西洋参(Panax quinquefolius L.)是五加科(Araliaceae)人参属(Panax sp.)植物,主要分布在山东文登、北京怀柔等四大种植区,西洋参性味归经,其根部为主要药用部位,具有益气养阴、滋补生津等功效,有效成分主要为皂苷、多糖、氨基酸等,具有提高免疫细胞活性、调节机体代谢、抗衰老、抗肿瘤、抗氧化等功效,常被用于临床疾病的治疗与保健,2023年被纳入按照传统既是食品又是中药材的物质目录[1-4]。无花果(Ficus carica L.)为桑科(Moraceae)榕属(Ficus sp.)植物,主要分布在山东、新疆、云南等地,其果实风味独特,是一种保健果品,富含多种营养成分及多糖、黄酮、酚类等功能成分,具有抗氧化、抗癌、抑菌、增强免疫力等功效,常被用于功能性食品和医疗保健品的开发[5-9]。
果酒是以水果为主要原料,发酵制得的酒精度<12%vol的低度酒[10],其含有多糖、有机酸、维生素、矿物质、氨基酸及多酚类物质,营养价值较高[11]。适量饮用果酒具有改善心血管功能、抗氧化、抗衰老、美容养颜等功效,此外果酒色泽诱人、清澈透亮、果香浓郁、酒精度低、口感柔和,深受年轻人特别是女性消费者青睐[12]。 目前,无花果单独酿酒或者与其他水果复合酿造的产品较常见,如发酵型无花果果酒、无花果-仙人掌果酒[13],而西洋参发酵酿酒较为少见,如西洋参发酵型葡萄酒[14],但未见在无花果中添加西洋参复合发酵果酒的报道,因此,探究发酵型西洋参-无花果复合低度保健果酒的工艺比较新颖,具有较高的应用价值和开发前景。
本研究利用当地丰富的西洋参、无花果资源,将二者的营养保健功能相结合,采用酵母菌发酵制备西洋参-无花果复合果酒。基于单因素试验,以人参总皂苷和感官评分为响应值,通过响应面试验优化酵母菌发酵西洋参-无花果复合果酒发酵条件,并测定其理化、微生物指标及抗氧能力。将西洋参和无花果相结合制成一款酒体澄清、色泽诱人、香气纯正、口感醇厚、风味独特的健康复合果酒,定会受到广大年轻消费者的喜爱,具有广泛的市场价值和经济效益,有助于提高当地参农、果农经济收入、助力乡村振兴建设。
西洋参:威海市文登区道地参业发展有限公司;青皮无花果:市售;葡萄酒果酒专用酵母:安琪酵母股份有限公司;人参皂苷Re(纯度>98%)、芦丁标准品(纯度>99%)、1,1-二 苯 基-2-三 硝 基 苯 肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)(分析纯):中国食品药品检定研究院。其他试剂均为国产分析纯。
BT125D电子天平:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;科恒FW100高速万能粉碎机:科恒仪器(上海)有限公司;UV-5500PC紫外可见分光光度计:上海谱元仪器有限公司;GZX-400BSH-Ⅲ光照培养箱:上海新苗医疗器械制造有限公司。
1.3.1 西洋参-无花果复合果酒的发酵工艺
操作要点[15]:
预处理:将0.1 kg西洋参粉碎至80目,加入1 L纯净水煮开浸泡24 h,将新鲜、成熟度高的青皮无花果,去除果皮保留果肉,将1 kg无花果肉加入0.1 L纯净水打成果浆,将西洋参浸泡液与果浆搅拌成匀浆,备用。
抑菌及调节糖度:向匀浆中加入0.03%的焦亚硫酸钾抑菌,并将糖度调至22°Bx。
酶解:加入0.3%果胶酶置于45 ℃水浴酶解2 h。
发酵:将0.05%的葡萄酒果酒专用酵母接种至酶解液,混合均匀,在22 ℃条件下发酵8 d。
过滤澄清:将1.1 g/L的皂土加入发酵液中,低温处理6 h,用板框过滤器过滤,得到清澈酒液。
灌装贮藏:酒液密封灌装后2~4 ℃冷藏贮存12个月得到西洋参-无花果复合果酒[16]。
1.3.2 西洋参-无花果复合果酒发酵工艺优化
(1)单因素试验
分别考察酵母接种量(0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%)、发酵时间(6 d、7 d、8 d、9 d、10 d)、发酵温度(18 ℃、20 ℃、22 ℃、24 ℃、26 ℃)、西洋参粉浸泡时间(6 h、12 h、18 h、24 h、30 h、36 h、42 h)对西洋参-无花果复合果酒人参总皂苷含量及感官评分的影响。
(2)Box-Behnken试验
在单因素试验结果的基础上,选择酵母接种量(A)、发酵时间(B)、发酵温度(C)为评价因素,以人参总皂苷含量(Y1)和感官评分(Y2)为响应值,采用Design-Expert 10.0.7设计3因素3水平的Box-Behnken响应面试验,试验因素与水平见表1。
表1 西洋参-无花果复合果酒发酵工艺优化响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface test for fermentation process optimization of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
水平 A 酵母接种量/% B 发酵时间/d C 发酵温度/℃10 -1 0.06 0.05 0.04 98 7 24 22 20
1.3.3 分析检测及感官评价
理化指标的检测:酒精度、总酸、总糖含量的测定参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[17-18];人参总皂苷含量的测定参照GB/T 18765—2015《野山参总皂苷含量的测定方法》[19];总黄酮含量的测定参照T/NAIA 0188—2023《枸杞叶及枸杞茶中总黄酮含量的测定》[20]。
微生物指标的检测:GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[21]。
抗氧化能力测定:参照GB/T 39100—2020《多肽抗氧化性测定DPPH和ABTS法》[22-24]。
感官评价:由10位品酒师组成感官评分小组,分别对西洋参-无花果复合果酒的外观、香气、口感和典型性4个方面进行评分,满分100分,具体感官评分标准见表2[25]。
表2 西洋参-无花果复合果酒感官评分标准
Table 2 Sensory evaluation standards of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
项目 评分标准 感官评分/分外观(20分)酒色呈橙色、清澈有光泽、无浑浊沉淀酒色呈黄色、清澈光泽一般、无浑浊沉淀酒色淡黄色、浑浊无光泽、略有沉淀16~20 11~15 0~10
续表
项目 评分标准 感官评分/分香气(30分)口感(30分)典型性(20分)有无花果特有果香和西洋参微香,无异味无花果香和西洋参微香寡淡,无异味果香微弱,无西洋参微香,有异味酒体清甜纯厚、爽口绵柔酒体甜度适中、口感一般酒体酸味明显、口感较差具有独特的西洋参、果酒风味、典型性强典型性风味不突出、口味较协调无典型性风味、口感不协调21~30 11~20 0~10 21~30 11~20 0~10 16~20 11~15 0~10
1.3.4 数据处理与统计分析
每个试验重复3次,采用Excel 2010软件处理数据,结果用“平均值±标准差”表示;采用Design-Expert 10.0.7软件进行差异显著性分析。
2.1.1 酵母接种量对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
酵母接种量对西洋参-无花果复合果酒品质的影响见图1。由图1可知,当酵母接种量在0.01%~0.05%范围内逐渐增加,人参总皂苷含量和感官评分呈现升高趋势,分析原因可能是,酵母接种量较小时,糖分利用率低,产生酒精过低,导致果酒中人参总皂苷含量溶出率下降,总体口感偏差[26]。当酵母接种量达到0.05%时,人参总皂苷含量和感官评分均达到最大值,分别为1.57 mg/mL和84.0分,此时酒体清澈有光泽, 酒香浓郁, 典型性强。 当酵母接种量>0.05%之后,人参总皂苷含量和感官评分呈现下降趋势,分析原因可能是,酵母接种量过高,发酵环境中营养物质消耗过快,发酵环境恶劣致使酵母死亡并自溶,人参总皂苷含量及感官评分均随之降低[27-28]。 因此,确定最适酵母接种量为0.05%。
图1 酵母接种量对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
Fig.1 Effect of yeast inoculum on quality of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
2.1.2 发酵时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
发酵时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响见图2。由图2可知,当发酵时间在6~8 d范围内逐渐延长时,人参总皂苷含量和感官评分呈现升高趋势;当发酵时间为8 d时,人参总皂苷含量和感官评分最大,分别为1.58 mg/mL和84.5分;当发酵时间>8 d之后,人参总皂苷含量趋于稳定,但感官评分呈下降趋势,分析原因可能是,随着酵母菌进入衰亡期,代谢废物增多,酒体沉淀增多、酸味增大[29]。因此,确定最适发酵时间为8 d。
图2 发酵时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
Fig.2 Effect of fermentation time on quality of Panax quinquefoliusfig compound fruit wine
2.1.3 发酵温度对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
发酵温度对西洋参-无花果复合果酒品质的影响见图3。由图3可知,当发酵温度在18~22 ℃范围内逐渐升高时,人参总皂苷含量和感官评分逐渐增大;当发酵温度为22 ℃时,人参总皂苷含量和感官评分均达到最大,分别为1.59 mg/mL和84.6分;当发酵温度高于22 ℃之后,人参总皂苷含量和感官评分降低,分析原因可能是,酵母菌老化加快,酒精及香气成分挥发[30]。因此,确定最适发酵温度为22 ℃。
图3 发酵温度对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
Fig.3 Effect of fermentation temperature on quality of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
2.1.4 西洋参浸泡时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
西洋参浸泡时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响见图4。 由图4可知,当西洋参浸泡时间在6~24 h范围内逐渐延长时,人参总皂苷含量及感官评分逐渐升高;当西洋参浸泡时间为24 h时,人参总皂苷含量及感官评分达到最大,分别为1.57 mg/mL、84.3分,此时果酒具有西洋参微香、无异味,综合品质较高;当西洋参浸泡时间>24 h之后,人参总皂苷含量不再增加,果酒开始出现不协调气味,感官评分下降,这与西洋参浸泡时间过长有关[31]。因此,确定最适西洋参浸泡时间为24 h。
图4 西洋参浸泡时间对西洋参-无花果复合果酒品质的影响
Fig.4 Effect of Panax quinquefolius soaking time on quality of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
2.2.1 响应面试验结果及分析
在单因素试验基础上,固定西洋参浸泡时间为24 h,选择对西洋参-无花果复合果酒品质影响较大的酵母接种量(A)、发酵时间(B)、发酵温度(C)为考察因素,以人参总皂苷含量(Y1)和感官评分(Y2)为响应值,采用Design-Expert 10.0.7软件设计3因素3水平的响应面试验,试验设计及结果见表3,方差分析结果见表4。
表3 西洋参-无花果复合果酒发酵工艺优化响应面试验设计及结果
Table 3 Design and results of response surface test for fermentation process optimization of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
试验号 A B C Y1人参总皂苷含量/(mg·mL-1)Y2感官评分/分1234567891 0 1 0-1-1 00 0 01 -1 1000-10--1 11 12 13 14 15 16 17 11 0 0 0 0 -1010000-00100101-10 0 -1-1 10 11 -11 01 1.48±0.02 1.41±0.01 1.57±0.04 1.59±0.02 1.47±0.03 1.58±0.04 1.45±0.02 1.45±0.01 1.41±0.01 1.48±0.03 1.44±0.02 1.58±0.04 1.60±0.05 1.42±0.02 1.41±0.03 1.41±0.01 1.48±0.03 78.1 74.7 82.8 84.2 77.5 83.4 76.5 76.9 74.5 78.1 76.3 83.6 84.6 75.2 74.8 74.7 78.3
表4 回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of regression model
注:“**”表示对结果影响极显著(P<0.01)。
变异来源 自由度模型ABCA B AC BC A2 B2 C2残差失拟项误差总和91 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 1 6平方和0.076 3.200E-003 4.500E-004 4.050E-003 1.000E-004 1.388E-017 1.388E-017 0.023 0.020 0.018 8.200E-004 3.000E-004 5.200E-004 0.077人参总皂苷F 值 平方和72.27 27.32 3.84 34.57 0.85 1.185E-013 1.185E-013 199.50 173.62 149.53 P 值<0.000 1**0.001 2**0.090 8 0.000 6**0.386 3 1.000 0 1.000 0<0.000 1**<0.000 1**<0.000 1**0.77 0.568 2 217.08 8.40 0.40 12.00 0.81 0.040 0.36 62.74 64.37 47.54 3.34 1.37 1.97 220.42感官评分F 值 P 值50.51 17.60 0.85 25.14 1.70 0.084 0.75 131.36 134.79 99.54<0.000 1**0.004 1**0.387 7 0.001 5**0.234 0 0.780 7 0.414 0<0.000 1**<0.000 1**<0.000 1**0.93 0.503 3
通过Design Expert 10.0.7软件对表3中数据进行多元二次回归拟合分析,得到以人参总皂苷含量(Y1)、感官评分(Y2)为响应值的多元二次回归方程:
由表4可知,以人参总皂苷含量为响应值时,回归模型极显著(P<0.01),失拟项不显著(P=0.568 2>0.05),说明该模型能较好的预测响应值;由P值可知,一次项A、C及二次项A2、B2、C2均对试验结果有极显著影响(P<0.01),其他项对结果影响不显著(P>0.05);由F值可知,各因素对人参总皂苷含量的影响程度由强到弱依次为发酵温度(C)>酵母接种量(A)>发酵时间(B),模型的决定系数R2为0.989 4,校正决定系数R2Adj为0.975 7,说明该模型拟合度较高。以感官评分为响应值时,回归模型极显著(P<0.01),失拟项不显著(P=0.503 3>0.05),说明该模型能较好的预测响应值;由P值可知,一次项A、C及二次项A2、B2、C2均对试验结果有极显著影响(P<0.01),其他项对结果影响不显著(P>0.05);由F值可知,各因素对感官评分的影响程度由强到弱依次为发酵温度(C)>酵母接种量(A)>发酵时间(B),模型的决定系数R2为0.984 8,校正决定系数R2Adj为0.965 3,说明该模型拟合度较高。
2.2.2 各因素间交互作用分析
各因素间交互作用对西洋参-无花果复合果酒人参总皂苷含量及感官评分影响的响应面及等高线见图5。
图5 各因素间交互作用对西洋参-无花果复合果酒人参总皂苷含量及感官评分影响的响应曲面与等高线
Fig.5 Response surface plots and contour lines of effect of interaction between various factor on total ginsenoside contents and sensory score of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
由图5可知,响应面呈凸面,存在最高点,但等高线近似圆形,说明各因素间交互作用对人参总皂苷含量和感官评分的影响均不显著[32-34],这与方差分析结果一致。
2.2.3 最佳发酵工艺的确定
综合分析人参总皂苷含量和感官评分两个响应值,通过Design-Expert 10.0.7软件对回归方差进行求解,预测得到西洋参-无花果复合果酒的最佳发酵工艺条件为:酵母接种量0.049%、发酵温度22.48℃、发酵时间8.05d、西洋参浸泡时间24h,人参总皂苷含量及感官评分预测值分别为1.57 mg/mL、83.5分。 为便于实际生产操作,将优化条件修订为酵母接种量0.05%、发酵温度22 ℃、发酵时间8 d、西洋参浸泡时间24 h,在此优化条件下进行3次重复验证试验,西洋参-无花果复合果酒中人参总皂苷含量为(1.58±0.02) mg/mL、感官评分为83.7分,与理论预测值接近,表明该模型是可行的。
西洋参-无花果复合果酒的理化及微生物指标见表5。
表5 西洋参-无花果复合果酒理化及微生物指标
Table 5 Physicochemical and microbiological indexes of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine
指标 项目 结果 标准[32]理化指标微生物指标酒精度(20 ℃)/%vol总酸含量(以酒石酸计)/(g·L-1)总糖含量(以葡萄糖计)/(g·L-1)菌落总数/(CFU·mL-1)大肠杆菌/(MPN·mL-1)致病菌11.52±0.02 6.09±0.01 43.20±0.10 10未检出未检出7~18 4.0~9.0 12.1~50≤50≤3.0不得检出
由表5可知,西洋参-无花果复合果酒的酒精度为11.52%vol、总酸含量为6.09 g/L、总糖含量为43.20 g/L,菌落总数为10 CFU/mL,大肠杆菌、致病菌未检出,其理化及微生物指标均符合中华人民共和国农业行业标准NY/T 1508—2017《绿色食品果酒》要求[35]。
西洋参-无花果复合果酒果酒对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基的清除率为93.25%,说明其具有一定的抗氧化能力。
本试验以西洋参和无花果为原料,以酵母菌为发酵菌种制备西洋参-无花果复合果酒。其最佳发酵条件为接种量0.05%、发酵温度22 ℃、发酵时间8 d、西洋参浸泡时间24 h,在此优化条件下,西洋参-无花果复合果酒酒色橙黄,清甜醇厚,具有独特西洋参和无花果的典型性,感官评分为83.7分,人参总皂苷含量为1.58 mg/mL、酒精度为11.52%vol、总酸含量为6.09 g/L、总糖含量为43.20 g/L,菌落总数为10 CFU/mL,大肠杆菌、致病菌未检出,其理化及微生物指标均符合相关标准要求。 此外,西洋参-无花果复合果酒果酒对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基的清除率为93.25%,说明其具有一定的抗氧化能力。 本研究结果为健康复合果酒的研制提供了新的思路,有助于提高当地参农、果农经济收入、助力乡村振兴建设,具有广泛的市场价值和经济效益。
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Optimization of fermentation technology of Panax quinquefolius-fig compound fruit wine by response surface methodology