木枣(Ziziphus jujuba Mill.),又称吕梁木枣,是鼠李科(Rhamnaceae)枣属植物枣树的成熟果实[1],主要分布于中国山西、陕西交界的黄河沿岸地区,在我国有悠久的历史。木枣食用价值与营养价值较高,木枣具有健脾养胃、强身滋补之效,是将药、食、补三大功能集于一体的保健食品,素有“日食三枣,长生不老”之说[2],一直以来广受大众喜爱。其果肉中富含多种营养物质和活性成分,如糖类、氨基酸、有机酸、环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)、多酚、黄酮、微量元素、维生素等[3]。cAMP是红枣中最为突出和最具特色的生物活性物质[4],研究表明,cAMP在山西木枣中的含量最高[5]。但木枣开发利用普遍停留在初级阶段,产品主要为干制品(如干枣),附加值低深加工不够。木枣资源未得到充分利用,制约了枣类产业的发展。因此对木枣进行深加工,研发特色新食品对木枣产业化发展具有重要意义。
果醋是经酒精和醋酸发酵后得到的一种酸甜可口、营养丰富的酸性调味品[6],具有抗癌、抗氧化、抗菌等多种有益于健康的作用,其市场前景广阔。木枣富含糖类物质是制醋的优质原料,以木枣制果醋不仅可以有效保存各种活性成分并且可使各活性物质更好的起作用,如发酵可增加木枣中cAMP含量,同时显著提高其溶解性和吸收率[7]。果醋刚结束发酵时,需要经过陈酿来改善果醋品质如气味刺激、成分不稳定等。但自然催陈的周期长、过程难以控制,且需花费大量的人力物力,经济效益低下。物理人工催陈技术可以显著缩短陈酿时间,提高果醋品质,增加经济效益[8]。超声波是一种低频高能量的技术,常用于食品加工的各个领域,如提取、杀菌、氧化。超声波处理产生的强烈空化作用利于醋体中各种成分活化从而促进物化反应的进行,使醋的品质在短时间内有明显提升,风味更加协调清香。随着非热加工技术的进步和发展,除了超声技术许多其他技术都被应用到发酵产品的催陈中。例如:超高压催陈、微波催陈及红外催陈等。DEL FRESNO等[9]采用超声处理葡萄酒后发现酒中多糖含量增加并加快了陈酿过程。SUN等[10]研究发现,葡萄酒经超高压处理后,葡萄酒的外观、香气和口感得到改善,外观评分明显提高。黄文韬等[11]对食醋进行微波处理,发现醋的品质在短时间内有明显提升,其风味更加协调清香,证明了微波处理能促进食醋的后熟。
本研究通过研究超声时间、超声功率及乙醇添加量3方面因素与果醋中总酯含量的关系应用正交试验方法对超声催陈木枣果醋的工艺进行优化,确定最佳超声催陈工艺,以求获得高效的木枣果醋超声催陈方法,为木枣产业发展提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
干制木枣(山西)、葡萄糖、壳聚糖、纤维素酶、果胶酶(均为食品级),国药集团化学试剂有限公司;酚酞、NaOH、浓H2SO4、NaHCO3,北京化工厂;酿酒酵母,安琪酵母股份有限公司;巴氏醋酸杆菌CGMCC 1.41,中国微生物菌种保藏中心。
1.2 仪器与设备
QMZ-PBJ-01型打浆机,巧美滋电器有限公司;FA61001C型电子分析天平,上海精科天美有限公司;Biofuge Primo R型冷冻离心机,赛默飞世尔科技有限公司;4802UV型紫外分光光度计,北京德泉兴业商贸有限公司;PHS-3C型精密pH计,梅特勒-托利多国际贸易有限公司;YXQ-SG46-280S型蒸汽灭菌锅,上海博迅实业有限公司;SCGZ-1102C型光照恒温摇床,上海诵诚实业发展有限公司;LC-2A型高效液相色谱仪,岛津企业管理有限公司;TS-500Z型电子舌,北京市盛盈恒泰科技有限责任公司。
1.3 实验方法
1.3.1 枣醋的制备方法
枣醋的制备工艺如下:
干制木枣→预煮去核→打浆酶解→调整pH→离心杀菌→酒精发酵→醋酸发酵→澄清离心→分瓶灌装→杀菌处理→陈酿处理→木枣果醋
称取干制木枣洗净预煮去核后打浆,调整枣浆糖度至16%,加入纤维素酶及果胶酶进行1 h的酶解处理。将pH值调整为4.5的枣浆离心取上清液并进行杀菌处理(100 ℃,10 min),防止杂菌过多影响发酵效果。灭菌后的澄清枣汁先后接入0.4%的酵母菌,在37 ℃下厌氧发酵5 d进行酒精发酵。酒精发酵结束后将红枣酒的酒精含量调整到8%后向枣酒中接入10%的巴氏醋酸杆菌,在30 ℃下有氧发酵7 d,测定发酵结束后果醋的总酸总酯含量并进行催陈处理。
1.3.2 单因素试验优化超声催陈工艺
取30 mL醋酸发酵刚结束的木枣果醋于100 mL的锥形瓶中,采用超声波细胞破碎仪进行超声处理[12]。以果醋中总酯含量为指标,探究超声功率、超声时间以及乙醇添加量对果醋品质的影响。
1.3.3 正交试验优化超声催陈工艺
在超声工艺单因素试验基础上以木枣果醋中总酯的含量作为评价指标,对超声功率(W)、超声时间(min)、乙醇添加量(%)进行三因素三水平正交优化试验(表1),并进行验证实验。
表1 正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal test
水平因素超声功率/W超声时间/min乙醇添加量/%1200300.22300450.43400600.6
1.3.4 枣醋理化指标检测
分别取适量新发酵未经过陈酿的果醋(新醋)、经过自然陈酿30 d的枣醋(自然催陈果醋)、超声催陈果醋于烧杯中,采用pH计对不同枣醋的pH值进行测定;各木枣醋的黏度采用黏度计进行测量;木枣果醋的色泽变化采用手持色度仪进行测定[13]。色差值的计算如公式(1)所示:
(1)
式中:ΔE,枣醋样品色差值;L0、a0、b0,分别为枣醋的亮度值、红绿值、黄蓝值;Ln、an、bn,不同方式催陈后枣醋的亮度值、红绿值、黄蓝值。
1.3.5 枣醋中维生素C含量测定
准确称取维生素C标品10 mg配制成质量浓度梯度为2、4、6、8、10、12、14 μg/mL的维生素C溶液,测定其吸光值,绘制标准曲线。取新醋、自然催陈果醋、超声催陈果醋各取5.00 mL置于25 mL的容量瓶中,再加入1.00 mL盐酸溶液(10%),定容。蒸馏水为空白对照组,于265 nm处测定新醋、自然催陈、超声催陈果醋的吸光值[14]。
1.3.6 枣醋中cAMP含量的检测
参照文献[15]的方法,采用HPLC法测定。
1.3.7 枣醋中多酚黄酮含量测定
以没食子为酸标品,采用Folin-Ciocalteu法测定木枣果醋中的多酚含量[16];绘制芦丁标准曲线,采用NaNO2-Al(NO3)3分光光度法测定木枣果醋中的黄酮含量[17]。
1.3.8 枣醋中总酸总酯含量测定
通过不同陈酿方式所得到的木枣果醋的总酸总酯含量测定采用酸碱滴定法[18]。
1.3.9 不同陈酿方式果醋风味的分析
采用电子舌对不同陈酿方式处理得到的果醋进行风味分析。
1.3.10 数据处理
每个实验至少重复3次,计算平均值和标准差。数据采用Excel 2016处理,采用SPSS 22进行显著性分析,作图使用Origin 2019。
2 结果与分析
2.1 木枣果醋的酿制
在1.3.1节的工艺条件下酿制木枣果醋,最终得到总酸含量为(5.1±0.13) g/100 mL总酯含量为(3.42±0.41) g/L的果醋。
2.2 超声催陈处理单因素试验
2.2.1 不同乙醇添加量对枣醋中总酯含量的影响
在超声功率300 W、超声时间30 min的条件下,分别添加体积分数为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的乙醇进行超声处理,测定不同乙醇添加量对枣醋中总酯含量的影响,结果如图1所示。
图1 乙醇添加量对枣醋中总酯含量的影响
Fig.1 Effect of ethanol addition on the content of total esters in jujube vinegar
酯类物质的提升对食醋品质口感有很大影响, 为了促进食醋中的酯化反应, 在食醋中添加适量的无水乙醇可与食醋中的有机酸反应生成酯类物质[19]。由图1可知,乙醇添加量在低于0.4%和高于0.4%时,超声处理后木枣果醋中的总酯含量都有明显降低,说明超声催陈时乙醇添加含量过高或过低都会影响枣醋中酯类的形成,所以在超声催陈的功率与时间确定的条件下,乙醇添加量为0.4%时最利于枣醋中总酯的积累。
2.2.2 不同超声功率对枣醋中总酯含量的确定
在乙醇添加量为0.4%、超声处理时间为30 min的固定条件下,分别在超声功率为100、200、300、400、500 W条件下对枣醋进行催陈处理,探究不同超声功率对枣醋中总酯含量的影响,结果如图2所示。
图2 超声功率对枣醋中总酯含量的影响
Fig.2 Effect of ultrasonic power on the content of total esters in jujube vinegar
由图2可知,当超声功率在100～300 W时,随着超声功率的提高木枣果醋中的总酯含量随之增加,超声功率在300～500 W时,随着超声功率的增大,枣醋中总酯含量呈下降趋势,说明超声功率过高或过低都不利于枣醋中酯类的生成,所以超声催陈处理枣醋的超声功率确定为300 W。
2.2.3 不同超声处理时间对枣醋中给总酯含量的影响
在乙醇添加量为0.4%和超声功率为300 W的固定条件下,分别超声处理15、30、45、60、75 min,探究超声处理时间对枣醋中酯类形成的影响。结果如图3所示。
图3 超声时间对枣醋中总酯含量的影响
Fig.3 Effect of ultrasonic time on the content of total esters in jujube vinegar
由图3可知,木枣果醋中的总酯含量在超声处理45 min时最高,超过45 min后随着超声处理时间的加长,枣醋中总酯含量呈下降趋势,这可能是因为空化作用、机械振动作用以及热效应致使酯类的结构遭到破坏,同时酯化反应的逆反应速度超过了正向反应速度。由超声催陈枣醋时间单因素试验确定最佳催陈时间为45 min。
2.3 正交优化超声催陈木枣果醋
以超声处理后枣醋中酯类积累的总量为指标得出(正交试验结果表略):3个因素的影响程度为超声功率>超声时间>乙醇添加量。因此最佳的超声催陈方案为超声处理功率为300 W、超声处理时间为45 min、乙醇添加量为0.4%。
按照正交最优试验方案进行3次平行验证实验,测得的果醋中的总酯含量为(4.63±0.09) g/L,证明正交试验结果可靠。
2.4 超声处理对枣醋理化指标的影响
通过检测醋酸发酵刚结束的木枣果醋新醋、超声处理催陈后的木枣果醋、自然陈酿30 d的木枣果醋的pH值、黏度值以及色泽变化等指标,探究超声催陈对木枣果醋理化性质的影响,结果如表2所示。
表2 不同催陈处理木枣果醋pH、黏度、色差的影响
Table 2 Effects of different aging treatments on pH, viscosity, and color difference of vinegar
测定指标新醋超声处理陈酿pH3.94±0.09a3.97±0.03a4.01±0.06a黏度/(mPa/s)4.34±0.14a4.56±0.19a4.43±0.31a色差变化L22.21±0.14b22.45±0.04ab22.76±0.56aa0.55±0.015c0.60±0.035b0.79±0.15ab1.15±0.09a1.28±0.14a1.33±0.18aΔE00.29±0.05b0.54±0.03a
注:相同肩标字母代表没有显著性(P>0.05),不同肩标字母代表具有显著性(P<0.05)(下同)。
由表2可知,不论是经超声催陈的木枣果醋还是自然陈酿30 d的木枣果醋相对于新醋来说pH都有所上升,这是因为果醋中酯化反应的发生使酸类物质减少,但并没有显著性差异。
黏度可以反应液体的流变学特性,将催陈后的果醋和新醋的黏度跟水的黏度对比,可以发现3种果醋的黏度与水的黏度差别不大,同时3种果醋之间的黏度也几乎没有差别,这说明超声处理不改变果醋的流变学特性。
在色差方面,ΔE值越大,表示果醋颜色变化越大[20]。超声过后的果醋的颜色变化趋势与自然陈酿30 d果醋颜色变化趋势相同。同时由表中的L、a、b值可以看出超声处理后果醋的亮度提升且总体颜色向红、黄方向发展,这对果醋色泽变化是有利的,这也与ZHANG等[21]在采用不同超声功率加速酒的陈酿的研究中酒的色泽变化的实验结果相同,其原因可能是因为超声处理使得木枣果醋体系发生了各种物理化学反应,如分解、氧化以及美拉德反应等。
2.5 超声处理对枣醋营养成分的影响
果醋中营养成分的含量是衡量果醋品质的重要标准,本文通过对比超声催陈与自然陈酿后果醋中营养成分含量差异,探究超声处理对木枣果醋营养品质的影响。由表3可知,超声过后的果醋中总酸总酯的变化趋势与自然陈酿后木枣果醋中的总酸总酯含量变化相对应,说明超声处理可促进木枣果醋中的酸类物质发生酯化反应形成木枣果醋香气的酯类物质。李巧凤[22]在超声和微波催陈甜柿果醋的研究中也证明了这一点,这可能是超声使得木枣果醋中的分子内能增大,同时超声产生的空化效应加速了分子运动和碰撞,从而加快了聚合、酯化等反应的发生。同时,自然陈酿30 d后的木枣果醋中的总酯为(4.71±0.05) g/L,经超声处理后的木枣果醋总酯达(4.63±0.09) g/L,即超声催陈处理后枣醋中的总酯总酸变化趋势与自然催陈30 d的木枣果醋变化一致,这进一步说明超声处理对木枣果醋催陈效果明显。
表3 不同催陈处理木枣果醋维生素C、多酚、黄酮、 cAMP及总酸总酯含量的影响
Table 3 Effects of different aging treatments on the contents of vitamin C, polyphenols, flavonoids, cAMP total acids, and total esters in jujube vinegar
含量新醋超声处理自然陈酿总酸/(g/100 mL)5.54±0.04a4.93±0.09b5.06±0.01b总酯/(g/L)3.42±0.02b4.63±0.09a4.71±0.05a维生素C/(μg/mL)5.41±0.13a4.91±0.03b4.78±0.07b多酚/(mg/mL)1.62±0.12a1.31±0.01b1.42±0.12b黄酮/(mg/mL)0.69±0.02a0.53±0.04b0.49±0.06bcAMP/(μg/mL)21.17±0.79a17.23±0.67b19.58±0.81c
超声处理后的果醋中维生素C含量为(4.91±0.03) μg/mL,与新醋相比含量显著下降,可能与超声空化作用加速维生素C降解氧化有关。自然陈酿30 d后维生素C含量为(4.78±0.07) μg/mL,这可能是因为长时间放置使果醋中维生素C发生了氧化。但超声处理后木枣果醋中的维生素C含量与自然催陈后果醋中的含量并没有显著差别。
经超声处理的木枣果醋与自然陈酿30 d后的木枣果醋多酚黄酮含量较新醋相比都有所下降,这与史彬星[23]的研究结果相同,其原因可能是因为超声的空化作用导致了多酚黄酮类物质部分降解,同时氧气的存在使多酚黄酮发生氧化。
cAMP作是生物体内的“第二信使”,参与生命传递和新陈代谢。超声处理和自然陈酿后的果醋中cAMP含量较于新醋都有显著下降,同时超声后其含量更少,可能是超声波在介质中传播时,其振动能量不断被介质吸收转变为热量而使介质的温度升高,因此当超声波功率较高以及超声波处理时间较长时,样品的温度会升高产生热效应。热效应使得大分子环状物质发生降解,从而枣醋中cAMP含量下降,冀晓龙等[24]在不同杀菌方式对枣中cAMP含量影响的研究中也证明了热效应会使cAMP降解。
2.6 超声处理对枣醋风味的影响
图4可以形象的展示新醋、超声处理的木枣果醋以及自然催陈的木枣果醋在酸味、咸味、甜味、苦味及其回味、涩味及其回味、鲜味及其回味(丰富性)上的差异。
图4 枣醋的滋味雷达图
Fig.4 Jujube vinegar taste radar map
从图4中可知,新制备的果醋、超声催陈后的果醋以及自然陈酿的果醋在苦味上差异最明显,自然陈酿30 d的木枣果醋苦味值最小,新醋的苦味值最大,超声催陈处理后的木枣果醋苦味值介于两者之间,并且超声处理后的木枣果醋在苦味的回味上也明显区别于自然催陈的木枣果醋。其原因可能是超声处理使果醋中的主要呈味物质——氨基酸发生了变化[25],超声处理产生的空化作用导致的极端的高温、高压环境会使木枣果醋中产生大量羟自由基,羟自由基的强氧化性可能会使木枣果醋中的美拉德反应、蛋白质分解反应加快,使得木枣果醋中氨基酸的种类和含量发生变化,从而进一步影响木枣果醋的滋味。从整体滋味方面来看,超声处理后的木枣果醋的整体滋味基本介于自然陈酿和新醋之间,表明超声处理后的木枣果醋的苦涩感下降,滋味更加柔和,超声催陈处理利于木枣果醋口感的提升,提高了果醋的感官品质。
3 结论
本文以木枣为原料制备木枣果醋并对超声催陈工艺进行优化,得到超声催陈的最佳工艺参数为处理功率300 W、处理时间45 min、乙醇添加量0.4%。在此工艺条件下探究了超声处理对木枣果醋品质的影响,结果显示超声处理可以加速陈酿过程中的酯化反应,对枣醋有良好的催陈效果;采用电子舌传感器技术对不同催陈处理后的木枣果醋进行滋味辨别,发现超声处理可以使木枣果醋口感更加饱满柔和。本研究为超声在食醋催陈的应用方面提供了一定理论依据。
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