富含SOD的玫瑰花红枣酵素工艺研究

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  摘 要:为促进玫瑰花红枣酵素中活性成分的产生,以重瓣玫瑰花、新疆红枣为主要原料,乳酸菌和醋酸菌为发酵菌种,通过单因素以及响应面试验探究玫瑰花红枣酵素不同发酵工艺条件对酵素产品中总酚浓度和SOD(超氧化物歧化酶)活力的影响。结果表明:最佳发酵工艺为菌种添加量3%,菌种配比乳酸菌∶醋酸菌=2∶1,白糖添加量15%,发酵温度30℃;该条件下发酵90d,酵素产品总酚质量浓度为7.86mg/100mL,SOD酶活力为372.36U/mL。
  关键词:红枣;玫瑰;酵素;发酵工艺
  中图分类号 TQ920.6 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2021)15-0168-04
  Processing Technology of Rose and Jujube Enzyme Rich in SOD
  CAI Wenxuan1 et al.
  (1School of Food and Biological Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)
  Abstract: In order to promote the production of active ingredients in the rose flower and jujube enzyme. This study used double rose flower and Xinjiang jujube as the main raw materials, and lactic acid bacteria and acetic acid bacteria as fermentation strains. Testing the influence of different fermentation conditions on the total phenol concentration and SOD (superoxide dismutase) activity in enzyme through single factor and response surface experiment. The experiment results show that the best fermentation process is 3% of strains, the ratio of lactic acid bacteria to acetic acid bacteria is 2∶1, the amount of sugar is 15%, the fermentation temperature is 30℃. Under these conditions, the total phenol mass concentration of the product after 90 days of fermentation is 7.86mg/100mL, and the SOD enzyme activity is 372.36U/mL.
  Key words: Jujube;Rose;Enzyme;Fermentation process
  玫瑰花瓣富含花青素、黃酮类物质、多酚类物质、维生素、氨基酸、微量元素以及生物碱等,具有较高的食用价值和药用价值。红枣富含蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质和环磷酸腺苷等营养物质,具有一定的保健作用。红枣与玫瑰营养保健功能与其所含营养成分密切相关,因此玫瑰红枣复合型功能产品的研究与开发具有现实意义。酵素是一种具有保健功能,包括了由酶、产酶微生物以及发酵生成的生理活性物质所构成的整体。酵素是一个复杂的发酵体系,各种微生物和原料底物之间相互作用,其蕴含的益生菌可以调节肠道菌群,同时原料中的小分子物质通过发酵可以得到充分释放,从而更易被人体吸收。本研究以玫瑰花、红枣为主要原料,探究玫瑰花酵素加工工艺,确定玫瑰花酵素生产的最佳工艺参数,为玫瑰花产品开发提供技术参考。
  1 材料与方法
  1.1 材料与仪器 市售重瓣玫瑰花、红枣、白砂糖;醋酸菌、乳酸菌(安琪股份有限公司);山梨糖醇、柠檬酸、羧甲基纤维素钠(河南万邦实业有限公司)。KH-45AS电热恒温干燥箱(广州市德工机械设备有限公司);HH-2数显恒温水浴锅(上海力辰邦西仪器科技有限公司);UV755B紫外可见分光光度计(上海佑科仪器仪表有限公司);MS105DU电子天平(赛多利斯(上海)贸易有限公司);D3024R高速微量冷冻离心机(北京大龙兴创实验仪器有限公司);Multiskan GO1510全波长酶标仪(赛默飞世尔科技有限公司)。
  1.2 试验方法
  1.2.1 工艺流程 材料预处理→接种→发酵→过滤→灌装→成品。
  1.2.2 操作要点 玫瑰花与红枣预处理:新鲜玫瑰花瓣经蒸馏水冲洗干净后晾干,沸水烫漂2min,取出晾干,磨浆机粉碎磨浆。挑选无虫蛀、无霉变优质红枣,去除枣核,蒸馏水洗净晾干,沸水烫漂2min,取出晾干,磨浆机粉碎磨浆,2种果浆按1∶1比例混合均匀后备用。菌种的接种:按质量比3∶1将醋酸菌和乳酸菌添加到5%的白糖溶液中,置于30℃恒温水浴锅中活化120min,混合果浆加入发酵罐中,按体积比3∶10加入纯净水,调节pH至6.25、糖度20%,然后按一定比例添加活化好的混合菌种搅拌均匀。发酵条件:调节温度为30℃,密封发酵90d。发酵过程中每2d搅拌1次,取上清液测定pH。当发酵液pH降至4.0且不再产生气泡时,发酵结束。将发酵液过滤后灌装即得成品。
  1.3 发酵条件优化
  1.3.1 单因素试验 选取发酵温度(28、30、32、34、36℃)、醋酸菌与乳酸菌比例(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)、菌种添加量(1%、2%、3%、4%、5%)、糖添加量(15%、20%、25%、30%)4个因素进行单因素试验,以发酵液pH、SOD活力值以及菌落数为考察指标。   1.3.2 正交优化试验 在单因素试验基础上,选取发酵温度(A)、醋酸菌与乳酸菌比例(B)、菌种添加量(C)、糖添加量(D)4个因素,SOD酶活力、总酚含量为考察指标,进行正交试验,优化发酵条件,试验设计见表1。
  [SOD抑制率(%)=(A对照-A对照空白)-(A测定-A测定空白)(A对照-A对照空白)×100]
  [SOD活力(U/mL)=SOD抑制率÷50%×][反应体系稀释倍数(0.24mL0.02mL)×样本测试前稀释倍数]
  1.5 总酚质量浓度测定 没食子酸准曲线绘制:用移液管分别移取10、20、30、40、50、60、70μg/mL没食子酸工作液各1.0mL于刻度试管中,再分别加入5.0mL福林酚(Folin-Ciocalteu)试剂,摇匀,反应3~8min后加入4.0mL的7.5%Na2CO3溶液,加蒸馏水定容至刻度,摇匀,室温下放置60min,在765nm波长下用分光光度计分别测定吸光度。根据各工作液的没食子酸浓度与测定的吸光度制定标准曲线。含量测定:将发酵液稀释40倍后,置于1mL刻度试管中,按上述方法进行测定。
  2 结果与分析
  2.1 不同因素对发酵条件的影响
  2.1.1 菌种配比 菌种配比会影响红枣和玫瑰的发酵效果,在混合发酵中不同菌种的生长也会相互影响。在保证充分溶氧的条件下,将发酵温度设为28℃、菌种添加量为5%、白糖添加量为25%,在乳酸菌与醋酸菌比例为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、1∶5条件下发酵90d,探究菌种配比对发酵液pH、SOD活性和菌落数量的影响。由图1可知,不同菌种比例会影响发酵液的pH,随着醋酸菌在混合菌种中比例的不断增加,发酵液pH呈下降趋势,乳酸菌∶醋酸菌=1∶5时发酵液pH最低(2.3),这可能是由于醋酸菌代谢生成醋酸降低了pH;随着醋酸菌所占比例的不断增加,发酵液的SOD活性整体呈下降趋势,当乳酸菌∶醋酸菌=2∶1时SOD活性最高(2.017U/mL);随着混合菌种配比的变化,发酵液中菌群数量发生了明显变化,乳酸菌∶醋酸菌=2∶1时菌落数量达到最大(35.6×109CFU/mL)。由此可见,混合菌种最佳配比为乳酸菌∶醋酸菌=2∶1。
  2.1.2 菌种添加量 菌种添加量会影响原料液的发酵效果,接种量过少会导致发酵液中菌种生长缓慢,降低发酵效率;接种量过大则会导致菌种生长过快,发酵液粘度增加,造成溶氧不足,发酵产物减少。在保证充分溶氧的条件下,将发酵温度设为28℃、菌种比例为乳酸菌∶醋酸菌=2∶1、白糖添加量为25%,在菌种接种量1%、2%、3%、4%、5%条件下发酵90d,探究菌种接种量对发酵液pH、SOD活性和菌落数量的影响。由图2可知,发酵液pH受菌种添加量的影响较小。当菌种添加量在1%~3%时,菌落数量和SOD酶活力呈明显上升趋势,当菌种添加量为3%时达到最大值,此时SOD活性为335.45U/mL,菌落数量为30.3×109CFU/mL;当接种量在3%~5%时,SOD活性和菌落数量均呈缓慢下降趋势。因此最佳菌种添加量为3%。
  2.1.3 发酵温度 环境温度对发酵菌株的生长速率、产物活性、生物合成方向都有一定影响。在保证充分溶氧的条件下,设置发酵时间为30d、菌种添加量为3%、菌种比例乳酸菌∶醋酸菌=2∶1、白糖添加量为25%,在发酵温度28、30、32、34℃条件下发酵90d,探究发酵温度对发酵液pH、SOD活性和菌落数量的影响。由图3可知,随着发酵温度的升高,发酵液pH呈缓慢下降趋势,这可能是由于随着温度上升,微生物代谢速率增大,导致代谢产物增多引起。发酵温度在28~30℃时,发酵液SOD酶活性逐渐增加,温度为30℃时达到最大(350.32U/mL);当温度大于30℃时SOD酶活性开始逐渐下降,这可能是由于随着温度的升高,超过了酶的最适温度,对酶活性造成了破坏。发酵温度在28~32℃时,菌落数量呈明显上升趋势,在32℃时达到最大(33.4×109CFU/mL);当发酵温度大于32℃时,菌落数量开始呈下降趋势。因此,最佳发酵温度为30℃。
  2.1.4 白糖添加量 不同的白糖添加量会影响酶促反应底物的含量以及发酵液中还原糖的含量。过高的白糖添加量会抑制发酵过程中菌群的生长繁殖。在保证充分溶氧的条件下,将发酵温度设为30℃、菌种添加量为3%、菌种比例乳酸菌∶醋酸菌=2∶1,在白糖添加量15%、20%、25%、30%条件下发酵90d,探究白糖添加量对发酵液pH、SOD活性和菌落数量的影响。由图4可知,随着白糖添加量的不断增加,发酵液pH趋于平稳,最终稳定在3左右;白糖添加量在15%~25%时,发酵液SOD酶活性逐渐增大,并在白糖添加量为25%时达到最大(313.85U/mL);发酵液中菌落数量随白糖添加量的增加而增加,并在白糖添加量为25%后增加速率放缓。因此,可设最佳白糖添加量为25%。
  2.2 发酵条件的优化 由表3可知,4个因素对红枣玫瑰复合酵素中SOD含量的影響结果顺序为菌种比例>发酵温度>糖添加量>菌种添加量。从SOD含量看,7号试验组的SOD含量最高。综合各因素的R值筛选出A2B1C2D1为最优组合。对最优组合进行验证试验,SOD酶活力为372.36U/mL,总酚含量为7.86mg/100mL。此最优组合的工艺条件为发酵温度30℃、菌种比例乳酸菌∶醋酸菌=2∶1、菌种添加量3%、糖添加量15%。4个因素对红枣玫瑰复合酵素中总酚含量的影响结果顺序为发酵温度>糖添加量>菌种比例>菌种添加量。从总酚含量看,11号试验组的总酚含量最高。综合各因素的R值筛选出A4B4C2D3为最优组合。对最优组合进行验证试验,SOD酶活力为276.68U/mL,总酚含量为11.56mg/100mL。此最优组合的工艺条件为发酵温度34℃、菌种比例乳酸菌∶醋酸菌比例=5∶1、菌种添加量3%、白糖添加量20%。综合考虑,红枣酵素复合菌种发酵工艺以A2B1C2D1组合为最佳发酵工艺。此工艺条件下SOD酶活力为372.36 U/mL,总酚含量为7.86mg/100mL。   3 结论与讨论
  玫瑰花红枣酵素饮料制备的工艺研究关键在于发酵条件的选择与控制,不适宜的发酵环境和发酵条件会影响产品的最终质量。本研究以重瓣玫瑰、红枣为原料,分别对菌种添加量、乳酸菌与醋酸菌添加比例、发酵温度进行考察,通过单因素试验和正交试验进行条件优化,最终确定玫瑰花红枣酵素饮料的最佳工艺条件为:菌种比例乳酸菌∶醋酸菌=2∶1,菌种添加量3%,糖添加量15%,发酵温度30℃。该条件下发酵90d的玫瑰花红枣酵素产品,SOD酶活力为372.36U/mL,总酚含量为7.86mg/100mL。
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  (责编:徐世红)
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