番茄乳酸饮料发酵工艺及抗氧化能力变化分析_赵美佳.pdf

2 0 1 5 年第 3 期摘要：研究番茄乳酸饮料的发酵工艺，通过单因素法分别确定最佳发酵接种量为 4%，发酵温度为 4 2和发酵时间为 3 0h。通过正交试验确定番茄乳酸饮料的最佳发酵工艺为乳酸接种量 4%，发酵温度 4 0，发酵时间 3 5h。比较乳酸发酵前后番茄汁中活性物质质量分数和抗氧化能力变化，得出抗坏血酸、总多酚、总黄酮质量分数下降；相反，总类胡萝卜素质量分数上升；F R A P 抗氧能力、D P P H清除能力、O H-清除率均下降，O2-清除率上升。关键词：番茄；乳酸饮料；活性物质；抗氧化能力中图分类号：T S 2 7 5文献标志码：Ad o i：1 0.3 9 6 9/j i s s n.1 6 7 1-9 6 4 6（X）.2 0 1 5.0 3.0 4 4F e r m e n t a t i o nT e c h n o l o g y o f T o m a t o L a c t i c A c i dB e v e r a g e a n dt h e C h a n g e s o fA c t i v e S u b s t a n c e s a n dA n t i o x i d a n t A b i l i t y a f t e r F e r m e n t a t i o nZ H A OM e i j i a（A c a d e m y o f S c i e n c e，L i a o n i n g U n i v e r s i t y，S h e n y a n g，L i a o n i n g 1 1 0 0 3 6，C h i n a）A b s t r a c t：T h ef e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo f t o m a t ol a c t i ca c i db e v e r a g ea r es t u d i e di nt h i s p a p e r，i t s i d e n t i f i e d,t h r o u g hs i n g l ef a c t o rm e t h o d，t h em a x i m u m c o n t e n to fa c i do ft o m a t ol a c t i ca c i da r ea c q u i r e dw h e ni n o c u l a t i o na m o u n ti s4%w i t hf e r m e n t a t i o nt i m e f o r 3 0ha t 4 2.T h r o u g ho r t h o g o n a l e x p e r i m e n t，t h e f e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g y o f t o m a t o l a c t i c a c i db e v e r a g ea r e d e t e r m i n e dt h a t t h e i n o c u l a t i o na m o u n t i s 4%，t h e t e m p e r a t u r e i s 4 0 a n dt h e f e r m e n t a t i o nt i m e i s 3 5h.T h e c h a n g e s o fa c t i v e s u b s t a n c e s a n da n t i o x i d a n t a b i l i t y o f t h e t o m a t o j u i c e a f t e r f e r m e n t a t i o na r e a l s o c o m p a r e d.T h e c o n t e n t o f a s c o r b i c a c i d，p o l y p h e n o l s a n df l a v o n o i d s a r ef o u n dd e c r e a s e d，w h i l ec a r o t e n o i dc o n t e n t i n c r e a s e d.I nt e r m s o f a n t i o x i d a n t a b i l i t i e s，F R A Pa n t i o x i d a n t a b i l i t y，D P P Hs c a v e n g i n g c a p a c i t y a n dO H-s c a v e n g i n g r a t i o a r e f o u n dd e c r e a s e d，O2-s c a v e n g i n g r a t i o i n c r e a s e d.K e y w o r d s：t o m a t o；l a c t i c a c i db e v e r a g e；a c t i v e s u b s t a n c e；a n t i o x i d a n t收稿日期：2 0 1 5-0 1-2 9作者简介：赵美佳（1 9 9 0 ），女，在读硕士，研究方向为生物活性物质与功能食品。0 引言番茄（Lycopersicon esculentum M i l l），茄科番茄属，因其酸甜适口，被大众所喜爱。番茄不仅口感好，而且有极高的营养价值。番茄中含有大量的果胶，经常食用番茄可以有效治疗高血脂症 1。番茄中抗坏血酸、多酚、黄酮等活性物质，具有很好的抗癌和抗衰老作用。番茄红素是番茄中独有的一种类胡萝卜素，是人类不可多得的一种高效抗癌、抗氧化的活性物质，能够预防前列腺癌和乳腺癌、抗衰老等疾病 2。近几年，乳酸饮料越来越受到人们的重视，不仅乳酸发酵后口感独特，更具有调节肠道菌群、润肠通便的功效。牛奶乳酸饮料的市场已经形成规模，但其他类型乳酸发酵饮料在市面上还未见成品，发展果蔬乳酸发酵工艺一直以来是科学家们研究的方向。新鲜番茄的贮藏和运输成本较高，番茄深加工是解决运输与贮藏的有效方法。随着人们对健康的不断重视，本试验不仅研究了番茄乳酸饮料的加工工艺，而且还检测了发酵前后番茄饮料中活性物质的变化，更加了解加工工艺对产品营养的影响，为今后研制高营养饮品提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料与试剂番茄：品种为粉太郎，辽宁省农科院优化品种，于沈阳市辽中县番茄种植基地采摘。番茄株距 2 0 c m，大棚面积为 0.1 3 4h m2。人工采摘番茄果实，选择成熟期完好的番茄，并快速送往实验室，自封袋封装放入 4冰箱保藏，放置最多不超过 3d。乳酸菌：辽宁大学轻型产业学院实验室保藏菌种。主要试剂：白砂糖，沈阳含饴食品有限公司产品；酵母粉，北京奥星生物技术有限公司产品；碳酸钙，沈阳市新西试剂厂产品；福林试剂，美国阿番茄乳酸饮料发酵工艺及抗氧化能力变化分析赵美佳（辽宁大学 生命科学院，辽宁 沈阳1 1 0 0 3 6）文章编号：1 6 7 1-9 6 4 6（2 0 1 5）0 3 b-0 0 3 7-0 4第 3 期（总第 3 8 0 期）农产品加工N o.32 0 1 5 年 3 月F a r mP r o d u c t s P r o c e s s i n gM a r.农产品加工2 0 1 5 年第 3 期拉丁产品；核黄素，上海蓝季科技发展有限公司产品；乳糖、氯化铝、2,6-二氯靛酚、三氯化铁，国药集团化学试剂有限公司产品。1.2 仪器与设备立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂产品；X S P-1 8 B型双目生物显微镜，江南仪器厂产品；C P 1 1 4 型电子天平，上海奥豪斯仪器有限公司产品；T D L-5 A型离心机，上海安亭科学仪器产品；7 2 2 N型可见光分光光度计，上海精科产品；S H A-C型水浴恒温振荡箱，江苏国华仪器厂产品。1.3 工艺流程番茄的选取各种器皿的灭菌番茄原汁制作加入白砂糖乳酸菌种的活化接种发酵巴氏杀菌。1.3.1番茄的选取选取红熟期番茄，剔除其他成熟度的番茄和腐烂的番茄。洗净尘土后去蒂，四分法切块。1.3.2加入碳源加入白砂糖，满足乳酸发酵所需碳源。乳酸菌适合在酸性条件下生长，番茄汁的 p H值在乳酸菌适合生长的范围。1.3.3菌种活化及扩大培养从实验室-4 0冰箱中取出保藏的乳酸菌菌种甘油管，室温下放置 1 0m i n，待变为液体后接种到平板，挑取平板上的菌落进行划线分离出单菌落，挑取单菌落接种到试管里，保藏于-4冰箱。挑取试管斜菌种接种到番茄原汁中，进行菌种扩大培养，在显微镜中个数达到 1 1 09个/m L以上，作为番茄乳酸饮料接种的原始菌液。1.3.4乳酸发酵灭菌后的番茄汁冷却后，在无菌条件下将菌种接入调整好糖度的番茄原汁，把发酵液放在生化培养箱里，调节好发酵温度和发酵时间。4层纱布封口，至酸度不再上升时结束发酵。1.3.5灭菌巴氏灭菌法。1.4 番茄乳酸发酵工艺的确定1.4.1单因素方法确定最佳发酵接种量、最佳发酵温度和最佳发酵时间发酵接种量分别为 2%，4%，6%，8%，1 0%，发酵温度分别设置为 3 8，4 0，4 2，4 4，4 6，发酵时间分别为 2 0，2 5，3 0，3 5，4 0h，发酵结束后检测酸度，确定番茄乳酸饮料发酵的最佳发酵时间。1.4.2正交试验确定番茄乳酸发酵最佳工艺选取乳酸菌接种量（A）、发酵温度（B）、发酵时间（C）为试验因素，3因素各取 3水平，采用L9（34）正交试验设计，以发酵乳酸为指标，确定最佳发酵组合。乳酸饮料中酸的质量分数以 m m o l/1 0 0m L表示。正交试验因素与水平设计见表 1。1.5 分析测定方法1.5.1可滴定酸度测定采用 G B1 2 4 5 6-2 0 0 8 方法。1.5.2总多酚质量分数的测定总多酚测定使用的辛格尔顿和罗西所描诉的 3 F o l i n-C i o c a l t e u 法。含 9 m L 蒸馏水的烧瓶中加入 1 m L提取物，然后加入 1m L的 F o l i n-C i o c a l t e u 试剂，并将其充分混合 5m i n后，加入 1 0m L7 的 N a2C O3。将混合物中再加入 4m L蒸馏水稀释至 2 5m L，然后将混合物在室温下孵育 9 0m i n。最后，用分光光度计于波长 7 5 0n m处测定吸光度。总多酚质量分数表示为没食子酸当量（G A E）g/m L 样品。1.5.3总黄酮质量分数测定总黄酮质量分数采用氯化铝比色方法。1m L样品加入 4m L蒸馏水，然后再加入 5%的N a N O20.3 m L，5 m i n 后加入 1 0%的 A l C l30.3 m L，6 m i n后加入 1M的 N a O H2m L，用蒸馏水定溶至 1 0m L试管中。用振荡器混合均匀后于 5 1 0n m处测定吸光度进行比色。总黄酮质量分数表示为芦丁当量g/m L 样品。1.5.4抗坏血酸质量分数的测定采用国标 G B6 1 9 5 1 9 8 6 的方法。1.5.5总类胡萝卜的测定总类胡萝卜素的提取按照 L E E和 C a s t l e 的方法。2g 样品+5m L 提取溶剂（己烷丙酮乙醇为 2 1 1），在 5下以 40 0 0r/m i n 转速离心 5m i n，所有上清液回收和转移到一个 2 5m L的避光容量瓶中，然后用己烷定溶到 2 5m L。对总类胡萝卜素的己烷提取物的等分试样进行测定，通过测定波长 4 5 0n m处的吸光度。总类胡萝卜素，计算根据 R i t t e r 方法使用-胡萝卜素的消光系数。己烷作为空白。X=10 0 0EVEm.式中：X总类胡萝卜素质量分数，m g/k g；E测得的吸光度；V样品最后定容的体积，m L；m所称样品质量，g；E-胡萝卜素的消光系数，为 25 0 0。1.5.6铁离子还原能力的测定（Ferric reducing an-tioxidant power，FRAP）表 1 正交试验因素与水平设计水平A 乳酸菌接种量/%B 发酵温度 /C 发酵时间 t/h1232464 04 24 42 53 03 53 82 0 1 5 年第 3 期参照 B e n z i e 与 S t r a i n的方法，并扩大了溶液用量 4。该法原理为在酸性条件下，F e3+-T P T Z可被样品中还原性物质还原为 F e2+-T P T Z形式，并呈现出明显的蓝色，于 5 9 3n m处具有最大光吸收。在 F e3+-T P T Z过量的情况下，检测蓝色物质的生成量可以反映待测样品的还原能力，即样品的总抗氧化能力。以 F e S O4为标准溶液，在标准曲线上求得相应 F e S O4的质量分数（m m o l/L），定义为 F R A P值。F R A P值越大，抗氧化活性越强。1.5.7DPPH 自由基清除能力的测定取不同质量分数的待测样 0.5m L，加入 2.0m L0.2m m o l/L的 D P P H-乙醇（6 0%）溶液中，混合均匀，静置 3 0m i n后于波长 5 1 7n m处测定其吸光度（A样品）。以相同比例的样品与 6 0%乙醇的混合溶液为对照（A对照），以 D P P H溶液与 6 0%乙醇的混合液为空白（A空白），D P P H的清除率按下式进行计算：清除率=1-（A样品-A对照）A空白1 0 0%.1.5.8超氧自由基（O2-）清除能力的测定 5 向干燥的试管内依次加入 0.5m o l/L磷酸盐缓冲液（p H值 7.8）、0.1 3m o l/L蛋氨酸、2.0 1 0-5m o l/L核黄素、7.0 1 0-4m o l/LN B T，不同质量分数的待测样品各 0.4m L和蒸馏水 1.0m L，混合均匀 2 0m i n。以未加蛋氨酸和样品溶液的体系为空白（A空白），以未加样品液的体系为对照（A对照）。将混合液在光照下还原 2 0m i n 后以黑暗终止反应，于波长 5 6 0n m处测定其吸光度（A样品）。超氧自由基的清除率按下式进行计算：清除率=A对照-A样品A对照1 0 0%.1.5.9羟自由基（OH-）清除能力的测定 6 分别加入不同质量分数的样品 1m L，1.8m m o l/LF e S O4溶液 2m L，1.8m m o l/m L水杨酸-乙醇 1.5m L，最后加入 H2O2（0.0 3%）0.1m L 启动反应，振荡混合均匀后在 3 7下保温 3 0m i n，于波长 5 1 0n m处测定其吸光度。羟自由基的清除率按下式进行计算：清除率=1-（A样品-A对照）A空白1 0 0%.式中：A空白空白管的吸光度；A样品加入自由基清除剂后的吸光度；A对照对照样以蒸馏水代替 H2O2。2 结果与分析2.1 乳酸发酵工艺参数的确定2.1.1不同乳酸接种量对番茄乳酸饮料乳酸产量的影响不同乳酸接种量对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响见图 1。随着乳酸接种量的增加，番茄汁乳酸质量分数先升高后降低，当乳酸接种量为 4%时，番茄汁中乳酸质量分数最大，由此确定最佳乳酸接种量是 4%。2.1.2不同发酵温度对番茄乳酸饮料乳酸产量的影响不同发酵温度对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响见图 2。随着发酵温度的升高，乳酸质量分数先升高后降低，当发酵温度为 4 2时，番茄汁乳酸质量分数最高，由此确定番茄汁乳酸发酵的最佳温度是 4 2。2.1.3不同发酵时间对番茄乳酸饮料乳酸产量的影响不同发酵时间对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响见图 3。随着发酵时间的增加，番茄汁乳酸质量分数先升高，当发酵时间达到 3 0h 后，番茄汁乳酸质量分数基本保持稳定，由此确定番茄汁乳酸发酵的最佳时间是 3 0h。2.1.4番茄乳酸发酵的最佳工艺优化以乳酸接种量、发酵温度、发酵时间进行 L9（34）正交试验。乳酸发酵正交试验结果与分析见表 2，方差分析见表 3。根据正交试验中极差 R 值的大小，确定 3 个因图 1 不同接种量对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响乳酸接种量/%1 61 41 21 086420乳酸质量分数/m m o l（1 0 0 m L）-124681 0图 2 不同发酵温度对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响图 3 不同发酵时间对发酵番茄汁乳酸质量分数的影响发酵温度 /1 41 21 086420乳酸质量分数/m m o l（1 0 0 m L）-13 84 04 24 44 6发酵时间 t/h1 61 41 21 086420乳酸质量分数/m m o l（1 0 0 m L）-12 02 53 03 54 0赵美佳：番茄乳酸饮料发酵工艺及抗氧化能力变化分析3 9农产品加工2 0 1 5 年第 3 期素的主次关系是发酵温度 乳酸接种量 发酵时间，根据 K 值确定最佳工艺为 A2B1C3，即乳酸菌接种量4%，发酵温度 4 0，发酵时间 3 5h。2.2 乳酸发酵前后活性物质以及抗氧化能力变化2.2.1乳酸发酵前后活性物质变化乳酸发酵前后活性物质变化见图 4。乳酸发酵前番茄汁中抗坏血酸质量分数为3 6 5.1 3 g/m L，经乳酸发酵后下降至 1 2 8.7 8 g/m L；总多酚质量分数由 2 9 0.3 9g/m L下降至 2 1 6.2 6g/m L；总黄酮质量分数由 1 9 3.2g/m L下降到 8 5.3g/m L；相反，总类胡萝卜素的质量分数由 1 2 2.1 7g/m L增加到 3 7 9.6 5g/m L。2.2.2乳酸发酵前后抗氧化能力变化乳酸发酵前后抗氧化能力变化见图 5。乳酸发酵前 F R A P抗氧能力为 3.3 6m m o l/L，发酵后降低至 0.4 2m m o l/L。D P P H清除能力由发酵前8 5.5 7%下降至 4 6.5 9%；发酵前 O2-清除率 5 2.3 2%，发酵后 O2-上升至 8 6.5 1%；O H-清除率在发酵前达到 9 9.1 5%，发酵后下降到 9 8.2 6%。3 结论通过单因素试验，本文确定番茄乳酸饮料发酵的最佳发酵接种量为 4%，最佳发酵温度为 4 2，最佳发酵时间为 3 0h。通过正交试验确定番茄乳酸饮料最佳发酵工艺为乳酸接种量 4%，发酵温度4 0，发酵时间 3 5h。发酵后与发酵前相比较，抗坏血酸、多酚、总黄酮质量分数下降；相反，总类胡萝卜素质量分数上升；F R A P抗氧能力、D P P H清除能力，O H-清除率均下降，O2-清除率上升。目前，国内还没有生产番茄乳酸饮料的厂家，番茄乳酸饮料从原料来源和营养成分都具有不可比拟的优势，本文对番茄乳酸饮料发酵工艺进行优化并且比较了发酵前后番茄汁中活性物质质量分数和抗氧化能力变化，对番茄乳酸饮品从业人员和相关企业具有一定指导意义。相信随着广大消费者对番茄乳酸饮品认识的进一步加深，番茄乳酸饮料生产技术进一步成熟，很有可能将成为日常生活中常见到的流行饮品。参考文献：Iglesias M J，Lopez J G，Collados L J，et al.Effect of genetic and phenotypic factors on the composition of commercial marmande type tomatoes studied through HRMAS NMRspectroscopy J.Food Chem.，2014，142：1-11.王晓文，张华伟，闫圣坤.番茄红素在微乳液制备和贮藏过程中构型转化及稳定性研究 J.食品与生物技术学报，2013（1）：22-29.Singleton V L，Rossi J.Colorimetry of total phenolics withphosphomolibdic-phosphotungtic acid reagents J.Enolog.and Vit，1965，16：144-158.Xu J，Zhang M，Zhang R，et al.Correlation between antioxidation and the contentof to tal phenolics and anthocyanin in black soybean accessions J.Agricultural Sciences in China，2007，6（2）：150-158.Zou G L，Gui X F，Zhong X L，et al.A new method onthe determination of SOD：Modified pyrogallol self-oxidation J.Prog.Biochem Biophys，1986（4）：71-73.Smirnoff N，Cumbes Q J.Hydroxyl radical scavengingactivity of compatible solutes J.Phytochemistry，1989，28：1 057-1 060.表 2 乳酸发酵正交试验结果与分析试验号ABC乳酸质量分数/m m o l（1 0 0 m L）-11234567891112223331231231231233211231 3.4 01 0.5 39.7 01 6.3 01 0.7 36.7 31 4.3 06.6 78.7 0K1K2K31 1.2 11 1.2 59.8 91 4.6 79.3 18.3 81 1.4 81 1.8 41 1.5 8R1.3 66.2 90.3 7表 3 方差分析因素偏差平方和自由度F 比F 临界值ABC误差3.6 0 36 9.1 2 91 5.5 2 68 8.5 8 022220.1 6 33.1 2 20.7 0 14.4 6 04.4 6 04.4 6 0图 4 乳酸发酵前后活性物质变化发酵前4 0 03 0 02 0 01 0 00含量/g m L-1-抗坏血酸；-总多酚；-总黄酮；-总类胡萝卜素发酵后图 5 乳酸发酵前后抗氧化能力变化发酵前1 2 01 0 08 06 04 02 00清除率/%-D P P H；-O2-；-O H-；-F R A P发酵后4.03.53.02.52.01.51.00.50F R A P/m m o l L-11234564 0