木枣发酵过程中三萜酸、环磷酸腺苷含量以及味觉变化研究

红枣(Ziziphus jujube Mill.)为鼠李科枣属植物的果实,是卫生部批准的药食兼用品种之一[1]。红枣品种繁多,而木枣主要分布在山西省吕梁地区和陕西省榆林地区黄河沿岸,为当地主栽品种,也是全国仅次于金丝小枣栽培面积的品种[2],且木枣中不仅含有丰富的糖、矿物质和维生素C,还有黄酮、多酚、环磷酸腺苷和三萜酸等多种生物活性成分[3-4]。环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)是机体内一种重要的调节机体细胞多种功能活动的生理活性物质,研究证实,癌症、高血压、冠心病和心肌梗死等多种疾病均与cAMP代谢有关[5-6],据报道,枣成熟果肉中cAMP含量是所有已测动植物材料中最高的,颇具开发价值[7]。另外,红枣中含有的三萜酸类物质所表现出的细胞毒性,具有对肿瘤细胞高度选择性的特点,成为近年来抗肿瘤药物研究的热点。白桦脂酸(betulinic acid, BA)、齐墩果酸(oleanolic acid, OA)和熊果酸(ursolic acid, UA)为红枣中最具代表性且含量较高的五环三萜类化合物,经研究发现白桦脂酸可以选择性地杀死人类黑色素瘤细胞而不杀伤健康细胞;齐墩果酸具有较强的抗菌消炎作用及保护肝脏等功效;熊果酸有抑制多种恶性肿瘤细胞生长的作用[8-9],还有研究报道红枣三萜酸对小鼠酒精肝损伤有保护作用[10]。近年来,国内外有报道对红枣不同品种和不同部位三萜酸和cAMP的含量以及提取纯化的研究[11-14],对益生菌发酵的工艺以及酿造制品活性作用的研究也较多[15-17],但对发酵过程中木枣汁中这些重要的功能活性成分变化研究较少。本研究以山西临县木枣为原料,利用益生菌对木枣汁进行发酵,并进一步分析发酵过程中主要功能活性成分的变化规律,可为功能性红枣醋、红枣酒以及枣饮品的开发提供一定的理论基础和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

木枣,来自山西临县;果蔬酵素益生菌发酵剂(植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、肠膜明串珠菌和嗜热链球菌的混合菌),安琪酵母股份有限公司;果胶酶、纤维素酶,北京索莱宝生物科技有限公司;标准品cAMP、熊果酸、白桦脂酸、齐墩果酸,上海源叶生物科技有限公司;甲醇(色谱纯)、乙腈(色谱纯),Sigma公司;其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

LC-10Atvp高效液相色谱仪,日本岛津公司;AL104电子天平,梅特勒-托利多国际股份有限公司;数控超声波仪,昆山市超声仪器有限公司;电子舌,法国Alpha MOS。

1.3 实验方法

1.3.1 木枣汁的发酵

称取鲜木枣400 g,加入1.2 L水,打浆后加入0.4 g果胶酶,0.1 g纤维素酶后置于60 ℃水浴锅中酶解1 h,3 500 r/min离心10 min,取上清液,备用。将制备好的木枣汁在100 ℃下灭菌10 min,冷却后按1∶2(g∶L)加入益生菌后密封,置培养箱37 ℃发酵,每隔1 d取样测试,连续发酵3 d。

1.3.2 样品前处理

分别取发酵前、发酵1、2、3 d的木枣汁200 μL,加入800 μL乙腈,混匀离心,取上清液经0.22 μm微孔滤膜过滤后进仪器检测。

1.3.3 三萜酸的测定

利用高效液相色谱法定量分析[18],色谱条件参考文献[19],Shim-pack VP-ODS C18色谱柱(150 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为V(甲醇)∶V[0.2%(体积分数)磷酸水溶液]=90∶10;检测波长210 nm;流速0.5 mL/min;柱温为室温;进样量20 μL。

cAMP的测定[19]:色谱条件Shim-pack VP-ODS C18色谱柱(150 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为V(甲醇)∶V(0.05 mol/L磷酸二氢钾)=10∶90;检测波长254 nm;流速0.8 mL/min;柱温为室温;进样量20 μL。

将红枣发酵汁倒入电子舌专用烧杯至刻度线。按照设置的序列放置在电子舌自动进样器上。实验采用蒸馏水清洗和木枣汁样本交替检测序列进行检测[20]。

2 结果与分析

2.1 不同发酵时间木枣汁中齐墩果酸和熊果酸总含量变化

实验中利用高效液相色谱法测定木枣汁中齐墩果酸和熊果酸的总含量,得到的标准曲线为Y=111.893 02x+1 445.287 63,R2=0.996 21,图1为发酵0、1、2、3 d后木枣汁的色谱图,根据峰面积和标准曲线可以计算出木枣汁中齐墩果酸和熊果酸的总含量,见表1,随着发酵时间的延长,木枣汁中熊果酸和齐墩果酸的含量逐渐上升,发酵3 d后其木枣汁中熊果酸和齐墩果酸的含量可达1.25 mg/mL。熊果酸和齐墩果酸是同分异构体,保留特性相似[21],分离效果不理想,故本实验测定的是熊果酸和齐墩果酸的总含量。

2.2 不同发酵时间木枣汁中白桦脂酸含量的变化

试验得出白桦脂酸含量的标准曲线为Y=39.255 01x+2 937.930 66,R2=0.986 16,图2分别为发酵0、1、2、3 d后木枣汁中白桦脂酸含量的色谱图,根据峰面积和标准曲线可以计算出木枣汁中白桦脂酸的含量,见表2,随着发酵时间的延长,木枣汁中白桦脂酸的含量也逐渐上升。发酵前枣汁中白桦脂酸的含量为2.95 mg/mL,当发酵3 d后其木枣汁中白桦脂酸的含量可达8.24 mg/mL,是发酵前的2.8倍左右。此外,木枣汁中白桦脂酸的含量远大于熊果酸和齐墩果酸的含量,这与文献[22]报道一致。

2.3 不同发酵时间木枣汁中cAMP含量的变化

环磷酸腺苷的标准曲线为Y=13 880.826 73x+404.461 94,R2=0.996 2,图3分别为发酵0、1、2、3 d后木枣汁中cAMP含量的色谱图,根据峰面积和标准曲线可以计算出木枣汁中cAMP的含量,见表3,随着发酵时间的延长,木枣汁中cAMP的含量也逐渐上升。发酵前木枣汁中cAMP的含量为0.74 mg/mL,发酵1 d后其木枣汁中cAMP的含量增加到1.06 mg/mL,之后其含量增加不明显。

2.4 不同发酵时间木枣汁电子舌分析

2.4.1 发酵木枣汁的电子舌主成分分析

电子舌数据分析中第一主成分和第二主成分代表了样品信息的百分比,主要为考察选取的2个主成分是否能代表全部样品的大部分信息,一般两者之和大于80%即可说明可以代表样品的大部分信息。电子舌的交叉互感性传感器主要识别样品中的离子,中性物质等。主成分分析是一种统计学分析手段,其分析结果不是指具体的某种物质或某几种物质。图4为不同发酵时间的木枣汁主成分分析,第一主成分和第二主成分的总贡献率达到了99.4%,识别指数是91,足以收集特征信息。发酵前和发酵1、2、3 d的枣汁分布区域较远,相互之间能够较好地区分。

2.4.2 发酵木枣汁的相似性分析

表4是4个不同发酵天数木枣汁电子舌相似性分析结果,发酵1、2 d的木枣汁两者之间的距离值最小,可知两者味觉的相似性较大。没有发酵的木枣汁和发酵3 d的木枣汁之间的距离值最大,可知两者的味觉相似性最小。

2.4.3 发酵木枣汁的味觉分析

电子舌的味觉分析是仪器内部内置了模型,可以直接得出味觉分析值为0～12的相对强度值。由表5可知4组不同发酵时间木枣汁的酸、甜、苦、咸、鲜味的相对值。随着发酵时间的延长,其木枣汁的酸味值逐渐增大,甜味值和苦味值逐渐减小,这是因为发酵过程中微生物分解糖逐渐产生乳酸。此外,木枣汁苦味值逐渐减小,而鲜味值逐渐增大,这可能是因为在发酵过程中木枣汁中大分子蛋白质被分解为氨基酸,这些氨基酸转化生成了某些鲜味物质[23]。

3 讨论与结论

近年来,益生菌发酵果蔬汁的报道不断增多,研究发现,将不同益生菌的菌株混合搭配发酵果蔬汁,发酵后果蔬汁不仅增加了大量的营养和功能成分,还形成了很好的风味[24]。有关益生菌发酵枣汁的研究表明,与普通枣汁相比,经益生菌发酵后枣汁的营养、功能成分以及风味物质会更加丰富和完整[25-26]。本研究在木枣汁益生菌发酵过程中,发现其中功能活性成分三萜酸中白桦脂酸、齐墩果酸和熊果酸的含量随着发酵时间的延长,含量逐渐增加,可能是因为益生菌过程中产生的某些酶逐渐使得结合态的三萜酸转变为游离态的三萜酸;cAMP在植物细胞中普遍存在,在一些相关酶的变化作用下,其浓度也会有升高或者降低的变化。目前,有关枣中cAMP的研究大多集中在枣不同品种、不同部位以及成熟过程中其含量的变化,但枣汁发酵过程中cAMP的含量变化以及其代谢机理未见报道,有待进一步研究。本研究中发酵1 d后其木枣汁中cAMP的含量较发酵前增加了0.4倍,之后其含量增加不明显,可能是因为发酵激活了枣中腺苷酸环化酶,使其催化ATP脱去1个焦磷酸而生成cAMP,随着发酵的进行,木枣汁pH发生下降,低酸环境抑制了腺苷酸环化酶,从而影响了cAMP的含量变化。电子舌分析表明随着发酵时间的延长,木枣汁的酸味值和鲜味值逐渐增大,而甜味值、咸味值和苦味值逐渐减小。

[1] 曹艳萍,杨秀利, 薛成虎.红枣中齐墩果酸提取工艺的研究[J].食品科学, 2007, 28(10):165-167.

CAO Y P, YANG X L, XUE C H.Study on extraction technology of oleanolic acid in Zizyphus jujuba date[J].Food Science, 2007, 28(10):165-167.

[2] 王文生, 姬迁龙, 杨绍艳.山西临县木枣贮藏保鲜试验研究[J].保鲜与加工, 2007, 7(4):16-18.

WANG W S, JI Q L, YANG S Y.Research of techniques of storage and fresh- keeping of muzao jujube in lin County of Shanxi Province[J].Storage and Process, 2007, 7(4):16-18.

[3] 张玲, 杨春, 丁卫英, 等. 不同品种枣的黄酮含量及其体外抗氧化性特征[J]. 贵州农业科学, 2018, 46(10):119-121.

ZHANG L, YANG C, DING W Y, et al. Flavonoids content and antioxidant activity of different jujube varieties[J]. Guizhou Agricultural Sciences, 2018, 46(10):119-121.

[4] 杨卫民, 杜京旗, 赵君.木枣多酚氧化酶酶学特性研究[J].中国食品添加剂, 2016(4):74-80.

YANG W M, DU J Q, ZHAO J.Study on the enzyme properties of polyphenol oxidase in zizyphus jujube cv.Muzao[J].China Food Additives, 2016(4):74-80.

[5] LUO M M, WANG W W, ZHAO Z H, et al.Spatiotemporal distribution of cAMP in Chinese jujube[J].Acta Horticulturae,2013(993):249-252.

[6] PAREEK S.Nutritional composition of jujube fruit[J].Emirates Journal of Food and Agriculture, 2013, 25(6):463-470.

[7] 王向红, 桑亚新, 崔同, 等.高效液相色谱法测定枣果中的环核苷酸[J].中国食品学报, 2005, 5(3):108-112.

WANG X H, SANG Y X, CUI T, et al.Determination of cyclic-nucleotide in Chinese jujube by HPLC[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2005, 5(3):108-112.

[8] 盛灵慧, 高运华, 王晶, 等.固相萃取-高效液相色谱法测定枣中熊果酸和齐墩果酸[J].化学分析计量, 2008, 17(4):18-20.

SHENG L H, GAO Y H, WANG J, et al.Determination of oleanolic acid and ursolic acid in Chinese jujube by high performance liquid chromatography with solid-phase extraction[J].Chemical Analysis and Meterage, 2008, 17(4):18-20.

[9] 蔡天娇, 王瑞珍, 魏君慧, 等.白桦脂酸与红枣总三萜酸对小鼠酒精肝损伤的保护作用[J].食品科学, 2018, 39(11):191-195.

CAI T J, WANG R Z, WEI J H, et al.Protective effects of betulinic acid and total triterpenic acids from red jujubes on alcoholic liver injury in mice[J].Food Science, 2018, 39(11):191-195

[10] WEN Z M, MARTIN D E, BULLOCK P, et al.Glucuronidation of anti-HIV drug candidate bevirimat:Identification of human UDP-glucuronosyltransferases and species differences[J].Drug Metabolism and Disposition: the Biological Fate of Chemicals, 2007, 35(3):440-448.

[11] 蔡天娇. 红枣三萜酸提取纯化及其小鼠保肝作用研究[D].杨凌:西北农林科技大学, 2017.

CAI T J.Study of purification and hepatoprotective effect in mice of triterpenic acids in jujube[D].Yangling:Northwest A&F University, 2017.

[12] 付亚玲. 黑枣三萜酸的提取、分离纯化及抗氧化活性研究[D].泰安:山东农业大学, 2021.

FU Y L.Extraction, purification and antioxidant activity of triterpenic acids from blackened jujube (Zizyphus jujuba Mill.)[D].Tai′an:Shandong Agricultural University, 2021.

[13] 畅晓洁. 不同成熟度红枣的酚类物质、有机酸、三萜酸、VC含量及其抗氧化活性研究[J].保鲜与加工, 2021, 21(2):28-32.

CHANG X J.Study on contents of phenolics, organic acids, triterpene acids, vitamin C of red jujube with different maturity and their antioxidant activities[J].Storage and Process, 2021, 21(2):28-32.

[14] 李辉, 赵亮, 李建贵, 等.高效液相色谱法测定我国北方红枣中环磷酸腺苷的含量[J].分析测试技术与仪器, 2020, 26(1):42-48.

LIU H, ZHAO L, LI J G, et al.Determination of cAMP in jujube from north of China by high performance liquid chromatography[J].Analysis and Testing Technology and Instruments, 2020, 26(1):42-48.

[15] 盛洁, 田欢, 刘原野, 等.响应面法优化红枣益生菌发酵饮料工艺[J].中国酿造, 2021, 40(2):203-209.

SHENG J, TIAN H, LIU Y Y, et al.Optimization of fermentation process of probiotics jujube beverage by response surface methodology[J].China Brewing, 2021, 40(2):203-209.

[16] 胡贝多, 刘鑫磊, 战相君, 等.益生菌发酵对红枣汁抗氧化活性、营养品质及香气的影响[J].中国酿造, 2020, 39(2):44-50.

HU B D, LIU X L, ZHAN X J, et al.Effects of probiotics fermentation on antioxidant activity, nutritional quality and aroma of jujube juice[J].China Brewing, 2020, 39(2):44-50.

[17] CEJUDO BASTANTE M J, DUR width=11,height=14,dpi=110

N GUERRERO E, CASTRO MEJ width=5,height=14,dpi=110

AS R, et al. Study of the polyphenolic composition and antioxidant activity of new sherry vinegar-derived products by maceration with fruits[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(22):11 814-11 820.

[18] GUO S, DUAN J N, QIAN D W, et al.Content variations of triterpenic acid, nucleoside, nucleobase, and sugar in jujube (Ziziphus jujuba) fruit during ripening[J].Food Chemistry, 2015, 167:468-474.

[19] 高娅, 杨洁, 杨迎春, 等.不同品种红枣中三萜酸及环核苷酸的测定[J].中成药, 2012, 34(10):1 961-1 965.

GAO Y, YANG J, YANG Y C, et al.Determination of triterpenoid and cyclic-nucleotide in different Jujubae Fructus cultivars[J].Chinese Traditional Patent Medicine, 2012, 34(10):1 961-1 965.

[20] 张玲, 丁卫英, 韩基明, 等.不同品种枣粉的化学成分和电子舌分析[J].食品工业, 2020, 41(11):169-172.

ZHANG L, DING W Y, HAN J M, et al.Taste and chemical properties analysis of different kinds of jujube powder[J].The Food Industry, 2020, 41(11):169-172．

[21] 胡芳, 赵智慧, 刘孟军.HPLC法测定不同枣品种果实中白桦酯酸、齐墩果酸和熊果酸含量[J].中国农学通报, 2011, 27(5):434-438.

HU F, ZHAO Z H, LIU M J.The determination of betulic acid, oleanic acid and ursolic acid in different Chinese jujube cultivars by HPLC[J].Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(5):434-438.

[22] 王向红, 崔同, 齐小菊, 等.HPLC法测定不同品种枣及酸枣中的齐墩果酸和熊果酸[J].食品科学, 2002,23(6):137-138.

WANG X H, CUI T, QI X J, et al.Determination of ursolic acid and ol eanolic acid in jujuba and wild jujuba by HPLC[J].Food Science, 2002,23(6):137-138.

[23] 梁鑫, 陈思雨, 赵育, 等.乳酸菌和酵母菌发酵红枣汁工艺优化及成分分析[J].食品与发酵工业, 2021, 47(7):175-182.

LIANG X, CHEN S Y, ZHAO Y, et al.Process optimization and composition analysis of jujube juice fermentation by lactic acid bacteria and yeast[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(7):175-182.

[24] 谢明勇, 熊涛, 关倩倩.益生菌发酵果蔬关键技术研究进展[J].中国食品学报, 2014, 14(10):1-9.

XIE M Y, XIONG T, GUAN Q Q.Research progress on the key techniques of the fruit and vegetable products fermented by probiotics[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2014, 14(10):1-9.

[25] 陈历水, 丁庆波, 吴伟莉, 等.发酵果蔬汁的功能特性的研究进展[J].食品工业科技, 2012, 33(11):418-421;425.

CHEN L S, DING Q B,WU W L, et al.Research progress in functional characteristics of fermented fruit and vegetable juices[J].Science and Technology of Food Industry, 2012, 33(11):418-421;425.

[26] 全琦, 刘伟, 左梦楠, 等.乳酸菌发酵果蔬汁的风味研究进展[J].食品与发酵工业, 2022, 48(1):315-323.

QUAN Q, LIU W, ZUO M N, et al.Advances in the flavor of fruit and vegetable juices fermented by lactic acid bacteria[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(1):315-323.