料經微生物發酵生產的酵素產品有獨特的口感和風味，且酵素含有豐富的超氧化物歧化酶、維他命群、微量元素、核酸、氨基酸、醇和脂類等營養物質，是一種高營養、高價值的優質飲品。酵素有平衡機體、消炎抗菌、解酒護肝和抗氧化、延緩衰老等功能。

沙棘果實營養豐富，其果實中含有多種維生素、脂肪酸、微量元素、亞油素、沙棘黃酮、超氧化物等活性物質和人體所需的各種氨基酸。其中，維生素C含量極高，每100 g果汁中含量可達825 mg～1 100 mg，是獼猴桃的2倍～3倍，有維生素C之王的美稱；含糖7.5%～10%，含酸3%～5%.

目前為止，市場上沒有沙棘果泥酵素，也沒有成熟的沙棘果泥酵素生產工藝。在沙棘果粗加工的基礎上，對沙棘果漿、沙棘果泥接種有益微生物，制備沙棘酵素，開發標準化酵素發酵工藝的相關核心技術，可為沙棘酵素產品的工業化生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

沙棘原漿(呂梁野山坡食品有限責任公司沙棘原漿，-20 ℃冷凍保藏)。

酵母菌：安琪葡萄酒·果酒專用酵母SY(安琪酵母股份有限公司)；安琪葡萄酒·果酒專用酵母RW(安琪酵母股份有限公司)。

根霉菌：安琪甜味型甜酒曲(安琪酵母股份有限公司)。

乳酸菌：佰生優酸奶發酵粉(昆山佰生優生物科技有限公司)。

1.2 沙棘酵素產品工藝研究

沙棘酵素工藝流程,見圖1.

圖1 沙棘酵素工藝流程

如圖1所示，沙棘原漿以及澄清果汁、果泥沉淀(對沙棘原漿進行5 000 r/min，6 min離心分離)可用作沙棘酵素產品的開發。原漿是指將沙棘果經過打漿均質后所得到的沙棘原漿,澄清果汁是指原漿經過離心后得到的上層清液，果泥是指原漿經過離心后得到的下層果泥沉淀。

1.3 沙棘酵素發酵條件的優化

本試驗采用直投式菌，酵母菌、乳酸菌(酸奶發酵劑)以及根霉菌(酒曲)均從市場購買，菌粉的接種量以及接種溫度均按照所購買菌的產品說明接種。

1.3.1 發酵菌種選擇的單因素試驗

分別將酵母菌、乳酸菌、根霉菌接種于沙棘原漿中，于表1條件下發酵后進行感官評價評分。由10位經過訓練的專業人員組成評價小組，按照表2的標準進行評分，取其平均值作為評分結果。結合感官評價得分以及指標測定的結果，選擇發酵效果較好的2種菌作為沙棘酵素加工工藝中的接種菌。

表1 不同微生物菌種的接種條件

表2 沙棘發酵產品感官評價

1.3.2 發酵方式的選擇

對比酵母菌單菌發酵、乳酸菌單菌發酵、酵母菌和乳酸菌的混合菌發酵3種方式。單菌接種方式和接種量按表1進行；混合菌發酵方式中酵母菌粉的接種量為0.01%，乳酸菌粉接種量為0.1%，在37 ℃條件下發酵16 h.以上發酵產品按照表2進行感官評價，并進行理化指標檢測，進而確定較好的發酵方式。

1.3.3 混合菌發酵時間單因素試驗

混合菌發酵的溫度設定為37 ℃，酵母菌粉的接種量為0.01%，乳酸菌粉的接種量為0.1%.發酵時間設為8 h，16 h，24 h，32 h，40 h時，定時取樣，置于-20 ℃冰箱里保存。待取樣結束后進行黃酮含量、可溶性還原糖含量以及總酸含量的測定，進而研究混合菌發酵時間對理化指標的影響，并確定沙棘酵素混合菌發酵方式的最佳時間。

1.4 指標測定

參照文獻中總酸(以檸檬酸計)含量的測定方法，采用pH電位法測定樣品的總酸含量。使用葡萄糖測定試劑盒(3,5-二硝基水楊酸比色法)測定樣品的可溶性還原糖含量。總黃酮含量以異鼠李素計，樣品的預處理為移液槍吸取0.5 mL沙棘發酵液，用70%乙醇溶液稀釋18倍，搖勻備用。樣品溶液中黃酮的測定步驟，見表3.在50 ℃下超聲3 min，靜置40 min，后在波長405 nm條件下測定OD值。

表3 沙棘中黃酮的測定 mL

2 結果與分析

2.1 沙棘原漿的理化指標

沙棘原漿理化指標的測定結果，見第11頁表4.

表4 沙棘原漿理化指標的測定

由表4可知，沙棘原漿的密度為1.406 kg/cm3(15 ℃)，pH值為3.5，可溶性還原糖含量為17.2 mg/mL,總酸含量為26.90 g/L,總黃酮含量為7.294 mg/mL.

2.2 沙棘酵素工藝

2.2.1 發酵菌種對沙棘原漿感官和總酸含量的影響

在沙棘原漿中添加不同菌種的酵素，在37 ℃條件下發酵16 h，感官評價結果與總酸(以檸檬酸計)含量見表5.

表5 發酵菌種對沙棘原漿酵素產品的影響

從表5中可以看出，根霉菌發酵的酵素有異味，感官評價得分最差。酵母菌和乳酸菌發酵的酵素感官評分相差不多，酵母菌與乳酸菌混合菌發酵的酵素感官評分最高。酵母菌和乳酸菌混合菌發酵方式的總酸含量最高，酵母菌單菌發酵方式的總酸含量最低。綜合感官評價與總酸含量表明，發酵效果較好的2種菌為酵母菌和乳酸菌。

2.2.2 發酵方式對沙棘果泥理化指標的影響

不同菌種組合方式在37 ℃條件下發酵16 h，對沙棘果泥發酵理化指標的影響見表6.

表6 不同菌種組合方式對沙棘果泥發酵理化指標的影響

如表6所示，沙棘果泥在37 ℃條件下發酵16 h后，混合菌發酵方式和乳酸菌單菌發酵方式可溶性還原糖含量較高，酵母菌單菌發酵方式的可溶性還原糖含量最低。混合菌發酵和乳酸菌單菌發酵方式的酵素中黃酮含量最高，酵母菌單菌發酵方式的酵素中黃酮含量最低。考慮到感官評價得分以及對產品評測指標的要求，確定沙棘果泥酵素的發酵方式為酵母菌與乳酸菌混合菌發酵方式。

2.2.3 發酵時間對沙棘果泥酵素理化指標的影響

在37 ℃的條件下，混合菌發酵時間對沙棘果泥酵素理化指標的影響見表7.

表7 混合菌發酵時間對沙棘果泥酵素理化指標的影響

在37 ℃條件下，沙棘果泥發酵過程中可溶性還原糖含量變化見圖2.

圖2 沙棘果泥發酵過程中可溶性還原糖含量變化

如表7和圖2所示，酵母菌和乳酸菌混合菌發酵，在37 ℃條件下，0 h～30 h可溶性還原糖含量下降趨勢明顯，尤其在24 h～30 h可溶性還原糖含量下降最快，在這段時間內益生菌繁殖速度最快；30 h后可能趨于平緩，此時還原糖利用高效充分，利于發酵產物的形成。因此，在30 h左右發酵液中的益生菌數量可能達到最大值。

在37 ℃條件下，沙棘果泥發酵過程中總酸含量(以檸檬酸計)變化見第12頁圖3.

如圖3所示，酵母菌和乳酸菌混合菌發酵，在37 ℃條件下，沙棘酵素發酵過程中總酸的含量呈波動下降趨勢，但總體變化程度不大。因此，沙棘果泥發酵時間對總酸含量的影響不明顯。可能是由于乳酸菌發酵過程中將糖降解為乳酸，而酵母菌可以降解乳酸為CO2.因此，導致發酵液中的總酸含量沒有很大變化。

圖3 沙棘果泥發酵過程中總酸含量變化

黃酮(以異鼠李素計)含量標準曲線，見圖4.

圖4 黃酮含量標準曲線

如圖4所示，總黃酮含量的標準曲線擬合方程為:

Y=6.913 3x-0.040 3,R2=0.990 9.

在37 ℃條件下，沙棘果泥發酵過程中黃酮(以異鼠李素計)含量變化見圖5.

圖5 沙棘果泥發酵過程中黃酮含量變化

如圖5所示，酵母菌和乳酸菌混合菌發酵，在37 ℃條件下，發酵過程中的黃酮含量呈波動上升的變化趨勢。在0 h～18 h內呈上升趨勢，18 h～36 h內呈下降趨勢，36 h后呈上升趨勢，且上升趨勢明顯，到40 h時發酵液中的黃酮含量達到起點時的2倍。這可能是由于微生物的代謝分解了黃酮糖苷，增加了游離苷元的含量。

考慮到發酵液中總酸含量、總黃酮含量、還原糖的利用率，以及對最終產品的較高期望，最終確定沙棘果泥酵素酵母菌和乳酸菌混合菌發酵方式的最佳發酵時間為40 h.可能是由于菌粉未經活化直接進行發酵，或者接種量過低導致發酵時間較長。因此,提前活化菌種或者增加接種量可能會縮短沙棘果泥的發酵時間。

3 結論

1) 沙棘原漿的密度為1.406 kg/cm3(15 ℃)，pH值為3.5，可溶性還原糖含量為17.2 mg/mL,總酸含量為26.90 g/L,總黃酮含量為7.294 mg/mL.

2) 通過單因素試驗，確定沙棘酵素發酵工藝采用酵母菌與乳酸菌混合菌發酵，酵母菌粉的接種量為0.01%，乳酸菌粉的接種量為0.1%，發酵條件為37 ℃，發酵16 h后沙棘酵素所含益生菌總數為3.5×106CFU/mL，發酵40 h效果最佳。

本試驗以沙棘加工的下腳料沙棘果泥為主要原料，通過發酵、復合調配制成沙棘酵素果凍，提高了沙棘資源的利用率，延伸了沙棘深加工產業鏈，提高了沙棘的經濟價值和資源利用率，應用前景廣闊。但國內關于食用酵素的研究較少，所以下一步應加強食用酵素相關檢測指標、功能性、安全標準制定等方面的研究。