發酵果蔬汁揮發性風味物質影響因素研究

沈賀彬，張 春，荀 雯，黃鷺強

（福建師范大學生命科學學院，福建 福州 350117）

果蔬中富含維生素、礦物質、膳食纖維以及類黃酮等酚類化合物[1]，能夠預防心血管疾病、肥胖癥和糖尿病等多種疾病的發生[2]。近年來，人們對果蔬的需求量逐步上升。發酵果蔬汁是以果汁、蔬菜汁為原料，經單菌種（乳酸菌、酵母菌、醋酸桿菌等）或多菌種混合發酵，再進行調配得到的非乳制飲品[3]。經發酵后的果蔬汁風味獨特，能夠抗衰老、降血壓血脂以及調節腸道菌群等[4]，引起了廣大研究者的關注。

風味是評價發酵果蔬汁品質的重要指標。發酵果蔬汁的風味物質包括滋味物質（非揮發性）和風味物質（揮發性），其中，揮發性風味物質在很大程度上決定了發酵果蔬汁的風味。不同的發酵基質、發酵菌種及加工工藝都將導致發酵果蔬汁呈現不同的風味，影響其感官特性和消費者的喜好程度。研究發酵果蔬汁的揮發性風味物質組成以及影響風味的主要因素，是果蔬汁制品研究領域的一大熱點。本文對發酵果蔬汁中的主要揮發性化合物及風味的影響因素進行了論述，為發酵果蔬汁產品的風味改善提供參考。

1 發酵果蔬汁中的主要揮發性風味物質

果蔬汁發酵后產生的揮發性化合物主要有醇類、酯類、萜烯類、醛類、酮類等[5]，檢測到的主要風味物質及其香氣特點如表1 所示。

1.1 醇類物質

醇類物質廣泛存在于藍莓汁、蘋果汁等果蔬汁中。1-己醇、2-甲基-1-丙醇是藍莓汁中的主要揮發性化合物，賦予其青草香味[14]；2-己烯醇和2-甲基丁醇是蘋果汁中主要揮發性風味物質，賦予其柑橘及白蘭地相關的香氣[6]。

醇類物質主要由兩個途徑生成[15]：一是微生物通過糖分解代謝形成代謝產物；二是發酵果蔬汁原料中的蛋白質分解成氨基酸，氨基酸又發生脫氨和脫羧反應生成醇類物質。Sun 等[16]利用乳酸菌發酵南瓜汁，發酵后產生6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇，賦予其丁香、玫瑰和木質香氣。銀杏汁經植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）發酵后1-辛醇和正辛醇的含量增加，新生成了1-辛烯-3-醇和1-庚醇，賦予其果香和花香[17]。乳酸菌發酵梨汁后產生的己醇賦予青草和蘋果皮香氣；另外，(E)-2-己烯-1-醇賦予清新的果香[8]。

1.2 酯類物質

酯類物質由與輔酶A（CoA）相連的羧酸與醇酯化生成[18]，具有水果芳香風味。研究表明，酯類物質是沙棘汁[19]、水蜜桃汁[20]等果蔬汁的優勢芳香化合物，3-甲基丁酸酯、苯甲酸酯和己酸乙酯賦予沙棘汁香蕉、櫻桃、菠蘿等水果香氣；乙酸乙酯、γ-癸內酯、和(Z)-3-己烯乙酸酯賦予水蜜桃汁花香和果香。

酯的形成主要是通過兩種方式：一是在酯酶的作用下，有機酸類與醇類在分子間脫水生成[21]；二是在酯酶或酰基轉移酶的作用下，乙酰輔酶A（或甘油酯）與醇類物質生成酯類物質[22-23]。桃汁發酵后產生了癸內酯、γ-己內酯和2-乙基丁酸烯丙酯，賦予果汁奶油味和水果味[9]；獼猴桃汁經植物乳桿菌發酵后，乙酸乙酯和丁酸乙酯含量提高，增加了果汁的果香味和酯香味[24]；甜櫻桃汁經嗜酸乳桿菌與植物乳桿菌發酵后，同樣增加了原汁中乙酸乙酯的含量[25]，提升了果汁的甜香味。

1.3 萜烯類物質

萜烯類化合物廣泛存在于植物中，在果蔬汁中的含量較少，但由于其閾值普遍很低，可使果蔬汁呈現果味和甜味。葡萄汁經植物乳桿菌和短乳桿菌發酵后芳樟醇、香葉醇、橙花醇及β-月桂烯的含量均有所增加，從而呈現出花果香氣[26]。Sun 等[10]利用植物乳桿菌發酵杏汁，β-月桂烯、檸檬烯等物質的含量增加，賦予其松香和柑橘氣味。付彬等[11]在黑曲霉發酵的柑橘皮汁，將D-檸檬烯轉化為癸醛、芳樟醇和α-萜烯醇等萜烯類物質，賦予其獨特的甜香、松油香、丁香及玫瑰香氣。

經微生物發酵后的果蔬汁可去除一些氣味較不理想的萜烯類物質。Zhang 等[27]利用植物乳桿菌WZ-01 發酵胡蘿卜汁，發酵后具有辛辣味的β-蒎烯和β-水芹烯消失，改善了胡蘿汁的原本風味。這可能是由于酵母菌發酵將其轉化為酒精和二氧化碳；乳酸菌發酵將其氧化并生成酮類等物質[28]。

1.4 醛類物質

發酵果蔬汁中常見的醛類物質有苯甲醛、戊醛、乙醛等。王銀等[29]利用保加利亞乳桿菌發酵紅棗汁，發酵后產生了苯甲醛、戊醛、糠醛、3-甲基丁醛等醛類物質，賦予其水果香味、焦糖味及苦杏仁味。

適量的醛類物質能協調發酵果蔬汁的香氣，當其濃度較高（＞200 μg/mL）時，會使果蔬汁產生令人不愉快的風味[23]。近年來，越來越多的研究表明，采用微生物發酵技術可以降低醛類物質的含量。Ji 等[6]利用羅伊氏乳桿菌CTCF-L3 發酵蘋果汁，發現經乳酸菌發酵后，蘋果汁中帶有苦杏仁風味的苯甲醛含量降低。Wu 等[30]用植物乳桿菌21802 和短乳桿菌6239 發酵葡萄汁，發現未發酵葡萄汁中苯乙醛和2-己烯醛的含量在發酵后降低到不可檢出。陳大衛等[31]研究了益生菌發酵胡蘿卜汁的揮發性風味物質，結果發現產生油脂香和油膩氣味的正辛醛、壬醛的含量均減少。

1.5 酮類物質

酮類物質在發酵果蔬汁的揮發性風味物質中占比極低，但其味道濃烈，也是發酵果蔬汁重要的特征風味物質之一。3-羥基-2-丁酮、2-庚酮和2-壬酮是發酵果蔬汁中較為常見的酮類物質，能夠賦予產品奶油和黃油等風味。在嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌發酵的甜櫻桃汁中，2-庚酮和丙酮的含量明顯增加，帶來了奶油和朗姆酒的香氣，在鼠李糖乳桿菌發酵的甜櫻桃汁中，3-羥基-2-丁酮和2-戊酮的含量增加，帶來了乳酪和奶油般的香氣[25]。葡萄汁經植物乳桿菌發酵后產生了2-庚酮和2-戊酮，這可能是由于不飽和脂肪酸被脂氧合酶氧化和氨基酸降解所致[14]。芒果汁經乳酸菌和非酵母菌混合發酵后產生了呋喃酮，其閾值濃度較高（OVA＞1），具有水果和焦糖香氣，是發酵芒果汁中重要的芳香族化合物[12]。

2 影響發酵果蔬汁揮發性風味物質的主要因素

2.1 發酵基底物質

在果蔬汁發酵過程中，采用的發酵基底不同是導致產品風味差異的主要原因。蘋果、梨和桃屬于酯香型水果，以它們為基底物發酵的果蔬汁風味多呈果香、清香和花香；芒果中酮類物質為優勢芳香化合物，發酵后果蔬汁多呈現花香，如玫瑰香和紫羅蘭香[32-33]。李汴生等[13]利用植物乳桿菌分別發酵橙汁、蘋果汁、梨汁、葡萄汁和青瓜汁，結果發現酯香型果汁如蘋果汁和梨汁經發酵后花果香氣更加突出，醇香型果汁如青瓜汁經發酵后酒味及刺激性氣味增加，橙汁則由于萜烯類物質的增加使得其發酵氣味增強。

向果汁中添加新的物質是優化果蔬汁發酵基底的重要手段。張麗華等[7]在發酵蘋果汁中添加了杜仲葉超微粉（SPEL），使蘋果汁的功能性成分含量顯著提高，色澤和風味得到顯著改善。朱一方等[32]在刺梨中添加3 種益生元獲得到了一款酸甜可口、具有濃郁的刺梨香味的飲品。

2.2 發酵劑

不同的發酵劑在果蔬汁中的發酵性能不同，在發酵過程中的生長和代謝方式也存在差異，因此造成了發酵果蔬汁風味的不同。目前，應用于果蔬汁發酵的菌種主要有乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等。

2.2.1 乳酸菌對發酵果蔬汁風味的影響

乳酸菌不但可以抑制α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性，提高發酵果蔬汁的抗氧化活性[33]，還可以水解果蔬汁中的多酚、短鏈脂肪酸、胞外多糖和維生素等成分[34]，產生一系列風味物質。Lan 等[35]利用短乳桿菌（Lactobacillus brevis） 和植物乳桿菌發酵（Lactobacillus plantarum）發酵獼猴桃汁，促進了酮類和醇類化合物的產生，生成了新的物質如2,5-辛二酮和1-辛烯-3-醇，顯著改善了獼猴桃汁的風味特征，豐富了果香、花香和草藥香。Sun 等[10]采用不同種類的乳酸菌發酵南瓜汁，結果表明在嗜酸乳桿菌和瑞士乳桿菌發酵的南瓜汁中6-壬烯-1-醇、芳樟醇和庚醇的含量增加，產生丁香、玫瑰香和木質香氣。經植物乳桿菌強化發酵后的諾麗汁風味明顯得到改善，產生了新的酯類和醇類物質，如乳酸乙酯、水楊酸甲酯、庚醇和辛醇，賦予諾麗汁更加豐富的花果香氣[36]。然而，除產生芳香物質外，乳酸菌在發酵果汁過程中還可能會產生刺激性酸味或苦味等不良氣味[37]。因此在發酵菌種和工藝上應進行適當改良，減少這些不良氣味對發酵果蔬汁的影響。

2.2.2 酵母菌對發酵果蔬汁風味的影響

酵母菌能夠生成乙醇，乙醇又能與酸類物質結合進一步生成酯類物質，賦予發酵產品酒花香和水果香。其中非釀酒酵母，如孢漢遜酵母屬（Hanseniaspora）、假絲酵母屬（Candida）、畢赤酵母屬（Piachia）等，產酒精能力弱，但產香能力較強[38]，在一定程度上能夠改善產品風味。

利用非釀酒酵母與釀酒酵母混合發酵果酒是近年來果酒釀造領域的研究熱點。Liu 等[39]將庫德畢赤酵母與釀酒酵母用于葡萄酒的發酵，發酵后異戊醇和2-苯乙醇含量提高，增強了葡萄酒的玫瑰香、蜂蜜香以及果香。Wang等[40]采用異常威克漢姆酵母與釀酒酵母發酵葡萄酒，發現葡萄酒中乙酸乙酯、辛酸乙酯等低級脂肪酸酯的含量升高，改善了酒的風味和香氣。綜上可見，非釀酒酵母混合釀酒酵母發酵提高了花果類香氣的含量，顯著增強了發酵產品的風味。

2.2.3 醋酸菌對發酵果蔬汁風味的影響

醋酸菌能利用果蔬汁中的糖原生成醋酸和其它有機酸。人們常采取混菌發酵的方式進行果酒的釀造，旨在進一步提升產品的營養和風味。果酒的發酵過程可分為酒精發酵階段和乙酸發酵階段。酒精發酵階段引入乳酸菌，使其與酵母菌共同發酵，乳酸酸味柔和，可以中和乙酸的刺激性味道，改善產品感官品質[41-42]。在乙酸發酵階段，常采用乳酸菌或其他菌種與醋酸菌協同發酵，能夠削弱果醋的刺激口感。Zhang 等[27]利用植物乳桿菌與巴士醋桿菌共同發酵蘋果醋，得出，發酵后3-羥基丁酮含量顯著增加，賦予其奶油和黃油香氣。田璐等[43]利用植物乳桿菌和氧化葡萄糖酸桿菌發酵柿子皮果醋，酸味尖銳的蘋果酸轉化為酸味柔和的乳酸，使其口味更加圓滑、協調。

2.3 發酵工藝

發酵果蔬汁的工藝條件也是影響其風味的重要因素之一。熱殺菌可以延長發酵果汁的貨架期，但同時也容易影響果汁的感官特性。萜烯類物質賦予柑橘汁芳香氣味，加熱后柑橘汁中萜烯類物質含量減少，醛類物質含量增加[44]，使柑橘汁的風味發生了劣變[45]。冷殺菌能夠有效保持食品的營養、風味質地及色澤。Liu 等[46]探究了超聲波殺菌對甜瓜汁理化性質及揮發性成分的影響，結果表明超聲波處理與未處理的甜瓜汁中揮發性化合物基本相同，說明超聲波滅菌對甜瓜汁風味的影響較小。

許多學者致力于如發酵溫度、時間以及菌種等發酵工藝的優化以提升發酵果蔬汁的風味。如劉超等[47]篩選出適合蘆筍汁發酵的嗜酸乳桿菌和釀酒酵母，在其最佳發酵條件下，蘆筍汁中醇類物質增加，醛類物質減少，緩解了蘆筍汁的青草氣味。李棟等[48]優化了戊糖片球菌（Leuconostoc fallax）和乳雙歧桿菌（Bifidobacterium）發酵鴨梨汁的工藝條件，鴨梨汁中癸酸乙酯、辛酸乙酯及乙酸苯乙酯的含量增加，賦予鴨梨汁白蘭地、杏子等香氣。

3 小結

發酵果蔬汁以其營養、健康及獨特風味受到了廣大消費者的喜愛，順應市場需求，符合綠色發展理念，發展前景良好。微生物對蔬菜和水果等底物發酵產生了大量揮發性風味化合物，包括醇類、酯類、萜烯類、醛類以及酮類等物質，賦予了發酵果蔬汁獨特的風味。然而，由于發酵基質、發酵條件、發酵菌株及其代謝過程的復雜性，生產符合大眾口味的發酵果蔬汁產品仍面臨諸多技術難題，需對微生物的代謝機制、發酵基質與菌種之間的相互作用關系、混合發酵菌種間的協同機制進一步探究，并對最終產品進行具體的風味評價，開發出營養與風味俱佳的發酵果蔬飲品。