益生菌是指对宿主有益的活性微生物,具有调节宿主免疫力、改善肠道微生态平衡、改善心脑血管疾病等功效,益生菌种类繁多,并早已广泛应用于酸奶、奶粉、饮料等常见食品中[1]。青春双歧杆菌是健康人群肠道中的优势菌,存在于各年龄段人群的肠道中,特别在百岁老人肠道中丰度很高,被广泛报道在肠道健康、能量代谢、免疫调节,以及糖尿病和非酒精性脂肪肝等代谢类疾病方面发挥重要作用[2-4]。鼠李糖乳酪杆菌属于乳酪杆菌属,被报道具有耐酸耐胆盐、调节肠道菌群、抑制有害菌增殖、对肠黏膜具有较强的黏附和定植能力、促进肠道蠕动等功效[5-6]。青春双歧杆菌和鼠李糖乳酪杆菌均在国家卫生健康委印发的关于《可用于食用的菌种名单》的通知当中[7]。近年来,全球发酵产业高速发展,功能性发酵产品正成为全球消费趋势,基于益生菌发酵技术研发的果汁或饮料,不仅营养价值高,同时还具有因发酵产生的独特风味,前景广阔[8]。杨阳[9]采用副干酪乳酪杆菌PC-01和青春双歧杆菌B8589复合发酵制备了乳酸菌饮料,并与副干酪乳酪杆菌PC-01单一菌制备的乳酸菌饮料比较发现,两者pH值、酸度、活菌和感官评分并无显著差异,但复合发酵的乳酸菌饮料具有更好的货架稳定性和潜在的健康属性。研究发现鼠李糖乳酪杆菌发酵的诺丽果汁可明显提高果汁中酚类物质,改善产品风味;鼠李糖乳酪杆菌与植物乳植杆菌混合发酵蓝莓果渣,可显著提高其中活性成分的含量,提高抗氧化效果,并具有良好的抗疲劳和清除胆固醇的能力[10-11]。

南酸枣(Choerospondias axillaris),又名酸枣、广枣、五眼果等,漆树科(Anacardiaceae)南酸枣属(Choerospondias),是我国南方一种特色野生植物资源,广泛分布湖北、湖南、广西、江苏、江西等地,经济价值高,果用历史长,多见于野生状态,散生于天然林中[12]。南酸枣具有很高的营养价值和药用价值,枣肉含有丰富的氨基酸、膳食纤维、多糖、黄酮、多酚、维生素等多种宏量和微量营养素,被报道具有健脾胃、助消化、防暑解毒、醒酒、止血止痛、抗心律失常、抗氧化等多种功效[13-14]。但南酸枣鲜果味道酸涩,直接食用口感较差,少见鲜食,通常加工成酸枣糕、软糖、蜜饯等产品[15-16]。当前市场南酸枣存在产品种类单一,综合利用率不高等问题,仍有较大的开发空间,研发和丰富南酸枣的产品形式,对提高南酸枣的经济效益和促进南酸枣产业的发展具有重要意义。目前关于南酸枣发酵的相关报道主要是乳酸菌发酵南酸枣饮料,包括唾液链球菌嗜热亚种、德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜酸乳杆菌、植物乳植杆菌、副干酪乳酪杆菌、复合乳酸菌(植物乳植杆菌N13、德氏乳杆菌保加利亚亚种、瑞士乳杆菌、肠膜明串珠菌肠膜亚种、唾液链球菌嗜热亚种)等[17-19],发现嗜酸乳杆菌+植物乳植杆菌以1∶1比例混合发酵的南酸枣汁饮料可滴定酸、总酚及总黄酮含量高达2.80 g/L、1.76 mg/mL、0.45 mg/mL[19]。

本研究以江西省万载县的南酸枣为原料,采用益生菌青春双歧杆菌、鼠李糖乳酪杆菌和青春双歧杆菌-鼠李糖乳酪杆菌1∶1复配作为发酵剂,制备发酵南酸枣汁,以原果汁天然发酵为对照,比较分析和探究通过不同益生菌发酵后的南酸枣汁理化指标(总糖、多酚、pH、酸度)、感官评分和香气成分差异,旨在开发风味独特的发酵南酸枣汁产品,为丰富南酸枣产品形式提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜南酸枣由江西省万载县辉明有机农业科技开发有限公司提供;青春双歧杆菌干粉、鼠李糖乳酪杆菌干粉,天益生物科技有限公司;白砂糖,市售食品级;没食子酸、葡萄糖、Na2CO3,北京索莱宝科技有限公司:浓硫酸、苯酚及其他化学试剂,西陇科学股份有限公司;化学试剂均为分级纯。

1.2 仪器与设备

SP525破壁机,浙江苏泊尔家电制造有限公司;ESJ200-4电子分析天平,上海精科天美科学仪器有限公司;SW-CJ-ZD超净工作台,江苏通净净化设备有限公司;HYQX-Ⅱ厌氧培养箱,上海跃进医疗器械有限公司;VOSHIN-COS-100B恒温培养箱,北京中兴伟业有限公司;PHSJ-4F型pH计,上海仪电科学仪器有限公司;U-2910紫外-可见分光光度计,日本Hitachi公司;Synergy H1酶标分析仪,美国Bio Tek公司;8890N/5977气相色谱-质谱联用仪、DB-Wax毛细管柱(30 m×0.25 μm×0.25 mm),美国Agilent公司。

1.3 实验方法

1.3.1 发酵南酸枣汁的制备工艺流程

南酸枣→拣选→清洗→漂烫→去核→榨汁→调配→巴氏灭菌→冷却→接种→发酵→成品

1.3.2 发酵南酸枣汁制备方法

挑选果肉饱满、成熟度适宜的南酸枣,清水洗净,热水漂烫灭酶,去皮脱核,根据前期多次预实验摸索结果,按1∶15(g∶mL)比例添加纯净水混合榨汁、破碎,添加质量分数10%白砂糖以果肉质量为基准,经90 ℃巴氏杀菌10 min后冷却至室温,得到未发酵南酸枣汁。采用直投式加入不同益生菌(青春双歧杆菌粉-2%,Bi;鼠李糖乳酪杆菌粉-2%,LGG;1∶1复配青春双歧杆菌粉-鼠李糖乳酪杆菌粉-2%,Bi+LGG-2%;1∶1复配青春双歧杆菌粉-鼠李糖乳酪杆菌粉-4%,Bi+LGG-4%质量分数),复配比例参照李若熙等[19]和张璐等[20]的报道,加入不同益生菌后于37 ℃厌氧培养48 h,以未接种益生菌的南酸枣汁于37 ℃恒温培养48 h为对照(Control),所有组别分别在发酵时间为0、36和48 h取样,置于-80 ℃超低温冰箱保存,待测。前期预实验发现发酵至50 h时,南酸枣汁分层明显,有异味,出现变质情况,所以选取48 h为发酵终点。

1.3.3 理化指标测定

各时间点取样的发酵南酸枣汁样品在进行理化指标测定前,需经解冻和混匀处理后采用pH计测定pH值;以葡萄糖为标准物质,采用苯酚硫酸法测定总糖含量;以没食子酸为标准物质,采用福林酚法测定多酚含量[19];酸度值参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》进行测定。

1.3.4 感官评价

参照NY 82.2—1988《果汁测定方法 感官检验》,选取市售果汁对老师和学生进行感官评定培训,请10名受过培训的老师和学生组成感官评定小组,从组织状态(20分)、色泽(20分)、香气(30分)、口感(30分)4个方面对各组发酵南酸枣汁进行评分,总分100分,评分标准如表1所示。

1.3.5 香气成分分析

参照张璐等[20]的方法并稍作调整,采用固相微萃取法进行香气成分的富集。取5.0 g南酸枣汁样品于20 mL样品瓶中,密封瓶口,60 ℃水浴加热平衡30 min后,插入已老化的萃取头,保持在60 ℃环境下吸附30 min后取出,迅速插入气相色谱-质谱联用仪进样口,于250 ℃下解析10 min。

1.3.5.1 气相色谱-质谱条件

色谱条件:进口温度250 ℃;载气He;流速1.0 mL/min;采用不分流模式;升温程序:40 ℃(3 min)→5 ℃/min→240 ℃(15 min)。

质谱条件:EI电离源;电离电压70 eV;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃。

1.3.5.2 香气成分定性与定量分析

定性分析通过NIST 14质谱库对未知化合物进行检索匹配,匹配度>800(最大值为1 000)的鉴定结果,予以保留化合物名称、分子式、保留时间和峰面积。采用峰面积归一化法进行定量,计算每种香气物质的相对含量,香气成分的香气描述在风味网站(http://www.perflavory.com/search.php)进行搜索。

1.3.5.3 气味活度值(odor activity value,OAV)计算方法

在一定范围内,OAV越大说明该香气物质对总体香气贡献越大,计算如公式(1)所示:

OAV=C/T

(1)

式中:C,香气成分的相对含量;T,在水中的阈值,mg/kg。

1.3.6 数据处理

所有试验数据以“平均值±标准差”表示,平行测定3次,数据采用SPSS 20.0、SIMAC 14.1、GraphPad Prism 9等软件进行显著性处理并绘图。

2 结果与分析

2.1 发酵南酸枣汁理化指标测定结果分析

图1-a是发酵过程中总酚含量变化,发酵前期Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组多酚含量分别为(2.14±0.02)、(2.10±0.01)、(2.16±0.04)、(2.16±0.03)、(2.05±0.11) mg/mL[以没食子酸当量(gallic acid equivalent, GAE)计],随着发酵时间的延长,多酚含量均有所增加,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组多酚含量分别较发酵前增加了13.53%、21.13%、20.62%、20.09%和15.80%,其中Bi+LGG-2%组多酚含量增加最多。同一时间点内不同益生菌发酵南酸枣汁的多酚含量均高于Control组,但无显著性差异,可能是青春双歧杆菌、鼠李糖乳酪杆菌将大分子酚类转化为小分子酚类物质或者释放多种酶将果汁中的结合多酚转化为游离多酚[19]。

由于益生菌生长需要消耗碳源,随着发酵时间的延长,总糖含量呈整体下降趋势(图1-b),尤其是从0～36 h时总糖含量下降显著(P<0.05)。Bi组:(23.10±0.08)～(15.32±0.10) g/mL;LGG组:(23.37±0.42)～(17.62±0.36) g/mL;Bi+LGG-2%组:(23.03±1.54)～(15.07±0.47) g/mL;Bi+LGG-4%组:(23.47±0.05)～(17.36±0.83) g/mL;Control组:(23.02±0.64)～(15.69±0.61) g/mL;Bi+LGG-2%组总糖含量下降最显著,高达34.56%。而48 h时总糖含量虽有所下降,除Bi组其他组则无显著差异。同一时间点内不同益生菌发酵南酸枣汁总糖含量与Control组相比均无显著差异。

如图1-c所示,随着发酵时间的持续,发酵南酸枣汁的pH值同样呈下降趋势,尤其是发酵时间达48 h时pH均显著低于发酵前(P<0.05),Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组pH分别较0 h降低了8.95%、13.62%、10.25%、13.46%和14.47%,可能是由于微生物代谢时产生有机酸的原因。此外,同一时间点内不同益生菌发酵南酸枣汁的pH值均高于Control组,除了LGG组发酵0 h时外,其他益生菌发酵组的南酸枣汁在同一时间点与Control组相比,均具有显著差异(P<0.05)。

图1-d是发酵过程中酸度的变化情况,随着发酵时间的持续,发酵南酸枣汁的酸度呈显著增加趋势,尤其是发酵48 h后,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组酸度分别较0 h[(5.75±0.11)、(6.21±0.07)、(6.03±0.11)、(5.37±0.10)、(6.61±0.12)×10-4 mol/L]增加了94.98%、174.65%、113.80%、175.42%和188.40%,且具有显著差异(P<0.05)。同一时间点内,不同益生菌发酵组的酸度与Control组相比,除了LGG组0 h外,其他均具有显著差异(P<0.05)。

此外,还发现混合益生菌发酵后南酸枣汁的营养指标(总酚含量、总糖含量)改变效果要优于单一菌发酵,混合菌发酵尤其是Bi+LGG-2%组的南酸枣汁多酚含量要高于单一菌,总糖含量则基本低于单一菌,而pH值变化则慢于单一菌,该结果与混合益生菌发酵猕猴桃汁时的发现一致[20],可能是由于混合菌发酵时不同益生菌间产生协同作用。

2.2 发酵南酸枣汁的感官评分

如图2-a所示,益生菌发酵前南酸枣汁感官评分较低,为40～49,尤其在香气和口感方面评分普遍较低,均反映酸涩感重,因稀释导致果香味寡淡。经益生菌发酵36 h后(图2-b),感官评分显著升高,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组感官评分分别为(73.3±2.08)、(77.7±1.15)、(87.3±1.53)、(80.0±2.00)、(52.6±3.06)分;在组织状态、色泽、香气和口感方面均有提升,尤其是香气和口感方面提升效果显著,益生菌发酵后南酸枣汁的酸涩感基本消失,同时伴有发酵香出现,且混合菌株发酵效果更佳;继续发酵至48 h后(图2-c),感官评分均有所下降,Control组甚至出现沉淀分层现象,醇味明显。结合前期营养指标(多酚含量、总糖含量、pH值和酸度)的结果共同分析,发现36 h的发酵时间较适宜,且混合发酵的效果优于单一益生菌发酵,尤其是Bi+LGG-2%发酵36 h时感官评分最高。

2.3 发酵南酸枣汁香气成分分析

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技术是当前较常用的检测不同果蔬饮料及其制品中挥发性香气成分组成及含量变化的方式,并可通过气味阈值及统计学分析寻找关键香气成分。南酸枣汁在不同益生菌发酵不同时间的过程中总共检测出119种香气成分,其中醇类23种、酯类18种、醛类11种、烃类22种、酮类11种、酚类8种、醚类4种和其他类22种(图3-a)。由图3可知,不同益生菌发酵不同时间的南酸枣汁香气成分种类和相对含量也有所不同,但主要种类基本相同,均为烃类、醇类、酯类和醛类。发酵过程中,南酸枣汁的香气物质种类随发酵时间整体呈先上升后下降的趋势,所有组别中共有的香气物质有14种,每组不同于其他任何组的专一性香气物质分别有1～11种不等(图3-b)。如图3-c所示,不同类型香气物质的相对含量随发酵时间持续的变化趋势不同,其中相对含量最高的烃类除了单一菌发酵组(Bi和LGG)外,其他组整体呈增加趋势;醇类物质相对含量呈增加趋势,而醛类和酯类物质则整体呈下降趋势。

根据感官评分结果,单一菌和混合菌发酵的南酸枣汁均在发酵36 h时感官评分最高,如图3-a所示,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组在发酵36 h时分别检测出香气成分56、58、61、64、56种,其中烃类分别有13、7、11、11、14种,相对含量分别为53.22%、61.24%、58.16%、59.68%、70.00%;醇类分别有14、16、16、15、12种,相对含量分别为13.89%、17.39%、16.93%、19.22%、7.39%;酯类分别有7、10、11、9、7种,相对含量分别为4.55%、8.82%、8.92%、6.24%、9.84%;醛类分别有7、8、6、6、6种,相对含量分别为9.52%、9.32%、11.23%、9.65%、7.60%。混合菌发酵后醇类、酯类和醛类物质的相对含量基本均高于单一菌发酵,且与鼠李糖乳酪杆菌单一菌发酵的醇类、酯类和醛类物质的种类和相对含量相差较小,推测可能是鼠李糖乳酪杆菌促进了这几类香气物质的产生。

2.3.1 发酵过程中烃类香气物质分析

烃类物质是构成发酵南酸枣汁挥发性香气成分相对含量最高,种类较丰富的一类物质,其相对含量高达50.34%～70.00%,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组在不同发酵时间内分别检测到6～14种烃类物质(图3)。如电子版增强出版附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040719)所示,发现南酸枣果汁中相对含量最高的香气物质是石竹烯,相对含量高达(33.84±3.96)%～(52.89±3.37)%,赋予南酸枣汁丁香气味,该结果与王召君[21]的发现一致。随发酵时间的持续,石竹烯的相对含量在Bi组呈先降后增的趋势,在其他组则均呈先增后降的趋势。还检测到相对含量较高的γ-榄香烯、β-杜松烯、α-石竹烯、α-蒎烯、苯乙烯、正十六烷和甘草烯,其中α-石竹烯赋予发酵南酸枣汁薄荷香,α-蒎烯赋予其松脂香,苯乙烯赋予其芳香气味。此外,发现混合益生菌发酵产生了3种新的烃类物质,分别是异喇叭烯、异丙基环丁烷和甘草烯。

2.3.2 发酵过程中醇类香气物质分析

醇类物质是构成发酵南酸枣汁挥发性香气成为种类最丰富,相对含量较高的一类重要的香气物质,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组在不同发酵时间内分别检测到11～17种醇类物质,其相对含量为7.39%～38.06%,且随着发酵时间的延长而增加(图3),可能是益生菌将南酸枣汁中的蛋白质、氨基酸、果胶、葡萄糖代谢为高级醇等次级代谢产物[22]。如电子版增强出版附表1所示,正己醇、异辛醇、芳樟醇、α-松油醇和苯乙醇是各组共有的醇类物质,其中正己醇在Bi+LGG-4%混合发酵时相对含量最高,为(3.88±0.20)%,赋予发酵南酸枣汁淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香;异辛醇在Bi+LGG-4%混合发酵时相对含量最高,为(3.96±0.83)%,呈降低趋势,但在Bi+LGG-2%混合发酵时随发酵时间呈上升趋势,赋予南酸枣汁甜味和淡淡的花香;芳樟醇相对含量较正己醇和异辛醇较低,在LGG单一菌发酵36 h时达到最高,为(2.03±0.18)%,赋予其佛手(香柠檬)香;苯乙醇作为高级醇的代表,同样共同存在于各组中,且随发酵时间呈上升趋势,在Bi单一菌发酵48 h时达到最高,为(3.57±0.96)%,赋予其玫瑰香;α-松油醇相对含量较低,分布范围为(0.50±0.13)%～(0.82±0.15)%,在各组中变化不显著,可赋予南酸枣汁紫丁香花的香气。

2.3.3 发酵过程中酯类香气物质分析

酯类物质同样是发酵南酸枣汁中重要的香气物质,在发酵过程中种类多,含量丰富,大多具有水果香气,这些气味主要源自果汁中的酸和醇之间的酯化反应等代谢活动。Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组在不同发酵时间内分别检测到5～13种酯类物质,相对含量为2.40%～10.69%,且随着发酵时间的持续而降低,仅有Bi+LGG-2%和Control组是先增长后降低的趋势(图3)。如电子增强出版附表1所示,月桂酸乙酯是各组中共同的酯类物质,赋予南酸枣汁花生香,其相对含量在LGG、Bi+LGG-2%和Control组呈先增后降的趋势,而在Bi和Bi+LGG-4%中呈下降趋势,表明不同益生菌对酯类物质的组成及相对含量的影响不同。此外,还发现呈白兰地香气的辛酸乙酯在发酵前36 h均可检测到,但发酵至48 h则未检出,推测其在发酵后期可能被益生菌分解代谢为其他物质。同时,还发现混合益生菌发酵产生了4种新的酯类物质,分别是呈醚香味的醋酸乙烯酯、呈浓烈而甜的蜂蜜香的苯乙酸乙酯、呈桃和椰子似甜果香气的丙位辛内酯和二硫代乙酸烯丙酯。

2.3.4 发酵过程中醛类香气物质分析

发酵南酸枣汁中另一重要的香气物质就是醛类物质,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组在不同发酵时间内分别检测到5～9种,相对含量为5.28%～27.22%,且随着发酵时间的延长而显著降低,发酵0 h时各组检测到醛类物质相对含量均在15%以上,发酵后则降低至5%～7%(图3)。如电子版增强出版附表1所示,相对含量最高的是3,4-二甲基苯甲醛,发酵前其相对含量均在10%以上,Control组中甚至高达(20.71±17.36)%,随着发酵时间的持续,3,4-二甲基苯甲醛的相对含量显著降低至2%左右,推测可能在发酵过程被益生菌作用产生其他醇类或酯类物质。

2.3.5 发酵过程中酮类、酚类、醚类及其他香气物质分析

发酵南酸枣汁中还检测到酮类、酚类、醚类及其他类的香气物质,酮类物质检测到3～7种,酚类物质则检测到2～5种,醚类物质则检测到1～3种,检测到的酮类、酚类及醚类物质相对含量普遍较低,约为0.1%～2%(图3)。但发现Bi组发酵36 h检测到较高含量的2,4-二叔丁基苯酚,为(5.30±2.59)%,其具有特殊的烷基酚气味。此外还发现发酵48 h时,Bi、LGG、Bi+LGG-4%和Control组均检测到约2%具有百里香油香气的麝香草酚。混合益生菌发酵检测到1种新的醚类物质—乙二醇甲单醚,其具有令人愉快的气味。

除了上述提到的香气物质之外,发酵南酸枣汁中还检测到多种其他类香气物质,如2,3-二氢苯并呋喃、异戊酰胺、具有坚果香的2-乙基吡嗪、具有面包香的2-乙酰基吡咯等,但其相对含量均低于0.30%,仅在Bi+LGG-4%发酵0 h时检测到(1.03±0.15)%具有坚果香的2,5-二甲基吡嗪。此外,还发现混合益生菌发酵检测到6种新的其他香气物质,分别是3-丙酰基吡啶、2,3,5-三甲基吡嗪、2,6-二乙基吡嗪、2-乙酰基吡咯、氰化苄和2-甲氧基乙胺。

上述所有种类的香气物质有些是南酸枣汁本身所具有的,有些是益生菌作用下代谢产生的,所有的香气物质之间相互协调、相互作用,共同组成了发酵南酸枣汁丰富且独特的风味和芳香品质。

2.4 正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)香气物质

为进一步分析不同益生菌发酵南酸枣汁中香气物质组成的差异情况,采用OPLS-DA,分析中将同一益生菌发酵不同时间的样品作为一组,即Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组,结果如图4所示。以检测到的119种香气物质作为因变量,不同益生菌作为自变量,通过OPLS-DA(图4-a)发现不同益生菌发酵的南酸枣汁样品可有效区分开,单一菌(Bi和LGG)发酵和Control组样品集中在第一象限,单一菌发酵样品间距离更相近,而不同剂量混合益生菌发酵则显著区分于其他3组,分别在第二象限和第三象限,表明混合益生菌发酵南酸枣汁的香气物质组成发生了显著变化。本次分析中的自变量拟合指数为0.759,因变量拟合指数为0.904,模型预测指数(Q2)为0.662,R2和Q2超过0.5表示模型拟合结果可接受[23]。经过200次置换检验,如图4-b所示,Q2回归线与纵轴相交点<0,说明模型不存在过拟合,模型验证有效,认为该结果可用于不同益生菌发酵南酸枣汁的香气物质鉴别分析。

2.4.1 发酵南酸枣汁香气物质差异分析

为进一步分析不同香气物质对区分不同益生菌发酵南酸枣汁的贡献率,根据P<0.05且变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)>1的标准,筛选出32种差异香气物质,对应的层次聚类热图如图5所示,其中烃类5种、醇类7种、酯类5种、醛类1种、酮类5种、酚类1种和其他类8种。与Control组比较,青春双歧杆菌发酵南酸枣汁中的差异香气物质有14种,分别是异辛醇、香叶基丙酮、4-乙烯基-12-二甲基苯、丙酮、苯甲酰肼、2-壬酮、23-二氢苯并呋喃、5-羟基戊酸-24-二叔丁基苯酯、柏木脑、水杨酸异辛酯、苯甲醇、异香叶醇、糠醛和γ-巴豆酰内酯。与Control组比较,鼠李糖乳酪杆菌发酵南酸枣汁中的差异香气物质有9种,分别是异辛醇、γ-榄香烯、4-乙烯基-12-二甲基苯、丙酮、2-壬酮、23-二氢苯并呋喃、苯甲醇、异香叶醇和糠醛。而不同剂量混合益生菌发酵南酸枣汁中的共有的差异香气物质有11种,分别是异辛醇、正十六烷、γ-榄香烯、4-乙烯基-12-二甲基苯、丙酮、2-壬酮、23-二氢苯并呋喃、5-羟基戊酸-24-二叔丁基苯酯、苯甲醇、异香叶醇和正庚醇。

2.4.2 OAV法分析特征香气物质

香气物质含量的高低不能完全判定它对整体香气的贡献,通常是其含量和气味阈值共同决定,阈值越低,该香气物质的香气贡献率越高。可通过计算单个香气物质的OAV评价其对整体香气的贡献度,当OAV>1时,认为该物质是关键香气成分,对整体香气有直接影响,当OAV>10时,该香气物质对整体香气贡献度极大;当0.1[24]。根据文献报道的香气成分阈值和属性描述,计算基于OPLS-DA法VIP>1结合P<0.05筛选出的差异香气物质的OAV,共有10种香气物质可计算OAV。

如表2所示,单一青春双歧杆菌发酵果汁的关键香气成分(OAV>1)为正己醇和正庚醇,呈现淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香以及柑橘香;单一鼠李糖乳酪杆菌发酵果汁的关键香气成分为香叶基丙酮、正己醇和正庚醇,呈现木兰香、淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香以及柑橘香;混合益生菌发酵果汁的关键香气成分为香叶基丙酮、正己醇和正庚醇,呈现木兰香、淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香以及柑橘香,与单一鼠李糖乳酪杆菌发酵的成分相同,推测上述香气物质主要由鼠李糖乳酪杆菌代谢产生;而Control对照组的关键香气成分为香叶基丙酮、异香叶醇和正己醇,呈现木兰香、淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香,其中Control组的异香叶醇OAV为96,可见异香叶醇是Control组中典型的贡献度极大的香气物质。此外,还发现正己醇在5组中均可作为关键香气成分,且在混合益生菌发酵南酸枣汁组(Bi+LGG-4%)中OAV最高,为13.583。

3 结论

为丰富南酸枣的产品形式,旨在采用益生菌发酵研发一款风味独特的发酵南酸枣汁产品,结果显示益生菌发酵南酸枣汁有效提高了果汁中总酚含量和酸度,降低了总糖含量和pH值,混合益生菌的效果优于单一菌优于天然发酵,尤其是Bi+LGG-2%组。根据感官评分的结果发现,益生菌发酵改善了南酸枣汁的组织状态和色泽,显著改良了南酸枣汁的口感和香气,整体评分显著提升,尤其是Bi+LGG-2%发酵36 h时感官评分最高,为(87.3±1.53)分。采用HS-SPME-GC-MS技术分析发酵南酸枣汁中的香气成分,发现随着发酵时间的持续,香气物质种类呈先增后降的趋势,Bi、LGG、Bi+LGG-2%、Bi+LGG-4%和Control组发酵36 h时分别检测出56、58、61、64、56种香气物质,混合益生菌发酵能产生更多种的香气物质,主要的香气物质为烃类、醇类、酯类和醛类物质,其中烃类和醇类物质相对含量随发酵时间的持续而增加,酯类和醛类物质相对含量则呈下降趋势;石竹烯是南酸枣汁相对含量最高的香气物质,在5组中均被检测到。通过对挥发性香气物质进行OPLS-DA和OAV分析,发现发酵南酸枣汁中的关键香气成分有异香叶醇、正己醇、正庚醇和香叶基丙酮,其中正己醇、正庚醇和香叶基丙酮的OAV在混合益生菌发酵南酸枣汁中最高,赋予南酸枣汁淡青的嫩枝叶香,微带酒香、果香和脂肪香、柑橘香和木兰香,有效改善了南酸枣汁的风味与滋味。

综上所述,益生菌发酵增加了南酸枣果汁中总酚含量和酸度,降低了总糖含量和pH值,赋予其更丰富的口感和香气,且混合益生菌发酵的效果比单一益生菌更显著,产生了更多的营养物质和香气物质,使南酸枣汁更可口、香气更浓郁。研究结果可为发酵南酸枣汁产品的研发提供了理论依据,对促进南酸枣产业的发展具有重要意义。

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Analysis of physicochemical properties, sensory evalution and aroma components of fermented Choerospondias axillaris juices inoculated with single and mixed probiotics

ZOU Wei1, DING Qiao1,2,3*, ZHU Siying1, TAO Xueru1, ZHONG Lirong1, HAN Min1,DONG Yuxuan1, TU Zongcai1,3

1(National R&D Center for Freshwater Fish Processing, College of Life Science, College of Health, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)2(Jiujiang Kairui Ecological Agriculture Development Co. Ltd., Jiujiang 332000, China)3(State Key Laboratory of Food Science and Resources, Nanchang University, Nanchang 330027, China)

ABSTRACT To enrich its product forms, the fermented Choerospondias axillaris juices were prepared by inoculating with the probiotics of Bifidobacterium adolescentic, Lacticaseibacillus rhamnosus and their mixture in a 1∶1 mixing ratio as the starters.The changes in the physicochemical properties and sensory evaluation scores of C.axillaris juices after different probiotics fermentation were analyzed with the naturally fermented ones as the control.The aroma components of the fermented C.axillaris juices were analyzed by using headspace headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry.The results indicated that probiotics fermentation of C.axillaris juices increased effectively the total phenolic contents, acidities, and sensory scores of the juices, while it reduced the total sugar contents and pH values.Notably, when the C.axillaris juices were fermented by the mixed probiotics at a dosage of 2% (or 4%), the total phenolic contents, acidity and sensory scores increased by 20.62% (or 20.09%), 113.80% (or 175.42%) and 31 (or 34), while the total sugar contents and pH values decreased by 34.56% (or 26.64%) and 10.25% (or 13.46%), respectively.The analyses of aroma component revealed that the types of aroma compounds tended to increase first and then decrease as fermentation progressed.More kinds of aroma compounds were produced by using the mixed probiotics to ferment the C.axillaris juices and caryophyllene had the largest relative content among the aroma compounds of the juices.By analyzing the volatile aroma compounds with orthogonal partial least squares discriminant analysis and odor activity value (OAV), we found the key aroma components in the fermented C.axillaris juices include isogeraniol, n-hexanol, n-heptanol, and geranyl acetone.The OAV of n-hexanol, n-heptanol, and geranyl acetone were the highest in the C.axillaris juices fermented by the mixed probiotics, which gives the juices light aroma of fresh branches and leaves, wine, fruity, fat, citrus, and magnolia.This improved the flavor and taste of C.axillaris juice effectively.The research findings provide theoretical guidance for the research and development of the fermented C.axillaris juices products.

Key words Choerospondias axillaris;probiotics;fermented juices;aroma components;headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040719

引用格式：邹伟,丁翘,朱思莹,等.单一及混合益生菌发酵南酸枣果汁理化性质、感官评定和香气成分分析[J].食品与发酵工业,2025,51(13):301-310.ZOU Wei, DING Qiao, ZHU Siying, et al.Analysis of physicochemical properties, sensory evalution and aroma components of fermented Choerospondias axillaris juices inoculated with single and mixed probiotics[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(13):301-310.

第一作者：硕士研究生(丁翘助理研究员为通信作者,E-mail:qiaoding0604@163.com)

基金项目：国家自然科学基金地区项目(32260596);江西省自然科学基金青年基金项目(20232BAB215063);江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ210320);南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室开放基金项目(SKLF-KF-202204)

收稿日期：2024-08-12,改回日期:2024-10-01