全琦,劉偉,左夢(mèng)楠,張菊華*

1(湖南大學(xué) 研究生院隆平分院,湖南 長(zhǎng)沙, 410125) 2(湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,湖南 長(zhǎng)沙, 410125)

隨著人們生活水平的提高和健康意識(shí)增強(qiáng),對(duì)新鮮、營(yíng)養(yǎng)、健康、天然的非乳制品飲料的需求持續(xù)增長(zhǎng),素食主義、純素食主義者以及高膽固醇患者和對(duì)牛奶蛋白過(guò)敏人群不斷增加,近年來(lái)功能性益生菌發(fā)酵產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成為食品行業(yè)研究熱點(diǎn),由發(fā)酵乳制品逐步轉(zhuǎn)向谷物、水果和蔬菜等非乳制品[1]。乳酸菌(latic acid bacteria,LAB)發(fā)酵果蔬汁是以果汁、蔬菜汁為原料,經(jīng)過(guò)LAB發(fā)酵,再進(jìn)行調(diào)香調(diào)味的一類現(xiàn)代發(fā)酵食品[2]。果蔬汁富含維生素C、酚類和多糖等生物活性物質(zhì),可以作為機(jī)體功能健康成分的理想載體,為生命活動(dòng)提供有益功能,包括抗氧化、免疫、抗炎等[3],同時(shí)具有誘人的口味和清爽的外觀,可以為益生菌發(fā)酵提供良好基質(zhì),因而引起了人們廣泛關(guān)注和重視[4]。目前采用LAB等益生菌發(fā)酵果蔬汁的研究報(bào)道較多,但有關(guān)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的綜述鮮見(jiàn)報(bào)道。因此,為更好地闡明發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的來(lái)源、形成途徑等問(wèn)題,本文從LAB發(fā)酵果蔬汁的作用、發(fā)酵對(duì)果蔬汁風(fēng)味的影響及工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行系統(tǒng)梳理,以期為L(zhǎng)AB發(fā)酵果蔬汁的深度開(kāi)發(fā)、風(fēng)味調(diào)控等方面研究提供借鑒與參考。

1 LAB發(fā)酵果蔬汁的作用

1.1 提高果蔬汁的營(yíng)養(yǎng)成分和生物利用率

LAB發(fā)酵過(guò)程中可利用果蔬汁的蛋白質(zhì)、糖類、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行代謝,產(chǎn)生生物活性物質(zhì),改善礦物質(zhì)的利用率和消化率[5],使其具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。一方面,LAB發(fā)酵產(chǎn)生大量乳酸,創(chuàng)造酸性環(huán)境提高果汁中維生素的穩(wěn)定性[6],有效減緩酚類物質(zhì)、維生素C、超過(guò)氧化物歧化酶等抗氧化物質(zhì)的氧化分解速率[7],還能使鈣、鐵等微量元素轉(zhuǎn)換為離子狀態(tài),易于人體消化吸收,提高了果蔬汁原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。另一方面,LAB及其活性產(chǎn)物的聯(lián)合攝入,可以相互作用改善人體的健康狀況。有研究表明,LAB發(fā)酵合成多種維生素(如維生素K、復(fù)合維生素B族等),B族維生素參與核酸合成、細(xì)胞代謝等,主要通過(guò)飲食和微生物菌群途徑使人體獲取,有利于維持人體正常機(jī)能[8]；合成γ-氨基丁酸,使得肝腎機(jī)能、免疫調(diào)節(jié)功效提升,起到降血壓、鎮(zhèn)靜安神作用[9]；合成胞外多糖,具有益生元活性和抗氧化、抗炎、降低膽固醇活性[10]。這些化學(xué)反應(yīng)改變了植物基質(zhì)的組成,提高了化合物的生物利用率和消化率,有助于改善果蔬汁的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,也有助于形成促進(jìn)人體健康的有益化合物。

1.2 提升果蔬汁的感官品質(zhì)

LAB通過(guò)水解果蔬汁中的多酚、硫代葡萄糖苷、多肽、代謝酶等方式,產(chǎn)生醇、酯、烯萜類等一系列香氣物質(zhì)[4]。同時(shí)LAB自身代謝可減少植酸、單寧等不良化合物生成[5],并產(chǎn)生腺苷、鳥(niǎo)嘌呤、次黃嘌呤等風(fēng)味物質(zhì)[11],改善果蔬汁的色、香、味等感官特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

1.3 提高果蔬汁保藏性能

LAB發(fā)酵產(chǎn)生多種拮抗代謝物,如有機(jī)酸、乙醇、過(guò)氧化氫、抗真菌化合物(脂肪酸、苯乳酸等)和細(xì)菌素[1]等,可抑制貯藏過(guò)程中酸敏感病原體等有害微生物生長(zhǎng),有利于保持其理化特性和感官品質(zhì),延長(zhǎng)果蔬汁的貨架期。

1.4 LAB發(fā)酵產(chǎn)生的不良影響

LAB發(fā)酵過(guò)程中也可能會(huì)出現(xiàn)果汁過(guò)度酸化、異味等現(xiàn)象,比如產(chǎn)生二乙?；⑸锇?biogenic amine,BA)、槲皮素等少量不理想的成分[5]。BA具有毒性,主要通過(guò)微生物對(duì)氨基酸的脫羧作用而產(chǎn)生；雙乙酰在發(fā)酵食品中很常見(jiàn),也是啤酒中的重要的風(fēng)味物質(zhì),但是大量存在于發(fā)酵果蔬汁中,常常會(huì)賦予果汁蒸煮味；槲皮素的產(chǎn)生可能會(huì)影響果汁的苦味,如發(fā)酵蘋果汁等。因此,在果蔬汁加工過(guò)程中,針對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不良影響因素,可采取菌種改良、工藝優(yōu)化等措施,以提高發(fā)酵果蔬汁的風(fēng)味與品質(zhì)。

2 LAB發(fā)酵對(duì)果蔬汁風(fēng)味的影響

2.1 LAB發(fā)酵果蔬汁的呈味機(jī)制

LAB作為一種人體腸胃的益生菌,可以利用果蔬汁中的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)作為基質(zhì)快速生長(zhǎng)和酸化,從而延長(zhǎng)果蔬汁的貨架期,這也是工業(yè)上利用LAB發(fā)酵果蔬汁的一個(gè)重要原因。LAB發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生化過(guò)程,對(duì)果蔬汁風(fēng)味形成的作用機(jī)制如圖1所示。不同的果蔬發(fā)酵基質(zhì)富含不同的營(yíng)養(yǎng)成分,不同的菌株產(chǎn)生不同的發(fā)酵特性,發(fā)酵過(guò)程中表現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)和代謝方式,導(dǎo)致發(fā)酵汁中有機(jī)酸、還原糖、揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量不同,從而改變了果蔬汁原有營(yíng)養(yǎng)成分和香氣成分,如水果蔬菜中原有的香氣前體胞外酶或細(xì)胞由于LAB作用發(fā)生裂解生成香氣化合物[12-13],這些香氣成分與果蔬汁原有風(fēng)味相結(jié)合,從而形成獨(dú)特的LAB發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味[14]。

Glu為谷氨酸；Thr-蘇氨酸；Tyr-酪氨酸；Arg-精氨酸；Met-甲硫氨酸；BCAA-支鏈氨基酸；AAA-芳香族氨基酸； DS-雙乙酰合成酶；DR-雙乙酰還原酶；BDH-2,3-丁二醇脫氫酶；ADH-醇脫氫還原酶圖1 LAB發(fā)酵對(duì)果蔬汁風(fēng)味形成的作用機(jī)制Fig.1 The mechanism of lactic acid bacteria fermentation on fruit and vegetable juice flavor formation

2.2 發(fā)酵對(duì)果蔬汁的糖、酸影響

葡萄糖、果糖等糖類和檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸是果蔬汁中最主要呈味物質(zhì),同時(shí)也是大部分風(fēng)味物質(zhì)的主要合成前體物質(zhì)[15]。LAB通過(guò)糖代謝等途徑消耗糖并產(chǎn)生有機(jī)酸,引起糖酸比下降,從而影響發(fā)酵后果蔬汁的感官品質(zhì)。CHEN等[13]利用嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)等4種菌株發(fā)酵蘋果汁,檢測(cè)到還原糖逐漸被消耗,發(fā)酵后果汁的pH值均下降；GARCIA等[16]利用L.plantarum、干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)等5種菌株發(fā)酵柑橘汁、葡萄汁和蘋果汁,研究表明發(fā)酵過(guò)程中糖酸比變化與發(fā)酵底物、時(shí)間、菌株種類及接種量等因素密切相關(guān)[16]；石榴汁經(jīng)過(guò)LAB發(fā)酵后,果汁中總糖含量下降(降低了28.1%),乳酸等有機(jī)酸濃度升高。還有研究發(fā)現(xiàn),LAB在不消耗糖的作用下進(jìn)行代謝,消耗檸檬酸產(chǎn)生醋酸鹽、乳酸鹽、雙乙酰、乙酰氨基和二氧化碳,釋放能量(ATP)并降低果汁酸度[17],如甜檸檬汁、杏汁的發(fā)酵。

酸是平衡水果中復(fù)雜多樣的芳香風(fēng)味的重要組分,產(chǎn)酸是LAB發(fā)酵最主要的特征。不同果蔬基質(zhì)的酸含量與種類也不同,導(dǎo)致不同果蔬糖酸比差異較大,呈現(xiàn)出不同風(fēng)味特征[18]。比如葡萄汁中最主要的有機(jī)酸是酒石酸和蘋果酸,橙汁中以檸檬酸為主,蘋果汁中蘋果酸含量較多。蘋果酸具有強(qiáng)烈而辛辣的味道,可以作為一種調(diào)味劑,但高含量的蘋果酸會(huì)產(chǎn)生刺鼻的味道[19]。蘋果酸在未發(fā)酵的果汁如蘋果汁、西瓜汁、梨汁等含量較高[18],而在發(fā)酵和果汁儲(chǔ)藏過(guò)程中其含量明顯下降,與之相平衡的是產(chǎn)生大量的乳酸。例如,甜橙汁通過(guò)4種LAB發(fā)酵后檢測(cè)到原有蘋果酸含量顯著下降、乳酸含量顯著上升(原汁中未檢測(cè)到乳酸),是由于LAB以蘋果酸為碳源產(chǎn)生了乳酸,即蘋果-乳酸發(fā)酵[20]。乳酸賦予了發(fā)酵果蔬汁以柔和的酸味,同時(shí)對(duì)蔬菜汁中青臭味具有掩蔽作用[21],有助于提升發(fā)酵產(chǎn)品的口感和質(zhì)地。此外,乙酸的產(chǎn)生也對(duì)發(fā)酵果蔬的風(fēng)味產(chǎn)生重要影響,賦予了果蔬汁強(qiáng)烈的、辛辣的醋味,其通過(guò)磷酸葡萄糖酸途徑的醋酸激酶途徑和檸檬酸代謝而產(chǎn)生[19]。

2.3 發(fā)酵對(duì)果蔬汁中游離氨基酸的影響

果蔬汁中游離氨基酸等含氮物質(zhì)的存在,在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)對(duì)果蔬汁的風(fēng)味品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。游離氨基酸作為揮發(fā)性化合物的前體,如芳香族氨基酸(aromatic amino acid,AAA)是揮發(fā)性酚類、醚類和某些含芳香環(huán)類香氣物質(zhì)的合成前體[15],它們可與多種受體相互作用,從而改變最終產(chǎn)品的揮發(fā)性特征,呈現(xiàn)出多種風(fēng)味,如發(fā)酵汁中的果香、酯香等特征香氣風(fēng)味,參與風(fēng)味形成的還包括支鏈氨基酸(branched-chain amino acid,BCAA)[7,15]。例如,新鮮石榴汁通過(guò)2株L.plantarum發(fā)酵后,其中原有的BCAA(異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸)和AAA(酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)下降,脂肪族氨基酸(天冬氨酸、丙氨酸和精氨酸)濃度上升,主要是由于L.plantarum消耗BCAA和AAA的同源2-酮酸而獲得能量(ATP),再與2-酮戊二酸合成脂肪族氨基酸導(dǎo)致了其含量升高[22]。

由于游離氨基酸的代謝作用和有機(jī)酸的修飾作用,可以直接或間接影響內(nèi)源性褐變的酶,從而影響果蔬基質(zhì)的氧化和感官特性(色、香、味),在一定程度上保持了果蔬的天然色澤、抗氧化活性,提高了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)、感官和流變性能[1]。在蔬菜汁中,部分蛋白質(zhì)由于水解作用和LAB的轉(zhuǎn)換作用,生成風(fēng)味物質(zhì),如蛋氨酸代謝產(chǎn)生甲烷硫醇等,在一定程度上影響了蔬菜汁的色、香、味[23]。但由于氨基酸在水果和蔬菜中含量相對(duì)較低,因此對(duì)風(fēng)味影響程度相對(duì)較低[15]。

2.4 發(fā)酵對(duì)果蔬汁中多酚化合物的影響

多酚類化合物是果蔬汁中重要的生物活性化合物,包括單體多酚(黃酮和酚酸)和多體多酚(水解單寧和縮合單寧),這些化合物直接關(guān)系到食品的感官特征,如香氣、澀味和顏色。其中,酚類對(duì)香氣的貢獻(xiàn)主要是由于揮發(fā)性酚的存在,通過(guò)醇水解和LAB代謝而得[24]；而澀味的產(chǎn)生是由于黃酮類化合物如黃烷醇、兒茶素等,酚酸如鞣花酸、沒(méi)食子酸等,水解單寧如鞣花單寧等物質(zhì)的存在,給果蔬汁帶來(lái)一種皺縮和干燥的感覺(jué),是導(dǎo)致果蔬汁澀味的關(guān)鍵因素,通常存在于橙汁和沙棘汁[25]等。

LAB具有β-葡萄糖苷酶,在發(fā)酵過(guò)程中能夠水解酚類糖苷,從而產(chǎn)生酸性成分、具有抗氧化活性的化合物和影響食品香氣的化合物[24]。鞣花酸和花色苷是其中的代表性物質(zhì),它們作為果汁中的抗氧化劑,具有抑制氧化反應(yīng)和清除自由基的能力,為保護(hù)果蔬汁原有的色澤和滋味提供了條件。鞣花酸由鞣花單寧水解產(chǎn)生；花青素是由β-葡萄糖苷酶水解產(chǎn)生,其在酸性環(huán)境比堿性環(huán)境穩(wěn)定,有利于維持果汁或蔬菜汁的粉色、紅色、淡紫色、藍(lán)色和紫色。同時(shí)單寧的水解降低了果蔬汁原有澀味,提供給果蔬產(chǎn)品較好的口感。

LAB如L.plantarum具有兩種可誘導(dǎo)的酚酸脫羧酶,將果蔬汁中的酚酸物質(zhì)如香豆酸、阿魏酸和咖啡酸等脫羧到它們相應(yīng)的乙烯基衍生物[24],較低濃度的乙烯基衍生物可以提供令人愉快的香氣,但較高濃度的乙烯基衍生物會(huì)產(chǎn)生令人不快的味道[26],如4-乙烯基苯酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚等,它們是發(fā)酵食品如醬油等的重要風(fēng)味物質(zhì),被批準(zhǔn)為食品添加劑,這些化合物的產(chǎn)生豐富了果蔬汁原有的色澤、香氣和滋味。

2.5 發(fā)酵對(duì)果蔬汁中類胡蘿卜素的影響

類胡蘿卜素是果蔬汁中一種重要的天然色素,包括胡蘿卜素和葉黃素,它們的存在對(duì)發(fā)酵汁的香氣產(chǎn)生重要影響。胡蘿卜是類胡蘿卜素含量極其豐富的一種蔬菜,經(jīng)過(guò)LAB發(fā)酵后類胡蘿卜素含量顯著提升,主要通過(guò)兩條途徑：一是LAB發(fā)酵過(guò)程中合成類胡蘿卜素；二是發(fā)酵過(guò)程中果汁中的大分子變化,增加了類胡蘿卜素的釋放,從而提高其在果蔬汁中的含量[27]。番茄是一種最廣泛用于加工的蔬菜,富含番茄紅素,LAB在發(fā)酵過(guò)程中分解細(xì)胞基質(zhì),使類胡蘿卜素更有效,提高了蔬菜汁中的番茄紅素和總類胡蘿素水平[28],改善了番茄原汁的色澤、黏度、保健和風(fēng)味特性。BARTKIENE等[29]采用不同株LAB對(duì)番茄漿粕進(jìn)行乳酸發(fā)酵,可使番茄總類胡蘿卜素含量增加33.6%～ 41.1%,其中番茄紅素含量增加24.8%～50%,β-胡蘿卜素含量增加69%,使得發(fā)酵番茄漿具有更鮮艷的色澤和更好的口感,增加了消費(fèi)者的接受度。

2.6 發(fā)酵對(duì)果蔬汁中揮發(fā)性化合物的影響

不同種類的香氣物質(zhì)存在于果蔬汁中,對(duì)最終發(fā)酵產(chǎn)品的感官質(zhì)量和消費(fèi)者的接受度有至關(guān)重要的影響。LAB發(fā)酵利用果蔬汁中揮發(fā)性或非揮發(fā)性化合物代謝或產(chǎn)酶,合成大量的芳香化合物和它們的前體[12],同時(shí)發(fā)酵減少了果汁中原有異味,如不良的醛類等[30]。不同發(fā)酵基質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生不同特征香氣物質(zhì),表現(xiàn)出不同香味(表1),包括醇、酯、烯萜、醛和脂肪類揮發(fā)性化合物等。

表1 LAB發(fā)酵不同果蔬汁的主要香氣成分及其風(fēng)味Table 1 Main aroma components and flavor of different fruit and vegetable juices fermented by lactic acid bacteria

2.6.1 醇類對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

醇類是果蔬中的一大類揮發(fā)物,廣泛存在于石榴、芒果、葡萄、青瓜等。比如,石榴汁中α-松油醇是其主要芳香成分,賦予石榴汁花香和百合香味；渾濁蘋果汁中1-丁醇和1-己醇是主要揮發(fā)物,賦予果汁甜味；2-甲基-1-丁醇賦予蘋果汁與麥芽、葡萄酒和洋蔥相關(guān)的香氣[19]。

在發(fā)酵過(guò)程中,醇類物質(zhì)含量增加,主要是通過(guò)醛類化合物脫氫進(jìn)一步還原成醇而生成,或是亞油酸和亞麻酸的降解產(chǎn)物,如己醇、2-己烯-1-醇等[12]。接骨木果汁通過(guò)L.casei發(fā)酵后產(chǎn)生己醇和2-己烯-1-醇,具有青香、芳香味、接骨木香味[40]；紅辣椒汁通過(guò)類布氏乳桿菌(Lactobacillusparabuchneri)發(fā)酵產(chǎn)生2-苯乙醇,一種重要的苯丙氨酸衍生物,具有玫瑰花香味,也存在其他發(fā)酵食品中,如奶酪、葡萄酒、威士忌等[41]。

醇類也是蘋果汁芳香特性來(lái)源的優(yōu)勢(shì)化合物之一,蘋果汁發(fā)酵后產(chǎn)生的關(guān)鍵香氣包括乙醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇、2-甲基-1-丁醇、正丁醇和正己醇[30]。其中,6-甲基-5-庚烯-2-醇帶有明顯的焦甜味,在蘋果汁中含量和香氣值高,賦予果汁青香；正乙醇賦予果汁水果芳香氣息。乙醇(酒精)是LAB發(fā)酵后產(chǎn)生的第二大揮發(fā)性物質(zhì)[39],是蘋果、接骨木、楊桃等果蔬汁甜香的來(lái)源。CHEN等[13]對(duì)蘋果汁發(fā)酵后,果汁中的酒精含量是未發(fā)酵果汁的10倍；LU等[39]采用副干酪乳桿菌(Lactobacillusparacasei)、鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)發(fā)酵楊桃汁,發(fā)酵過(guò)程中亞油酸和亞麻酸氧化產(chǎn)生1-辛烯-3-醇、乙基己醇等醇類,有助于楊桃果汁飲料呈現(xiàn)香菇味、甜果味。此外,醇類也可以作為果汁中其他芳香物質(zhì)的溶劑,因此對(duì)果蔬汁的整體香氣做出了重要貢獻(xiàn)[42]。

2.6.2 酯類對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

酯類是水果中的主要芳香成分之一,如乙酸乙酯被認(rèn)為是石榴汁中典型的甜味組分,也是藍(lán)莓、黑莓、覆盆子等漿果類水果的主要香氣成分；乙酸己酯、丁酸乙酯和己酸乙酯賦予渾濁蘋果汁水果味和甜味[19]；3-辛烯-1-乙酸酯具有強(qiáng)烈的石榴種子氣味,是紫色番石榴果實(shí)的關(guān)鍵香氣成分[43]。

發(fā)酵過(guò)程中酯類化合物的產(chǎn)生主要通過(guò)酯化和醇解兩條途徑,前者是短鏈脂肪酸(如有機(jī)酸等)與醇類在酯化酶作用下形成酯類化合物(酯化),后者通過(guò)?；D(zhuǎn)移酶或酯酶的作用下與乙酰輔酶A合成酯類物質(zhì)(醇解)[14]。石榴汁通過(guò)LAB發(fā)酵后產(chǎn)生乙酸乙酯、乙酸甲酯,增加了果汁甜香味和酯香味[43]；胡蘿卜漿發(fā)酵后產(chǎn)生了甲酸乙酯、甲酸庚酯和乙酸辛酯,賦予發(fā)酵汁菠蘿香、玫瑰香和果香[44]；蘋果汁發(fā)酵產(chǎn)生的酯類特征香氣物質(zhì)包括2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸己酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯和2-甲基丁酸甲酯等,前兩種酯類物質(zhì)含量最高,占香氣含量超過(guò)24%,對(duì)發(fā)酵蘋果漿整體香氣貢獻(xiàn)最大,賦予更強(qiáng)烈的果香、花香[14]。

2.6.3 烯萜類對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

烯萜類化合物是一種代表性香味物質(zhì),也是天然植物中揮發(fā)性化合物的重要組成部分,以糖綴合的形式存在于許多蔬菜和水果中,如橙汁[20]、辣椒汁[41]、檸檬汁等。通過(guò)LAB發(fā)酵后,果蔬汁中的烯萜化合物含量顯著增加,主要是由于酸水解、酶水解并從糖苷中釋放出來(lái)。LAB代謝導(dǎo)致β-葡萄糖苷酶破壞烯萜糖苷鍵,促進(jìn)烯萜釋放。LAB表現(xiàn)出β-葡萄糖苷酶活性,也能夠修飾和生物合成萜類化合物[41]。紅辣椒是發(fā)酵蔬菜的關(guān)鍵成分之一,因其具有一種獨(dú)特的辛辣和辣的感覺(jué)。LEE等[41]采用L.parabuchneri對(duì)辣椒汁進(jìn)行發(fā)酵,研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵期間烯萜類化合物含量逐漸增加,如β-紫羅蘭酮、β-大馬士革酮、檸檬烯、β-月桂烯、γ-松油烯等,其中β-大馬士革酮具有水果和花香味,且發(fā)酵前未檢測(cè)出,其主要是通過(guò)類胡蘿卜素、新黃素降解形成。同時(shí),發(fā)酵果汁的顏色在貯藏過(guò)程中比非發(fā)酵果汁更加穩(wěn)定。在發(fā)酵渾濁蘋果汁中,烯萜類化合物的濃度升高,如D-檸檬烯等,賦予了果汁檸檬味、橙子味和柑橘甜香[19],改善了果蔬汁的香氣成分、色澤滋味,賦予發(fā)酵汁更好的風(fēng)味品質(zhì)。另外,在發(fā)酵過(guò)程中,一些不良烯萜類化合物含量的降低,如α-水芹烯、β-律草烯等,可減少胡蘿卜漿等果蔬汁原有的苦味和土腥味,從而使胡蘿卜漿的風(fēng)味得到極大的改善。這一現(xiàn)象可能是由于LAB發(fā)酵使烯萜類化合物發(fā)生氧化反應(yīng),進(jìn)一步降解生成酮類等物質(zhì),從而使其含量降低[44]。

2.6.4 醛類、酮類和脂肪類對(duì)發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的影響

揮發(fā)性香氣物質(zhì)除了醇、酯、烯萜類等主要的香氣成分,在發(fā)酵時(shí)被保留或富集,也有一些新的化合物如乙醛和酮類化合物產(chǎn)生,雖然含量極微,但仍然是構(gòu)成發(fā)酵果蔬汁特征風(fēng)味的重要物質(zhì)之一。

醛類是蘋果汁重要的揮發(fā)性化合物,其中己醛和(E)-2-己烯醛是最主要的醛類,賦予蘋果汁綠葉清香、脂肪香和青草香味[19]。但是醛類物質(zhì)極其不穩(wěn)定,大多數(shù)醛類,如己醛和2-己烯醛,在發(fā)酵后減少,主要是由于LAB發(fā)酵過(guò)程中將其還原為醇或氧化為酸而造成。其中,乙醛被認(rèn)為是發(fā)酵食品中的主要特色風(fēng)味化合物,主要是由蘇氨酸代謝產(chǎn)生,是LAB代謝的中間體,賦予果汁自然、清香和水果香的風(fēng)味。苯甲醛也是果蔬汁發(fā)酵后產(chǎn)生的一種重要醛類物質(zhì),具有櫻桃及堅(jiān)果香味,微量的苯甲醛能賦予果蔬汁獨(dú)特的香氣[44]。但醛類化合物對(duì)果蔬香氣的影響主要與其含量有關(guān),低濃度時(shí)醛類化合物提供的水果味對(duì)果汁風(fēng)味產(chǎn)生積極的影響,濃度高時(shí)卻對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品香氣產(chǎn)生負(fù)面影響。例如,鮮楊桃汁通過(guò)瑞士乳桿菌(Lactobacillushelveticus)、L.paracasei和L.rhamnosus發(fā)酵后,產(chǎn)生了少量苯甲醛、甲苯甲醛等醛類物質(zhì),具有堅(jiān)果香、杏仁香味,豐富了果蔬汁香氣香味[39]。

酮味道強(qiáng)烈,與濃度高低無(wú)關(guān),主要通過(guò)微生物氧化或脫羧途徑產(chǎn)生,包括2-甲基-3-戊酮、3-辛酮、香葉基丙酮、4-庚酮,2-壬酮等[13]。其中,3-辛酮是發(fā)酵獼猴桃汁產(chǎn)生的關(guān)鍵香氣,具有酮香、青香及淡淡的薰衣草香,并有蘑菇、干酪、水果的清香[32]；2-壬酮的產(chǎn)生為果汁帶來(lái)了果香,在發(fā)酵椰子汁、發(fā)酵胡柚汁中均有發(fā)現(xiàn)[45]。在L.rhamnosus發(fā)酵楊桃汁中,雙乙酰和乙脲是產(chǎn)量最高的主要酮類物質(zhì)[39],這兩種芳香化合物可能來(lái)自絲氨酸或檸檬酸分解代謝；蘋果汁通過(guò)L.acidophilus、L.plantarum和發(fā)酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum)三種菌混合發(fā)酵后,檢測(cè)到酮類中2-十一烷酮、2-庚酮和2-壬酮僅在發(fā)酵后產(chǎn)生,雖然它們的最終濃度低于它們的閾值,但它們可以協(xié)同促進(jìn)發(fā)酵蘋果汁的香氣特征[19]。

揮發(fā)性脂肪酸是果蔬汁發(fā)酵后產(chǎn)生的另一個(gè)重要的揮發(fā)性成分,這些酸主要來(lái)源于酯類水解或糖、有機(jī)酸和氨基酸的水解作用。例如,發(fā)酵楊桃汁中乙酸、己酸和(E)-2-己烯酸的產(chǎn)量較高,可能是其相應(yīng)酯類的水解活性較高而導(dǎo)致[39]。

3 優(yōu)化發(fā)酵工藝改善果蔬汁風(fēng)味

3.1 發(fā)酵菌種的改良

果蔬原料含有較高含量的糖和酸,存在不可消化的營(yíng)養(yǎng)素、抗?fàn)I養(yǎng)素和抗生長(zhǎng)因子,其中包括一些酚類化合物。L.plantarum作為最常用的發(fā)酵菌株,能夠在多酚含量高的基質(zhì)上生長(zhǎng),然而大部分LAB無(wú)法在高酚環(huán)境下生存[5],且在食品加工、貯藏等過(guò)程中受環(huán)境影響遭到破壞,導(dǎo)致存活率低、貯藏性能不穩(wěn)定,從而影響了發(fā)酵果蔬汁的最終感官風(fēng)味。目前國(guó)內(nèi)外已采取一系列方法改良益生菌發(fā)酵性能,提高益生菌的穩(wěn)定性與發(fā)酵飲料的風(fēng)味品質(zhì)。改良菌株的方法主要包括：①基因轉(zhuǎn)錄,誘導(dǎo)菌株特定的基因轉(zhuǎn)錄從而響應(yīng)酚類物質(zhì)的存在,迅速改變其酶代謝,以適應(yīng)高酚類含量果蔬的發(fā)酵；②固定化、微膠囊化、納米膠囊包埋益生菌,提高LAB存活率,產(chǎn)生更多的生物活性物質(zhì)；③噴霧干燥、冷凍干燥制成益生菌凍干粉,維持貯藏過(guò)程中發(fā)酵食品的感官品質(zhì)[46]；④采用紫外線誘變使菌株耐受性變異,結(jié)合亞致死pH,培育耐酸性能較好的益生菌等等。

不同LAB發(fā)酵產(chǎn)生不同風(fēng)味,同一種菌的不同株的發(fā)酵風(fēng)味也不同[25],主要是在修飾香氣和風(fēng)味相關(guān)化合物時(shí)發(fā)揮的作用不同,比如L.plantarum和L.casei發(fā)酵后使果蔬汁鮮味增加,L.acidophilus提供了發(fā)酵后的酸味,L.fermentum影響了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的生成[36]。因此,選擇合適的菌株用于水果和蔬菜的發(fā)酵是至關(guān)重要的。目前,在食品工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中,常常采用菌株復(fù)配等方式進(jìn)行果蔬汁發(fā)酵,充分利用不同菌種的生長(zhǎng)特性和代謝特性等優(yōu)勢(shì),提升飲料功能和感官特性。MARKKINENA等[25]采用6株L.plantarum發(fā)酵沙棘汁,研究表明以L.plantarumDSM 1055發(fā)酵的果汁中酸和酒精含量最高,L.plantarumDSM 13273發(fā)酵的果汁中酮含量最高,采用L.plantarumDSM 16365與L.plantarumDSM 100813復(fù)配發(fā)酵,發(fā)酵速度快,揮發(fā)性酸產(chǎn)量少,對(duì)天然沙棘汁中酯類、萜類物質(zhì)等重要風(fēng)味物質(zhì)損失??；DE LA FUENTE等[4]研究了以短乳桿菌(Lactobacillusbrevis)和L.plantarum共同發(fā)酵的橙汁牛奶飲料,研究發(fā)現(xiàn)其中總酚類、總類胡蘿卜素含量和總抗氧化能力均較未發(fā)酵組有所提高,雖然培養(yǎng)基出現(xiàn)酸化現(xiàn)象,但這些LAB仍保持活性,與對(duì)照組相比具有更好的感官品質(zhì)。

3.2 發(fā)酵基質(zhì)的優(yōu)化

不同果蔬原料是影響發(fā)酵果蔬汁風(fēng)味的最主要因素。例如,蘋果、梨和藍(lán)莓汁經(jīng)L.plantarum發(fā)酵后果汁中果香和花香味突出[34],青瓜、葡萄汁發(fā)酵后酒味明顯、刺激性氣味增強(qiáng),柑橘汁發(fā)酵后酸味更重、發(fā)酵氣味增強(qiáng)等[15],因此選擇合適的果蔬基質(zhì)用于生產(chǎn)發(fā)酵尤為重要。目前工業(yè)上改良發(fā)酵基質(zhì)最為廣泛的方式是通過(guò)添加食品添加劑或揮發(fā)性化合物,掩蓋不愉快的香氣和滋味,提高果蔬汁的感官特性和功能特性。比如在果汁中添加甜味菊、果葡糖漿等甜味劑掩蓋酸味；添加乳酸抑制蘋果酸代謝,以防過(guò)量的二氧化碳的產(chǎn)生；添加牛奶,增加原有pH,提高益生菌穩(wěn)定性[8]；蔬菜汁如卷心菜汁中添加一定量的食鹽控制LAB生長(zhǎng),提高產(chǎn)品的安全性和感官質(zhì)量；添加碳水化合物(菊粉或低聚果糖)和益生元(膳食纖維或纖維素)維持發(fā)酵果蔬汁的色澤,提升果蔬產(chǎn)品的整體感官風(fēng)味。

3.3 發(fā)酵加工工藝的改進(jìn)

果蔬汁發(fā)酵新技術(shù)攻克的難點(diǎn)是減少果蔬在加工過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)和感官特性的損失,增加發(fā)酵果蔬汁的功能性。發(fā)酵前處理工藝如殺菌方式等對(duì)果蔬汁中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)的生物利用度有決定性影響[28],從而影響發(fā)酵后果蔬汁的感官品質(zhì)。果蔬汁殺菌方式主要包括熱殺菌(巴氏殺菌、高溫短時(shí)殺菌、超高溫瞬時(shí)殺菌)和冷殺菌(超高靜壓殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌、超聲波殺菌等)[15]。其中,巴氏殺菌是最常用的殺菌技術(shù),但其對(duì)果蔬風(fēng)味破壞性較大,冷殺菌技術(shù)可以更好地保存水果和蔬菜的天然營(yíng)養(yǎng),最大程度地減少對(duì)果蔬汁原有風(fēng)味的破壞,同時(shí)抑制有害微生物的生長(zhǎng)。DOGAN等[47]研究了L.plantarum發(fā)酵和非熱處理對(duì)混合蔬菜汁的影響,研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)紫外線處理(ultraviolet light treatment,UV)、超聲波處理(ultrasonic treatment,US)或US-UV聯(lián)合非熱處理處理可最大限度地保留蔬菜汁原有風(fēng)味品質(zhì),提高了蔬菜汁中酚類、黃酮類物質(zhì)的含量與整體抗氧化活性,提升了果蔬汁的綜合感官品質(zhì)。

目前,發(fā)酵工藝優(yōu)化集中在果蔬汁的比例、菌種接種量、發(fā)酵溫度、時(shí)間、pH等方面,以最終產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)為衡量標(biāo)準(zhǔn)。張開(kāi)平等[48]以圣女果和越南青皮玉芒為原料,采用保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)共同發(fā)酵,當(dāng)圣女果汁與芒果汁配比為1∶3,發(fā)酵溫度為42 ℃,發(fā)酵時(shí)間為14 h,接種量為5%,產(chǎn)品口感較好,具有芒果和圣女果的天然風(fēng)味；李鵬程等[49]以L.plantarum和L.casei為發(fā)酵菌株,探討了菌種配比、果蔬汁含量、蔗糖與葡萄糖添加含量、溫度等參數(shù)對(duì)西瓜-番茄果蔬發(fā)酵的影響,菌株配比為1∶2、果蔬汁44.4%、蔗糖5%、葡萄糖6%、發(fā)酵溫度40 ℃,此時(shí)發(fā)酵西瓜-番茄果蔬汁中有機(jī)酸含量豐富,口感最佳。

4 研究展望

近年來(lái),LAB發(fā)酵果蔬汁飲料作為一種既能保藏營(yíng)養(yǎng)又具有獨(dú)特風(fēng)味的新型飲料,成為了食品行業(yè)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)[1-2],研發(fā)具有營(yíng)養(yǎng)、安全、健康、風(fēng)味獨(dú)特的果蔬飲料等功能性食品,將成為未來(lái)飲料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。整體來(lái)看,我國(guó)的益生菌發(fā)酵果蔬飲料市場(chǎng)還處于起步階段,目前研究大多集中于不同底物、菌種的精準(zhǔn)復(fù)配研究,發(fā)酵前處理技術(shù)與過(guò)程控制的優(yōu)化研究,對(duì)發(fā)酵果蔬制品風(fēng)味有關(guān)研究不夠精深,還面臨諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn),例如不同果蔬基質(zhì)與益生菌之間的相互作用關(guān)系及風(fēng)味形成機(jī)制、益生菌菌株的存活率與穩(wěn)定性研究、發(fā)酵后風(fēng)味的調(diào)配與貯藏過(guò)程的穩(wěn)定性、提高新型功能飲料的感官品質(zhì)和可接受度以及發(fā)酵食品安全性等問(wèn)題,還有待后續(xù)深入研究[46-50]。