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        南酸棗乳酸菌飲料發(fā)酵條件的優(yōu)化

        2022-12-20 04:22:52李若熙王洋康旭袁先鈴肖夏葉陽
        食品研究與開發(fā) 2022年24期
        關(guān)鍵詞:黃酮

        李若熙,王洋,康旭,袁先鈴,肖夏,葉陽

        (四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院,四川 宜賓 644000)

        南酸棗 [Choerospondias axillaris(Roxb.)Burtt et Hill]屬于漆樹科、南酸棗屬,又名五眼果、酸棗、酸醋果等[1],含有維生素、原花青素和黃酮等生物活性物質(zhì)[2]。其中黃酮在人體內(nèi)不能直接合成,大多靠外界攝取,有抗腫瘤、抗氧化[3]、保護(hù)心血管[4]的作用。研究表明廣棗中的總黃酮含量[5]高于石榴、山楂、紅提等常見黃酮含量較高的水果。但是由于南酸棗鮮果味酸,不宜直接食用,常被加工成南酸棗糕[6]、軟糖、蜜餞[7]和果汁飲料[8]等。

        近年來,隨著對乳酸菌發(fā)酵過程中功能性物質(zhì)研究的不斷深入,越來越多的果蔬發(fā)酵飲品進(jìn)入大眾視野[9-11],乳酸發(fā)酵飲品以其益生特性和獨(dú)特的風(fēng)味受到消費(fèi)者的青睞,不僅如此,乳酸菌在代謝過程中可釋放有機(jī)酸及細(xì)菌素抑制雜菌生長從而延長食品貨架期[12-13]。韓喜艷等[14]利用乳酸菌制備出一種椰子植物酸奶,風(fēng)味良好;周琦等[15]制備了一種黑木耳蕎麥復(fù)合乳酸菌發(fā)酵飲料,并在其中添加了草莓汁,充分利用了水果資源;汪云陽等[16]優(yōu)化了發(fā)酵枸杞飲料的工藝條件。鑒于南酸棗營養(yǎng)豐富、口味獨(dú)特,相關(guān)學(xué)者對南酸棗的發(fā)酵飲料進(jìn)行研究,如羅登宏[17]以野生南酸棗泥為原料,利用嗜熱鏈球菌和保加利亞桿菌制備了南酸棗功能性發(fā)酵飲料;李俶等[18]測定了南酸棗飲料發(fā)酵前后的游離酚、游離黃酮含量,但都未提及發(fā)酵條件對南酸棗飲料品質(zhì)的影響。Adetuyi等[19]及左映平等[20]的研究表明不同發(fā)酵條件對果蔬汁的營養(yǎng)物質(zhì)特別是總黃酮含量有顯著差異。因此,本研究以南酸棗為主要原料,并在感官評分的基礎(chǔ)上以最大程度保留南酸棗中的黃酮為目標(biāo),探索不同發(fā)酵條件下南酸棗發(fā)酵飲料的黃酮含量、VC含量、總酸含量和pH值、糖度值及感官評分的變化,并得出最佳發(fā)酵工藝,以期對南酸棗發(fā)酵飲料的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        南酸棗泥:四川宏野食品有限公司;白砂糖:市售;復(fù)合乳酸菌(植物乳桿菌N13、保加利亞乳桿菌、瑞士乳桿菌、腸膜明串珠菌、嗜熱鏈球菌):北京川秀科技有限公司;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%)、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、草酸、偏磷酸、乙醇(均為分析純):成都市科隆化學(xué)品有限公司;酚酞、抗壞血酸(均為分析純):西隴科學(xué)股份有限公司;沒食子酸、無水碳酸鈉、福林酚、冰乙酸(均為分析純):上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司;2,6-二氯靛酚鈉鹽(分析純):合肥博美生物科技有限責(zé)任公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        醫(yī)用低溫保存箱(DW-25L262):青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司;糖度計(0~32%):邦西儀器科技(上海)有限公司;醫(yī)用離心機(jī)(TG16G):鹽城市凱特實驗儀器有限公司;數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-2):常州榮華儀器制造有限公司;破壁料理機(jī)(SP520):浙江蘇泊爾股份有限公司;生化培養(yǎng)箱(LRH-250C):韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司;紫外可見光分光光度計(UV-19001):島津儀器(蘇州)有限公司;臺式色差儀(UItraScanVIS):美國HunterLab公司;自動電位滴定儀(ZDJ-4A):南京科環(huán)分析儀器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S):鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

        1.3 方法

        1.3.1 發(fā)酵工藝流程

        將南酸棗泥100 g、白砂糖30 g、蒸餾水120 mL混合搖勻,根據(jù)單因素試驗條件不同,接種0.2%~1.0%的復(fù)合乳酸菌,35℃~39℃發(fā)酵12 h~60 h,每個梯度做3組平行。

        1.3.2 單因素試驗

        1.3.2.1 接種量

        設(shè)定初始發(fā)酵溫度37℃、發(fā)酵時間48 h,設(shè)置5組不同的接種量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%),以總酸、pH值、糖度值、黃酮及VC含量和感官評分為指標(biāo)篩選最佳接種量。

        1.3.2.2 發(fā)酵溫度

        設(shè)定初始接種量0.4%、發(fā)酵時間48 h,設(shè)置5組不同的發(fā)酵溫度(35、36、37、38、39 ℃),以總酸、pH 值、糖度值、黃酮及VC含量和感官評分為指標(biāo)篩選最佳發(fā)酵溫度。

        1.3.2.3 發(fā)酵時間

        設(shè)定初始接種量0.4%、發(fā)酵溫度37℃,設(shè)置5組不同的發(fā)酵時間(12、24、36、48、60 h),以總酸、pH 值、糖度值、黃酮及VC含量和感官評分為指標(biāo)篩選最佳發(fā)酵時間。

        1.3.3 正交試驗

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上,以乳酸飲料的黃酮含量及感官評價為指標(biāo),選取發(fā)酵時間、接種量、發(fā)酵溫度3個因素,采用L9(33)正交試驗設(shè)計對發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。

        1.3.4 南酸棗發(fā)酵飲料黃酮含量的測定

        采用分光光度法進(jìn)行測定,參照GB/T 20574—2006《蜂膠中總黃酮含量的測定方法分光光度比色法》[21],并稍作修改,取30g南酸棗發(fā)酵飲料,加入30mL無水乙醇,用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌30 min,在4℃、6 000 r/min條件下離心10 min,取上清液用中速定性濾紙進(jìn)行過濾,取4 mL濾液加入1 mL 30%的乙醇溶液定容至5 mL,再加入0.3 mL 5%的亞硝酸鈉溶液,靜置5 min,加入0.3 mL10%的硝酸鋁溶液,靜置6 min,再加入2 mL1 mol/L的氫氧化鈉溶液,隨后用30%的乙醇溶液定容至10 mL,靜置15 min后用分光光度計測定在510 nm處的吸光度。

        以吸光值(y)為縱坐標(biāo),蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液的質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo),繪制出蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線,經(jīng)線性擬合得回歸方程:y=1.113 6x-0.330 9,相關(guān)系數(shù)R2=0.991 1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回歸方程計算樣品中的黃酮含量,結(jié)果以mg/mL計。

        1.3.5 南酸棗發(fā)酵飲料VC含量的測定

        采用滴定法進(jìn)行測定,參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中抗壞血酸的測定》[22],并稍作修改,取5 g南酸棗發(fā)酵飲料,加入5 g 20 g/L的偏磷酸溶液或草酸溶液,搗成勻漿,繼續(xù)加入20 g/L的偏磷酸溶液或草酸溶液定容至100 mL,用中速定性濾紙過濾,取10 mL濾液于錐形瓶中,用標(biāo)定過的2,6-二氯靛酚溶液滴定,直至溶液呈粉紅色且15 s不褪色為止,同時做空白對照試驗。VC含量計算公式如下。

        式中:V為滴定樣品所消耗的2,6-二氯靛酚溶液的體積,mL;V0為滴定空白所消耗2,6-二氯靛酚溶液的體積,mL;T為2,6-二氯靛酚溶液的滴定度,即每毫升2,6-二氯靛酚溶液相當(dāng)于抗壞血酸的毫克數(shù),mg/mL;A為稀釋倍數(shù);m為樣品質(zhì)量,g。

        1.3.6 南酸棗發(fā)酵飲料總酸的測定

        采用酸堿滴指示劑定法進(jìn)行測定,參照GB12456—2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總酸的測定》[23],并稍作修改,將南酸棗發(fā)酵飲料用中速定性濾紙過濾,取20mL濾液于錐形瓶中,加入配制好的酚酞指示劑2滴~3滴,用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴定至微紅色且30 s不褪色,記錄用量,同時做空白對照試驗。總酸含量計算公式如下。

        式中:C為標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液的濃度,mol/L;V1為滴定樣品所消耗氫氧化鈉溶液的體積,mL;V2為滴定空白所消耗氫氧化鈉溶液的體積,mL;V3為樣品稀釋液總體積,mL;V4為滴定時吸取的樣液的體積,mL;K為換算為適當(dāng)酸的系數(shù),即1 mol氫氧化鈉相當(dāng)于主要酸的克數(shù),這里主要酸為乳酸,K=0.090。

        1.3.7 南酸棗發(fā)酵飲料pH值的測定

        使用自動電位滴定儀測定進(jìn)行測定,參照GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》[24],將南酸棗發(fā)酵飲料在4℃、6 000 r/min條件下離心10 min,取上清液用中速定性濾紙過濾,取10 mL濾液在室溫下測定樣品pH值。

        1.3.8 南酸棗發(fā)酵飲料糖度的測定

        使用糖度計進(jìn)行測定,參照魏利民等[25]的方法,取南酸棗發(fā)酵飲料1~2滴于糖度計,直接讀數(shù)。

        1.3.9 南酸棗發(fā)酵飲料感官評價

        參照NY 82.2—1988《果汁測定方法感官檢驗》[26]的方法。根據(jù)發(fā)酵制品的甜度、酸度、香味、口感、色澤分別進(jìn)行品評打分,1分為最不喜歡,20分為最喜歡,如表1所示。

        表1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        采用SPSS26.0軟件完成統(tǒng)計處理,每個數(shù)據(jù)重復(fù)3次取平均值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 接種量對南酸棗飲料品質(zhì)的影響

        接種量對南酸棗飲料品質(zhì)的影響見圖1~圖2。

        圖1 接種量對總酸、pH值、糖度和感官評分的影響Fig.1 Effects of inoculation amount on total acid,pH value,sugar content and sensory score

        圖2 接種量對黃酮和VC含量的影響Fig.2 Effect of inoculation amount on the content of flavonoids and vitamin C

        如圖1~圖2所示,隨接種量的增加,VC、總酸及黃酮含量和感官評分整體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在接種量為0.4%時VC及黃酮含量明顯增加,此時VC含量、黃酮含量及總酸含量分別為9.2 mg/100 g、3.13 mg/mL、7.29 g/L,均達(dá)最大值,pH 值最低,為 3.47。這是由于南酸棗泥原液相比于其他水果發(fā)酵原液較為黏稠,溶氧量小[27-28],在較低種劑量時乳酸菌便快速生長代謝達(dá)到頂峰,而當(dāng)接種量超過0.4%時,VC、總酸及黃酮含量卻逐漸下降,在接種量為0.6%~1.0%時黃酮含量下降2.2%~5.1%。王玥等[29]的研究表明柿子乳酸菌發(fā)酵飲料的接種量在1%~3%時,乳酸含量和活菌數(shù)增幅度明顯,而在3%之后增幅放緩。這說明接種量較大其營養(yǎng)物質(zhì)消耗也較快,限制了乳酸菌的生長[30],同時微生物代謝需要利用VC[31],過多的菌株使VC的分解加劇。糖度值從接種量為0.2%的5.5%逐步下降,到接種量為1.0%時只有4.5%。綜合分析南酸棗發(fā)酵飲料的最佳接種量為0.4%。

        2.2 發(fā)酵溫度對南酸棗飲料品質(zhì)的影響

        發(fā)酵溫度對南酸棗飲料品質(zhì)的影響見圖3~圖4。

        圖3 發(fā)酵溫度對總酸、pH值、糖度和感官評分的影響Fig.3 Effects of fermentation temperature on total acid,pH value,sugar content and sensory score

        圖4 發(fā)酵溫度對黃酮和VC含量的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on the content of flavonoids and vitamin C

        如圖3~圖4所示,隨著發(fā)酵溫度升高,VC含量呈下降趨勢,說明發(fā)酵溫度對VC的分解影響較大;總酸及黃酮含量和感官評分呈先上升后下降的趨勢。當(dāng)溫度為37℃時黃酮含量明顯提高,達(dá)最大值,為3.38 mg/mL,此時是提取黃酮的最佳發(fā)酵溫度,高于吳振等[32]檢測的藍(lán)莓果汁的總黃酮含量,且由于此時乳酸含量逐漸增多所形成的酸性環(huán)境使VC含量的降幅也較小,較上一個溫度梯度僅下降4.1%。而當(dāng)溫度繼續(xù)升高為38℃和39℃時黃酮含量分別下降了3.3%和5.3%。王香君[33]等的研究表明溫度會使黃酮類化合物的提取有顯著影響,當(dāng)溫度升高黃酮含量也隨之大幅增加,但是高溫會使細(xì)菌衰老加劇,發(fā)酵也停止較早,使最終的發(fā)酵產(chǎn)物變少。同時由于VC的熱不穩(wěn)定性[34],高溫會加快其損耗。38℃時的VC含量降幅明顯增加,較上37℃下降了25.8%。高潔[35]利用酸漿果為試驗原料,采用嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌發(fā)酵,得到最適發(fā)酵溫度為37℃。38℃是總酸及感官評分的最優(yōu)發(fā)酵溫度,但與37℃相差不明顯,因此綜合分析南酸棗發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵溫度為37℃。

        2.3 發(fā)酵時間對南酸棗飲料品質(zhì)的影響

        發(fā)酵時間對南酸棗飲料品質(zhì)的影響見圖5~圖6。

        圖5 發(fā)酵時間對總酸、pH值、糖度和感官評分的影響Fig.5 Effects of fermentation time on total acid,pH value,sugar content and sensory score

        圖6 發(fā)酵時間對黃酮和VC含量的影響Fig.6 Effect of fermentation time on the content of flavonoids and vitamin C

        如圖5~圖6所示,隨著發(fā)酵時間的增長,總酸及黃酮含量呈上升趨勢,特別是36 h后黃酮含量明顯提高,而VC含量先減小,在36 h后趨于穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)酵時間為60 h時南酸棗發(fā)酵飲料的黃酮含量達(dá)最大值,為3.25 mg/mL,較12 h上升了27%,高于田歡等[36]制備的紅提果汁及果酒的總黃酮含量。此時糖度值與pH值也最低,分別為4.6%與3.19。何夢秀等[37]及李俊等[38]的研究表明在一定范圍內(nèi),乳酸菌發(fā)酵飲料的總酸及黃酮含量隨時間增長逐步升高。發(fā)酵時間過短,菌落還在繁殖前期,活菌數(shù)少,發(fā)酵不完全、產(chǎn)物較少[39],因此在發(fā)酵前期總酸及黃酮含量都較低。雖然在60 h時發(fā)酵液質(zhì)地稍稀,感官評分低于發(fā)酵時間為48 h的發(fā)酵液,但是差異不明顯,但總酸和黃酮含量與發(fā)酵時間呈明顯的正相關(guān)。VC含量會因發(fā)酵時間延長損失增大,這是由于VC穩(wěn)定性較差且乳酸菌代謝會分解利用部分VC,但在36 h后VC的損耗逐漸趨于穩(wěn)定,這是由于36 h后發(fā)酵逐漸完全,產(chǎn)物增多,乳酸形成的酸性條件使VC的損耗變小[31],因此綜合分析南酸棗發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵時間為60 h。

        2.4 正交結(jié)果分析

        南酸棗功能性益生菌飲料發(fā)酵條件的正交優(yōu)化結(jié)果及數(shù)據(jù)處理如表2和表3所示。

        表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results

        表3 正交試驗方差分析結(jié)果Table 3 Results of variance analysis of orthogonal test

        由表2~表3可知,以黃酮含量為響應(yīng)值時,發(fā)酵時間、接種量及發(fā)酵溫度3個因素的極差關(guān)系:A>B>C,由此可見發(fā)酵時間對黃酮含量的影響最大,接種量及發(fā)酵溫度次之,最佳發(fā)酵條件:A3B2C1,即發(fā)酵時間60 h、接種量0.4%、發(fā)酵溫度37℃時南酸棗乳酸菌飲料的黃酮含量最高。對發(fā)酵液感官評分的極差分析顯示,發(fā)酵時間、接種量及發(fā)酵溫度3個因素的極差關(guān)系:A=B>C,由此可見發(fā)酵時間及接種量對黃酮含量的影響較大,發(fā)酵溫度次之,最佳發(fā)酵條件:A3B2C2,即發(fā)酵時間60 h、接種量0.4%、發(fā)酵溫度38℃時,南酸棗乳酸菌飲料的感官評分最高,為88分。

        綜合考慮黃酮含量、感官指標(biāo)及耗能問題確定最優(yōu)發(fā)酵條件:發(fā)酵時間60 h、接種量0.4%、發(fā)酵溫度37℃。在此條件下檢測到黃酮含量為3.43 mg/mL,感官評分為86分。遠(yuǎn)高于李俶等[18]經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后的南酸棗飲料的黃酮含量。

        2.5 南酸棗乳酸菌飲料發(fā)酵前后營養(yǎng)物質(zhì)的變化

        南酸棗乳酸菌飲料發(fā)酵前后成分變化見表4。

        表4 南酸棗飲料發(fā)酵前后成分變化Table 4 Changes of components of Choerospondias axillaris beverage before and after fermentation

        如表4所示,南酸棗飲料經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵黃酮含量較發(fā)酵前提高40%,有研究表明微生物生物轉(zhuǎn)化可生成黃酮類物質(zhì)或者改善其合成途徑[40]。而VC由于其對光、熱的敏感性及作為乳酸菌的代謝底物在發(fā)酵過程中被部分利用[41],使得南酸棗飲料在經(jīng)過發(fā)酵后VC含量減少31.5%。

        3 結(jié)論

        在單因素試驗基礎(chǔ)上,通過正交試驗優(yōu)化得出發(fā)酵條件影響黃酮含量的順序:發(fā)酵時間>接種量>發(fā)酵溫度;影響感官評分的順序:發(fā)酵時間=接種量>發(fā)酵溫度。結(jié)果表明:當(dāng)發(fā)酵時間為60 h、接種量為0.4%、發(fā)酵溫度為37℃時是南酸棗飲料的最優(yōu)發(fā)酵條件。該條件下黃酮含量為3.43 mg/mL,較發(fā)酵前提高40%,其口感潤滑、質(zhì)地細(xì)膩、酸甜適中并具有濃郁的果實香氣。本試驗制備的南酸棗乳酸菌發(fā)酵飲料在風(fēng)味口感良好的基礎(chǔ)上最大程度提高了黃酮含量,且總酸含量高、VC含量損耗較小。

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