發酵果汁的研究進展與展望

馬路凱，盧曉麗，何秋璇，崔蕓，劉袆帆，黃炳鈺，井敏敏，張世昂，朱立學

（1.仲愷農業工程學院輕工食品學院，現代農業工程創新研究院，廣東 廣州 510225；2.中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；3.仲愷農業工程學院自動化學院，現代農業工程創新研究院，廣東 廣州 510225；4.仲愷農業工程學院機電工程學院，現代農業工程創新研究院，廣東 廣州 510225）

水果口感細膩柔軟，富含維生素、礦物質、膳食纖維等營養素，深受人們喜愛。我國水果資源豐富，但具有明顯的時令性，多集中在6月～9月，受環境及自身生理等影響，多數水果保質期較短，且采后貯藏技術相對缺乏，導致鮮果極易腐敗，降低了水果的品質[1]；此外，在水果生長過程伴隨有較多的次果、落果、壞果等副產物[2]。因此，關于水果的精深加工一直是食品領域關注的熱點之一。

隨著人們生活水平提高和健康意識增強，水果現有產品形式過于單一，已無法滿足市場需求，因此迫切需要創新產品形式。基于益生菌發酵技術研發的新型發酵果汁，營養價值高，且具有獨特風味[3]。發酵果汁以新鮮水果為原料，通過菌種發酵而得。目前的發酵果汁主要有兩種，一種是單一發酵果汁，如發酵蘋果汁[4]、發酵梨汁[5]、發酵葡萄汁[6]、發酵藍莓汁[7]等；另一種是混合發酵果汁，如蘋果、柚子和梨的混合發酵果汁[8]；所用菌種也可分兩類，一是單一菌種，如植物乳桿菌發酵獼猴桃汁[9]；二是混合菌種，如保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌混合發酵枸杞果汁[10]。果汁經發酵后會生成大量乳酸、氨基酸、短鏈脂肪酸等營養物質，提高水果的營養功效，已成為現代食品發展的一個新趨勢。本文將主要闡述發酵果汁的菌種選擇、發酵工藝及營養價值等方面的研究進展，并討論其發展前景，旨在為發酵果汁的研發提供參考。

1 發酵果汁的菌種

益生菌（probiotics）具有調節腸道微生態平衡、維持心血管健康、提高免疫力等功效[11]，其種類豐富，目前廣泛應用的主要有以下幾類：1）乳桿菌類，如植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌等；2）雙歧桿菌類，如嗜熱雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌等；3）其他菌屬，如嗜熱鏈球菌、酵母菌、醋酸菌等。隨著益生菌在水果加工中的深入研究與廣泛應用，果汁逐漸成為益生菌發展的潛力載體[12]。

1.1 乳酸菌及其在果汁中的應用

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）在自然界分布廣泛，其對機體的益生作用已有較多報道。經乳酸菌發酵處理不僅可以增強食品風味，還會生成具有特殊營養功效的物質，如糖苷酶[13]，以及一些具有抑菌作用的物質，如有機酸、細菌素等[14]，顯著提高食品品質。

發酵過程中乳酸菌的代謝作用使果汁中的酚類物質增加，從而提高果汁的抗氧化性[15]。張宏志等[16]向藍莓黑莓混合果汁中接種植物乳桿菌、乳酸乳桿菌和腸膜明串珠桿菌進行發酵，發酵后果汁的pH值、總糖濃度下降，總酸、總酚含量升高，抗氧化性增強。王茹等[17]以腸膜明串珠菌和植物乳桿菌混合發酵枸杞汁，經工藝優化所得產品乳酸菌含量達2.1×108CFU/mL，且具有較強的抑菌效果。乳酸菌發酵果汁可增強機體免疫功能，提高免疫力。尹曼等[18]研究了以乳酸菌發酵的復合果蔬汁提取物對小鼠脾淋巴細胞增殖的影響，發現復合發酵果蔬汁可促進T/B淋巴細胞增殖，各提取物均有較好的保護脾淋巴細胞免受氧化應激損傷的作用，證明復合發酵果蔬汁具有免疫調節的功效。Dimitrovski等[19]以植物乳桿菌發酵菊芋汁，經發酵的菊芋汁活菌數、乳酸含量較高，且發現發酵菊芋汁與藍莓汁混合可提高產品貨架期。DI CAGNO等[20]以植物乳桿菌發酵石榴汁，發酵后醇類、酮類、烯烴類、萜類、苯類化合物含量顯著增加，而醛類和硫化物含量減少，表明乳酸菌發酵可提升石榴汁的感官品質。由此可見，乳酸菌發酵果汁不僅口感風味較好，還能提高果汁的品質。

1.2 酵母菌及其在果汁中的應用

酵母菌（Saccharomyces）具有較為廣泛的應用價值，利用酵母菌發酵果汁，能適當降低糖含量，提高酚類、黃酮以及維生素C等活性抗氧化物質的含量[21]。酵母菌在食品行業已有較多應用，如啤酒、奶酪等的制作[22-23]。近年來，酵母菌在發酵果汁中也有研究應用。高淑芳等[24]以酵母菌發酵火龍果汁，發現所得產品具有火龍果香和發酵香氣。劉景等[25]從自然發酵果蔬液中分離出酵母菌，接種于蘋果汁中，顯著改善了原蘋果汁的香味。鄒穎等[26]利用干酪乳桿菌與三種酵母菌發酵荔枝汁，結果表明復合發酵能促進干酪乳桿菌的生長，且發酵后的荔枝汁糖度下降，具有較好的抗氧化效果。Fracassetti等[27]利用酵母菌發酵制備了一種葡萄和獼猴桃混合果汁。由此可知，酵母菌能在果汁中穩定生長繁殖，且可改善果汁品質，已成功應用于果汁發酵。

1.3 醋酸菌及其在果汁中的應用

醋酸菌（Acetobacter aceti）是一類革蘭氏陰性細菌，廣泛分布于自然界[28]，其發酵過程產生的醋酸，具有清理腸胃、促進消化吸收營養物質的功效。尹愛國等[29]以基酒為基礎，在最優醋酸發酵工藝條件下制得的龍眼和檸檬復合果汁的總酸為68 g/L，相較于原果汁，其醇類、酯類物質含量增加，具有獨特風味。張藝等[30]以油橄欖果汁為原料，研究釀造食醋的液態發酵工藝，通過最佳發酵工藝得到總酸為51.2 g/L的油橄欖風味食醋，相較于相同工藝下生產的白醋，其含有更多的黃酮、多酚等抗氧化成分。然而，目前關于醋酸菌發酵果汁的報道還較少，有待深入研究。

2 發酵果汁的工藝

不同的水果基質具有迥異的理化性質，導致發酵工藝的多樣，主要是由于不同菌種在不同果汁中的生長情況與活性不同；且對于同種果汁而言，單一菌種、混合菌種和不同復配比的混合菌種也會影響其發酵后的品質，如總多酚、總黃酮、總糖等含量，以及自由基清除率、風味、色澤等[26，31-32]。幾種常見發酵果汁的工藝條件如表1所示。

表1 幾種發酵果汁的工藝條件Table 1 Technological conditions of several fermented fruit juice

3 發酵果汁的營養功效

發酵果汁能最大限度地保留水果的營養成分，且發酵過程會產生較多的營養物質，提高果汁品質的同時，還能改善腸道環境，提高免疫力[39]。Nayak等[40]研究發酵諾麗果汁對糖尿病小鼠的作用效果，發現其具有降血糖和保護肝臟作用。

發酵過程微生物的代謝作用會使果汁中的酚類含量、酶系組成等發生變化，進而改變果汁品質，如風味、自由基清除率、抗氧化性等[26]，發酵給果汁帶來的主要物質變化如圖1所示[41-46]。

圖1 發酵果汁的營養物質變化Fig.1 Changes of nutrients in fermented juice

有研究發現，經乳酸菌發酵后，果汁中總酚、黃酮、維生素、礦物質、胞外多糖等含量增加[47]。盧嘉懿[48]研究了5種不同果蔬汁發酵前后的物質變化，發現揮發性風味物質含量及種類、芳香族氨基酸、苯衍生風味物質均增加，醛類物質和游離氨基酸減少，表明發酵過程游離氨基酸可能分解生成了一些小分子揮發性呈味物質。劉秋豆等[49]研究發現經乳酸菌發酵的芒果汁，總酚含量增加，抗氧化活性提高，果汁品質明顯提升。Lu等[50]分別以瑞士乳桿菌、副干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌發酵楊桃汁，結果發現楊桃汁中的醛類和酯類等異味物質含量顯著下降，而酮類、醇類和脂肪酸含量在一定程度上增加，改善了楊桃汁的香味。Park等[51]發現經乳酸菌發酵后混合漿果汁的抗氧化活性顯著提高，且新增了34種揮發性化合物。

發酵果汁的營養價值具體如表2所示。

表2 發酵果汁的營養功效分析Table 2 Analysis of nutritional efficacy of fermented fruit juice

4 國內外發酵果汁的發展現狀與趨勢

益生菌發酵果汁已經成為國內研究熱點，鄭欣[55]以荔枝為原料，研究干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌和腸膜狀明串珠菌發酵荔枝汁的工藝，解決了荔枝含糖量高、果香不突出的問題，開發出新型的荔枝汁發酵飲料。李海萍[64]研究乳酸菌發酵柚子汁的工藝，脫去了柚子汁的苦味，得到口感較好的柚子發酵果汁。范俊華等[8]以植物乳桿菌發酵柚子、蘋果、梨的混合果汁，研制出有柔和發酵風味與濃郁果香的發酵復合果汁。楊沖等[65]利用乳酸菌發酵南豐蜜桔汁，發酵后的果汁總酸度升高，多酚和總黃酮含量顯著增加，表明乳酸菌發酵可改善原果汁風味，提高其營養價值和保健功效。

國外也有大量關于益生菌發酵果汁的研究。Mantzourani等[66]研究植物乳桿菌發酵對石榴汁品質的影響，結果表明發酵石榴汁比未發酵石榴汁含有更多揮發性化合物（醇類、酮類和酯類）；在貯藏期間，發酵石榴汁的總酚含量與抗氧化活性均高于未發酵石榴汁。Guo等[67]研究發現鮮諾麗果汁的體外抗氧化能力雖高于發酵諾麗果汁，但發酵果汁對小鼠急性酒精肝損傷有更好的預防效果，表明體外和體內的抗氧化效果和機制有差異。RICCI等[68]研究植物乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌在櫻桃汁中的生長能力，結果表明經發酵后蔗糖和蘋果酸含量明顯降低，乳酸和揮發性物質含量增加；且植物乳桿菌能調節果汁的酚類成分，增加二氫咖啡酸（抗氧化物質）和苯乳酸（抑菌物質）的含量，鼠李糖乳桿菌和副干酪乳桿菌可增加芳香化合物的含量，為發酵櫻桃汁菌種選擇提供了參考。Muhialdin等[69]以植物乳桿菌發酵火龍果汁，發現發酵前后果汁的抗氧化活性無明顯差異，但發酵后的果汁對大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性較高，且賴氨酸、丙氨酸、乙酸、丁二酸、乳酸、葡萄糖、異丁酸和甜菜堿的含量增加，證明乳酸菌發酵可改善和提高果汁的品質。

5 結論與展望

本文介紹了發酵果汁的研究進展，并對其菌種選擇、工藝條件、營養功效進行歸納和分析。目前，針對發酵果汁的報道還較少，市場上的益生菌發酵飲品仍以發酵乳制品為主[70]。利用益生菌發酵果汁，既可保留水果原有營養成分，也能增加水果的營養價值，提高果品品質。此外，以非乳原料作為益生菌的發酵基質，可以為乳糖不耐受人群提供攝入益生菌的新選擇。因此，在當下消費者追求科學平衡的膳食模式大背景下，代表健康、營養、綠色的發酵果汁將是未來食品行業的發展方向和研究熱點，具有巨大的商業化潛力，有望成為大眾青睞的新型功能性飲料。