内蒙古本土菌株复合发酵葡萄醋风味组分与抗氧化活性

苗甫青1,楠 极2,张新斌1,曹施静1,聂红帆1,胡海霞1,*

(1.内蒙古农业大学职业技术学院,内蒙古 包头 014100;2.内蒙古医科大学民族医药创新中心,内蒙古 呼和浩特 010110)

摘 要:以内蒙古本地巨峰葡萄为原料,采用酿酒酵母DJN3和巴氏醋杆菌XHN1(DJN3+XHN1)复合发酵制备葡萄醋,以商业酿酒酵母SP和巴氏醋杆菌AS1.41(SP+AS1.41)复合发酵为对照,通过电子鼻、气相色谱-质谱、高效液相色谱及感官评价分析其风味特征,并对其功能成分及抗氧化活性进行分析。结果表明,DJN3+XHN1组共检出53种挥发性风味物质,9种有机酸,其酯类相对含量明显高于SP+AS1.41组,酒石酸含量(1.6 g/kg)为SP+AS1.41组的2倍;功能成分方面,总多酚、总黄酮含量(分别为0.59、0.15 mg/mL)均高于SP+AS1.41组;抗氧化分析表明,DJN3+XHN1组抗氧化活性更优,其1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率、铁离子还原抗氧化能力、羟自由基清除率及2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除率分别达50.72%、42.16%、95.77%和74.75%。综上,DJN3+XHN1菌株组合在提升葡萄醋风味复杂性与功能品质方面具有显著优势,研究结果可为内蒙古区域性功能微生物资源开发及特色葡萄醋产业升级提供理论依据与实践参考。

关键词:葡萄醋;酿酒酵母;巴氏醋杆菌;挥发性风味物质;有机酸;抗氧化活性

果醋是以水果或其加工副产品为原料,经乙醇发酵和醋酸发酵酿制而成的酸性液体调味品,其风味主要通过微生物与富含葡萄糖和果糖的天然水果基质的复杂相互作用产生。经发酵后的果醋便于贮存和运输[1]。果醋的发酵菌种主要有酵母、乳酸杆菌和醋酸杆菌[2]。微生物发酵可产生有益的代谢活性产物,如有机酸(短链脂肪酸和γ-氨基丁酸等),同时能增加多酚、类黄酮、多糖、氨基酸、维生素、矿物质等有效成分含量,赋予水果发酵制品优异的抗氧化、抗菌、抗炎和肠道菌群调节活性[3]。此外,微生物发酵可通过产生酯类、酮类、醇类、萜烯类等风味物质,赋予果醋独特的果香和花香[4]。

果醋富含多种营养物质,这些物质在果醋中发挥着重要作用,如醋酸、苹果酸、柠檬酸等有机酸是果醋特征酸味的核心物质,同时可参与机体代谢,调节人体酸碱平衡;果醋还含有大量维生素(包括VC、VB)以及矿物质(包括钾、钙和镁),这些物质有助于维持人体正常生理机能,增强人体免疫力[5]。乙醇发酵为果醋发酵初期最为重要的阶段,主要由酵母菌驱动[6]。酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧条件下均可生存,果醋生产的乙醇发酵过程中,其主要进行无氧呼吸[7]。酵母菌以果汁中的糖类作为生长代谢碳源,经糖酵解途径生成丙酮酸;丙酮酸进一步转化为乙醇与CO2,该过程释放能量,供给酵母菌增殖。醋酸发酵是果醋酿造的核心阶段,此阶段醋酸菌可将乙醇氧化生成醋酸。醋酸菌为革兰氏阴性专性好氧菌,仅在有氧环境下才能正常生长与代谢[8]。醋酸菌依靠胞内多套酶系分步氧化底物:先将乙醇转化为乙醛,再继续氧化乙醛生成醋酸;该氧化过程持续耗氧,同时伴随热量释放[9]。莫梅清等[10]以刺梨为原料进行液态发酵制备果醋,发现发酵过程中可溶性固形物、pH值、总糖及还原糖均呈下降趋势,而总酸和VC含量持续增加;采用固相微萃取-气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术提取并分析果醋发酵过程的挥发性风味成分,共检测到92种挥发性物质。吴震等[11]采用活性干酵母BV818和巴氏醋杆菌GIM1.158对桑葚果渣进行固态发酵酿造果醋,共检测出132种风味物质,有机酸含量丰富,以苹果酸、乙酸、琥珀酸及酒石酸等为主。综上所述,果醋经乙醇发酵与醋酸发酵后品质改善明显,风味物质种类丰富度得到提升,因此发酵菌株的筛选及发酵工艺优化对果醋生产具有重要意义。

本研究以内蒙古本土巨峰葡萄为原料,采用酿酒酵母DJN3和巴氏醋杆菌XHN1复合发酵制备葡萄醋,以商业菌复合发酵葡萄醋为对照,从电子鼻风味特征、挥发性物质组成、功能成分含量及抗氧化活性等多方面进行对比分析,以期为内蒙古区域性功能微生物挖掘、葡萄深加工和葡萄醋酿制产业发展提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 菌株、材料与试剂

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)DJN3、巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)XHN1为本实验室保藏菌株,分离自校内葡萄园巨峰葡萄、户太8号葡萄;酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)SP、巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)AS1.41 市售。

巨峰葡萄采集自内蒙古自治区包头土右旗。

YPD固体培养基、酵母浸粉(生化试剂) 大连博格林生物科技有限公司;没食子酸、2,6-二氯靛酚钠盐(均为分析纯) 山东科源生化有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除能力检测试剂盒、2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基清除能力检测试剂盒、铁离子还原抗氧化能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP)检测试剂盒 北京索莱宝科技有限公司;羟自由基清除能力试剂盒 山东艾迪生生物科技有限公司。

酵母菌活化培养基:酵母浸粉1 g、蛋白胨2 g、葡萄糖2 g、琼脂2 g,加蒸馏水至100 mL,搅拌均匀后,于121 ℃高压灭菌20 min。

巴氏醋杆菌固态活化培养基:葡萄糖1 g、碳酸钙2 g、琼脂2 g、酵母膏1 g,加蒸馏水至100 mL,121 ℃高压灭菌20 min后,冷却至50~60 ℃时加入3 mL无水乙醇。

巴氏醋杆菌液体发酵培养基:葡萄糖1 g、酵母膏1 g、磷酸二氢钾0.1 g、七水硫酸镁0.1 g,加蒸馏水至100 mL,调节pH值至5.5,121 ℃高压灭菌20 min,待温度降至约50 ℃时加入6 mL无水乙醇。

1.2 仪器与设备

CX23光学显微镜 奥林巴斯(中国)有限公司;LPH-A pH计 北京兰杰柯科技有限公司;TU1901双光束紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;H/T16MM高速离心机 湖南赫西仪器装备有限公司;837FT0921电子鼻 上海瑞玢智能科技有限公司;ELX50酶标仪 美国伯腾仪器有限公司;COM-1700A pH自动电位滴定仪 日本平沼公司;TQ8040高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)仪、QP2010 GC-MS仪 日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄醋制备

将葡萄原料清洗、破碎,添加0.12 g/L焦亚硫酸钾、0.02 g/L果胶酶,室温酶解30 min,添加白砂糖调整糖度至20 °Brix,室温浸渍24 h后分2组进行发酵。实验组接种酿酒酵母DJN3与巴氏醋杆菌XHN1(DJN3+XHN1),对照组接种酿酒酵母SP与巴氏醋杆菌AS1.41(SP+AS1.41)。乙醇发酵阶段,酵母菌(1.0×106 CFU/mL)接种量为0.6%,以表面无明显气泡产生作为发酵结束标志,3层粗纱布过滤去除杂质后进行巴氏杀菌(70 ℃、15 min),将乙醇体积分数调节至9%;醋酸发酵阶段,醋酸杆菌(1×107 CFU/mL)接种量为12%,34 ℃、150 r/min发酵至总酸达到最高值(6.32 g/100 mL)为发酵终点,4层纱布过滤得到葡萄醋成品。

1.3.2 感官评价

依据陈璐[12]的方法稍作修改,由10名(5男5女)经过感官培训的评价人员组成品评小组,前期培训后,评价员按表1标准,从色泽、香气、口感、外观4个方面对葡萄醋进行感官评价。

表1 葡萄醋感官评价标准
Table1 Sensory evaluation criteria for grape vinegar

项目(分值)标准评分产品色泽鲜亮,有光泽,为粉红色或淡红色6~10色泽(10)产品色泽较亮,较有光泽,为红色3~6具有葡萄醋香,味道柔和,无刺激味,协调悦人25~30香气(30)稍有葡萄醋香,稍有刺激味,尚悦人20~25口感好,入口柔和,无异味35~45口感较好,入口稍柔和,无异味30~35口感(45)口感较差,入口刺激,无异味25~30口感差,入口刺激,有异味0~25外观(15)较透明,有杂质6~8产品色泽暗淡,为深红色0~3无葡萄醋香,刺激味较浓,不悦人0~20澄清透明,无杂质9~15较透明,无杂质8~9不澄清透明,有杂质0~6

1.3.3 电子鼻分析

取1 mL葡萄醋样品于顶空样品瓶中,采用顶空萃取方式进行电子鼻检测。仪器检测参数:样品测定间隔时间1 s、清洗时间60 s、自动调零时间5 s、样品准备时间5 s、样品测定时间80 s、内部空气流量400 mL/min、进样流量400 mL/min,传感信号在70 s后基本稳定,每个样品重复测定3次[13],确保样品挥发性物质充分释放。电子鼻配备18个传感器,性能描述见表2。

表2 电子鼻传感器性能描述
Table2 Performance description of electronic nose sensors

S1丙烷、烟雾S10氢气S2酒精、烟雾、异丁烷、甲醛S11液化气、烷烃S3臭氧S12液化气、甲烷S4硫化氢S13甲烷S5氮气S14可燃气体、烟雾S7甲烷、天然气、沼气S16硫化物S8液化气S17氮氧化物编号性能描述编号性能描述S6甲苯、苯酮、乙醇、氢气S15烟雾、异丁烷S9甲苯、甲醛、苯、乙醇、丙酮S18丙酮、乙醇

1.3.4 挥发性风味成分分析

采用顶空固相微萃取结合GC-MS技术对葡萄醋中的挥发性风味成分进行分析。准确移取2.0 mL葡萄醋样品于20 mL顶空进样瓶中,旋紧瓶盖后置于60 ℃水浴中平衡20 min。随后,将搭载50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纤维头的手动固相微萃取进样针穿透顶空瓶隔垫,置于瓶内顶空区域,90 ℃萃取30 min。萃取完毕后,将萃取纤维头插入GC进样口,250 ℃解吸5 min。

GC条件:HP-5ms毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);初始温度40 ℃,保持1 min,以5 ℃/min升至220 ℃,再以20 ℃/min升至280 ℃,保持5 min;进样口温度250 ℃;载气为氦气(纯度99.999%),载气流量1 mL/min。

MS条件:采用电子电离源,离子源温度230 ℃,电子能量70 eV;接口温度280 ℃;质量分析器为单四极杆,质量扫描范围m/z 35~300,检测电压1.00 kV。

定性定量分析:经NIST 20数据库检索,对匹配度大于90%的化合物进行定性分析,采用峰面积归一化法计算样品中各成分的相对含量。

1.3.5 有机酸含量分析

参考郑海宏等[14]的方法,用HPLC法测定样品中有机酸含量。准确吸取葡萄醋样品1.0 mL,用超纯水稀释至100 mL,经0.45 μm微孔滤膜过滤后待测。色谱条件:Venusil MP C18柱(150 mm×4.6 mm,5 μm),柱温35 ℃;流动相为20 mmol/L磷酸氢二钠缓冲溶液(含1%乙腈);流速0.8 mL/min;检测波长210 nm;进样量20 μL。

1.3.6 功能成分分析

参考陈璐[12]的方法,以没食子酸为标准品,采用Folin-Ciocalteu比色法测定总多酚含量,将葡萄醋样品与Folin-Ciocalteu试剂充分反应后,在765 nm波长处测定吸光度,根据标准曲线回归方程(y=0.327x+0.054,R2=0.993)计算样品中的多酚含量。参考李晶[15]的方法,采用酶标法在510 nm波长下测定葡萄醋样品中黄酮类物质的含量。

1.3.7 抗氧化能力评价

DPPH自由基清除能力测定:配制100 μmol/L DPPH-甲醇溶液,取甲醇稀释50倍的样品1.0 mL与3 mL DPPH-甲醇溶液混合,室温避光反应30 min,于波长517 nm处测定吸光度(A0),以1.0 mL甲醇溶液代替样品作空白对照,吸光度为A。DPPH自由基清除率按式(1)计算:

总抗氧化能力测定:按照FRAP试剂盒说明书的方法进行。

羟自由基清除能力测定:按照试剂盒说明书方法进行。

ABTS阳离子自由基清除能力测定:配制7 mmol/L ABTS溶液,与2.45 mmol/L过硫酸钾溶液等体积混合,避光反应12 h,得ABTS阳离子母液,吸取适量ABTS阳离子母液,用甲醇稀释后,在波长734 nm处测得吸光度为0.700±0.050,即得ABTS阳离子工作液。准确吸取ABTS阳离子工作液4.9 mL与0.1 mL样品溶液混合,摇匀,室温避光反应10 min,在波长734 nm处测吸光 度(A0)。对照组以0.1 mL甲醇溶液代替样品操作(A)。 ABTS阳离子自由基清除率按式(2)计算:

1.4 数据处理

每个指标均重复测定3次,利用Excel 2016、Origin 2024软件进行数据处理和作图,用SPSS 27.0软件进行统计分析,数据以x±s表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 葡萄醋感官评价

由图1可知,DJN3+XHN1发酵葡萄醋感官评分为85.62分,其色泽评分为6分,呈现出诱人的粉红色,清亮透明,无明显浑浊和沉淀,但评分略低于商业菌发酵样品;香气评分为28.75分,兼具葡萄果香与醇厚的醋香,二者协调融合,评分略高于商业菌发酵样品;口感评分为41.87分,酸味柔和适中,酸甜比例协调,入口无强烈刺激感,回味中可感受到明显的葡萄风味;外观评分为9分,质地均匀、流动性良好,未见悬浮物。综合来看,DJN3+XHN1组葡萄醋感官品质各维度表现均衡,优于商业菌发酵样品。

图1 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋感官评分雷达图
Fig.1 Radar maps of sensory scores of grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

2.2 葡萄醋风味分析

2.2.1 电子鼻分析

电子鼻能够实现不同食品间风味轮廓的快速区分与判别[16]。由图2可知,菌株DJN3+XHN1发酵葡萄醋在18个传感器上均有响应。其中,在S2、S7、S9上的响应值高于商业菌发酵样品,尤以S2传感器响应信号最为强烈,明显高于商业菌发酵样品,提示该菌株发酵产生的乙醇、醛类等挥发性物质更为丰富;相比之下,商业菌在各传感器上的响应整体较为平稳,波动幅度较小,仅在S16、S17、S18这3个传感器上响应值略高于DJN3+XHN1。整体而言,2组样品的电子鼻响应轮廓存在一定差异,表明二者在挥发性风味物质组成上各具特点。

图2 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋电子鼻响应值雷达图
Fig.2 Radar plot of electronic nose response values of grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

2.2.2 挥发性风味成分分析

由表3可知,DJN3+XHN1发酵葡萄醋共检出53种挥发性风味成分,包括醇类15种、酯类17种、酸类12种、醛类2种、烯帖类2种,酚类、酮类、芳香烃类、醌类、烷烃类各1种,其中22种为DJN3+XHN1所特有;商业菌发酵葡萄醋检出49种挥发性风味成分,包括酯类20种、醇类12种、酸类11种、醛类3种,酚类、酮类、芳香烃类各1种,其中18种为商业菌所特有。

表3 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋挥发性风味化合物相对含量
Table3 Relative contents of volatile flavor compounds in grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

%化合物DJN3+XHN1SP+AS1.41醇类乙醇1.72±0.14ND异戊醇0.42±0.130.96±0.023-甲基-1-丁醇4.26±0.192.47±0.05二聚丙三醇0.26±0.03ND丙三醇0.70±0.210.98±0.033,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇0.19±0.040.14±0.03苯乙醇5.77±0.114.77±0.10(–)-4-萜品醇0.05±0.010.04±0.01 D-香茅醇0.13±0.010.12±0.02香叶醇0.19±0.03ND反式-橙花叔醇1.30±0.030.59±0.041-十七烷醇0.12±0.020.03±0.01红没药醇0.04±0.01ND 3,7,11-三甲基-2,6,10-十二烷三烯-1-醇0.13±0.010.09±0.02鲸蜡醇0.03±0.02ND环丁醇ND0.58±0.03十三醇ND0.09±0.02酯类乙酸异戊酯1.17±0.03ND苯乙酸乙酯0.11±0.040.20±0.05乙酸苯乙酯1.44±0.051.08±0.05醋酸香茅酯0.04±0.02ND 5-甲基壬酸乙酯0.27±0.03ND辛酸戊酯0.07±0.01ND十二酸乙酯0.82±0.030.56±0.02

续表3

癸酸异戊酯0.04±0.010.02±0.01正癸酸乙酯ND0.31±0.04十九烷酸乙酯ND0.06±0.029-十六碳烯酸乙酯ND0.25±0.032-氨基-4-甲基苯甲酸0.05±0.010.07±0.04正己酸0.23±0.030.99±0.04正辛酸1.62±0.045.92±0.08正癸酸1.01±0.022.31±0.06十一烷酸1.47±0.031.67±0.012-氨基-5-甲基苯甲酸ND0.07±0.05化合物DJN3+XHN1SP+AS1.4110-十一烯酸异戊酯0.02±0.01ND反油酸乙酯0.17±0.010.05±0.02十五酸乙酯0.42±0.070.19±0.02反式,反式-金合欢醇乙酸酯0.16±0.020.11±0.02邻苯二甲酸二异丁酯0.04±0.01ND十六酸甲酯0.08±0.02ND邻苯二甲酸二丁酯0.05±0.02ND油酸乙酯0.06±0.020.07±0.01棕榈酸乙酯0.32±0.050.80±0.053-羟基丁酸乙酯ND0.04±0.01辛酸异戊酯ND0.06±0.02月桂酸异戊酯ND0.08±0.01癸酸正戊酯ND0.02±0.01十四酸乙酯ND0.33±0.06十六烷基乙酸酯ND0.03±0.01十七酸乙酯ND0.24±0.02亚油酸乙酯ND0.13±0.02酸类异戊酸0.29±0.061.75±0.05乙酸59.60±1.3562.50±1.23十三烷酸1.28±0.05ND壬酸3.01±0.105.22±.0.12月桂酸0.13±0.020.20±0.054-甲基戊酸ND0.38±0.082-羟基-3-甲氧基丁二酸0.37±0.06ND苯丙酸0.02±0.01ND醛类苯甲醛0.78±0.100.87±0.03壬醛0.11±0.040.13±0.03 DL-甘油醛二乙基缩醛ND0.17±0.02酚类2,4-二叔丁基苯酚0.13±0.020.29±0.04烯萜类(S)-1-甲基-4-(5-甲基-1-亚甲基-4-己烯基)环己烯0.02±0.01ND反-9-十八碳烯0.16±0.02ND酮类2-十五烷酮0.04±0.02ND(E)-2,6-二甲基-2,6-十一碳二烯-10-酮ND0.04±0.01芳香烃间二甲苯0.05±0.01ND 9-乙基-9,10-二氢-9,10-二甲基蒽ND0.08±0.02醌类2,6-二叔丁基苯醌0.02±0.01ND烷烃类正二十烷0.04±0.01ND

注:ND.未检出。表4同。

醇类物质方面,DJN3+XHN1发酵葡萄醋中检出乙醇((1.72±0.14)%)、二聚丙三醇((0.26±0.03)%)等物质。此外,DJN3+XHN1葡萄醋中苯乙醇((5.77±0.11)%)和反式-橙花叔醇((1.30±0.03)%)相对含量明显高于商业菌,这可能与其对芳香族氨基酸的降解能力较强有关[17]。

酯类物质方面,DJN3+XHN1葡萄醋特有的乙酸异戊酯((1.17±0.03)%)、5-甲基壬酸乙酯((0.27±0.03)%)等短链酯类物质可赋予酒体更浓郁的香蕉与梨果香;乙酸苯乙酯在2组样品中均有检出,在DJN3+XHN1、SP+AS1.41葡萄醋中相对含量分别为(1.44±0.05)%、(1.08±0.05)%。商业菌发酵葡萄醋中酯类物质相对含量低于DJN3+XHN1的原因可能是,DJN3+XHN1将更多碳源导向酯类合成途径,催化乙醇与酰基辅酶A反应生成乙酸乙酯等风味酯[18-19]。

酸类物质方面,DJN3+XHN1发酵所得葡萄醋的乙酸((59.60±1.35)%)、正辛酸((1.62±0.04)%)等物质的相对含量均低于商业菌;但十三烷酸仅在DJN3+ XHN1葡萄醋中检出,相对含量为(1.28±0.05)%,商业菌未检出。十三烷酸作为一种中链脂肪酸,具有一定抑菌性,可能有助于维持发酵体系的稳定性。

此外,2组样品中还检出醛类、酚类、酮类、醌类及烷烃类物质。DJN3+XHN1、SP+AS1.41组均检出2,4-二叔丁基苯酚(相对含量分别为(0.13±0.02)%、(0.29±0.04)%),可进一步增强其香气的层次感。酵母菌可基于原料适宜初始糖度诱导合成水解酶,将多肽降解为小分子肽与游离氨基酸,进一步转化生成有机酸及芳香类物质,从而提升葡萄醋整体风味品质[20]。

基于葡萄醋的挥发性风味成分进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。由图3可知,PC1和PC2方差贡献率分别为88.3%、5.4%,累计方差贡献率达到93.7%,表明前2个PC能够有效解释样品挥发性风味特征的大部分信息,分析结果具有较高的可靠性。DJN3+XHN1组与SP+AS1.41组沿PC1轴方向呈现明显分离趋势,DJN3+XHN1组样本点分布于正半轴,而SP+ AS1.41组样本点分布于负半轴,PCA可有效区分DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋样品,表明发酵菌株差异可影响样品挥发性风味特征。

图3 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋的挥发性风味成分PCA得分图
Fig.3 Principal component analysis score plots of volatile flavor components in grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

2.2.3 非挥发性风味成分

如表4所示,在DJN3+XHN1和SP+AS1.41发酵葡萄醋中共检出9种有机酸,包括草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丙酸、琥珀酸、富马酸,其中甲酸均未检出;从含量组成来看,2组样品中有机酸均以乙酸为主,DJN3+XHN1组酒石酸和乙酸含量高于SP+AS1.41组。DJN3+XHN1组酒石酸含量(1.6 g/kg)为SP+AS1.41组的2倍,酒石酸具备优良缓冲性能,可弱化葡萄醋尖锐酸涩感,赋予其柔和协调的醇厚酸味[21]。DJN3+XHN1组乙酸含量(56.0 g/kg)高于SP+AS1.41组,而苹果酸、柠檬酸、丙酸和琥珀酸均略低于SP+AS1.41组。丙酸可赋予产品独特的坚果香和木香[22]。DJN3+XHN1组草酸、乳酸含量及富马酸含量与SP+AS1.41组相同。在乙醇发酵过程中,酵母菌在代谢过程中会利用葡萄汁中的糖类、氨基酸等物质,产生多种非挥发性代谢产物。葡萄醋乙酸含量较高可归因于2个方面因素:一方面,发酵前期体系溶氧充足,乙醇可经乙醛中间产物氧化生成乙酸;另一方面,酵母菌糖代谢过程中,部分丙酮酸经脱羧支路代谢生成乙酸[23]。此外,发酵时长对代谢产物的积累具有调控作用,适当延长发酵时间可能促进酵母菌对底物的利用效率,进而增加有机酸、糖类及氨基酸等非挥发性风味物质的生成与积累,从而对葡萄醋的感官品质产生积极影响。综上,菌株差异对部分有机酸的代谢积累具有一定影响。

表4 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋有机酸含量
Table4 Organic acid contents in grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

g/kg有机酸DJN3+XHN1SP+AS1.41草酸0.20.2酒石酸1.60.8甲酸NDND苹果酸1.01.2乳酸1.61.6乙酸56.047.1柠檬酸0.20.3丙酸1.21.3琥珀酸0.30.4富马酸0.40.4

2.3 葡萄醋功能成分

DJN3+XHN1组总多酚质量浓度为0.59 mg/mL,SP+AS1.41组为0.46 mg/mL,前者较后者提高约28.3%;总黄酮含量方面,DJN3+XHN1组总黄酮质量浓度为0.15 mg/mL,SP+AS1.41组为0.14 mg/mL,二者差异较小。上述结果表明,DJN3+XHN1菌株发酵对葡萄醋中酚类物质的积累具有促进作用,这可能与该菌株的代谢特性及对原料中结合态酚类物质的释放作用差异有关。多酚和黄酮作为葡萄醋中重要的抗氧化活性成分,其含量提升有助于增强产品的功能活性。

2.4 葡萄醋抗氧化能力

由图4A可知,随着样品添加量在100~500 µL范围内增加,DJN3+XHN1、SP+AS1.41发酵葡萄醋DPPH自由基清除能力均呈上升趋势,当样品添加量为500 µL时,DPPH自由基清除率最高,分别为50.72%、43.66%。DJN3+XHN1发酵葡萄醋对DPPH自由基的清除能力整体高于SP+AS1.41。

图4 DJN3+XHN1与SP+AS1.41发酵葡萄醋抗氧化能力
Fig.4 Antioxidant capacities of grape vinegar fermented by the DJN3 + XHN1 and the SP + AS1.41

由图4B可知,随着样品添加量在100~500 µL范围内增加,DJN3+XHN1、SP+AS1.41发酵葡萄醋FRAP值均呈上升趋势,当样品添加量为500 µL时,FRAP值最高,分别为42.16%、35.53%。DJN3+XHN1发酵葡萄醋具有较强的铁离子还原能力。

由图4C可知,随着样品添加量在10~500 µL范围内增加,DJN3+XHN1、SP+AS1.41发酵葡萄醋羟自由基清除率均呈上升趋势,当样品添加量为500 µL时,羟自由基清除率最高,分别为95.77%、86.40%。DJN3+XHN1发酵葡萄醋具有较强的羟自由基清除能力。

由图4D可知,随着样品添加量在100~500 µL范围内增加,DJN3+XHN1、SP+AS1.41发酵葡萄醋ABTS阳离子自由基清除率均呈上升趋势,当样品添加量为500 µL时,ABTS阳离子自由基清除率最高,分别为74.75%、51.73%。DJN3+XHN1发酵葡萄醋具有较强的ABTS阳离子自由基清除能力。

3 结 论

本研究以葡萄为原料,采用菌株DJN3+XHN1发酵制备葡萄醋,并以商业菌SP+AS1.41为对照,对葡萄醋品质进行比较。结果表明,DJN3+XHN1发酵葡萄醋在风味品质、营养成分和抗氧化活性3个方面均优于SP+AS1.41组。从葡萄醋中共检出53种挥发性风味物质,醇类、酯类种类丰富,苯乙醇、乙酸异戊酯等特征香气成分突出;共检出9种有机酸,酒石酸含量(1.6 g/kg)为SP+AS1.41组的2倍;总多酚质量浓度(0.59 mg/mL)较商业菌组提高约28.3%;抗氧化活性指标(DPPH自由基清除率50.72%、FRAP值42.16%、羟自由基清除率95.77%、ABTS阳离子自由基清除率74.75%)均优于对照。综上,DJN3+XHN1菌株组合具备替代商业菌株的应用潜力,为开发高品质、高附加值的特色葡萄醋产品提供了重要的理论与实践基础,也为内蒙古区域性功能微生物资源的挖掘与产业化利用提供了参考。

参考文献:

[1] Yuan Xinyu, Wang Tao, Sun Liping, et al. Recent advances of fermented fruits: a review on strains, fermentation strategies, and functional activities[J]. Food Chemistry: X, 2024, 22: 101482.DOI:10.1016/j.fochx.2024.101482.

[2] Ríos-Reina R, Azcarate S M, Camiña J, et al. Assessment of UV-visible spectroscopy as a useful tool for determining grape-must caramel in high-quality wine and balsamic vinegars[J]. Food Chemistry, 2020,323: 126792. DOI:10.1016/j.foodchem.2020.126792.

[3] Gill P A, Kellow N J. Sour grapes: addressing the challenges in utilizing vinegar and SCFAs to treat dysregulated glycemic responses[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 2022,116(1): 285-286. DOI:10.1093/ajcn/nqac134.

[4] Zhang Zhankai, Zhang Zhihong, He Ronghai, et al. Research advances in technologies and mechanisms to regulate vinegar flavor[J]. Food Chemistry, 2024, 460: 140783. DOI:10.1016/j.foodchem.2024.140783.

[5] Chen Hengye, Chen Tao, Giudici P, et al. Vinegar functions on health: constituents, sources, and formation mechanisms[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2016, 15(6): 1124-1138. DOI:10.1111/1541-4337.12228.

[6] Afonso S M, Inês A, Vilela A. Bio-dealcoholization of wines: can yeast make lighter wines?[J]. Fermentation, 2024, 10(1): 36. DOI:10.3390/fermentation10010036.

[7] 赵文亚, 张立华, 孙中贯. 石榴果醋酒精发酵工艺的研究[J].食品研究与开发, 2015(11): 76-78. DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.019.

[8] Walker G M, Basso T O. Mitigating stress in industrial yeasts[J]. Fungal Biology, 2020, 124(5): 387-397. DOI:10.1016/j.funbio.2019.10.010.

[9] 刘龙海, 李新圃, 杨峰, 等. 酿酒酵母菌生长特性的研究[J]. 中国草食动物科学, 2016, 36(3): 38-41. DOI:10.3969/j.issn.2095-3887.2016.03.010.

[10] 莫梅清, 曾健, 李洁雯, 等. 刺梨果醋发酵过程中理化特性和风味特征的变化[J]. 食品工业科技, 2024, 45(4): 238-249. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2023040015.

[11] 吴震, 吴煜樟, 陈莉, 等. 桑葚果渣固态发酵醋有机酸及风味特征分析[J]. 食品与发酵工业, 2021, 47(10): 103-108. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.025936.

[12] 陈璐. 葡萄发酵醋饮酿造工艺优化及功能性评价[D]. 乌鲁木齐:新疆农业大学, 2022. DOI:10.27431/d.cnki.gxnyu.2022.000044.

[13] 郑吴伟, 胡梦阳, 梁言, 等. 电子鼻分析镇江香醋发酵和陈酿阶段的气味变化[J]. 中国酿造, 2018, 37(10): 82-86. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2018.10.016.

[14] 郑海宏, 罗华, 侯红萍. 葡萄醋发酵工艺研究及其有机酸组分分析[J]. 中国酿造, 2019, 38(2): 139-143. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2019.02.026.

[15] 李晶. 冰葡果醋的工艺优化及成分分析[D]. 晋中: 山西农业大学,2019. DOI:10.27285/d.cnki.gsxnu.2019.000338.

[16] Wen Rongxin, Kong Baohua, Yin Xiaoyu, et al. Characterisation of flavour profile of beef jerky inoculated with different autochthonous lactic acid bacteria using electronic nose and gas chromatographyion mobility spectrometry[J]. Meat Science, 2022, 183: 108658.DOI:10.1016/j.meatsci.2021.108658.

[17] 张瑶, 唐凤仙, 单春会, 赵馨馨, 等. 桑葚葡萄复合果酒发酵工艺响应面法优化[J]. 中国酿造, 2024, 43(9): 157-163. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.09.025.

[18] 季明月, 龚建刚, 罗建华, 等. 桑椹葡萄复合果酒发酵工艺响应面法优化及其风味特征[J]. 中国酿造, 2023, 42(1): 126-132.DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2023.01.022.

[19] 尹爱国, 曾霞, 纪秀玲, 周英彪, 等. 复合龙眼果醋的醋酸发酵工艺优化及其风味成分分析[J]. 食品研究与开发, 2018, 39(23): 102-107.DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2018.23.018.

[20] Wang Shuqi, Chen Haitao, Sun Baoguo. Recent progress in food flavor analysis using gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS)[J]. Food Chemistry, 2020, 315: 126158. DOI:10.1016/j.foodchem.2019.126158.

[21] 曹冬梅, 王贵珍, 董昕, 等. 微生物代谢酒石酸途径及关键酶提取纯化研究综述[J]. 中国酿造, 2013, 32(5): 9-12. DOI:10.3969/j.issn.0254-5071.2013.05.003.

[22] 汪玲玲. 酱香型白酒微量成分及大曲香气物质研究[D]. 无锡: 江南大学, 2013.

[23] 邢宝立, 林智平, 贾凤超, 等. 啤酒有机酸含量的影响因素研究[J].中外酒业, 2016(11): 32-39. DOI:10.3969/j.issn.1008-4819.2016.06.007.

Flavor Components and Antioxidant Activities of Grape Vinegar Co-fermented by Inner Mongolia Indigenous Strains

MIAO Fuqing1, NAN Ji2, ZHANG Xinbin1, CAO Shijing1, NIE Hongfan1, HU Haixia1,*

(1. Vocational and Technical College, Inner Mongolia Agricultural University, Baotou 014100, China;2. National Medicine Innovation Center, Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010110, China)

Abstract: Using local Inner Mongolia Kyoho grapes as raw materials, grape vinegar was prepared via mixed-culture fermentation with Saccharomyces cerevisiae DJN3 and Acetobacter pasteurianus XHN1 (DJN3 + XHN1), with a composite fermentation system consisting of commercial S. cerevisiae SP and A. pasteurianus AS1.41 (SP + AS1.41)as a control. The flavor profiles of the fermented grape vinegar were comprehensively analyzed through electronic nose, gas chromatography-mass spectrometry, and high performance liquid chromatography, combined with sensory evaluation. Furthermore, the functional components and antioxidant activities of the samples were determined. The results indicated that a total of 53 volatile compounds and 9 organic acids were detected in the DJN3 + XHN1 group. This group exhibited a significantly higher relative content of esters, and its tartaric acid content reached 1.6 g/kg, which was twice that of the SP + AS1.41 group. In terms of functional components, the total polyphenol and total flavonoid contents of the DJN3 + XHN1 group were 0.59 and 0.15 mg/mL, respectively, both of which were higher than those of the control group. Antioxidant assays demonstrated that the DJN3 + XHN1 group possessed superior antioxidant capacity, with its 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging rate, ferric reducing antioxidant power, hydroxyl radical scavenging rate,and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) cation radical scavenging rate reaching 50.72%, 42.16%, 95.77%and 74.75%, respectively. In conclusion, the mixed-strain combination of DJN3 + XHN1 presented prominent advantages in improving the flavor complexity and functional quality of grape vinegar, which provided a theoretical basis and practical reference for the exploitation of regional functional microbial resources in Inner Mongolia and the industrial upgrading of characteristic grape vinegar products.

Keywords: grape vinegar; Saccharomyces cerevisiae; Acetobacter pasteurianus; volatile flavor compound; organic acid;antioxidant activity

收稿日期:2026-03-05

基金项目: 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(BR230141);内蒙古农业大学青年教师科研能力提升专项;内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY22542)

第一作者简介: 苗甫青(2000—)(ORCID: 0009-0002-9029-4040),女,硕士研究生,研究方向为微生物发酵与利用。E-mail: m55678@163.com

*通信作者简介: 胡海霞(1982—)(ORCID: 0009-0001-2857-1185),女,副教授,硕士,研究方向为食品微生物。E-mail: haoyue408@163.com

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.035

中图分类号:TS264.2

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)08-0290-08

引文格式:苗甫青, 楠极, 张新斌, 等. 内蒙古本土菌株复合发酵葡萄醋风味组分与抗氧化活性[J]. 中国酿造, 2026, 45(8): 290-297.DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.035. http://www.chinabrewing.net.cn

MIAO Fuqing, NAN Ji, ZHANG Xinbin, et al. Flavor components and antioxidant activities of grape vinegar co-fermented by Inner Mongolia indigenous strains[J]. China Brewing, 2026, 45(8): 290-297. (in Chinese with English abstract)DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.08.035. http://www.chinabrewing.net.cn