水稀释辅助发酵诺丽果汁工艺优化及其功能与风味成分分析

雷福红,张祖兵,龙继明,赵春攀,李海泉,徐 荣*

(云南省热带作物科学研究所,云南 景洪 666100)

摘 要:采用水稀释法降低果汁抑菌活性,并采用复合菌种发酵工艺,以感官评分和超氧化物歧化酶(super oxide dismutase,SOD)活性为综合评价指标,通过单因素试验和正交试验优化诺丽果汁发酵工艺,并分析诺丽果汁发酵前后SOD活性及功能成分、挥发性风味物质与有机酸组成变化。结果表明,当稀释比例(水∶诺丽果汁)为2.5∶1、糖添加量4 g/100 mL、发酵时间18 d、发酵温度31 ℃时,发酵液感官评分为96.43分,SOD活性达183.47 U/mL;采用膜分离技术浓缩至初始体积得到的发酵诺丽果汁与原料果汁相比,SOD活性和总酚含量分别增加41.17%、13.56%,而总黄酮、皂苷含量极显著降低(P<0.01);发酵果汁中鉴定出36种挥发性风味物质,与诺丽果汁相比,新增糠醛、辛酸己酯等13种风味物质,且酸类(76.87%)、醛类(5.76%)和烷烃类(3.00%)相对含量明显增加;有机酸中乳酸含量增至24 971.28 mg/kg,乙酸含量增至1 760.97 mg/kg,使产品呈现出温和且协调的酸味特征。综上,本研究建立的“水稀释-发酵-膜浓缩”工艺解决了诺丽果汁因强抑菌性导致的发酵启动难题,有效提高了发酵效率,同时改善了产品安全性和风味品质,为发酵诺丽果汁的工业化生产提供了全新技术方案和理论支撑。

关键词:诺丽果汁;发酵;水稀释;工艺优化;功能成分;挥发性风味物质;有机酸

诺丽(Morinda citrigolia L.)是茜草科巴戟天属热带常绿多年生植物,在我国台湾、海南、云南等省区均有种植[1-2]。诺丽果成熟后含水量约为85%,果汁呈棕黄色,口感略带苦涩感,并伴有强烈的酸类刺激性气味,该气味主要是由辛酸和己酸共同贡献,散发类似腐坏奶酪的异味;诺丽果实内部种子占比较大,难以鲜食,精深加工是发展诺丽产业的有效途径,发酵果汁是其主要产品形式[3-4]。若仅依赖诺丽果中自带的内生菌自然发酵制备发酵诺丽果汁,则需3个月到1年甚至更长时间,同时发酵代谢产物生成不足,致使产品的口感风味与功能丰富度明显不足[5]。诺丽果汁中阿魏酸、绿原酸等单体酚成分表现出较强的抑菌活性,会导致直接接种酵母菌等有益菌的发酵效果较差[6-7]。目前,市面上的发酵诺丽果汁多通过自然发酵方式获得,在诺丽果内生菌作用下生产发酵果汁的传统方法存在生产周期长、品质不可控、口感和风味较差,进而导致受众人群少,阻碍了产品的商业推广及产业发展。

为有效解决上述问题,提高发酵诺丽果汁生产效率并优化产品品质,同时改善产品口感与风味特性,突破诺丽汁固有的强抑菌性对添加菌种发酵启动的限制,本研究采用水稀释法降低抑菌活性物质浓度以促进发酵,以感官评分、超氧化物歧化酶(super oxide dismutase,SOD)活性为评价指标进行工艺优化;并将最优工艺得到的发酵液采用膜分离技术浓缩至初始体积,得到发酵诺丽果汁,测定发酵前后的SOD活性及功能成分、挥发性风味物质及有机酸组成,分析水稀释对诺丽果汁发酵的促进作用,为进一步深入开展诺丽果汁发酵技术研究建立方法基础,解决人工添加有益菌难以启动发酵的难题,同时也为发酵诺丽果汁工业化发酵生产提供全新的技术方案和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

诺丽鲜果采摘于云南省热带作物科学研究所科研试验基地。

BV818酵母菌 安琪酵母股份有限公司;保加利亚乳杆菌(GDMCC NO.1.155)、植物乳植杆菌(GDMCC NO.1.140)、醋酸菌(GDMCC NO.1.152) 广东省微生物菌种保藏中心。

果胶酶(40 000 U/g) 烟台帝伯仕自酿机有限公司;冰糖 佛山市侨柏食品有限公司;SOD试剂盒 南京建成生物工程研究所;D101大孔吸附树脂 郑州和成新材料科技有限公司;MRS培养基、琼脂、酵母膏、葡萄糖 广东环凯微生物科技有限公司;二氧化硫、甲醇、盐酸、硫酸、碳酸钙、中性氧化铝、冰乙酸、高氯酸、过硫酸钾(均为分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

T-UV1810紫外-可见分光光度计 上海佑科仪器仪表有限公司;TGL-16C离心机 上海安亭科学仪器厂;YXQ-LS-50A立式压力蒸汽灭菌锅、HHS水浴锅、BSP-400恒温培养箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂;HVS-1600-U型超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司;N12639-01FC酶标仪、U3000高效液相色谱仪赛默飞世尔(上海)仪器有限公司;7890B-5977B气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)仪 美国Agilent公司;EF20 pH计、ME4002E电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;DSMP-2540W膜分离设备 杭州道纳膜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 诺丽果发酵工艺流程及操作要点

诺丽果发酵工艺流程如图1所示。

图1 诺丽果汁水稀释辅助发酵工艺流程
Fig.1 Technological flowchart of water-dilution-assisted fermentation for noni juice preparation

操作要点:选择处于白熟期,果皮呈白色、质地坚硬、无病虫害及机械损伤的诺丽果作为原料[8]。清洗前,剔除果皮已转为灰白色、质地变软的果实,以及夹杂的枝叶、杂物等,然后用清水充分冲洗,去除表面附着的尘土与杂质,沥干表面水分,备用。将晾干后的诺丽果装入密封罐中,常温下密闭贮存,促使果实后熟。约3 d后,待所有果实变为灰白色、质地柔软时取出。将软熟的果实投入打浆机中破碎打浆,并加入60 mg/L二氧化硫以抑制杂菌繁殖,再加入80 mg/L果胶酶,酶解2 h。酶解后用120目滤袋挤压过滤,收集滤液,即为诺丽果汁。向诺丽果汁中加入纯净水进行稀释,将稀释液装入发酵容器中,装液量约为容器容积的2/3。加入冰糖粉(以稀释液体积计),85 ℃加热15 min灭酶、灭菌。冷却至室温后,接种1.2%酵母菌(活性干酵母加入自身质量 20倍的5 g/100 mL糖水中,搅拌均匀,35 ℃恒温活化培养30 min);24 h后接种0.5%保加利亚乳杆菌、0.5%植物乳植杆菌和4%醋酸菌(依据各菌种培养方法分别进行复苏、活化、扩培。将培养好的菌种稀释至OD600 nm值为0.5~0.6),恒温发酵。发酵结束后,将发酵液采用截留分子质量150~300 Da的膜进行纳滤浓缩,以去除前期稀释所加入的纯净水,得到相当于原汁浓度100%的发酵诺丽果汁。

1.3.2 诺丽果汁发酵工艺优化单因素试验

以稀释比例(水∶诺丽果汁)(0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1)、发酵时间(12、15、18、21、24 d)、发酵温度(25、28、31、34、37、40 ℃)、糖添加量(0、1、2、3、4 g/100 mL)为考察因素,菌种接种量为酵母菌1.2%、保加利亚乳杆菌0.5%、植物乳植杆菌0.5%、醋酸菌4%。以感官评分与SOD活性的综合评分为考察指标,探讨各因素变化对诺丽果汁发酵的影响。

1.3.3 诺丽果汁发酵工艺优化正交试验

在单因素试验的基础上,以稀释比例(水∶诺丽果汁)、发酵时间、发酵温度、糖添加量4个因素作为研究变量,按L9(34)设计试验,以诺丽果汁发酵后的综合评分作为考察指标,确定最佳发酵工艺参数,正交试验因素与水平如表1所示。

表1 诺丽果汁发酵工艺优化正交试验因素水平
Table1 Orthogonal experimental factors and levels for fermentation process optimization of noni juice

(水∶诺丽果汁)B发酵时间/dC发酵温度/℃D糖添加量/(g/100 mL)水平A稀释比例11.5∶11231222∶11534332.5∶118374

1.3.4 感官评价

参考余萍等[9]的方法设计发酵诺丽果汁的感官评定标准,选择5名长期从事诺丽酵素产品研究的专业人员(3名男性、2名女性,28~50岁)组成感官评价小组,分别从香气(30分)、滋味(30分)、组织形态(20分)和色泽(20分)4个方面进行评分,满分100分,感官评分标准见表2。

表2 发酵诺丽果汁感官评分标准
Table2 Sensory scoring criteria for fermented noni juice

项目感官评价评分果香芬芳,且有诺丽果独特果香味,无刺鼻味20~30口感细腻、酸甜适中、果味浓郁,无苦味、涩味、异味20~30澄清明亮、液体均匀、无悬浮物、无沉淀14~20组织液体较浑浊,少量沉淀和悬浮物7~13色泽呈褐色,稍微有分层7~13暗黑色,分层明显0~6香气有较弱的诺丽果香味,且有较弱的怪味,无刺鼻味10~19有较强的怪味,有刺鼻味0~9滋味口感适中,有较弱的苦涩味、涩味及过重的酸味10~19口感较差,酸味、苦味、涩味明显0~9形态液体浑浊,沉淀和悬浮物明显0~6呈现棕褐色,色泽均匀、透亮14~20

1.3.5 SOD活性测定

采用SOD试剂盒测定。

1.3.6 综合评分

将发酵液过滤后灭菌,以感官评分和SOD活性作为评价指标,采用多指标加权综合评分法[10]。由于2个评价指标对发酵果汁品质的贡献存在差异,因此,将感官评分、SOD活性权重系数分别设定为60和40,综合评分=(感官评价/感官评价最高分)×60+(SOD活性/SOD活性最高值)×40,以综合评分进行统计分析。

1.3.7 功能成分测定

参照刘亚妮等[11]的方法测定发酵诺丽果汁的总黄酮、总酚含量。参考刘士伟[12]、郭慧玲[13]等的方法测定发酵诺丽果汁的皂苷含量。

1.3.8 挥发性风味物质测定

参照盛周杨等[14]的方法,准确称取4.00 g发酵诺丽果汁和1.4 g氯化钠于萃取瓶中,将老化后的50/30 μm CAR/PDMS/DVB萃取头插入样品瓶顶空部分,于50 ℃平衡10 min,吸附30 min,250 ℃下解吸5 min。GC条件:色谱柱采用DB-5MS弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为氦气,流速1.0 mL/min;升温程序:起始温度40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升至180 ℃,保持1 min,再以10 ℃/min升至240 ℃,保持4 min。MS条件:采用全扫描模式采集信号,电子电离源,电离能量70 eV;接口温度280 ℃,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,质量扫描范围m/z 35~350;扫描速率5.2次/s。

1.3.9 有机酸含量分析

参照Duan Wen等[15]的方法,采用高效液相色谱法测定有机酸含量。

1.4 数据处理

每组实验测定3次,采用Excel 2019进行数据整理,通过GraphPad Prism 10.1.2软件的t检验对2个独立样本数据进行分析及绘图,结果以x±s表示。

2 结果与分析

2.1 诺丽果汁发酵工艺优化单因素试验结果

2.1.1 不同稀释比例对诺丽果汁发酵液综合评分的影响

由图2可知,随着稀释比例的变化,诺丽果汁发酵液的感官评分和SOD活性均呈先上升后下降的趋势。当水∶诺丽果汁比例为1.5∶1时,诺丽果汁发酵液的SOD活性最高,当水∶诺丽果汁比例为2∶1时,诺丽果汁发酵液的感官评分及综合评分最高,当稀释比例进一步增加,感官评分和SOD活性呈下降趋势,原因可能是稀释比例增大,微生物生长代谢活动更加旺盛,有机酸等代谢产物大量积累,促使部分酯类、醛类物质风味物质分解,最终导致果汁柔和口感与果香丧失[16]。同时,在发酵过程中观测发现,稀释比例在1∶1以上,发酵液才有少量气泡产生,随着稀释比例越大,产生气泡的数量与速率越高,这与稀释发酵液减少抑菌性的设想吻合,证明水稀释法辅助发酵可行。因此,选择稀释比例1.5∶1、2∶1和2.5∶1进行正交试验。

图2 不同稀释比例对诺丽果汁发酵液综合评分的影响
Fig.2 Effects of different water-to-noni juice ratios on comprehensive score of noni juice fermentation broth

2.1.2 不同糖添加量对诺丽果汁发酵液综合评分的影响

糖作为菌种生长的主要碳源,过高或过低均会影响微生物正常的代谢活动,从而影响有机酸的产生[17-18]。由图3可知,随着糖添加量的升高,诺丽果汁发酵液感官评分和SOD活性均呈先上升后下降的趋势,在糖添加量为3 g/100 mL时,诺丽果汁发酵液感官评分、SOD活性及综合评分达到最高。当糖添加量大于3 g/100 mL时,由于糖分无法被有益菌全部消耗,致使发酵液中的残糖含量逐渐增多,口感甜腻,影响发酵液感官品质。因此,选择糖添加量2、3、4 g/100 mL进行正交试验。

图3 不同糖添加量对诺丽果汁发酵液综合评分的影响
Fig.3 Effects of different sugar additions on comprehensive score of noni juice fermentation broth

2.1.3 不同发酵时间对诺丽果汁发酵液综合评分的影响

由图4可知,随着发酵时间的延长,诺丽果汁发酵液的SOD活性、感官评分均呈先上升后下降的趋势,发酵15 d时,诺丽果汁发酵液的SOD活性、感官评分及综合评分达到最高。在发酵前期,发酵液中的丰富营养物质使有益菌生长代谢活动旺盛,代谢产物不断积累,感官品质也随着上升,当发酵时间大于15 d时,发酵液中总酸等成分含量继续上升,破坏了发酵液中的糖酸比,感官品质下降,同时因营养物质被消耗殆尽,次级代谢产物增加,SOD活性降低[19]。因此,选择发酵时间12、15、18 d进行正交试验。

图4 不同发酵时间对诺丽果汁发酵液综合评分的影响
Fig.4 Effects of different fermentation durations on comprehensive score of noni juice fermentation broth

2.1.4 不同发酵温度对诺丽果汁发酵液综合评分的影响

发酵温度过低菌种代谢速率较慢,使得发酵不完全,而温度较高则抑制菌种生长代谢以及酶活性,从而造成发酵液酸度不足、SOD活性下降[19]。由图5可知,随着发酵温度的升高,诺丽果汁发酵液的感官评分和SOD活性均呈先上升后下降的趋势,因为温度较低会使有益菌细胞内的生物酶活性受到抑制,使其生长代谢活动变缓。当发酵温度为34 ℃时,诺丽果汁发酵液的综合评分达到最高。因此,选择发酵温度31、34、37 ℃进行正交试验。

图5 不同发酵温度对诺丽果汁发酵液综合评分的影响
Fig.5 Effects of different fermentation temperatures on comprehensive score of noni juice fermentation broth

2.2 诺丽果汁发酵工艺优化正交试验

从表3综合评分得出诺丽果汁发酵的最优发酵条件为A3B3C3D1,即稀释比例(水∶诺丽果汁)2.5∶1、糖添加量4 g/100 mL、发酵时间18 d、发酵温度31 ℃,4个因素对诺丽果汁发酵液综合评分的影响结果为稀释比例>发酵温度>发酵时间>糖添加量。对最优组合A3B3C3D1进行验证试验,获得的发酵液感官评分为96.43分,SOD活性为183.47 U/mL,将其用反渗透膜浓缩至稀释前体积,获得的发酵诺丽果汁感官评分 为95.68分,略低于发酵液的原因可能是浓缩后的果汁浓度过高,降低了感官体验。

表3 诺丽果汁发酵工艺优化正交试验结果
Table3 Orthogonal experimental results for fermentation process optimization of noni juice

试验号A稀释比例B糖添加量/%C发酵时间/dD发酵温度/℃感官SOD活性/综合评分(U/mL)评分11(1.5∶1)1(2)1(12)1(31)82.60162.3088.39212(3)2(15)2(34)86.40154.6689.10313(4)3(18)3(37)85.40162.8590.2842(2∶1)12387.80154.2589.905223194.20157.3594.656231287.40169.0692.9373(2.5∶1)13294.60167.4197.138321390.20165.6593.959332192.80180.3598.86 K1267.77275.41275.26281.89 K2277.47277.70277.86279.16 K3289.94282.07282.06274.13 R22.176.666.797.76

2.3 发酵诺丽果汁SOD活性与功能成分

SOD活性广泛应用于评估发酵果汁酶活性[20]。由图6可知,发酵后诺丽果汁SOD活性呈极显著提升(P<0.01),由447.46 U/mL增至631.70 U/mL,提高41.17%,一是微生物代谢合成SOD[21];二是菌体细胞裂解促使胞内SOD释放[20]。总酚质量浓度显著增加(P<0.05),由1.18 mg/mL增至1.34 mg/mL,提高13.56%,这可能是发酵过程中微生物将高分子质量酚类化合物降解为低分子量酚类物质所致,进而提升总酚含量与酚类物质的生物利用度[22]。总黄酮、皂苷质量浓度均呈极显著降低(P<0.01),原因可能是发酵过程中产生的酶分解黄酮类和皂苷的糖苷键,将结合态的黄酮类和皂苷转化为游离态或结构更简单的衍生物,造成两者含量下降[23]。

图6 诺丽果汁与发酵诺丽果汁的SOD活性及功能成分含量
Fig.6 SOD activity and contents of functional components in raw noni juice and fermented noni juice

2.4 发酵诺丽果汁挥发性风味物质

由表4可知,诺丽果汁和发酵诺丽果汁共鉴定出51种挥发性风味物质。诺丽果汁共鉴定出38种挥发性风味物质,包括酯类11种、醇类10种、酸类8种、酮类3种、醛类2种、酚类1种及其他物质3种,各类挥发性风味物质相对含量为酸类(64.43%)>醇类(17.80%)>酯类(8.88%)>酮类(4.54%)>其他(1.89%)>醛类(1.57%)>酚类(0.90%),主要的挥发性风味物质有辛酸(39.55%)、己酸(18.02%)、正己醇(5.71%)、乙醇(4.43%)、2-庚酮(3.45%)等。发酵诺丽果汁中共鉴定出36种挥发性风味物质,包括酸类10种、醇类6种、酯类4种、酮类4种、醛类4种、烷烃类3种、酚类1种及其他物质4种,各类挥发性风味物质相对含量为酸类(76.87%)>醇类(6.15%)>醛类(5.76%)>酮类(4.46%)>酯类(2.46%)>其他(2.30%)>烷烃类(1.22%)>酚类(0.77%),主要的挥发性风味物质有辛酸(38.19%)、己酸(25.09%)、乙酸(5.24%)、丁酸(3.25%)等。

表4 诺丽果汁与发酵诺丽果汁挥发性风味物质相对含量
Table4 Relative content of volatile flavor compounds in raw and fermented noni juice

%化合物名称(种类)挥发性风味物质诺丽果汁发酵诺丽果汁异戊醛-0.056醛类(4)苯糠甲醛醛1.-00021..4971762,5-二甲基苯甲醛0.5731.3092-戊酮0.1970.185酮类(4)1-巯2基-庚-2酮丙酮03..48497620..7870012H-吡喃-2,6(3H)-二酮-0.706乙酸甲酯0.042-乙酸乙酯0.117-丁酸乙酯0.168-己酸甲酯1.301-正己酸乙酯1.5420.112酯类(12)辛辛酸酸乙甲酯酯21..402338--苯甲酸甲酯0.3491.412己酸己酯0.891-水杨酸甲酯0.6990.352辛酸己酯-0.586丙位辛内酯0.309-乙酸1.0695.235异丁酸0.3150.512丁酸1.7783.2512-甲基丁酸1.2211.308酸类(10)庚己酸酸108.8.02178205.5.02961辛酸39.54538.193乳酸-1.372正葵酸1.6520.7733-甲基硫代丙酸-0.611十二烷-0.279烷烃类(3)十三烷-0.3511,7,7-三甲双环[2.2.1]庚-2-烯-0.590甲醇0.614-乙醇4.4251.159正丁醇0.881-3-甲基-3-丁烯-1-醇1.5640.1022-庚醇1.034-醇类(11)正己醇5.710-芳樟醇2.0581.689正辛醇0.406-α-松油醇0.6481.615苯甲醇0.4570.965苯乙醇-0.619酚类(1)丁香酚0.9010.7722-乙烯基-2,6,6吡-三喃甲基四氢-2H--0.263其他(6)2-乙烯己基酸-基2--4)甲-四戊基氢烯-5呋--1(喃-1基-甲酯基乙烯0.-6910.-2603-甲基-2-丁烯基庚酸酯 0.510-二甲基二硫0.6851.012二甲基三硫-0.769

注:-.未检出。表5同。

在诺丽果汁和发酵果汁中,酸类是相对含量最高的挥发性风味成分,以辛酸和己酸为主,与Wang Zhulin[24]、 Zhao Huiyan[25]等的研究结果相符。与发酵前相比,发酵诺丽果汁中新增挥发性化合物13种,包括乳酸、糠醛、辛酸己酯等具有愉悦风味的物质,酸类(76.87%)、醛类(5.76%)、烷烃类(3.00%)化合物相对含量均明显增加,醇类和酯类化合物相对含量明显减少。这可能与人工接种益生菌有关,由于产酸菌乳酸菌和醋酸菌代谢活跃,将部分醇类转化为酸类物质[26],醇类化合物从10种减少到6种,相对含量从17.80%降至6.15%;酸类化合物从8种升至10种,相对含量从64.43%升高至76.87%。

发酵诺丽果汁中的酸类对呈香起主要作用。发酵后乙酸含量明显升高,含量较低时其具有浓郁、令人愉快的醋香味,对口感及风味有较好的修饰作用。发酵液中的2-甲基丁酸呈愉快的水果香气,醛类物质大多具有果香、花香和清香等令人愉悦的香味且阈值低,对总体风味影响也较大,如糠醛具有类似面包、焦糖的香味,苯甲醛具有杏仁香气;芳樟醇带有浓郁清甜的草木清香,近似玫瑰木香气,亦有新鲜绿茶的清雅气息,兼具紫丁香、铃兰与玫瑰的花香,同时融合木香与果香;α-松油醇带有独特的丁香香气;苯甲酸甲酯具备浓郁的冬青油与依兰油香气,上述物质在发酵诺丽果汁中均处于较高水平。

综上,诺丽果汁经益生菌发酵后酸类、醛类和烷烃类化合物风味物质相对含量增加,醇类和酯类风味物质相对含量降低。结合感官评价,发酵过程重塑诺丽果汁内各类风味化合物的组成平衡,对发酵诺丽果汁风味形成起到关键作用,能够显著改善产品口感与香气特征,更好地契合大众消费偏好。

2.5 发酵诺丽果汁有机酸成分

有机酸是微生物发酵过程中的重要代谢产物,是发酵诺丽果汁中重要的风味物质,对发酵诺丽果汁的口感存在较大影响[27]。诺丽果汁和发酵果汁中典型的有机酸为草酸、酒石酸、丙酮酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸。这些有机酸的含量和比例均对发酵液口感和风味有着重要影响。如表5所示,在人工接种酵母菌、乳酸菌和醋酸菌后,这3种菌在发酵过程中成为优势菌种,经发酵,乳酸由发酵前的1 044.64 mg/kg升至发酵后的2 4971.28 mg/kg,升高22.90倍,乳酸因具有独特的酸味,可赋予发酵液温和的酸味,改善果蔬汁原有风味,提升原料质感,增加风味复杂度和饱和度;乙酸由发酵前的266.42 mg/kg升至发酵后的1 760.97 mg/kg,升高5.61倍,乙酸是醋酸菌代谢的重要产物,是良好的酸度调节剂和增味剂,适量乙酸可提高果蔬汁营养和风味。对比分析发现,相较于王越等[5]提出的强化发酵技术(乙酸:0.93 mg/mL、乳酸:2.83 mg/mL),本研究所采用水稀释辅助发酵法制备的发酵诺丽果汁乙酸、乳酸含量分别约为其1.89、8.82倍,能更高效地促进这2种标志性发酵产物的生成。这充分表明,水稀释辅助发酵法可有效提升诺丽果汁发酵强度和发酵效率,能够为诺丽产业的发展提供一种更为优质、高效的发酵技术路径。

表5 发酵前后诺丽果汁有机酸含量
Table5 Contents of organic acids in noni juice before and after fermentation

mg/kg有机酸诺丽果汁发酵诺丽果汁草酸21.6349.73酒石酸160.5762.85丙酮酸4.256.57苹果酸1 794.78-抗坏血酸692.89265.12乳酸1 044.6424 971.28乙酸266.421 760.97柠檬酸87.3196.84琥珀酸47.15125.55

在发酵过程中,酵母菌可通过糖降解、三羧酸循环等途径,在生长繁殖阶段大量生成有机酸[28];乳酸菌利用发酵体系内碳源经糖代谢合成乳酸,厌氧条件下可进一步将乳酸转化为乙酸;醋酸菌既能直接以葡萄糖为底物生成乙酸,亦可利用酵母菌代谢产生的乙醇合成乙酸。酒石酸与抗坏血酸含量降低,与张浩然等[29]对沙棘酵素研究结果一致。酵母菌、乳酸菌等微生物可能将酒石酸和抗坏血酸作为碳源利用,同时体系内相关氧化酶亦可促使二者分解;酒石酸还能够以酒石酸氢钾的形式沉降析出,或经微生物代谢降解为乳酸与乙酸。琥珀酸及丙酮酸含量升高与酵母菌发酵作用有关[30]。柠檬酸与草酸含量增加,推测是苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下参与三羧酸循环生成草酰乙酸,草酰乙酸进一步转化形成草酸、丙酮酸,或与乙酰辅酶A缩合生成柠檬酸所致[21]。柠檬酸和苹果酸是果蔬汁中主要呈味有机酸,同时也是多数风味物质合成的前体物质;苹果酸含量降低,可能是乳酸菌代谢过程中将其转化为乳酸、乙酸引起[31]。

3 结 论

本研究通过单因素试验与正交试验优化水稀释辅助发酵诺丽果汁工艺,确定最佳条件为:稀释比例2.5∶1(水∶诺丽果汁)、糖添加量4 g/100 mL、发酵时间18 d、发酵温度31 ℃,添加1.2%酵母菌、0.5%保加利亚乳杆菌、0.5%植物乳植杆菌、4%醋酸菌,该条件下制备的发酵液感官评分和SOD活性分别为96.43分、183.47 U/mL, 工艺参数稳定可靠。各因素对发酵效果的影响程度排序为:稀释比例>发酵温度>发酵时间>糖添加量。发酵后,诺丽果汁SOD活性与总酚含量显著升高,酸类和醛类化合物占比提升,新增乳酸、糠醛等具有愉悦风味的物质,乳酸和乙酸作为主要发酵产物大幅积累,赋予产品酸甜协调的口感。综上,本研究建立的“水稀释-发酵-膜浓缩”技术,解决了发酵诺丽果汁发酵启动难的核心技术问题,大幅缩短发酵周期,实现了产品风味、品质与生产效率的协同提升,为诺丽果精深加工产业的升级提供了重要技术支撑,具有广阔的产业化应用前景。

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Process Optimization of Noni Juice Fermentation Promoted by Water Dilution and Analysis of Its Functional and Flavor Components

LEI Fuhong, ZHANG Zubing, LONG Jiming, ZHAO Chunpan, LI Haiquan, XU Rong*

(Yunnan Institute of Tropical Crops, Jinghong 666100, China)

Abstract: To mitigate the inherent antibacterial activity of raw noni juice, water dilution pretreatment was implemented prior to mixed-strain fermentation for juice production. The fermentation parameters were optimizey by single-factor trials and orthogonal array design, with sensory score and superoxide dismutase (SOD) activity set as integrated evaluation indices.Variations in SOD activity, functional components, volatile aroma compounds and organic acid profiles of noni juice before and after the fermentation were further characterized. The results indicated that under the dilution ratio (water-to-noni juice)2.5:1, sugar addition 4 g/100 mL, fermentation temperature 31 ℃ and incubation time 18 days, the fermented juice achieved a sensory score of 96.43 and SOD activity of 183.47 U/mL. Compared with raw noni juice, the SOD activity and total phenol content in fermented noni juice concentrated by membrane-separation technology to the initial volume increased by 41.17% and 13.56%, respectively. Conversely, the levels of flavonoids and saponins exhibited a highly significant decrease(P < 0.01). A total of 36 volatile aroma compounds were identified in fermented noni juice, among which 13 substances such as furfural and hexyl octanoate were newly generated compared with raw juice. The relative proportions of acids (76.87%),aldehydes (5.76%) and alkanes (3.00%) rose remarkably. The lactic acid content increased to 24 971.28 mg/kg and acetic acid content rose to 1 760.97 mg/kg, endowing the product with a mild and harmonious acidic taste. In summary, the integrated process of “water dilution-mixed-strain fermentation-membrane concentration” proposed in this study addressed the difficulty of fermentation initiation caused by strong bacteriostasis of raw noni juice. This method significantly improved the fermentation efficiency and improved both product safety and flavor quality, which provided a brand-new technical scheme and theoretical support for the industrial production of fermented noni juice.

Keywords: noni juice; fermentation; water dilution; process optimization; functional component; volatile flavor compound;organic acid

收稿日期:2026-02-25

基金项目: 云南省热带作物科技创新体系建设专项(RF2026);现代农业产业技术体系建设专项(CARS-11-YNLHQ)

第一作者简介: 雷福红(1995—)(ORCID: 0009-0006-8138-780X),女,助理研究员,硕士,研究方向为动物营养与饲料。E-mail: 1759669628@qq.com

*通信作者简介: 徐荣(1985—)(ORCID: 0009-0008-4537-2189),男,副研究员,学士,研究方向为农产品加工及其综合利用。E-mail: caomuxr@126.com

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.025

中图分类号:TS255.44;TS205.5

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)08-0212-08

引文格式:雷福红, 张祖兵, 龙继明, 等. 水稀释辅助发酵诺丽果汁工艺优化及其功能与风味成分分析[J]. 中国酿造, 2026, 45(8):212-219. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.025. http://www.chinabrewing.net.cn

LEI Fuhong, ZHANG Zubing, LONG Jiming, et al. Process optimization of noni juice fermentation promoted by water dilution and analysis of its functional and flavor components[J]. China Brewing, 2026, 45(8): 212-219. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.025. http://www.chinabrewing.net.cn