不同蘋果品種的益生菌發酵適應性評價

摘 要：為探究不同蘋果品種對蘋果益生菌飲品發酵品質的影響，以‘國光’‘富士’‘澳洲青’‘嘎啦’‘金帥’‘喬納金’‘紅星’七個品種為原料進行益生菌發酵，并對不同蘋果品種益生菌發酵的適應性進行評價。結果表明，‘澳洲青’發酵蘋果汁總酸含量最高，‘紅星’發酵蘋果汁總酸含量最低，‘富士’發酵蘋果汁總酚和黃酮含量最高。在抗氧化活性方面，‘富士’發酵蘋果汁的DPPH自由基清除率和總還原力最高，‘澳洲青’發酵蘋果汁的羥自由基清除率最高。活菌數研究表明，不同蘋果品種發酵汁的菌落數在發酵24 h之前快速增長，在發酵24 h時菌落數都達到最大值，其中‘金帥’發酵蘋果汁活菌數最多，‘澳洲青’發酵蘋果汁中活菌數最少。采用氣相離子遷移譜對不同蘋果品種益生菌發酵汁進行香氣分析，發現不同品種間香氣差異明顯，其中由‘富士’‘喬納金’發酵蘋果汁香氣成分最多。結合感官分析得出，‘富士’發酵蘋果汁最符合大眾對于蘋果汁的需求。

關鍵詞：蘋果品種；益生菌；蘋果汁；抗氧化活性；氣相離子遷移譜（GC-IMS）

中圖分類號：TS26 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）02-0038-07

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.02.006

Adaptability Evaluation of Probiotic Fermentation

in Different Apple Varieties

YANG Shengbo2， MENG Yuan1， LI Xuezhen1， LIU Weihao3， WANG Yixi1，

LIU Guangpeng1， CHU Le1， LU Junhua4， MA Yanrui1*

（1. Jinan Fruit Research Institute， All China Federation of Supply amp; Marketing Co-operatives， Jinan 250200， China; 2. College of Food Science and Technology， Qilu University of Technology， Jinan 250353， China; 3. Shandong Dashudafu Special Dietary Foods Co.， Ltd.， Heze 274000， China; 4. Anyuan County Fruit Industry

Development Service Center， Ganzhou 342115， China）

Abstract： In order to explore the influence of different apple varieties on the fermentation quality of apple probiotic drinks， seven apple varieties， including ‘Guoguang’‘Fuji’‘Australian Green Apple’‘Gala’‘Jinshuai’‘Jonathan’ and ‘Hongxing’， were used as raw materials for probiotic fermentation. The adaptability of probiotic fermentation for different apple varieties was evaluated. The results showed that the total acidity of apple juice fermented with ‘Australian green apples’ was the highest， while the total acidity of apple juice fermented with ‘Hongxing’ was the lowest. The total phenolic and flavonoid content of apple juice fermented with ‘Fuji’ was the highest. In terms of antioxidant activity， ‘Fuji’ fermented apple juice had the highest DPPH free radical scavenging rate and total reducing power， while‘Australian green’ apple fermented apple juice had the highest hydroxyl free radical scavenging rate. Research on the number of live bacteria showed that the bacterial count of fermented apple juice from different varieties increased rapidly before 24 hours， and reached its maximum value at 24 hours of fermentation. Among them， the number of live bacteria in fermented ‘Jinshuai’ apple juice was the highest throughout the entire fermentation process， while the number of live bacteria in fermented ‘Australian green’ apple juice was the lowest. Gas chromatography-ion mobility spectroscopy （GC-IMS） was used to analyze the aroma of probiotic fermented juice from different apple varieties. It was found that there were significant differences in aroma between different varieties， with ‘Fuji’ and ‘Jonathan’ fermented apple juice having the most aroma components. Combining sensory analysis， it was concluded that ‘Fuji’ fermented apple juice best met people’s requirements for apple juice in various aspects.

Keywords： Apple varieties; probiotics; apple juice; antioxidant activity; gas chromatography-ion mobility spectroscopy（GC-IMS）

我國是世界上蘋果產量最大的國家，大部分蘋果用于鮮食，深加工產品仍以蘋果濃縮汁為主，加工水平較低[1]。果汁是適于益生菌生長的優質基質，因為它們含有豐富的碳水化合物和底物，除了具有良好的營養功效外，還可以被微生物代謝利用[2]。高振鵬等[3]發現益生菌發酵后的蘋果汁總糖、可滴定酸、總酚發生了明顯變化。Guegoletto等[4]研究了干酪乳桿菌發酵蘋果汁的最佳條件，開發了具有典型蘋果香氣、焦糖色和酸性蘋果味的飲料。Dimitrovski等[5]開發出了一種以蘋果汁為基質，植物乳桿菌PCS26為發酵劑制成的益生菌飲料，得出蘋果汁是制備具有良好感官接受度和適當保質期的功能性飲料的合適原料。

原料品種是影響益生菌發酵蘋果汁產品風味和營養成分組成的關鍵因素[6]。不同品種的蘋果由于其活性成分（如可溶性糖、有機酸和揮發性化合物等）不同，最終發酵飲品的香氣和風味特征也大不相同[7-8]。Wang等[9]在評估乳酸菌混合物在發酵9個品種的渾濁蘋果汁中發現，品種對發酵渾濁蘋果汁性狀的影響最大。張翔等[10]以‘紅香蕉’‘青香蕉’‘大國光’‘小國光’‘紅富士’5個蘋果品種為原料釀造蘋果酒，發現‘紅富士’蘋果表現出較好的釀酒特性，其他幾種蘋果酒也表現出明顯的品種特性。由此可見原料品種的選擇對產品的品質特性有決定性的影響。本文選用市場上常見的‘國光’‘富士’‘澳洲青蘋果’‘嘎啦’‘金帥’‘喬納金’‘紅星’7個蘋果品種進行益生菌發酵，探究不同蘋果品種發酵后飲品的品質差異，以期篩選出適合益生菌發酵蘋果汁的優良品種，提升蘋果加工產品品質，推動蘋果深加工產業發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘國光’‘富士’‘澳洲青蘋果’‘嘎啦’‘金帥’‘喬納金’‘紅星’，市售；植物乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌混合菌粉，河北一然生物科技有限公司；維生素C，河北石藥集團有限公司。

蘆丁、沒食子酸，上海源葉生物科技有限公司；三氯化鐵、三氯乙酸、NaNO2，國藥集團化學試劑有限公司；鐵氰化鉀，天津大茂化學試劑廠；DPPH，梯希愛化成工業發展有限公司；福林酚，上海麥克林生物化學有限公司；以上試劑均為分析純。

TU-1810型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；YXQ-LS-100A立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；PHS-2F型pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司；STEPHAN-UM5破碎機，曼奈科斯工業電器有限公司；Flavour Spec型氣相離子遷移譜聯用儀（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS），德國G.A.S.公司。

1.2 實驗方法

選用市場上常見的‘國光’‘富士’‘澳洲青蘋果’‘嘎啦’‘金帥’‘喬納金’‘紅星’7個蘋果品種，將新鮮蘋果洗凈，使用破碎機破碎打漿，期間加入0.1‰維生素C進行護色，將所得蘋果漿過濾取汁，分裝在500 mL潔凈錐形瓶中，將分裝好的蘋果汁置于高壓蒸汽滅菌鍋內95 ℃滅菌10 min，冷卻至室溫后按0.1‰接入混合菌粉，于37 ℃恒溫箱中靜置發酵18 h。

1.2.1 理化指標檢測

總酸按GB 12456—2021執行，pH計電位滴定法測定。總黃酮含量測定參考Kwaw等[11]的方法，略作改進。多酚含量采用福林酚法進行測定[12]。DPPH、羥自由基清除率、總還原力的測定參考李學震等[13]的方法。

1.2.2 GC-IMS分析

GC-IMS條件：MXT-5氣相色譜柱（60 nm×0.25 mm，0.25 μm），IMS溫度為45 ℃，色譜柱溫度為60 ℃，進樣針溫度為85 ℃，載氣/漂移氣N2（純度99.999%），分析時間為20 min，進樣體積為500 μL[14]。

氣相色譜條件：0～2 min，漂移氣150 mL/min，載氣2 mL/min；2～10 min，漂移氣150 mL/min，載氣2～10 mL/min；10～20 min，漂移氣150 mL/min，載氣10～100 mL/min。

1.3 數據處理

采用SPSS 25.0和Origin 2019進行數據處理與繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同蘋果品種發酵蘋果汁中活菌數的變化

由圖1可知，在發酵初期由于底物較多，營養成分充足，生長條件適宜，不同蘋果品種發酵汁的菌落數在24 h之前快速增長，在發酵24 h時，菌落數均達到最大值，在發酵24 h之后，菌落總數逐漸減少，可能是由于益生菌在發酵過程中將碳水化合物代謝為乳酸，使生長環境的pH降低而導致[15]。其中發酵‘金帥’蘋果汁在整個發酵過程中活菌數最多，發酵‘富士’蘋果汁中活菌數次之，而發酵‘澳洲青’蘋果汁中活菌數最低，可能是由于‘澳洲青’本身的酸度較高，抑制了益生菌的生長。

2.2 不同蘋果品種發酵蘋果汁總酸含量和pH的變化

蘋果汁富含多種有機酸，有機酸含量可在發酵過程中發生變化，這些有機酸的種類和含量對蘋果汁發酵后的感官品質有重要的影響[16]。不同蘋果品種在發酵過程中總酸含量和pH的變化見圖2。

由圖2A可知，不同蘋果品種益生菌發酵汁的總酸含量均隨著發酵時間的延長呈上升趨勢，其中‘澳洲青’蘋果的總酸含量最高，‘紅星’蘋果的總酸含量最低，且所有品種的蘋果汁總酸含量最后都會趨于穩定，在發酵的最初階段，菌種的繁殖能力強，繁殖量大，產酸能力強，但到了發酵后期，菌種出現老化現象，其生活力和代謝力都發生下降，所以最后總酸的含量都會趨于穩定。與總酸相對應的就是pH，pH結果如圖2B所示，隨著發酵時間的延長，蘋果汁的pH都呈下降趨勢，其中‘澳洲青’蘋果的pH最低，‘紅星’的pH最高。pH降低可能是由于發酵過程中乳酸的產生導致的。

2.3 不同蘋果品種發酵蘋果汁總酚含量的變化

多酚屬于廣泛存在于植物中的一類植物次生代謝物，越來越多的證據表明，富含多酚的蘋果產品通過改善高血壓、高脂血癥、高血糖、氧化應激和炎癥反應，對非傳染性疾病有改善作用[17]。不同品種蘋果發酵蘋果汁總酚含量變化見圖3。

由圖3可知，隨發酵時間的延長，發酵蘋果汁的多酚含量大小為‘富士’＞‘澳洲青’＞‘喬納金’＞‘金帥’＞‘嘎啦’＞‘紅星’＞‘國光’。其中‘富士’‘澳洲青’的總酚含量呈先上升后下降的趨勢，最大值出現在發酵6～12 h，總酚含量最高值分別是2.29、1.63 mg/mL。‘喬納金’的總酚含量在發酵初期呈緩慢下降趨勢，在發酵48 h時達到最高，為1.47 mg/mL。‘紅星’和‘國光’的總酚含量呈波動變化，分別在發酵18 h、36 h時達到最高值。‘金帥’‘嘎啦’總酚含量不斷升高，最高值分別是0.77、0.43 mg/mL。益生菌發酵的蘋果汁中主要含有四種酚類化合物，即綠原酸、咖啡酸、阿魏酸和對香豆酸，其中綠原酸是主要化合物。在發酵過程中引起蘋果汁酚類物質含量變化的原因有很多，一是微生物將共價鍵結合的大分子酚類物質分解為小分子酚類物質，使其含量升高；二是膳食結合態酚類物質能被微生物利用轉化為游離態酚類物質所致。發酵后期酚類物質降低，可能是因為蘋果汁中的酚類物質被乳酸菌代謝產生的多酚氧化酶及其他活性酶降解[18]。總體而言，‘富士’蘋果相較于其他蘋果品種總酚含量在各時間段都更高。

2.4 不同蘋果品種發酵蘋果汁黃酮含量的變化

作為多酚類物質的重要組成部分，黃酮類物質是包含近4 000種天然多酚類物質的總稱，多來源于植物體[19]。自然界中，黃酮類物質常以更穩定的黃酮苷類化合物的形式存在，主要修飾以葡萄糖、鼠李糖為主的糖苷基。因此，果汁中總黃酮含量相對穩定得益于黃酮苷類化合物更穩定的結構[20]。由圖4可知，除‘國光’外，不同蘋果品種發酵蘋果汁隨時間的延長，黃酮含量整體都呈現先上升后下降的趨勢，其中‘富士’蘋果發酵的蘋果汁中黃酮含量最高，為0.183 2 mg/mL，并在18 h達到最大值，然后依次為‘金帥’‘澳洲青’‘喬納金’‘嘎啦’‘國光’，由‘紅星’蘋果發酵的蘋果汁黃酮含量最低。

2.5 不同蘋果品種發酵蘋果汁抗氧化活性的變化

2.5.1 DPPH自由基清除率和羥自由基清除率的變化

由圖5A可知，‘富士’的DPPH清除率相較于其他品種更高，除‘國光’和‘紅星’外，其他品種的DPPH自由基清除率差異較小，‘國光’蘋果發酵汁的DPPH自由基清除率最低。各樣品的DPPH自由基清除率呈小幅度上升趨勢，DPPH自由基清除率的增加可能是由于益生菌發酵導致蘋果汁中的總酚、黃酮等抗氧化物質含量增加[21]。

由圖5B可知，各樣品的羥自由基清除率總體呈下降趨勢，除‘澳洲青’蘋果發酵汁外，其他品種發酵汁的羥自由基清除率在前12 h均快速下降，后緩慢上升。從品種來說，‘澳洲青’的羥自由基清除率下降最為平緩，且總體數值最高，‘富士’的羥自由基清除率最低。

2.5.2 不同蘋果品種發酵過程中總還原力的變化

如圖6所示，各品種發酵蘋果汁的總還原力均呈先上升后下降的趨勢，并在12 h達到最大值。可能是在發酵初期益生菌代謝產生水解酶，將復雜的抗氧化物質轉化為游離態，使總還原力上升[22]。隨著抗氧化物質的增多，其抑菌作用也會逐漸增強，進而對益生菌的生長產生抑制作用。為了應對這種情況，益生菌可能會通過降解抗氧化物質來維持其生長，導致發酵后期總還原力下降[23]。以‘富士’為原料發酵的蘋果汁，其總還原力比其他品種更高。

2.6 揮發性香氣成分分析

2.6.1 不同蘋果品種發酵蘋果汁中揮發性物質指紋圖譜

不同蘋果品種發酵蘋果汁中揮發性物質指紋圖譜分析見圖7。

由圖7可知，不同品種發酵蘋果汁中揮發性風味物質的組成存在明顯差異，其中‘喬納金’‘紅星’和‘富士’發酵蘋果汁的香氣組成較為接近，‘國光’‘澳洲青’和‘金帥’發酵蘋果汁的香氣組成較為接近。將指紋圖譜劃分為A、B、C三個區域，A區為各蘋果品種發酵汁中的共有成分，主要包括戊酸、2-庚二醇、乙酰丙酸乙酯和（E）-2辛醇，其中乙酰丙酸乙酯呈蘋果氣味；B區為‘喬納金‘紅星’和‘富士’發酵蘋果汁中的特征香氣成分，多為酯類成分，包括乙酸乙酯、丙酸乙酯、異丁酸乙酯、丙酸己酯、丁酸丙酯、乙酸異戊酯、乙酸丁酯、3-羥基丁酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯、乙酸異丁酯、己酸乙酯、乙酸丁酯等，呈現果香、花香等怡人香氣。此外，相較于‘喬納金和‘富士’發酵蘋果汁，‘紅星’發酵蘋果汁中酯類物質含量較低，且含有更多的丙醛、庚醛和3-甲基-1-丁醇，會帶來刺激和不愉快的氣味。‘喬納金’發酵蘋果汁中含有更多的2-苯乙醇和2-乙基-3，5-二甲基吡嗪，分別呈現花香和堅果香。C區為‘嘎啦’‘國光’‘澳洲青’和‘金帥’發酵蘋果汁中的特征香氣成分，其中‘國光’發酵蘋果汁中含有更多的2-乙基吡嗪、2-己醇和2-甲基-1-丁醇，呈現堅果、香蕉和果香味。‘澳洲青’發酵蘋果汁中含有更多的1-戊烯-3-醇、2-苯乙醛、乙酰丙酸乙酯、2-乙基呋喃和丁酸甲酯，主要呈現甜香和果香味。‘金帥’發酵蘋果汁中含有更多的丙酸乙酯、甲酸異丁酯、（E）-2-己烯醛、丙烯腈、丁酸和反式-2-丁烯酸乙酯，呈現焦香、果香、桃仁和葉片氣味。‘嘎啦’發酵蘋果汁中的各類香氣成分含量均相對較低。

2.6.2 不同蘋果品種發酵蘋果汁中揮發性物質聚類分析

由圖8可知，橫坐標代表第一主成分（PC1），縱坐標代表第二主成分（PC2），其中PC1貢獻率為54%，PC2貢獻率為16%，累積貢獻率為70%，2個主成分可以代表樣品的主要信息特征。從PCA圖也可以看出，各蘋果品種發酵汁間存在差異，能夠明顯區分開，其中‘喬納金’‘紅星’和‘富士’蘋果發酵汁分布在同一側，香氣組成較為相似，‘金帥’和‘澳洲青’發酵蘋果汁的香氣組成也較為相似，這與指紋圖譜的分析結果一致。

3 結論

本研究選取‘國光’‘富士’‘澳洲青’‘嘎啦’‘金帥’‘喬納金’和‘紅星’7個蘋果品種，分別從發酵蘋果汁的理化指標、揮發性物質特征及感官質量等方面，初步考察了蘋果品種對其發酵蘋果汁特性的影響。研究表明，在7種蘋果汁中，‘澳洲青’發酵蘋果汁中的總酸含量最高，‘紅星’發酵蘋果汁中總酸含量最低，同時總酸的含量也體現在口感方面，‘澳洲青’發酵蘋果汁口感最酸，而‘紅星’發酵蘋果汁口感偏甜。蘋果汁中總酚和黃酮對人體的健康都起到積極的影響，在不同品種發酵的蘋果汁中，‘富士’發酵蘋果汁的總酚和黃酮含量最高。在抗氧化性方面，‘富士’發酵蘋果汁的DPPH自由基清除率和總還原力最高，‘澳洲青’發酵蘋果汁的羥基自由基清除率最高。對活菌數的研究表明，不同蘋果品種發酵汁的菌落數在24 h之前快速增長。在發酵24 h時的菌落數都達到最大值，其中，‘金帥’發酵蘋果汁在整個發酵過程中活菌數最多，‘富士’發酵蘋果汁中活菌數稍低，‘澳洲青’發酵蘋果汁中活菌數最低。通過對蘋果汁中揮發性物質聚類分析，發現各品種之間都具有各自明顯的特征性風味的差異，其中‘富士’和‘喬納金’蘋果發酵汁中香氣成分最豐富且酯類物質含量較高，呈現出濃郁的果香，而由‘嘎啦’蘋果發酵汁中的各類香氣成分含量均相對較低，香氣不典型。綜合分析得出，‘富士’發酵的蘋果汁在抗氧化活性、香氣方面更為突出，適宜作為益生菌發酵蘋果汁的品種。

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