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食品酵素加工工艺研究进展

2018-09-20谢文佩冯玲王雨亭

现代农业科技 2018年12期
关键词:加工工艺研究进展

谢文佩 冯玲 王雨亭

摘要 近年来,酵素产品风靡全球,各类食品酵素的研究与开发层出不穷。本文按发酵原料不同,综述了果蔬类、粮谷类、中草药类等食品酵素加工工艺的研究进展,以期为食品酵素工业化发展提供理论依据。

关键词 食品酵素;加工工艺;研究进展

中图分类号 TS201.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2018)12-0256-03

Abstract In recent years,ferment products have been popular all over the world,and research and development of various kinds of food ferments are emerging one after another.According to different fermented raw materials,the research progress of food ferments processing technology was reviewed in this paper,such as fruits and vegetables,cereals and Chinese herbs,in order to provide theoretical reference for the industrial development of food ferments.

Key words food ferment;processing technology;research progress

酵素本意为“酶”,是一种生物催化剂,主要由蛋白质构成。酶在人体的生理活动中不可或缺,人体机体免疫、新陈代谢、修复组织等生理功能的正常维持都离不开酶的参与[1-2]。广义上酵素包含酶、产酶微生物、相关调节因子以及相互作用因子等,其主要是以水果、蔬菜、菌类、粮谷类、药食两用食材、动植物成分提取物等为原料,并添加一定量的碳源,如糖类,再经微生物发酵一定时间得到富含微生物、酶、矿物质和次生代谢产物等营养成分的功能性微生物发酵产品[3]。不同品种酵素的效果不同,但总体都具有促进消化吸收、调节人体机能、提高机体免疫力等功效。近年来,酵素产品风靡全球,各类酵素的研究开发层出不穷,本文按原料不同,综述几类食品酵素加工工艺的研究进展,以期为食品酵素的工业化发展提供理论依据。

1 果蔬类酵素

蔬菜、水果不仅含有丰富的矿物质、维生素、纤维素以及可溶性膳食纤维等,而且还含有VE、VC、类胡萝卜素等抗氧化物质,一些蔬菜、水果还含有丰富的多酚类强氧化活性物质,如花色苷、类黄酮等[4-6]。利用蔬菜水果为原料生产的酵素产品具有良好的抗氧化性能并富含多种生物活性物质,通常具有抗氧化、美容养颜、减肥瘦身等功效,加之水果蔬菜气味芬芳,香气宜人,果蔬类酵素在年轻消费人群中备受青睐。

章苇虹等[7]以滁菊搭配各类水果(木瓜、奇异果、柚子、菠萝、火龙果)为主要原料,利用酵母菌发酵,对滁菊水果酵素的制作工艺进行了研究。以还原糖含量、黄酮含量、蛋白质含量、总酸含量以及可溶性固形物含量为指标优化得到最佳条件为火龙果添加量150 g/L、白砂糖添加145 g/L、滁菊添加量6 g/L,25 ℃恒温恒湿发酵箱发酵30 d,得到的产品还原糖含量为22.2 g/L、可溶性固形物含量为11.17%、黄酮含量为1.76%、总酸含量为2.30%、蛋白质含量为1.08 g/kg。孙淑夷[8]以荔枝汁为原料,接入酵母菌、乳酸菌,酵母菌最优发酵条件为25 ℃、24 h、接种量4%,乳酸菌最优发酵条件为37 ℃、16 h、接种量2%;最优发酵液底物参数为初始可溶性固形物含量20°Brix、氮(N)源添加量1.0%、pH值3.0、磷酸盐添加量0.4%,所得发酵液中超氧化物歧化酶(SOD)活性为52.17 U/mL、淀粉酶活性为12.15 U/mL、总酚含量为12.76 mg/100 mL。混合菌发酵过程中发酵液4种功能性酶活性均增大,SOD活性最大为51.69 U/mL,淀粉酶活性最大为12.34 U/mL,蛋白酶活性最大为4.89 U/mL,脂肪酶活性最大为0.53U/mL。南 竹等[9]发酵菠萝皮渣制备菠萝皮渣酵素,以蛋白酶活性为指标,工艺流程为萝皮渣→酶解→灭菌→接种(酵母菌)→发酵→浓缩→真空冷冻干燥→菠萝皮渣酵素,研究得到的最佳工艺条件为发酵温度23 ℃、酵母菌接种量0.3%、发酵时间16.5 h。按上述工艺所得酵素颜色均匀、有光泽,酸甜适口,并伴有发酵香味,蛋白酶活性为2 546.80 U/g。

近几年来,由于第3代水果具有超高的营养价值和药用价值,备受人们追捧,且广泛用于酵素的研究与开发。梁贵秋等[3]利用自然发酵方式,分离出能发酵桑椹原料并生产优质桑椹酵素的混合菌种(Y3),利用得到的混合菌群制备桑椹酵素的方法为桑椹磨浆按质量比1∶1.8~2.5添加低聚果糖(可溶性固形物为75%,FOS=55%),混合物灭菌后置于灭菌发酵罐降温至35~40 ℃,按质量比1.5%接入Y3,搅拌转速为 30~50 r/min,30~35 ℃恒温发酵96~168 h后停止搅拌,自然静置发酵 90~120 d,过滤分离得到桑椹酵素,该工艺获得的桑椹酵素酶活性高,酒精含量低,残糖量低。葛朋烨[10]围绕沙棘果汁酵素的制作工艺进行了研究,将沙棘果汁经初发酵和二次发酵后获得的发酵液在-80 ℃以下超低温真空冷冻干燥24 h,得到呈橘黄色粉末状沙棘果汁酵素产品,水分≤5%,蛋白酶≥(3 685±10)U/g,超氧化物歧化酶≥(525±10)U/g,脂肪酶≥(55±5)U/g,干酪乳杆菌数量≥(9.0±0.5)×108 cfu/g,香气醇厚,酸甜可口。战伟伟等[11]以蓝靛果和椰子为主要原料,研究复合酵素原液的发酵工艺,分析发酵温度、原料配比、菌种比例3个主要因素对复合酵素的影响,以花色苷含量、超氧化物歧化酶(SOD)酶活力、残糖量、总黄酮含量为考察指标,通过试验确定最佳工艺为33 ℃发酵70 d,酵母菌与双歧杆菌配比为2∶1,蓝靛果果浆与椰子果浆质量比为5∶1,得到的蓝靛果椰子复合酵素中花色苷含量为12.17 mg/g、总黄酮含量20.31 mg/g、SOD酶活力为56.74 U/mL、残糖量为4.22 mg/mL。杨培青等[12]以蓝莓果渣为主要原料,选取工艺参数为酵母菌和干酪乳酸菌的最佳接种量、发酵温度、初始pH值、发酵时间,分析其对酵母菌的蛋白酶活力、浓度及对干酪乳酸菌浓度的影响,确定最佳酵母菌发酵工艺条件为发酵液初始pH值3.5、发酵温度30 ℃、接种量0.15%、发酵时间16 h。酵母菌發酵16 h后在37 ℃条件下,发酵液pH值4.0,干酪乳杆菌接种量0.50%,静置发酵24 h,温度保持在18~20 ℃之间,静置进行24 h的后发酵,使发酵液产香,品质优良,将浓缩后的发酵液通过真空冷冻干燥,制成蓝莓果渣酵素粉状产品。

2 粮谷类酵素

粮谷类酵素主要是以糙米、大麦、谷芽、麦苗和米糠等为原料,采用活性干酵母、红曲霉等发酵剂发酵得到。通过酵母菌中间代谢,使粮谷类底物实现糖类、脂质、蛋白质间的转化,并为部分生理物质的产生提供前体物,生成数十种酶类[13]。

目前,糙米酵素是粮谷类酵素的主要产品。与精米相比,糙米保存了米糠和胚,含有γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷维醇、米糠纤维、植酸等多种生理活性成分,具有更高的营养价值。经发酵后的糙米部分有效成分大大增加,并产生了一些新的成分,如β-胡萝卜素等[14]。此外,糙米酵素中淀粉酶和蛋白酶酶活显著增强,具有较强还原性的谷光氨肽浓度也有所增加[15]。

吕 美等[15]开展糙米酵素发酵工艺优化研究,以糙米、米糠为主要原料,以还原型谷胱甘肽为指标,配入适量玉米胚油、蜂蜜,得到最优发酵条件为发酵温度(35±2) ℃、玉米胚油5%、糙米与保鲜米糠的质量比为1∶1、酵母活化液10%、水150%、添加蜂蜜8%、发酵时间2 h,糙米酵素中谷胱甘肽的含量可达2.62 mg/g。张 锐等[16]以山西大枣为主要原料,通过正交试验筛选出理想取汁工艺参数为加酶量0.2%,浸提时间4 h,浸提温度50 ℃,料水比1∶3。干法混合保鲜米糠和发芽糙米粉(混合比例为1∶1),以干粉体积计,添加8%蜂蜜、5%玉米胚油、150%水(扣除酵母活化用水)、10%酵母活化液,搅拌均匀,控温(35±2)℃,发酵2 h,糙米酵素中的谷胱甘肽含量可达到2.62 mg/g。陈庶来等[17]以新鲜米糠为原料,采用测定样品还原糖消耗量作为发酵完全程度评价指标。发酵最优工艺为酵母活化时间1 h,发酵时间取11 h,接种菌量60 g/kg。在此条件下,每8 g发酵样品中消耗的还原糖达13.682 mg,发酵较为完善。牛广财等[18]以糙米粉为原料,以淀粉酶活力为测定指标,通过正交试验优选出糙米酵素发酵的最佳中试工艺,即每100 kg原料,活性干酵母接种量4%,发酵时间6 h,发酵温度30 ℃。在该最佳条件下,产品呈乳白色,气味醇香,酸甜适口,组织状态均匀,淀粉酶活力稳定,平均值为442.2 U/g,产品质量指标合格。姜忠丽等[19]以糙米为主要原料,以理化、感官和卫生为评价指标,得到糙米酵素红曲酒的最适原料配比(大米∶糙米酵素)为3∶1。金增辉[20]以糙米为主要原料添加活性面包干酵母进行糙米酵素研究,工艺过程为保鲜米糠、发芽糙米粉→混配调制(加溶液量为35%~40%)→发酵(控温28 ℃±2 ℃,相对温度85%,初发酵2 h后再发酵1 h)→调粉制粒、压片→包装,得到的糙米酵素中不但保存了米糠、米胚中固有的营养素,还产生了新的成分,如β-胡罗卜素等,并且利于人体所吸收,与其他食品原料混配时,相溶性好,具有优异的互补性、增效性。付 俏等[21]以糙米为原料添加活性干酵母、保加利亚菌、嗜热链球菌进行发酵,以感官评定为指标,结果表明,100 mL糙米酵素乳饮料中,添加糙米酵素4 g、酸乳5 g、白砂糖15 g、柠檬酸12 g时,饮料的工艺效果最佳。梁建芬等[22]以糙米为原料,乳酸菌发酵米粉制作发酵工艺为42 ℃、48 h、料液比1∶2。张丽萍等[23]以糙米为原料,正交试验得到最佳发酵工艺条件为35 ℃、6 h、酵母用量3%,得到的糙米酵素口感酸甜、乳白色,多糖含量18.96%,植酸含量1.07%。王俊伟等[24]以糙米为主要原料,以功能活性物质γ-氨基丁酸为指标,正交试验得到最佳工艺为32 ℃、2 h、加水量100%、酵母用量12%,此发酵条件下糙米酵素中γ-氨基丁酸含量最高,达39.2 mg/kg。

郭艳萍等[25]以大麦为原料,利用大麦原有有益微生物发酵,得到的大麦酵素中总酚含量上升了29.25%;DPPH自由基、超氧自由基和ABTS自由基清除能力分别较发酵前提高了2.89%、2.95%和10.20%。结果表明,在天然发酵过程中,大麦酵素抗氧化能力大大提高。刘毅超[26]以广州籼米稻谷为主要原料,发芽处理后,去壳制成粉末,进行淀粉酶酶解和蛋白酶酶解,料液比1∶10,酶解液再由酵母菌和乳酸菌分段发酵制作酵素。冯彦君[27]以大麦苗为主要原料,通过酵母菌和乳酸菌发酵,开发出一种大麦苗酵素产品,并通过喷雾干燥,将其制成酵素粉,通过研究影响酵母菌和乳酸菌发酵的工艺参数,确定了麦苗酵素发酵的最佳工艺条件,即将冷冻大麦苗打浆、预处理后,添加6.0%蔗糖及其他营养物质,调节初始pH值至4.0,灭菌,32 ℃条件下接种0.40%酿酒酵母,发酵18 h;然后将得到的发酵液调至pH值6.3,在37 ℃条件下,接种1.5%植物乳杆菌,发酵24 h。在此条件下制得的麦苗酵素SOD活力为277.2 U/mL,酿酒酵母浓度为8.79×108 cfu/mL,植物乳杆菌浓度为8.31×108 cfu/mL,可滴定酸度为0.47%。李志江等[28]以米糠为主要原料,添加水、糖和盐等辅料制成米糠培养基,通过正交试验确定米糠培养基最佳发酵条件为面团酵母用量2%、发酵时间5 h、发酵温度30 ℃,制得的成品发酵米糠经调配制得米糠酵素食品。孙大庆等[29]以小米为主要原料,添加高活性干酵母发酵,以淀粉酶活力为检测指标,确定小米酵素的最佳发酵工艺条件为培养温度32 ℃、培养时间4.5 h、接种量3.5%,在此条件下小米酵素中淀粉酶活力最强,可以达到548.36 U/g。

3 中草药类酵素

中草药发酵是中药的传统炮制方法之一,中草药通过微生物发酵代谢可产生SOD酶等各种外源活性酶或有益次级代谢产物,获得外源性活性物质;其中复合酶破壁作用有利于中草药类中多糖、皂苷等有效活性成分充分溶出。此外,发酵处理还可去除生中草药中的刺激性成分,提高适口性,有利于中草药类尤其是药食两用或保健食品类功能性食品的研究开发。

冯 印等[30]以五味子红参为原料,进行酵母发酵,以酵母菌浓度为指标,其最佳发酵工艺为30 ℃,18 h,初始pH值为3.6,接种量在0.25%,再真空冷冻干燥浓缩发酵液得到成品。蔡爽[31]利用胞外多糖表达菌株组合(长双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌)发酵酵素,取发酵液采用苯酚—硫酸法测定胞外多糖含量,以L9(34)正交试验,确定最佳发酵条件为温度37 ℃、pH值6.0、接种量4%,加入已制备的人参提取物和白术、橘皮挥发油,按配方量称取茯苓、山药、莲子、甘草、山楂、麦芽、泽泻制成的水提取物混合即得到人参术苓酵素。杨婧娟等[32]以黄精为原料,以淀粉酶活力、SOD酶活力、多糖及皂苷含量为指标,最佳发酵工艺参数为糖添加量40%,料液比1∶10(g/mL),啤酒酵母接种量为2.4%,发酵时间3 d,得到的黄精酵素淀粉酶活力为347.33 U/g,SOD活力为131.95 U/g,多糖含量469.84 mg/g,皂苷含量1.39 mg/g,其综合评分为0.909 9。刘加友[33]在自制泡菜中分离出产GABA的乳酸菌,筛选出的3株菌均为革兰氏阳性菌,最优条件为接种量5.00%(混合乳酸菌∶酵母菌=3∶5)、MSG添加量3.05%(質量比)、初始pH值5.53,施加超声0.15 W/cm3、87.72 min,得到的产品总酶酶活和GABA分别达1 025.33 U/mL和3.64 g/L,较未施加超声发酵提高了125.56%和279.17%。

一些药食两用的材料也广泛用于酵素的研发。葛瑞宏等[34]人以桂圆水提液为发酵底物,以胞外多糖含量为评价指标,确定最佳发酵工艺条件为发酵底物浓度9%、接种量9%、菌种比例(保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌∶嗜酸乳杆菌∶青春双歧杆菌=1∶1∶1∶2)、发酵时间8 d,得到的桂圆酵素原液胞外多糖含量达1.108 6 mg/mL。抗氧化性研究表明,此原液具有一定的抗氧化活性,DPPH自由基清除能力、羟基自由基清除能力及超氧阴离子自由基清除能力较强。赵光远等[35]以红枣为主要原料,分别研究酵母菌和乳酸菌的接种量,发酵时间和发酵温度对饮料的影响,结果表明,在33 ℃下,乳酸菌接种量5%,发酵30 h后,再调节至30 ℃接种0.12%酵母菌,发酵10 h,用2%白砂糖和0.08%柠檬酸进行发酵液调配,之后放置在4 ℃冰箱进行后发酵,得到的红枣酵素饮料,酸甜可口、风味适宜,且伴有浓郁的枣香。董 洁等[36]以金丝小枣枣泥为主要原料,对酵母菌和乳酸菌的接种量、发酵培养基碳氮比、发酵温度、时间等工艺条件进行了研究。确定出最佳的工艺参数为30 ℃、12 h,碳氮比6∶1,酵母菌接种0.1%,溶氧充分;其后再静置发酵,37 ℃、28 h,乳酸菌接种量0.5%;最后在6~8 ℃条件下静置24 h,使发酵液产香。

4 其他类酵素

为了满足现代人们对营养多样性、平衡性和易吸收性的要求,各种食材都纷纷被应用到酵素食品的研究和开发中,杨婧娟等[37]以芦荟、山楂、山药、薏苡仁和枸杞为原料,按1∶1比例混合使用葡萄酒酵母、啤酒酵母,以蛋白酶活力,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力,多糖含量为指标,研究发现最优配方组合为芦荟10.00%、枸杞45.29%、山楂24.71%、山药10.00%、薏苡仁10.00%,得到的产品各项指标值为蛋白酶活力293.04 U/g、SOD酶活力57.00 U/g、多糖含量11.42 mg/g,综合评分0.905 9。艾学东等[38]以水果(苹果、山楂、葡萄、树莓、梨)和植物(大麦幼苗、桑叶、黄秋葵、红薯叶)为主要原料,以口感和色泽为指标评定,正交试验确定水果植物复合酵素饮料的最佳配方为复合酵素原液24%、白砂糖6%、蜂蜜1%。莫大美等[39]研究了酵母菌和乳酸菌,酵母菌、醋酸菌和乳酸菌复合菌种发酵法制备玫瑰酵素的最佳工艺,最优双菌种发酵条件为酵母菌接种量1.99%、酵母菌发酵时间9.13 d,乳酸菌接种量1.27%,乳酸菌发酵时间10.98 d,此优化条件下SOD酶活性为245.3 U/mL,接近理论值246.45 U/mL。在双菌种优化条件下,接种2%醋酸菌增加酵素口感和风味,发酵20 d,SOD酶活性虽低于双菌发酵,但产品具有玫瑰红色和玫瑰花味,淡淡酒香,酸甜适宜。

5 展望

从2007年开始,酵素进入我国市场,近年来逐年升温,目前已成为国人最青睐的健康养生食品之一,食品酵素的发展空间和成长潜力巨大。因此,除了不断拓宽食品酵素原料的范围,很有必要采用现代食品加工中的新手段、新技术研究开发新型的复合食品酵素以及深入研究酵素的功能成分。此外,除了以常用的酵母、益生菌等微生物作为酵素发酵菌种外,可多发掘可用于酵素发酵的新菌种,以进一步开发出功能性更全面的酵素产品。

6 参考文献

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