乳酸菌發酵果蔬汁的風味研究進展

全琦,劉偉,左夢楠,張菊華*

1(湖南大學 研究生院隆平分院,湖南 長沙, 410125) 2(湖南省農業科學院農產品加工研究所,湖南 長沙, 410125)

隨著人們生活水平的提高和健康意識增強,對新鮮、營養、健康、天然的非乳制品飲料的需求持續增長,素食主義、純素食主義者以及高膽固醇患者和對牛奶蛋白過敏人群不斷增加,近年來功能性益生菌發酵產品的開發成為食品行業研究熱點,由發酵乳制品逐步轉向谷物、水果和蔬菜等非乳制品[1]。乳酸菌(latic acid bacteria,LAB)發酵果蔬汁是以果汁、蔬菜汁為原料,經過LAB發酵,再進行調香調味的一類現代發酵食品[2]。果蔬汁富含維生素C、酚類和多糖等生物活性物質,可以作為機體功能健康成分的理想載體,為生命活動提供有益功能,包括抗氧化、免疫、抗炎等[3],同時具有誘人的口味和清爽的外觀,可以為益生菌發酵提供良好基質,因而引起了人們廣泛關注和重視[4]。目前采用LAB等益生菌發酵果蔬汁的研究報道較多,但有關發酵果蔬汁風味的綜述鮮見報道。因此,為更好地闡明發酵果蔬汁風味的來源、形成途徑等問題,本文從LAB發酵果蔬汁的作用、發酵對果蔬汁風味的影響及工藝優化等方面進行系統梳理,以期為LAB發酵果蔬汁的深度開發、風味調控等方面研究提供借鑒與參考。

1 LAB發酵果蔬汁的作用

1.1 提高果蔬汁的營養成分和生物利用率

LAB發酵過程中可利用果蔬汁的蛋白質、糖類、礦物質等營養成分進行代謝,產生生物活性物質,改善礦物質的利用率和消化率[5],使其具有更高的營養價值。一方面,LAB發酵產生大量乳酸,創造酸性環境提高果汁中維生素的穩定性[6],有效減緩酚類物質、維生素C、超過氧化物歧化酶等抗氧化物質的氧化分解速率[7],還能使鈣、鐵等微量元素轉換為離子狀態,易于人體消化吸收,提高了果蔬汁原有營養價值。另一方面,LAB及其活性產物的聯合攝入,可以相互作用改善人體的健康狀況。有研究表明,LAB發酵合成多種維生素(如維生素K、復合維生素B族等),B族維生素參與核酸合成、細胞代謝等,主要通過飲食和微生物菌群途徑使人體獲取,有利于維持人體正常機能[8]；合成γ-氨基丁酸,使得肝腎機能、免疫調節功效提升,起到降血壓、鎮靜安神作用[9]；合成胞外多糖,具有益生元活性和抗氧化、抗炎、降低膽固醇活性[10]。這些化學反應改變了植物基質的組成,提高了化合物的生物利用率和消化率,有助于改善果蔬汁的營養價值,也有助于形成促進人體健康的有益化合物。

1.2 提升果蔬汁的感官品質

LAB通過水解果蔬汁中的多酚、硫代葡萄糖苷、多肽、代謝酶等方式,產生醇、酯、烯萜類等一系列香氣物質[4]。同時LAB自身代謝可減少植酸、單寧等不良化合物生成[5],并產生腺苷、鳥嘌呤、次黃嘌呤等風味物質[11],改善果蔬汁的色、香、味等感官特性和營養品質。

1.3 提高果蔬汁保藏性能

LAB發酵產生多種拮抗代謝物,如有機酸、乙醇、過氧化氫、抗真菌化合物(脂肪酸、苯乳酸等)和細菌素[1]等,可抑制貯藏過程中酸敏感病原體等有害微生物生長,有利于保持其理化特性和感官品質,延長果蔬汁的貨架期。

1.4 LAB發酵產生的不良影響

LAB發酵過程中也可能會出現果汁過度酸化、異味等現象,比如產生二乙酰基、生物胺(biogenic amine,BA)、槲皮素等少量不理想的成分[5]。BA具有毒性,主要通過微生物對氨基酸的脫羧作用而產生；雙乙酰在發酵食品中很常見,也是啤酒中的重要的風味物質,但是大量存在于發酵果蔬汁中,常常會賦予果汁蒸煮味；槲皮素的產生可能會影響果汁的苦味,如發酵蘋果汁等。因此,在果蔬汁加工過程中,針對發酵產生不良影響因素,可采取菌種改良、工藝優化等措施,以提高發酵果蔬汁的風味與品質。

2 LAB發酵對果蔬汁風味的影響

2.1 LAB發酵果蔬汁的呈味機制

LAB作為一種人體腸胃的益生菌,可以利用果蔬汁中的營養成分和風味物質作為基質快速生長和酸化,從而延長果蔬汁的貨架期,這也是工業上利用LAB發酵果蔬汁的一個重要原因。LAB發酵是一個復雜的動態生化過程,對果蔬汁風味形成的作用機制如圖1所示。不同的果蔬發酵基質富含不同的營養成分,不同的菌株產生不同的發酵特性,發酵過程中表現出不同的生長和代謝方式,導致發酵汁中有機酸、還原糖、揮發性風味成分的含量不同,從而改變了果蔬汁原有營養成分和香氣成分,如水果蔬菜中原有的香氣前體胞外酶或細胞由于LAB作用發生裂解生成香氣化合物[12-13],這些香氣成分與果蔬汁原有風味相結合,從而形成獨特的LAB發酵果蔬汁風味[14]。

Glu為谷氨酸；Thr-蘇氨酸；Tyr-酪氨酸；Arg-精氨酸；Met-甲硫氨酸；BCAA-支鏈氨基酸；AAA-芳香族氨基酸； DS-雙乙酰合成酶；DR-雙乙酰還原酶；BDH-2,3-丁二醇脫氫酶；ADH-醇脫氫還原酶圖1 LAB發酵對果蔬汁風味形成的作用機制Fig.1 The mechanism of lactic acid bacteria fermentation on fruit and vegetable juice flavor formation

2.2 發酵對果蔬汁的糖、酸影響

葡萄糖、果糖等糖類和檸檬酸、蘋果酸等有機酸是果蔬汁中最主要呈味物質,同時也是大部分風味物質的主要合成前體物質[15]。LAB通過糖代謝等途徑消耗糖并產生有機酸,引起糖酸比下降,從而影響發酵后果蔬汁的感官品質。CHEN等[13]利用嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)等4種菌株發酵蘋果汁,檢測到還原糖逐漸被消耗,發酵后果汁的pH值均下降；GARCIA等[16]利用L.plantarum、干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)等5種菌株發酵柑橘汁、葡萄汁和蘋果汁,研究表明發酵過程中糖酸比變化與發酵底物、時間、菌株種類及接種量等因素密切相關[16]；石榴汁經過LAB發酵后,果汁中總糖含量下降(降低了28.1%),乳酸等有機酸濃度升高。還有研究發現,LAB在不消耗糖的作用下進行代謝,消耗檸檬酸產生醋酸鹽、乳酸鹽、雙乙酰、乙酰氨基和二氧化碳,釋放能量(ATP)并降低果汁酸度[17],如甜檸檬汁、杏汁的發酵。

酸是平衡水果中復雜多樣的芳香風味的重要組分,產酸是LAB發酵最主要的特征。不同果蔬基質的酸含量與種類也不同,導致不同果蔬糖酸比差異較大,呈現出不同風味特征[18]。比如葡萄汁中最主要的有機酸是酒石酸和蘋果酸,橙汁中以檸檬酸為主,蘋果汁中蘋果酸含量較多。蘋果酸具有強烈而辛辣的味道,可以作為一種調味劑,但高含量的蘋果酸會產生刺鼻的味道[19]。蘋果酸在未發酵的果汁如蘋果汁、西瓜汁、梨汁等含量較高[18],而在發酵和果汁儲藏過程中其含量明顯下降,與之相平衡的是產生大量的乳酸。例如,甜橙汁通過4種LAB發酵后檢測到原有蘋果酸含量顯著下降、乳酸含量顯著上升(原汁中未檢測到乳酸),是由于LAB以蘋果酸為碳源產生了乳酸,即蘋果-乳酸發酵[20]。乳酸賦予了發酵果蔬汁以柔和的酸味,同時對蔬菜汁中青臭味具有掩蔽作用[21],有助于提升發酵產品的口感和質地。此外,乙酸的產生也對發酵果蔬的風味產生重要影響,賦予了果蔬汁強烈的、辛辣的醋味,其通過磷酸葡萄糖酸途徑的醋酸激酶途徑和檸檬酸代謝而產生[19]。

2.3 發酵對果蔬汁中游離氨基酸的影響

果蔬汁中游離氨基酸等含氮物質的存在,在發酵過程中會對果蔬汁的風味品質產生一定的影響。游離氨基酸作為揮發性化合物的前體,如芳香族氨基酸(aromatic amino acid,AAA)是揮發性酚類、醚類和某些含芳香環類香氣物質的合成前體[15],它們可與多種受體相互作用,從而改變最終產品的揮發性特征,呈現出多種風味,如發酵汁中的果香、酯香等特征香氣風味,參與風味形成的還包括支鏈氨基酸(branched-chain amino acid,BCAA)[7,15]。例如,新鮮石榴汁通過2株L.plantarum發酵后,其中原有的BCAA(異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸)和AAA(酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)下降,脂肪族氨基酸(天冬氨酸、丙氨酸和精氨酸)濃度上升,主要是由于L.plantarum消耗BCAA和AAA的同源2-酮酸而獲得能量(ATP),再與2-酮戊二酸合成脂肪族氨基酸導致了其含量升高[22]。

由于游離氨基酸的代謝作用和有機酸的修飾作用,可以直接或間接影響內源性褐變的酶,從而影響果蔬基質的氧化和感官特性(色、香、味),在一定程度上保持了果蔬的天然色澤、抗氧化活性,提高了產品的營養、感官和流變性能[1]。在蔬菜汁中,部分蛋白質由于水解作用和LAB的轉換作用,生成風味物質,如蛋氨酸代謝產生甲烷硫醇等,在一定程度上影響了蔬菜汁的色、香、味[23]。但由于氨基酸在水果和蔬菜中含量相對較低,因此對風味影響程度相對較低[15]。

2.4 發酵對果蔬汁中多酚化合物的影響

多酚類化合物是果蔬汁中重要的生物活性化合物,包括單體多酚(黃酮和酚酸)和多體多酚(水解單寧和縮合單寧),這些化合物直接關系到食品的感官特征,如香氣、澀味和顏色。其中,酚類對香氣的貢獻主要是由于揮發性酚的存在,通過醇水解和LAB代謝而得[24]；而澀味的產生是由于黃酮類化合物如黃烷醇、兒茶素等,酚酸如鞣花酸、沒食子酸等,水解單寧如鞣花單寧等物質的存在,給果蔬汁帶來一種皺縮和干燥的感覺,是導致果蔬汁澀味的關鍵因素,通常存在于橙汁和沙棘汁[25]等。

LAB具有β-葡萄糖苷酶,在發酵過程中能夠水解酚類糖苷,從而產生酸性成分、具有抗氧化活性的化合物和影響食品香氣的化合物[24]。鞣花酸和花色苷是其中的代表性物質,它們作為果汁中的抗氧化劑,具有抑制氧化反應和清除自由基的能力,為保護果蔬汁原有的色澤和滋味提供了條件。鞣花酸由鞣花單寧水解產生；花青素是由β-葡萄糖苷酶水解產生,其在酸性環境比堿性環境穩定,有利于維持果汁或蔬菜汁的粉色、紅色、淡紫色、藍色和紫色。同時單寧的水解降低了果蔬汁原有澀味,提供給果蔬產品較好的口感。

LAB如L.plantarum具有兩種可誘導的酚酸脫羧酶,將果蔬汁中的酚酸物質如香豆酸、阿魏酸和咖啡酸等脫羧到它們相應的乙烯基衍生物[24],較低濃度的乙烯基衍生物可以提供令人愉快的香氣,但較高濃度的乙烯基衍生物會產生令人不快的味道[26],如4-乙烯基苯酚和4-乙烯基愈創木酚等,它們是發酵食品如醬油等的重要風味物質,被批準為食品添加劑,這些化合物的產生豐富了果蔬汁原有的色澤、香氣和滋味。

2.5 發酵對果蔬汁中類胡蘿卜素的影響

類胡蘿卜素是果蔬汁中一種重要的天然色素,包括胡蘿卜素和葉黃素,它們的存在對發酵汁的香氣產生重要影響。胡蘿卜是類胡蘿卜素含量極其豐富的一種蔬菜,經過LAB發酵后類胡蘿卜素含量顯著提升,主要通過兩條途徑：一是LAB發酵過程中合成類胡蘿卜素；二是發酵過程中果汁中的大分子變化,增加了類胡蘿卜素的釋放,從而提高其在果蔬汁中的含量[27]。番茄是一種最廣泛用于加工的蔬菜,富含番茄紅素,LAB在發酵過程中分解細胞基質,使類胡蘿卜素更有效,提高了蔬菜汁中的番茄紅素和總類胡蘿素水平[28],改善了番茄原汁的色澤、黏度、保健和風味特性。BARTKIENE等[29]采用不同株LAB對番茄漿粕進行乳酸發酵,可使番茄總類胡蘿卜素含量增加33.6%～ 41.1%,其中番茄紅素含量增加24.8%～50%,β-胡蘿卜素含量增加69%,使得發酵番茄漿具有更鮮艷的色澤和更好的口感,增加了消費者的接受度。

2.6 發酵對果蔬汁中揮發性化合物的影響

不同種類的香氣物質存在于果蔬汁中,對最終發酵產品的感官質量和消費者的接受度有至關重要的影響。LAB發酵利用果蔬汁中揮發性或非揮發性化合物代謝或產酶,合成大量的芳香化合物和它們的前體[12],同時發酵減少了果汁中原有異味,如不良的醛類等[30]。不同發酵基質發酵產生不同特征香氣物質,表現出不同香味(表1),包括醇、酯、烯萜、醛和脂肪類揮發性化合物等。

表1 LAB發酵不同果蔬汁的主要香氣成分及其風味Table 1 Main aroma components and flavor of different fruit and vegetable juices fermented by lactic acid bacteria

2.6.1 醇類對發酵果蔬汁風味的影響

醇類是果蔬中的一大類揮發物,廣泛存在于石榴、芒果、葡萄、青瓜等。比如,石榴汁中α-松油醇是其主要芳香成分,賦予石榴汁花香和百合香味；渾濁蘋果汁中1-丁醇和1-己醇是主要揮發物,賦予果汁甜味；2-甲基-1-丁醇賦予蘋果汁與麥芽、葡萄酒和洋蔥相關的香氣[19]。

在發酵過程中,醇類物質含量增加,主要是通過醛類化合物脫氫進一步還原成醇而生成,或是亞油酸和亞麻酸的降解產物,如己醇、2-己烯-1-醇等[12]。接骨木果汁通過L.casei發酵后產生己醇和2-己烯-1-醇,具有青香、芳香味、接骨木香味[40]；紅辣椒汁通過類布氏乳桿菌(Lactobacillusparabuchneri)發酵產生2-苯乙醇,一種重要的苯丙氨酸衍生物,具有玫瑰花香味,也存在其他發酵食品中,如奶酪、葡萄酒、威士忌等[41]。

醇類也是蘋果汁芳香特性來源的優勢化合物之一,蘋果汁發酵后產生的關鍵香氣包括乙醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇、2-甲基-1-丁醇、正丁醇和正己醇[30]。其中,6-甲基-5-庚烯-2-醇帶有明顯的焦甜味,在蘋果汁中含量和香氣值高,賦予果汁青香；正乙醇賦予果汁水果芳香氣息。乙醇(酒精)是LAB發酵后產生的第二大揮發性物質[39],是蘋果、接骨木、楊桃等果蔬汁甜香的來源。CHEN等[13]對蘋果汁發酵后,果汁中的酒精含量是未發酵果汁的10倍；LU等[39]采用副干酪乳桿菌(Lactobacillusparacasei)、鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)發酵楊桃汁,發酵過程中亞油酸和亞麻酸氧化產生1-辛烯-3-醇、乙基己醇等醇類,有助于楊桃果汁飲料呈現香菇味、甜果味。此外,醇類也可以作為果汁中其他芳香物質的溶劑,因此對果蔬汁的整體香氣做出了重要貢獻[42]。

2.6.2 酯類對發酵果蔬汁風味的影響

酯類是水果中的主要芳香成分之一,如乙酸乙酯被認為是石榴汁中典型的甜味組分,也是藍莓、黑莓、覆盆子等漿果類水果的主要香氣成分；乙酸己酯、丁酸乙酯和己酸乙酯賦予渾濁蘋果汁水果味和甜味[19]；3-辛烯-1-乙酸酯具有強烈的石榴種子氣味,是紫色番石榴果實的關鍵香氣成分[43]。

發酵過程中酯類化合物的產生主要通過酯化和醇解兩條途徑,前者是短鏈脂肪酸(如有機酸等)與醇類在酯化酶作用下形成酯類化合物(酯化),后者通過酰基轉移酶或酯酶的作用下與乙酰輔酶A合成酯類物質(醇解)[14]。石榴汁通過LAB發酵后產生乙酸乙酯、乙酸甲酯,增加了果汁甜香味和酯香味[43]；胡蘿卜漿發酵后產生了甲酸乙酯、甲酸庚酯和乙酸辛酯,賦予發酵汁菠蘿香、玫瑰香和果香[44]；蘋果汁發酵產生的酯類特征香氣物質包括2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸己酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯和2-甲基丁酸甲酯等,前兩種酯類物質含量最高,占香氣含量超過24%,對發酵蘋果漿整體香氣貢獻最大,賦予更強烈的果香、花香[14]。

2.6.3 烯萜類對發酵果蔬汁風味的影響

烯萜類化合物是一種代表性香味物質,也是天然植物中揮發性化合物的重要組成部分,以糖綴合的形式存在于許多蔬菜和水果中,如橙汁[20]、辣椒汁[41]、檸檬汁等。通過LAB發酵后,果蔬汁中的烯萜化合物含量顯著增加,主要是由于酸水解、酶水解并從糖苷中釋放出來。LAB代謝導致β-葡萄糖苷酶破壞烯萜糖苷鍵,促進烯萜釋放。LAB表現出β-葡萄糖苷酶活性,也能夠修飾和生物合成萜類化合物[41]。紅辣椒是發酵蔬菜的關鍵成分之一,因其具有一種獨特的辛辣和辣的感覺。LEE等[41]采用L.parabuchneri對辣椒汁進行發酵,研究發現發酵期間烯萜類化合物含量逐漸增加,如β-紫羅蘭酮、β-大馬士革酮、檸檬烯、β-月桂烯、γ-松油烯等,其中β-大馬士革酮具有水果和花香味,且發酵前未檢測出,其主要是通過類胡蘿卜素、新黃素降解形成。同時,發酵果汁的顏色在貯藏過程中比非發酵果汁更加穩定。在發酵渾濁蘋果汁中,烯萜類化合物的濃度升高,如D-檸檬烯等,賦予了果汁檸檬味、橙子味和柑橘甜香[19],改善了果蔬汁的香氣成分、色澤滋味,賦予發酵汁更好的風味品質。另外,在發酵過程中,一些不良烯萜類化合物含量的降低,如α-水芹烯、β-律草烯等,可減少胡蘿卜漿等果蔬汁原有的苦味和土腥味,從而使胡蘿卜漿的風味得到極大的改善。這一現象可能是由于LAB發酵使烯萜類化合物發生氧化反應,進一步降解生成酮類等物質,從而使其含量降低[44]。

2.6.4 醛類、酮類和脂肪類對發酵果蔬汁風味的影響

揮發性香氣物質除了醇、酯、烯萜類等主要的香氣成分,在發酵時被保留或富集,也有一些新的化合物如乙醛和酮類化合物產生,雖然含量極微,但仍然是構成發酵果蔬汁特征風味的重要物質之一。

醛類是蘋果汁重要的揮發性化合物,其中己醛和(E)-2-己烯醛是最主要的醛類,賦予蘋果汁綠葉清香、脂肪香和青草香味[19]。但是醛類物質極其不穩定,大多數醛類,如己醛和2-己烯醛,在發酵后減少,主要是由于LAB發酵過程中將其還原為醇或氧化為酸而造成。其中,乙醛被認為是發酵食品中的主要特色風味化合物,主要是由蘇氨酸代謝產生,是LAB代謝的中間體,賦予果汁自然、清香和水果香的風味。苯甲醛也是果蔬汁發酵后產生的一種重要醛類物質,具有櫻桃及堅果香味,微量的苯甲醛能賦予果蔬汁獨特的香氣[44]。但醛類化合物對果蔬香氣的影響主要與其含量有關,低濃度時醛類化合物提供的水果味對果汁風味產生積極的影響,濃度高時卻對發酵產品香氣產生負面影響。例如,鮮楊桃汁通過瑞士乳桿菌(Lactobacillushelveticus)、L.paracasei和L.rhamnosus發酵后,產生了少量苯甲醛、甲苯甲醛等醛類物質,具有堅果香、杏仁香味,豐富了果蔬汁香氣香味[39]。

酮味道強烈,與濃度高低無關,主要通過微生物氧化或脫羧途徑產生,包括2-甲基-3-戊酮、3-辛酮、香葉基丙酮、4-庚酮,2-壬酮等[13]。其中,3-辛酮是發酵獼猴桃汁產生的關鍵香氣,具有酮香、青香及淡淡的薰衣草香,并有蘑菇、干酪、水果的清香[32]；2-壬酮的產生為果汁帶來了果香,在發酵椰子汁、發酵胡柚汁中均有發現[45]。在L.rhamnosus發酵楊桃汁中,雙乙酰和乙脲是產量最高的主要酮類物質[39],這兩種芳香化合物可能來自絲氨酸或檸檬酸分解代謝；蘋果汁通過L.acidophilus、L.plantarum和發酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum)三種菌混合發酵后,檢測到酮類中2-十一烷酮、2-庚酮和2-壬酮僅在發酵后產生,雖然它們的最終濃度低于它們的閾值,但它們可以協同促進發酵蘋果汁的香氣特征[19]。

揮發性脂肪酸是果蔬汁發酵后產生的另一個重要的揮發性成分,這些酸主要來源于酯類水解或糖、有機酸和氨基酸的水解作用。例如,發酵楊桃汁中乙酸、己酸和(E)-2-己烯酸的產量較高,可能是其相應酯類的水解活性較高而導致[39]。

3 優化發酵工藝改善果蔬汁風味

3.1 發酵菌種的改良

果蔬原料含有較高含量的糖和酸,存在不可消化的營養素、抗營養素和抗生長因子,其中包括一些酚類化合物。L.plantarum作為最常用的發酵菌株,能夠在多酚含量高的基質上生長,然而大部分LAB無法在高酚環境下生存[5],且在食品加工、貯藏等過程中受環境影響遭到破壞,導致存活率低、貯藏性能不穩定,從而影響了發酵果蔬汁的最終感官風味。目前國內外已采取一系列方法改良益生菌發酵性能,提高益生菌的穩定性與發酵飲料的風味品質。改良菌株的方法主要包括：①基因轉錄,誘導菌株特定的基因轉錄從而響應酚類物質的存在,迅速改變其酶代謝,以適應高酚類含量果蔬的發酵；②固定化、微膠囊化、納米膠囊包埋益生菌,提高LAB存活率,產生更多的生物活性物質；③噴霧干燥、冷凍干燥制成益生菌凍干粉,維持貯藏過程中發酵食品的感官品質[46]；④采用紫外線誘變使菌株耐受性變異,結合亞致死pH,培育耐酸性能較好的益生菌等等。

不同LAB發酵產生不同風味,同一種菌的不同株的發酵風味也不同[25],主要是在修飾香氣和風味相關化合物時發揮的作用不同,比如L.plantarum和L.casei發酵后使果蔬汁鮮味增加,L.acidophilus提供了發酵后的酸味,L.fermentum影響了揮發性風味物質的生成[36]。因此,選擇合適的菌株用于水果和蔬菜的發酵是至關重要的。目前,在食品工業生產實踐中,常常采用菌株復配等方式進行果蔬汁發酵,充分利用不同菌種的生長特性和代謝特性等優勢,提升飲料功能和感官特性。MARKKINENA等[25]采用6株L.plantarum發酵沙棘汁,研究表明以L.plantarumDSM 1055發酵的果汁中酸和酒精含量最高,L.plantarumDSM 13273發酵的果汁中酮含量最高,采用L.plantarumDSM 16365與L.plantarumDSM 100813復配發酵,發酵速度快,揮發性酸產量少,對天然沙棘汁中酯類、萜類物質等重要風味物質損失小；DE LA FUENTE等[4]研究了以短乳桿菌(Lactobacillusbrevis)和L.plantarum共同發酵的橙汁牛奶飲料,研究發現其中總酚類、總類胡蘿卜素含量和總抗氧化能力均較未發酵組有所提高,雖然培養基出現酸化現象,但這些LAB仍保持活性,與對照組相比具有更好的感官品質。

3.2 發酵基質的優化

不同果蔬原料是影響發酵果蔬汁風味的最主要因素。例如,蘋果、梨和藍莓汁經L.plantarum發酵后果汁中果香和花香味突出[34],青瓜、葡萄汁發酵后酒味明顯、刺激性氣味增強,柑橘汁發酵后酸味更重、發酵氣味增強等[15],因此選擇合適的果蔬基質用于生產發酵尤為重要。目前工業上改良發酵基質最為廣泛的方式是通過添加食品添加劑或揮發性化合物,掩蓋不愉快的香氣和滋味,提高果蔬汁的感官特性和功能特性。比如在果汁中添加甜味菊、果葡糖漿等甜味劑掩蓋酸味；添加乳酸抑制蘋果酸代謝,以防過量的二氧化碳的產生；添加牛奶,增加原有pH,提高益生菌穩定性[8]；蔬菜汁如卷心菜汁中添加一定量的食鹽控制LAB生長,提高產品的安全性和感官質量；添加碳水化合物(菊粉或低聚果糖)和益生元(膳食纖維或纖維素)維持發酵果蔬汁的色澤,提升果蔬產品的整體感官風味。

3.3 發酵加工工藝的改進

果蔬汁發酵新技術攻克的難點是減少果蔬在加工過程中營養和感官特性的損失,增加發酵果蔬汁的功能性。發酵前處理工藝如殺菌方式等對果蔬汁中的營養物質和活性物質的生物利用度有決定性影響[28],從而影響發酵后果蔬汁的感官品質。果蔬汁殺菌方式主要包括熱殺菌(巴氏殺菌、高溫短時殺菌、超高溫瞬時殺菌)和冷殺菌(超高靜壓殺菌、脈沖電場殺菌、超聲波殺菌等)[15]。其中,巴氏殺菌是最常用的殺菌技術,但其對果蔬風味破壞性較大,冷殺菌技術可以更好地保存水果和蔬菜的天然營養,最大程度地減少對果蔬汁原有風味的破壞,同時抑制有害微生物的生長。DOGAN等[47]研究了L.plantarum發酵和非熱處理對混合蔬菜汁的影響,研究發現通過紫外線處理(ultraviolet light treatment,UV)、超聲波處理(ultrasonic treatment,US)或US-UV聯合非熱處理處理可最大限度地保留蔬菜汁原有風味品質,提高了蔬菜汁中酚類、黃酮類物質的含量與整體抗氧化活性,提升了果蔬汁的綜合感官品質。

目前,發酵工藝優化集中在果蔬汁的比例、菌種接種量、發酵溫度、時間、pH等方面,以最終產品的感官評價為衡量標準。張開平等[48]以圣女果和越南青皮玉芒為原料,采用保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)共同發酵,當圣女果汁與芒果汁配比為1∶3,發酵溫度為42 ℃,發酵時間為14 h,接種量為5%,產品口感較好,具有芒果和圣女果的天然風味；李鵬程等[49]以L.plantarum和L.casei為發酵菌株,探討了菌種配比、果蔬汁含量、蔗糖與葡萄糖添加含量、溫度等參數對西瓜-番茄果蔬發酵的影響,菌株配比為1∶2、果蔬汁44.4%、蔗糖5%、葡萄糖6%、發酵溫度40 ℃,此時發酵西瓜-番茄果蔬汁中有機酸含量豐富,口感最佳。

4 研究展望

近年來,LAB發酵果蔬汁飲料作為一種既能保藏營養又具有獨特風味的新型飲料,成為了食品行業領域新的研究熱點[1-2],研發具有營養、安全、健康、風味獨特的果蔬飲料等功能性食品,將成為未來飲料領域的研究重點和發展趨勢,市場應用前景廣闊。整體來看,我國的益生菌發酵果蔬飲料市場還處于起步階段,目前研究大多集中于不同底物、菌種的精準復配研究,發酵前處理技術與過程控制的優化研究,對發酵果蔬制品風味有關研究不夠精深,還面臨諸多問題與挑戰,例如不同果蔬基質與益生菌之間的相互作用關系及風味形成機制、益生菌菌株的存活率與穩定性研究、發酵后風味的調配與貯藏過程的穩定性、提高新型功能飲料的感官品質和可接受度以及發酵食品安全性等問題,還有待后續深入研究[46-50]。