乳酸菌发酵桑葚的关键技术研究

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乳酸菌是一类发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏阳性细菌的总称。其应用范围广泛,尤其在药品、食品行业。近几年,乳酸菌发酵果蔬备受大众喜爱,由于其制品综合了果蔬原料和益生菌的双重优势,风味得到改善,保质期得以延长,无防腐剂、绿色健康。桑葚作为药食同源的小浆果,含有多种活性成分如花青素、多糖、白黎芦醇等而具有多种保健功效,但桑葚采收期短、皮薄汁多不易运输与存储,鲜果价格居高不下且损失严重很难满足市场需求。为了顺应市场需求、减少桑果资源浪费及丰富产品种类,本研究筛选到了适用于桑葚发酵的优质菌种,以及开发了新型、绿色桑葚饮料,并对桑葚浆发酵过程中的品质变化及浆果抗氧化、抑菌性能进行分析。主要研究内容与结论如下:(1)发酵桑葚菌种筛选。从乳酸菌菌库中挑选,经初筛、复筛、鉴定及发酵性能对比得到1株性能最好的乳酸菌,命名为植物乳杆菌NCU137。其经过驯化具有较强的耐酸性,能够耐受p H 2.5以上的胃液,耐受肠液环境,具有较强的胆盐、高渗胁迫抗性。以2%的接种量在MRS液体培养基中培养,延滞期、对数期、稳定期经历的时间分别是2、16、14 h,活菌数达到9.9 Lg(CFU/m L),p H降至3.6;在此阶段OD值与菌落数呈正相关,可用于粗略检测菌落数。其菌体对致病菌均无抑菌性,通过发酵液调p H,热处理、过氧化氢酶和蛋白酶作用表明主要的抑菌物质是乳酸,除乳酸外可能含有微量的其他抑菌物质,该类物质对热不敏感,酶作用变化不显著。(2)桑葚浆发酵条件的优化。NCU137具有广泛的适用性,可以发酵不同品种的桑葚。通过正交试验探索了NCU137发酵桑葚的条件,以酸度、感官评分、花青素含量为评价指标,得出最佳发酵工艺条件为:果葡糖浆添加量10%,接种量0.01%,发酵时间72 h,发酵温度32℃。NCU137发酵桑葚饮料品质符合GB/T 31121-2014果蔬汁类及其饮料标准要求。通过桑葚、蓝莓、树莓发酵浆复配,得到具有多种保健功效的混合发酵果汁饮料。(3)桑葚浆发酵过程中菌落及参与代谢的营养物质变化。在60 h的发酵体系中活菌数保持很高的活性,发酵结束仍保持在10~9 CFU/m L,浆果p H值降至3.31左右。在整个发酵体系中果糖、葡萄糖、蔗糖消耗量分别为36.64、34.40、2.78 g/L。有机酸增加最多的是乳酸,增加量为19.71 g/L。游离氨基酸整体下降19.12 mg/100g,半胱氨酸在发酵浆中出现。这些变化表明糖类、氨基酸除了供能产酸外可能参与了其他类型的代谢反应如参与三羧酸循环(TCA循环)及挥发性成分代谢与形成。(4)发酵前后风味物质的变化。桑葚发酵前共检测出47种物质,醛类、醇类构成桑葚的骨架香气体系。发酵后共检测出50种物质,只保留了19种鲜果固有的挥发性成分,种类变化显著。酯类总量降低但种类在原有的基础上又增加了3种。烯类含量增加显著,尤其是9-甲基-1-十一碳烯,相对含量由鲜果浆中的7.636%增加到34.584%。挥发性成分浓度和种类的增加可能由乳酸菌发酵过程中来源于果浆或菌体的蛋白质及氨基酸受酶系作用发生脱氨、脱羧从而降解生成醇类,也有可能是来源于糖类,其通过糖酵解产生的丙酮酸进入TCA循环进而参与氨基酸转化、有机酸传递、醇类、酯类等成分形成与演变。(5)发酵过程中花青素的保护及桑葚浆抗氧化、抑菌性能分析。发酵过程中影响花青素稳定性的外在因素主要是灭菌温度和时间,其次是光照,而加糖量和发酵过程影响最小,建议加工过程中采用90℃、20 min、10%的加糖量且产品避光保存。此外,桑葚花青素虽然发酵后有少量损失,但其抗氧化、抑菌性能明显增强。发酵浆抗氧化性能提高了1倍左右,抗氧化能力约为VC的6.25倍、VE的36倍;抑菌能力约与青霉素钠50~100μg/m L抑菌性能相当。可能是乳酸菌发酵使浆液体系p H值降低,花青素的结构更稳定更有助于其抗氧化、抑菌性能,也有可能是乳酸菌在发酵过程中产生了具有抗氧化、抑菌作用的物质,这些物质与花青素、白藜芦醇协同提高抗氧化、抑菌性能。诸多数据表明:桑葚通过乳酸菌发酵产生了高浓度的乳酸菌,提高了抗氧化及抑菌性能,丰富了口感,具有开发保健饮料的潜力、符合大众对健康绿色食品的追求。
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