猕猴桃酵素发酵过程中代谢产物变化规律研究

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植物酵素中含有丰富的维生素、酶、矿物质和次生代谢产物等营养成分,是一种具有潜在保健功效的新型食品。植物酵素由来已久,传统植物酵素的制作主要以自然发酵为主,然而自然发酵酵素在制作时使用的菌种混杂多样,会导致产品在发酵过程中受到很多不可控因素的影响。将特定益生菌引入到植物酵素产品加工中以提高植物酵素品质以及发酵过程中的可控性成为人们关注的焦点。乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)和酵母菌是发酵饮料工业中最具代表性的益生菌,其均具有益生菌特性和发酵活性,也可用于改善食品的风味特性以及营养特性,是制作植物酵素的良好发酵剂。目前,植物酵素市场产品良莠不齐,由于对植物酵素的成分、功效、安全等信息了解不多,酵素的作用被过分夸大,因此客观地研究植物酵素发酵过程中的理化成分及其功效作用对于人们认识植物酵素尤为重要,这也将促进植物酵素产业的健康发展。本研究将5种LAB和2种酵母菌接种到猕猴桃原浆中进行发酵,利用光谱学、色谱学技术对各组猕猴桃酵素发酵过程中的生物活性物质进行分析。研究结果丰富了益生菌生物转化猕猴桃相关成分的基础知识,为开发具有较高营养价值和美妙风味的益生菌发酵猕猴桃酵素提供了理论指导。本研究主要内容如下:(1)为研究不同菌株对猕猴桃酵素的代谢影响,选用5株LAB(Lactiplantibacillus plantarum LG1034、Pediococcus lactis LG0259、Bacillus rhamnosus LG0262、Lactococcus lactis LG0827、Lactobacillus paracasei LG0260)、2株酵母菌(Kluyveromyces marxianus J2853、Saccharomyces cerevisiae J2861)对2种浙江地产猕猴桃(红阳、华特)进行为期60d的接种发酵,并设定2组不同原料的自然发酵组作为对照。检测原料指标发现华特猕猴桃原料中维生素C(Vitamin C,VC)含量达8344.37±7.18mg/m L,是红阳猕猴桃的16倍以上,华特猕猴桃超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性达2000±167U/m L,是红阳猕猴桃的10倍以上。通过比较后采用华特猕猴桃作为混菌发酵原料。研究中跟踪分析了发酵过程中p H、总酸、微生物活菌数、可溶性固形物含量、乙醇含量的变化规律,并比较了红阳和华特猕猴桃原浆在不同菌种发酵过程中这些指标的差异性。为研究猕猴桃原浆经益生菌发酵后功能性成分的变化,本研究探究了不同猕猴桃酵素组中具有生理活性的SOD、粗多糖、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)及其相关酶、有机酸的转化,并通过比较不同猕猴桃酵素组之间这些功能性成分含量确定最佳性能的发酵原料以及菌种运用于后续实验,得出Lactiplantibacillus plantarum LG1034、Bacillus rhamnosus LG0262、Lactobacillus paracasei LG0260发酵功能性相对最好的结论。(2)对不同益生菌发酵及自然发酵的猕猴桃酵素进行感官评价,Kluyveromyces marxianus J2853、Saccharomyces cerevisiae J2861、Lactobacillus paracasei LG0260接种发酵组和自然发酵组的整体可接受性最高,表明酵母菌发酵猕猴桃酵素较LAB发酵猕猴桃酵素具有更高的感官整体可接受性。讨论了挥发性风味物质与感官评价之间的联系,发现其二者具有一定相关性。采用顶空固相微萃取-气质联用(Headspace solid phase microextraction-Gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)方法对猕猴桃原料及其发酵60d时各组挥发性风味物质进行鉴定,共检测到92种风味物质。明确了经不同微生物发酵后的猕猴桃酵素中的挥发性风味物质含量和种类,发酵前挥发性风味物质以酸类和烯烃类占主导,发酵后以酯类、醇类占主导。经主成分分析(Principal component analysis,PCA)后发现原料果浆与发酵后酵素、接种不同微生物发酵酵素在风味特征方面具有差异性。(3)为研究混菌发酵对猕猴桃酵素抗氧化性的影响,将Lactiplantibacillus plantarum LG1034、Bacillus rhamnosus LG0262、Lactobacillus paracasei LG0260分别与Kluyveromyces marxianus J2853复配后接种于华特猕猴桃原浆中进行发酵,测定不同混菌发酵体系发酵过程中抗氧化能力及具有抗氧化性能的化合物含量的变化。研究发现各组抗氧化性在发酵第10-20d时达到最高,在发酵0-20d时各组样品的DPPH自由基清除能力(DPPH radical scavenging ability,DPPH.+-SA)均在90%以上,Lactobacillus paracasei LG0260和Kluyveromyces marxianus J2853复配发酵组的ABTS自由基清除能力(ABTS radical scavenging ability,ABTS.+-SA)在发酵第10d时达到43428.15±188.56VCμg/m L,自然发酵组的铁还原力(Reducing power capacity,RP-CA)在发酵第20d时达到19760.13±367.03VCμg/m L。研究分析发现SOD活性、总酚含量(Total phenol content,TPC)、VC含量与ABTS.+-SA具有较高的相关性(R~2=0.706,P<0.01;R~2=0.679,P<0.01;R~2=0.605,P<0.01)。Lactobacillus paracasei LG0260和Kluyveromyces marxianus J2853混合发酵的猕猴桃酵素具有最高的抗氧化性。(4)为研究酚类物质在猕猴桃酵素单混菌发酵过程中的转化,采用Lactobacillus paracasei LG0260和Kluyveromyces marxianus J2853进行单混菌发酵猕猴桃,对其发酵和未发酵样品进行多酚轮廓的定性,共检测到18种酚类物质,主要包括羟基苯甲酸及其衍生物、羟基肉桂酸及其衍生物、类黄酮及其衍生物和酯及其衍生物。对样品发酵过程中单体酚的转化进行定性定量分析,发现猕猴桃酵素中没食子酸和咖啡酸含量较高,经微生物发酵会增加猕猴桃原浆中酚酸类化合物种类和含量,而减少与糖苷结合的单体酚类种类和含量。同时,对不同发酵时间的猕猴桃酵素进行体外模拟消化,监测小肠消化结束后益生菌在肠道中的存活情况,发现发酵10d样品经过模拟消化以后在小肠内存活的LAB和酵母菌活菌数仍均达到5log CFU/m L以上。探究猕猴桃酵素赋予消化道的抗氧化特性及其动态变化过程,发现Lactobacillus paracasei LG0260和Kluyveromyces marxianus J2853混合发酵的猕猴桃酵素小肠消化产物的ABTS.+-SA最高,为531.89±16.66 VCμg/m L。Lactobacillus paracasei LG0260发酵的猕猴桃酵素小肠消化产物的RP-CA最高,为981.63±70.94 VCμg/m L,表明样品经胃肠消化后仍具有抗氧化性。
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