駿棗果醋發酵過程中營養品質變化及風味成分分析

卜智斌，徐玉娟，溫 靖*，余元善，劉昊澄，鄒 波，周珊珊

（1.廣東省農業科學院 蠶業與農產品加工研究所 農業農村部功能食品重點實驗室/廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610；2.廣東佳寶集團有限公司，廣東 潮州 515638）

駿棗（Ziziphus jujubaMill.）是我國紅棗主栽品種之一，廣泛種植于我國新疆、山西等地。研究表明，駿棗富含氨基酸、維生素、礦物質、多酚、多糖等營養成分[1-3]，具有極高的營養價值和藥用價值，有大量文獻報道其具有抗炎癥、抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力等功效[4-6]。

現階段紅棗的精深加工產品主要有紅棗汁、紅棗干、紅棗片、紅棗酒、紅棗醋等[7]，駿棗作為新疆產量最大的紅棗，以鮮食和棗干消費為主，大規模的精深加工利用較為缺乏，研究表明，駿棗干的糖含量為60%～80%，復水打漿后非常適合果酒果醋的釀造[8-9]，對豐富駿棗精深加工產品類型，實現綜合加工利用具有重要的意義。目前關于棗醋的加工研究已有報道，但主要集中在不同品種紅棗的醋酸發酵工藝優化研究，如王大紅等[10]優化了板栗紅棗果醋醋酸發酵工藝條件的優化，并測定了果醋的相關品質指標，化志秀等[11]對比研究了初始棗汁、棗酒醪、棗醋的主要營養成分的含量及抗氧化活性，但對探討棗醋發酵過程中品質變化及發酵前后風味成分分析的研究鮮有報道。

本研究將以駿棗原酒為主要原料，利用前期實驗室已優化的醋酸發酵階段工藝條件，重點研究駿棗果醋發酵過程中酒精度、pH值、可滴定酸、有機酸、總多酚、維生素C、抗氧化能力變化，并對比分析發酵前后揮發性風味成分差異，以期為駿棗果醋的深加工及其產業化提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

駿棗果酒（酒精度12%vol）：實驗室制備；醋酸桿菌（Acetobacter aceti）As1.41：實驗室保藏；Folin-Ciocalteu試劑：上海源葉生物科技有限公司；磷酸（色譜純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；乙腈（色譜純）：美國Tedia公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、乳酸、草酸、抗壞血酸、蘋果酸、檸檬酸、醋酸、琥珀酸（標準品）：美國Sigma-Aldrich公司；焦性沒食子酸、葡萄糖、酵母粉、碳酸鈣、無水乙醇等其他試劑（均為分析純）：國藥集團化學試劑公司；總抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）測定檢測試劑盒：南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

ALC-210.4分析天平：賽多利斯科學儀器有限公司；UV1800型紫外可見分光光度計、LC-20A高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀：日本島津公司；PB-10型pH計：德國Sartorius公司；Infinite M200 Pro酶標儀：瑞士TECAN公司、JW-1042低速離心機：安徽嘉文儀器裝備有限公司；YXQ-LS-50SII型立式壓力蒸汽滅菌器、SPX-250B-Z 型生化培養箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；6980N/5975B氣質聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀：美國Agilent 公司；手動固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）進樣器及萃取纖維頭50/30 μm DVB/CAR/PDMS：美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

駿棗果酒酒精度調整→醋酸菌活化→醋酸發酵→駿棗果醋

操作要點：

（1）酒精度調整：在駿棗果酒中添加無菌水將酒精度調整至6%vol，待醋酸發酵備用。

（2）醋酸菌活化：取適量保藏的醋酸菌種加入已滅菌的醋酸菌液體培養基中（葡萄糖1%，酵母提取粉1%，CaCO31%，無水乙醇3%），30 ℃搖床中140 r/min活化培養48 h。

（3）接種發酵：按照10%（V/V）的比例，將活化后的醋酸菌菌液接種至酒精度調整后的駿棗果酒中，通過搖床培養發酵，保持通風，搖床溫度控制在28～30 ℃、140 r/min發酵3～4 d。

（4）取樣：發酵過程中每隔12 h取樣，取樣前充分攪拌均勻，分裝，冷凍儲藏備用。

1.3.2 分析檢測

酒精度測定：采用酒精計測定；可滴定酸含量測定：按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》；總酚含量測定：采用Folin-Ciocalteu法[12]；總抗氧化能力（T-AOC）測定：按照總抗氧化能力（T-AOC）測定試劑盒進行；DPPH自由基清除能力測定：按照文獻[13]進行；抗壞血酸及有機酸含量測定：按照文獻[14]采用HPLC法測定；揮發性成分測定：按照文獻[15]采用SPME-GC-MS法。

1.3.3 數據處理

使用Excel軟件進行數據處理和統計分析、SPSS 17.0軟件進行方差分析，使用Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 駿棗果醋發酵過程中酒精度的變化

由圖1可知，醋酸發酵0～36 h期間，酒精度由6%vol下降至5%vol，應該是由于發酵液中初始酒精度對醋酸菌的生長有一定抑制作用，醋酸菌的增殖速度較為緩慢，使得酒精的降解量較小；在發酵36～72 h期間，酒精度則迅速從5%vol下降至1.5%vol，說明在此階段醋酸菌進入快速繁殖期，酒精的降解速度快速增加，因此可以認為這一階段應為發酵產酸的主要時期；在最后72～96 h期間，隨著酒精不斷耗盡，醋酸發酵接近結束。

圖1 駿棗果醋發酵過程中酒精度的變化Fig.1 Changes in alcohol content of jujube vinegar during the fermentation process

2.2 駿棗果醋發酵過程中pH值、可滴定酸的變化

由圖2可知，由于發酵過程中醋酸、乳酸等多種有機酸的生成，使得pH值不斷降低、可滴定酸含量不斷升高，兩者變化趨勢呈負相關趨勢。在發酵0～72 h期間，pH值不斷降低；發酵72～96 h期間下降速度趨于平緩。可滴定酸含量不斷升高，在發酵0～36 h期間，可滴定酸緩慢升高，由2.68 g/L升高至7.80 g/L；在發酵36～72 h期間，可滴定酸快速升高，含量由7.80 g/L升高至23.10 g/L；變化趨勢與圖1中酒精度的變化情況基本接近，說明駿棗果醋在發酵期間主要發酵階段為第36～72 h。

圖2 駿棗果醋發酵過程中pH值和可滴定酸的變化Fig.2 Changes in pH and titratable acid contents of jujube vinegar during the fermentation process

2.3 駿棗果醋發酵過程有機酸含量和酸味強度的變化

從表1可以看出，駿棗果酒中乳酸含量最高，達到2 335.47 mg/L，其次是醋酸和檸檬酸，是由于在酒精發酵中，通常伴隨著蘋果酸-酒精發酵[16]，乳酸菌能將蘋果酸轉化成乳酸和CO2，使得果酒發酵過程中乳酸大量累積，而醋酸則是釀酒酵母在厭氧條件下發酵過程中產生的主要副產物之一[17]。

駿棗果醋中主要有機酸有醋酸、乳酸和檸檬酸，且醋酸、草酸、乳酸和琥珀酸在發酵前后有顯著性變化（P＜0.05），其中果醋中醋酸含量最高，發酵過程中含量顯著性升高，由1 951.25 mg/L升高至29 260.29 mg/L，升高接近15倍；乳酸含量僅次于醋酸，在發酵過程中呈先下降后升高的趨勢，在發酵36 h時含量達到最低；琥珀酸含量在0～36 h期間顯著性增加，隨后發酵36～96 h期間含量趨于穩定且變化不顯著（P＞0.05），且琥珀酸是酵母菌發酵的主要產物，由于駿棗果酒原料未經熱殺菌處理，因此在醋酸發酵前期可能還存在酵母菌發酵，使得發酵前期琥珀酸含量顯著上升，后期隨著醋酸含量不斷增加，pH值不斷降低，抑制了酵母菌的生長，使得琥珀酸含量在發酵中后期趨于穩定[18]。另外，檸檬酸與蘋果酸在發酵過程中含量均有減少，但變化不顯著（P＞0.05），可能由于蘋果酸在醋酸發酵過程中被醋酸菌少量利用或被降解；6種有機酸中草酸含量最低，在發酵前期較為穩定，中后期含量顯著性降低，可能是因為被醋酸菌代謝利用或者在發酵的強氧化條件下被氧化降解引起[19]。

表1 駿棗果醋發酵過程中各種有機酸含量的變化Table 1 Changes in organic acid content of jujube vinegar during the fermentation process

參考各有機酸的味覺閾值[20]，測算出駿棗果醋發酵過程中各種有機酸的酸味強度，結果如表2所示。由表2可知，發酵過程中醋酸和琥珀酸的酸味強度逐漸增強，駿棗果酒中總酸味強度較低為439.73，其中醋酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸四種有機酸分別對總酸味強度的貢獻為36.90%、29.50%、22.01%、9.02%，合計為97.75%，該四種酸為駿棗果酒的主體酸味來源；經過醋酸發酵后駿棗果醋的總酸味強度是駿棗果酒的6.17倍，而發酵后果醋中總有機酸僅為果酒的4.6倍，駿棗果醋中各種有機酸酸味強度大小依次為醋酸＞乳酸＞檸檬酸＞琥珀酸＞蘋果酸＞草酸，其中醋酸對總酸味強度的貢獻為89.93%，其他種類有機酸僅為10.07%，表明通過醋酸發酵后，醋酸是果醋酸味表現的主體酸，其他有機酸則為駿棗果醋的輔助酸味特征成分，是駿棗果醋具有一定果酸味的基礎。

表2 駿棗果醋發酵過程中酸味強度的變化Table 2 Changes in acidity intensity of jujube vinegar during the fermentation process

2.4 駿棗果醋發酵過程中維生素C和總酚含量的變化

由圖3可以看出，發酵過程中總酚含量不斷下降，由1.14 mg/mL下降至0.59 mg/mL，其在發酵0～48 h期間下降速度較快，發酵48～96 h期間下降速度趨于平穩，總體下降近48%，與朱偉林等[21]在對比研究龍眼醋發酵過程中總酚含量變化趨勢一致，李騰宇[22]研究發現紅糖醋發酵過程中總多酚含量是逐漸減少的。維生素C含量在發酵0～36 h期間由17.87 mg/mL快速下降至14.41 mg/mL，下降近20%，后期則總體趨于穩定。化志秀等[11，23]發現在液態深層發酵法發酵棗醋階段維生素C含量呈下降趨勢，出現這種現象可能是由于醋酸發酵為好氧發酵，屬于氧化過程，長時間的氧化反應導致維生素C和酚類物質發生降解[24]，從而使維生素C和總酚含量漸漸降低。

圖3 駿棗果醋發酵過程中維生素C和總酚含量的變化Fig.3 Changes in vitamin C contents and total phenols contents of jujube vinegar during the fermentation process

2.5 駿棗果醋發酵過程中抗氧化能力的變化

由圖4可知，DPPH自由基清除能力在發酵0～36 h期間下降，之后顯著升高，在發酵96 h后駿棗果醋的DPPH自由基清除率達到89.75%，相比發酵前駿棗果酒的DPPH自由基清除率升高7.22%，總抗氧化能力在發酵過程中同樣顯著性升高，在發酵96 h后駿棗果醋的總抗氧化能力達到0.74 mmol/L，相比發酵前駿棗果酒的總抗氧化能力提高2.9倍，與抗氧化成分總多酚和維生素C的變化趨勢相反，說明果醋發酵過程中DPPH自由基清除率與抗氧化成分的含量變化不成正相關。同樣的，楊玉霞[25]的研究也發現百香果醋的DPPH自由基清除能力顯著優于百香果酒，高出將近32%，化志秀等[11]的研究同樣發現紅棗醋發酵階段維生素C含量下降、總抗氧化力呈極顯著上升趨勢，CHEN Y等[26]研究柑橘醋發酵過程中總黃酮含量下降6.4%、總多酚含量升高5.7%，但抗氧化活性升高46.7%，出現這種現象可能是由于醋酸發酵過程中產生了某些代謝產物，有利于清除DPPH自由基，也有可能是由于果醋發酵過程中醋酸含量大幅上升，酸度的不斷升高提供了更多帶正電的氫離子，進而提高了自由基的清除率[27]。

圖4 駿棗果醋發酵過程抗氧化能力的變化Fig.4 Changes in total antioxidant capacities of jujube vinegar during the fermentation process

2.6 駿棗果醋發酵前后風味成分的變化

表3 駿棗果酒和果醋中香氣物質種類及相對含量Table 3 Aroma components and relative contents of jujube wine and jujube vinegar

續表

由表3可知，從駿棗果酒和果醋中共檢測到65種香氣物質，其中駿棗果酒中有47種，主要分為酯類（23種）、烴類（7種）、醛類（9種）、醇類（3種）、酮類（2種）、醚類（1種）、酚類（1種）和其他物質（1種）等8大類揮發性化合物。駿棗果醋中檢測到39種香氣物質，主要分為酯類（18種）、酸類（3種）、烴類（3種）、醛類（4種）、醇類（7種）、酮類（1種）、酚類（1種）和其他物質（2種）等8大類揮發性化合物。對比發酵前后，紅棗酒和紅棗醋共有香氣物質21種，紅棗醋中烴類化合物減少了4種、酯類和醛類化合物分別減少了5種，增加了乙酸、庚酸、癸酸3種酸類化合物和4種醇類化合物。應該是由于發酵過程中酯類物質發生分解，醛類、酮類等物質進一步還原成酸，使得發酵后酯類化合物種類減少、酸類化合物種類增加。

駿棗果酒中酯類揮發性化合物相對含量最高為44.75%，其中甲酸異戊酯相對含量最高為20.71%、乙酸乙酯相對含量為7.97%、丁二酸二乙酯相對含量為4.20%，駿棗果醋中酯類揮發性化合物相對含量最高為37.27%，其中乙酸乙酯相對含量最高為22.62%、乙酸異戊酯相對含量為9.17%，對比發酵前后，酯類化合物中乙酸乙酯升高14.76%、乙酸異戊酯升高7.25%、甲酸異戊酯降低20.37%，果醋的發酵風味物質是主要由乙酸乙酯或甲酸乙酯引起，發酵風味強多是由于這些物質的含量過高。

發酵后駿棗果醋中新增酸類揮發性化合物，相對含量為30.72%，僅次于酯類化合物，其中乙酸相對含量最高為30.55%，另外兩種揮發酸相對含量較低，庚酸為0.08%、癸酸為0.09%，構成了果醋主要的揮發性風味成分，具有顯著的呈味作用，可修飾其他滋味，起到一定的改善調和風味的效果。另外，紅棗醋中醛類物質相對含量僅為1.26%，相比紅棗酒（9.27%）大幅下降，由于部分醛類物質具有類似苦杏仁、辛辣刺激的不良風味[28]，因此通過醋酸發酵能夠有助于提高駿棗果醋的整體風味效果。

3 結論

通過分析駿棗果醋發酵過程中酒精度、pH值、可滴定酸、有機酸、維生素C、總酚含量及抗氧化活性等品質指標變化情況，及發酵前后揮發性成分的差異，發現在發酵36～72 h期間，酒精度快速從5%vol下降至1.5%vol，可滴定酸快速積累，由7.8 g/L升高至23.1 g/L，該階段為發酵產酸的主要時期；檢測到發酵過程中主要有醋酸、草酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸、蘋果酸共6種有機酸，其中醋酸含量最高，其次是乳酸，醋酸和琥珀酸在發酵過程中含量顯著性升高，乳酸和草酸含量顯著性降低，檸檬酸和蘋果酸含量整體變化較為穩定。發酵過程中總酚含量不斷下降，維生素C含量則在0～36 h期間下降近20%后趨于穩定，發酵過程中總抗氧化能力一直呈顯著性升高趨勢，DPPH自由基清除能力先稍微下降后顯著性升高。GC-MS分析結果表明，發酵后駿棗果醋中檢測到香氣物質共39種，相比發酵前駿棗果酒減少醚類揮發性化合物，但增加了3種酸類揮發性化合物。后續將重點研究駿棗果醋的澄清及乳酸分離工藝，并評價駿棗果醋貯存期品質及風味的變化，以期為開發優質駿棗果醋新產品，實現產業化生產提供更為充分的參考依據。