黃寧馨，丁士勇，劉 睿,2，魯 群，朱和平

主成分分析法優(yōu)選枸杞乳酸菌發(fā)酵飲品發(fā)酵劑

黃寧馨1，丁士勇1，劉 睿1,2※，魯 群1，朱和平3

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華中都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；3. 湖北枸杞珍酒業(yè)有限公司，恩施土家族苗族自治州 445300）

乳酸菌發(fā)酵作為果蔬汁的一種綠色加工技術(shù)，不僅可以賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，還可以轉(zhuǎn)化其中的活性物質(zhì)，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值和保健功效。該研究以湖北雜交枸杞為原料，使用6種乳酸菌（植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌及發(fā)酵乳桿菌）進(jìn)行發(fā)酵，研究發(fā)酵前后枸杞果汁理化特性、主要活性成分及體外抗氧化變化，并利用主成分分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)優(yōu)選出理想的發(fā)酵菌株。結(jié)果表明，6種乳酸菌在枸杞果汁中生長良好，活菌數(shù)均能達(dá)到10.0 lg CFU/mL以上。發(fā)酵后的枸杞果汁中總糖和還原糖含量顯著降低（<0.05），且植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力更強(qiáng)，發(fā)酵后總酸含量達(dá)6.74、6.07 g/kg。與未發(fā)酵枸杞果汁相比，經(jīng)植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌、鼠李糖乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的枸杞果汁中總酚含量增加了13.76%～28.07%，而嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵后無顯著性差異（>0.05）。6種乳酸菌發(fā)酵后枸杞果汁中總黃酮含量增加了55.80%～161.97%。發(fā)酵枸杞果汁的抗氧化活性與發(fā)酵前相比均有顯著提高（<0.05）?；谥鞒煞址治龅木C合評(píng)價(jià)函數(shù)顯示經(jīng)植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的枸杞果汁品質(zhì)更優(yōu)，適宜作為開發(fā)枸杞高值化綠色加工飲品的發(fā)酵劑。

菌；發(fā)酵；主成分分析；乳酸菌；湖北雜交枸杞

0 引 言

枸杞是中國傳統(tǒng)的藥食同源植物，其果實(shí)為鮮亮的橢球狀漿果，含有多種功能成分，具有抗衰老、免疫調(diào)節(jié)、抗動(dòng)脈粥樣硬化等多種功能活性[1]。湖北雜交枸杞是以寧夏栽培枸杞誘導(dǎo)加倍，再與湖北當(dāng)?shù)匾吧坭诫s交后成功選育出的品種，改變了寧夏枸杞直接引種江漢平原不耐漬、不耐濕、發(fā)生嚴(yán)重根腐、黑果的問題，后被引種到建始縣[2]。目前湖北雜交枸杞在建始縣種植面積已達(dá)467 hm2，可年產(chǎn)鮮果超1 000 t，成為當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)和鄉(xiāng)村振興的重要產(chǎn)業(yè)之一。但湖北雜交枸杞由于水分含量高達(dá)90%以上，前期研究發(fā)現(xiàn)其難以加工成傳統(tǒng)干制品枸杞子[3]，因此亟需開發(fā)新型枸杞加工產(chǎn)品，以提高湖北雜交枸杞的附加值，避免果農(nóng)豐產(chǎn)不豐收現(xiàn)象的發(fā)生。

乳酸菌發(fā)酵作為一種綠色果蔬加工方式，不僅可以賦予果蔬汁產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，還可以轉(zhuǎn)化基質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)，提高產(chǎn)品生物活性，具有廣闊的市場前景[4-6]。有研究發(fā)現(xiàn)苦瓜汁經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后有機(jī)酸、總酚含量增加，而且抗氧化活性增強(qiáng)[7]；檸檬汁經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后抗氧化活性和抑菌活性也明顯增強(qiáng)[8]。國內(nèi)外也已有部分學(xué)者關(guān)注乳酸菌發(fā)酵枸杞汁飲料的相關(guān)研究，汪云陽等[9]以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定了植物乳桿菌發(fā)酵枸杞汁的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)。喬博鑫等[10]對(duì)保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌復(fù)合發(fā)酵枸杞汁的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)使用乳酸菌與芽孢桿菌復(fù)合發(fā)酵可以增加枸杞汁中酚類物質(zhì)和揮發(fā)性成分含量，增強(qiáng)其抗氧化活性[11]。但是不同的乳酸菌在枸杞果汁中的生長與發(fā)酵性能不同，對(duì)外界環(huán)境的抵抗能力和對(duì)果汁營養(yǎng)成分及活性的影響也有較大差異，而目前國內(nèi)外有關(guān)不同乳酸菌發(fā)酵的枸杞果汁品質(zhì)評(píng)價(jià)體系尚未見報(bào)道。

主成分分析法是一種采用降維的思想，利用較少的綜合指標(biāo)代替原先的較多的變量，使復(fù)雜的信息簡單化的分析方法，可以對(duì)指標(biāo)進(jìn)行簡化，降低人為因素干擾，目前已廣泛應(yīng)用于果蔬產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)價(jià)[12-13]。近年來有研究者將主成分分析應(yīng)用于果蔬發(fā)酵產(chǎn)品的菌株篩選中，Michalak等[14]對(duì)10種乳酸菌發(fā)酵羽衣甘藍(lán)汁的理化及功能特性進(jìn)行主成分分析，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)篩選出3種乳酸菌作為羽衣甘藍(lán)汁發(fā)酵菌株；辛明等[15]采用主成分分析和聚類分析對(duì)11種不同酵母菌株釀造的冬瓜酒品質(zhì)評(píng)價(jià)，確定了羥基自由基清除率、氧自由基清除率、濁度等指標(biāo)為評(píng)價(jià)冬瓜酒品質(zhì)的主要指標(biāo)，篩選出BV818酵母、F45酵母為冬瓜酒加工的更優(yōu)菌種。

本研究以湖北雜交枸杞為原料，利用6種不同乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵，分析發(fā)酵前后理化品質(zhì)、活性成分及抗氧化活性等12項(xiàng)指標(biāo)，并基于主成分分析對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出適合開發(fā)湖北雜交枸杞乳酸菌發(fā)酵飲品的乳酸菌發(fā)酵劑，以進(jìn)一步提高湖北雜交枸杞深加工產(chǎn)品的營養(yǎng)保健作用，為建始縣枸杞的高值化綠色加工提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與主要試劑

湖北雜交枸杞，湖北枸杞珍酒業(yè)有限公司；植物乳桿菌（，Lp90）、嗜酸乳桿菌（，LA85）、干酪乳桿菌（，LC89）、鼠李糖乳桿菌（，LRa05）、發(fā)酵乳桿菌（，LF61）來自江蘇微康生物科技有限公司；嗜熱鏈球菌（，ATCC 19987）為實(shí)驗(yàn)室保藏；MRS培養(yǎng)基（Man Rogosa Sharpe Medium，MRS）和LB肉湯培養(yǎng)基（Luria-Bertani Broth，LB）購自青島海博生物公司；福林酚、蘆丁、Trolox（維生素E衍生物）及1,1-二苯基苦基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）購自上海源葉生物科技有限公司；白砂糖為食品級(jí)；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；pHi510 pH計(jì)，美國貝克曼公司；UV-Vis 分光光度計(jì)，日本SHIMADZU公司；電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；攪拌機(jī)，飛利浦飛利浦家庭電器（珠海）有限公司；低溫高速離心機(jī)，美國貝克曼公司；全波長酶標(biāo)儀，美國Thermo Fisher公司；HTX多功能酶標(biāo)儀，美國伯騰儀器有限公司；HPY300恒溫培養(yǎng)箱，武漢海聲達(dá)儀器設(shè)備有限公司；5W-EF-2FD無菌操作臺(tái)，國華電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 枸杞乳酸菌發(fā)酵果汁制備工藝流程

將冷凍的枸杞鮮果自然解凍后，挑選飽滿、無腐爛的鮮果，清洗，與水1:3（質(zhì)量/體積）混合打汁、破碎，添加3%糖，經(jīng)90 ℃，15 min滅菌，冷卻至室溫，得到未發(fā)酵枸杞汁。將6種乳酸菌菌粉分別接種到滅菌后的MRS液體培養(yǎng)基，37 ℃培養(yǎng)24 h，活化2代后以5 000 r/min 條件下離心15 min，使用無菌生理鹽水清洗3次后，與無菌生理鹽水混合得到菌懸液，分別以3%接種量接種到未發(fā)酵枸杞汁中，接種后菌濃度為（8.0±0.4）lg CFU/mL，37 ℃發(fā)酵48 h。

1.3.2 枸杞乳酸菌發(fā)酵果汁的理化指標(biāo)測定

活菌數(shù)：采用平板稀釋法，參考《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)GB 4789.35-2016》[16]；pH值：采用pH酸度計(jì)測定；總酸：參照《食品中總酸的測定GB/T 12456-2008》，以乳酸計(jì)量[17]；總糖和還原糖：采用3,5-二硝基水楊酸比色法（3,5-Dinitrosalicylic acid，DNS）測定[18]；可溶性蛋白質(zhì)：采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定。

1.3.3 枸杞乳酸菌發(fā)酵果汁的主要活性成分測定

總酚含量采用福林酚法進(jìn)行測定，結(jié)果以沒食子酸當(dāng)量表示[19]；總黃酮采用硝酸鋁比色法測定，結(jié)果以蘆丁當(dāng)量表示[19]；多糖經(jīng)水提醇沉后使用苯酚硫酸法測定[20]。

1.3.4 枸杞乳酸菌發(fā)酵果汁的體外抗氧化活性測定

1）DPPH自由基清除活性的測定

方法[21]，吸取50L樣品溶液，加入0.2 mmol/L DPPH乙醇溶液150L，室溫避光反應(yīng)30 min，于517 nm處測定吸光值。用超純水代替樣品作為空白對(duì)照，用水代替DPPH作為樣品對(duì)照，清除率按照式（1）計(jì)算。

2）總還原力的測定

參考文獻(xiàn)方法[22]，在離心管中加入500L 0.2 mmol/L pH值6.6的磷酸鹽緩沖液和一定濃度的樣品溶液200L，再加入1%鐵氰化鉀500L，于50 ℃水浴中加熱反應(yīng)20 min，冷至室溫后加入10%三氯乙酸500L，5 000 r/min離心10 min，取上清液500L加入蒸餾水500L 和0.1%三氯化鐵溶液100L，混勻靜置10 min，于700 nm處測定吸光度值1，空白對(duì)照用蒸餾水代替樣品測定吸光值0。1?0越大說明Fe3+總還原能力越強(qiáng)，樣品的總還原能力越強(qiáng)。

3）氧自由基吸收能力（Oxygen Free Radical Absorption Capacity，ORAC）的測定

參照文獻(xiàn)方法[23]，并作適當(dāng)修改。用75 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液依次配制200、100、50、12.5、6.25M的Trolox標(biāo)準(zhǔn)溶液，向全黑 96 孔板中加入25L上述各濃度溶液，同時(shí)設(shè)置對(duì)照組和空白，再加入150L的熒光素鈉溶液，于37 ℃下溫育10 min，最后向板中加入153 mmol/L AAPH 溶液50L，在激發(fā)波長485 nm，發(fā)射波長528 nm測定熒光強(qiáng)度，每分鐘測定1次，測定120 min。以Trolox濃度為橫坐標(biāo)，熒光衰退凈面積net AUC為縱坐標(biāo)，繪制ORAC（Oxygen Radical Absorption Capacity）標(biāo)準(zhǔn)曲線。取稀釋一定倍數(shù)的樣品溶液進(jìn)行上述試驗(yàn)方法計(jì)算AUC，計(jì)算方法如式（2），代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，ORAC值以Trolox當(dāng)量表示。

式中AUC為熒光衰退面積；1為第1次熒光讀數(shù)值；n為第次熒光讀數(shù)值

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)設(shè)置3次平行。使用Excel 2016和GraphPad Prism 8.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與制圖，使用SPSS 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析。由于不同指標(biāo)的量綱不統(tǒng)一，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前，進(jìn)行了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化方法為每一變量值與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差。使用SPSS 26.0對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，以各主成分對(duì)應(yīng)的方差相對(duì)貢獻(xiàn)率為權(quán)重，對(duì)主成分得分和相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和構(gòu)建發(fā)酵枸杞汁品質(zhì)的評(píng)價(jià)函數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同菌株對(duì)枸杞果汁發(fā)酵后理化特性的影響

不同乳酸菌對(duì)枸杞果汁理化特性的影響如表1所示。發(fā)酵48 h后，6種乳酸菌在枸杞汁中均能達(dá)到10.0 lg CFU/mL以上，表明枸杞果汁中營養(yǎng)充足，適合乳酸菌生長。在發(fā)酵過程中，乳酸菌利用果汁中的糖類作為碳源產(chǎn)酸，經(jīng)發(fā)酵后，總糖含量降低了27.1%～59.7%，還原糖含量降低了14.2%～56.6%。植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌在枸杞果汁中具有更高的產(chǎn)酸能力，發(fā)酵后總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)6.74、6.07 g/kg。不同乳酸菌發(fā)酵的枸杞果汁可溶性蛋白含量具有差異，除干酪乳桿菌外，其他乳酸菌發(fā)酵枸杞果汁可溶性蛋白增加，這可能是由于枸杞果汁中的蛋白質(zhì)被分解成多肽和一些有一定空間結(jié)構(gòu)但分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)，增加了其溶解性，從而提高了可溶性蛋白含量[11]。

表1 不同菌株對(duì)枸杞果汁理化特性的影響

注：a、b、c 表示同列不同種類間的顯著性差異（<0.05）。下同。

Note: Data with different superscript letters in the same column different types were significantly different (<0.05). The same below.

2.2 不同菌株發(fā)酵對(duì)枸杞果汁活性成分的影響

枸杞果汁主要活性成分經(jīng)不同乳酸菌發(fā)酵前后的變化如圖1所示，植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌、鼠李糖乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵后總酚含量增加了13.76%～28.07%，而嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵后無顯著性差異（0.05）。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，枸杞果汁的總黃酮含量增加了55.80%～161.97%。許多研究表明發(fā)酵可以增加果汁中總酚和總黃酮的含量[24-25]，但不同菌株發(fā)酵導(dǎo)致果汁中總酚和總黃酮含量的變化具有一定的差異，Kwaw等[26]使用植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌發(fā)酵桑葚汁后總酚和總黃酮含量都顯著增加，且植物乳桿菌發(fā)酵桑葚果汁中總酚含量顯著高于其他兩種乳酸菌；賴婷等[27]比較嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌等7種不同乳酸菌對(duì)桂圓漿品質(zhì)的影響，植物乳桿菌提高桂圓肉游離態(tài)酚類物質(zhì)含量和釋放結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)的能力要明顯優(yōu)于其他乳酸菌種。在本研究中，和其他乳酸菌相比，植物乳桿菌也使得產(chǎn)品中具有更高的總酚和總黃酮含量，這可能是因?yàn)樗軌蛟诎l(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生多種酶，使糖苷鍵和酯鍵等分解，釋放出可溶或不溶的結(jié)合酚類化合物[28]。

經(jīng)發(fā)酵后，植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌和鼠李糖乳桿菌作為菌種的果汁中多糖含量顯著降低（<0.05），在發(fā)酵過程中，他們利用枸杞多糖作為碳源或產(chǎn)生的酶將其降解，生成了小分子物質(zhì)，致使多糖含量降低；而干酪乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌為菌種的枸杞果汁經(jīng)發(fā)酵后多糖含量顯著增加（<0.05），這可能與乳酸菌在生長代謝過程中產(chǎn)胞外多糖有關(guān)[29]。

2.3 不同菌株發(fā)酵對(duì)枸杞果汁抗氧化活性的影響

枸杞果汁經(jīng)不同乳酸菌發(fā)酵前后的抗氧化活性的變化如圖2所示，DPPH自由基清除率和總還原力是一種基于電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)清除自由基的方法，而ORAC方法的原理是通過抑制氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)過程終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因此這兩類方法可以從不同機(jī)制評(píng)價(jià)枸杞果汁發(fā)酵后的抗氧化能力[30]。由圖可知，除干酪乳桿菌外，枸杞果汁經(jīng)發(fā)酵后的DPPH自由基清除能力和總還原能力顯著增加（<0.05），ORAC法顯示植物乳桿菌、干酪乳桿菌及發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的枸杞果汁具有更高的抗氧化活性。果蔬汁抗氧化活性的主要貢獻(xiàn)之一是其酚類化合物的含量，乳酸菌能夠通過酚酸脫羧酶、糖基水解酶或酯酶等將酚類化合物轉(zhuǎn)化為生物活性衍生物，從而具有更高的抗氧化活性[31]，如植物乳桿菌發(fā)酵櫻桃汁后出現(xiàn)原兒茶酸向兒茶酚以及咖啡酸向二氫咖啡酸的生物轉(zhuǎn)化[32]。此外，乳酸菌自身具有的一定的抗氧化活性，可產(chǎn)生超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、硫醇類等活性抗氧化性物質(zhì)[33]，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品的抗氧化活性有一定的貢獻(xiàn)。

抗氧化能力評(píng)價(jià)指標(biāo)與發(fā)酵枸杞果汁主要活性成分（總黃酮、總酚、多糖）的相關(guān)系數(shù)如表2所示。在本研究中，DPPH自由基清除活性與總酚和總黃酮含量極顯著相關(guān)（<0.01）；總還原能力與總酚含量顯著相關(guān)（<0.05），與總黃酮含量極顯著正相關(guān)（<0.01），而多糖與總還原力及ORAC活性均無顯著相關(guān)性，這可能與部分菌株發(fā)酵枸杞果汁后多糖含量顯著降低有關(guān)。

表2 發(fā)酵枸杞果汁的抗氧化能力和主要活性成分的相關(guān)系數(shù)

注：**表示在<0.01水平上，極顯著相關(guān)；*表示在<0.05水平上，顯著相關(guān)。

Note: ** and * are extremely significant or significant at 0.01 and 0.05 level, respectively.

2.4 基于主成分分析篩選最適枸杞果汁發(fā)酵的菌株

本研究利用SPSS 26.0對(duì)未經(jīng)發(fā)酵枸杞果汁和分別經(jīng)6種不同乳酸菌發(fā)酵的枸杞果汁的活菌數(shù)、pH值、總酸、可溶性蛋白、還原糖、總糖、總酚、總黃酮、多糖、DPPH、總還原力、ORAC共12項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，結(jié)果見表3。由表3可知，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到82.344%，符合主成分分析法貢獻(xiàn)率累加和>80%的要求，因此對(duì)于其主成分而言，發(fā)酵枸杞果汁品質(zhì)只需3個(gè)主成分便可以表現(xiàn)出12種指標(biāo)。

因每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，組合中各變量對(duì)主成分的影響可用載荷表示，載荷絕對(duì)值越大，其影響越大。由表4可知，活菌數(shù)、pH值、總酸、總糖和還原糖是影響主成分1的主要特征向量，可溶性蛋白、總酚和總黃酮是影響主成分2的主要特征向量，當(dāng)可溶性蛋白、總酚和總黃酮含量高時(shí)，第2主成分較大，多糖和ORAC是影響主成分3的主要特征向量，當(dāng)多糖含量和ORAC活性較高時(shí)，第3主成分較大。第1主成分反映發(fā)酵枸杞果汁的理化特性，也在一定程度上反映了果汁的滋味特性，第2和第3主成分主要反映了發(fā)酵枸杞果汁的營養(yǎng)特性和抗氧化能力。

根據(jù)表3中的特征值和表4中各指標(biāo)的主成分載荷，可以分別得到3個(gè)主成分的函數(shù)表達(dá)式1、2和3：

1=0.2721+0.122?0.2123?0.1654?0.2885?

0.346?0.0517+0.0018+0.0029?0.10910?

0.10111+0.00812（3）

2=?0.0921+0.0822+0.0223+0.334+0.1535+

0.1846+0.2317+0.1918?0.0679+0.23310+

0.24511+0.10612（4）

3=?0.0121+0.0372?0.0563?0.0344+0.235?

0.1176?0.017+0.0458+0.4759?0.24410+

0.22911+0.44812（5）

式中1～12分別表示活菌數(shù)、pH值、總酸、可溶性蛋白、還原糖、總糖、總酚、總黃酮、多糖、DPPH清除活性、總還原力、ORAC值。將3個(gè)主成分以及各主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，得到綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：=0.351+0.342+0.143，結(jié)果見表5。從表5可知，綜合得分值前二的是植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌，這些菌種發(fā)酵的枸杞果汁綜合品質(zhì)性狀更優(yōu)良。

表3 主成分的特征值及貢獻(xiàn)率

表4 不同菌株發(fā)酵枸杞果汁品質(zhì)載荷矩陣

表5 綜合得分和排名

3 結(jié) 論

枸杞果汁乳酸菌發(fā)酵飲品開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)之一是菌株的篩選，不同乳酸菌菌株在果汁中的生長與發(fā)酵性能不同，對(duì)果汁的營養(yǎng)成分及活性的影響也不相同。研究結(jié)果表明枸杞果汁經(jīng)6種不同乳酸菌發(fā)酵后理化指標(biāo)、營養(yǎng)成分及抗氧化活性均發(fā)生了顯著的變化。其中，植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸最多，達(dá)6.74、6.07 g/kg，總糖和還原糖含量顯著降低（<0.0.5）；使用植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌、鼠李糖乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的枸杞果汁中總酚含量增加了13.76%～28.07%，而嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵后無顯著性差異（>0.05）。6種乳酸菌發(fā)酵后枸杞果汁中總黃酮含量增加了55.80%～161.97%。此外，干酪乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵使枸杞果汁中多糖含量顯著增加（<0.0.5）。乳酸菌發(fā)酵可顯著提高枸杞果汁的DPPH自由基清除率、總還原力和ORAC活性，相關(guān)性分析結(jié)果表明抗氧化活性與總酚和總黃酮顯著相關(guān)（<0.0.5）。

本研究采用主成分分析法對(duì)不同菌種發(fā)酵的枸杞發(fā)酵汁品質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以活菌數(shù)、pH值、總糖、還原糖、可溶性蛋白、總酚、多糖、ORAC活性為評(píng)價(jià)主要指標(biāo)，這些指標(biāo)涵蓋了發(fā)酵力、營養(yǎng)品質(zhì)、功能性3個(gè)層面，綜合反映了發(fā)酵枸杞果汁的品質(zhì)，6種乳酸菌菌種發(fā)酵對(duì)枸杞發(fā)酵汁的綜合品質(zhì)影響從高到低的排序?yàn)椋褐参锶闂U菌、發(fā)酵乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、嗜熱鏈球菌、干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌，其中植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌可以作為枸杞發(fā)酵乳酸菌飲品開發(fā)的優(yōu)選菌株。本研究為乳酸菌發(fā)酵枸杞果汁產(chǎn)品開發(fā)及建始縣枸杞的加工利用提供了參考。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] Donno D, Beccaro G L, Mellano M G, et al. Goji berry fruit (spp.): Antioxidant compound fingerprint and bioactivity evaluation [J]. Journal of Functional Foods, 2015, 18: 1070-1085.

[2] 戴凱書. 湖北雜交枸杞及系列產(chǎn)品開發(fā)研究進(jìn)展[J]. 湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，14(3)：77-80.

Dai Kaishu. Research progress of Hubei hybrid structure and series products development[J]. Journal of Hubei Agricultural College, 1994, 14(3): 77-80. (in Chinese with English abstract)

[3] 向宇，魯群，譚軍，等. 響應(yīng)面分析優(yōu)化枸杞渾濁汁飲料穩(wěn)定工藝研究[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2017，31(11)：2154-2163.

Xiang Yu, Lu Qun, Tan Jun, et al. Optimization of the stabilization technology of Chinese wolfberry cloudy juice by response surface methodology[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2017, 31(11): 2154-2163. (in Chinese with English abstract)

[4] Li Z, Teng J, Lyu Y, et al. Enhanced antioxidant activity for apple juice fermented withATCC14917[J]. Molecules, 2018, 24: 51-67.

[5] Ricci A, Cirlini M, Maoloni A, et al. Use of dairy and plant-derivedas starters for cherry juice fermentation[J]. Nutrients, 2019, 11: 213.

[6] Morais S G G, da Silva C B G, Dos Santos L M, et al. Effects of probiotics on the content and bioaccessibility of phenolic compounds in red pitaya pulp[J]. Food Res Int, 2019, 126: 108681.

[7] Gao H, Wen J J, Hu J L, et al. Momordica charantia juice withfermentation: Chemical composition, antioxidant properties and aroma profile[J]. Food Bioscience, 2019, 29: 62-72.

[8] Hashemi S M B, Mousavi Khaneghah A, Barba F J, et al. Fermented sweet lemon juice () usingLS5: Chemical composition, antioxidant and antibacterial activities[J]. Journal of Functional Foods, 2017, 38: 409-414.

[9] 汪云陽，單靜博，陳亞楠，等. 枸杞發(fā)酵飲料的工藝優(yōu)化及其風(fēng)味物質(zhì)分析[J]. 食品研究與開發(fā)，2020，41(18)：40-47.

Wang Yunyang, Shan Jingbo, Chen Yanan, et al. Optimization of fermentation technology and analysis of flavor substances of wolfberry[J]. Food Research and Development, 2020, 41(18): 40-47. (in Chinese with English abstract)

[10] 喬博鑫，邢紫娟，郭紅蓮. 乳酸菌發(fā)酵枸杞過程中理化指標(biāo)及風(fēng)味物質(zhì)的變化[J]. 食品工業(yè)科技，2019，40(9)：6-12.

Qiao Boxin, Xing Zijuan, Guo Honglian. Changes of physicochemical indexes and flavor components in the fermentation process ofby lactic acid bacteria [J]. Science and Technology of Food Industry, 2019, 40(9): 6-12. (in Chinese with English abstract)

[11] Liu Y X, Cheng H, Liu H Y, et al. Fermentation by multiple bacterial strains improves the production of bioactive compounds and antioxidant activity of goji juice[J]. Molecules, 2019, 24(19): 3519.

[12] 公麗艷，孟憲軍，劉乃僑，等. 基于主成分與聚類分析的蘋果加工品質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(13)：276-285.

Gong Liyan, Meng Xianjun, Liu Naiqiao, et al. Evaluation of apple quality based on principal component and hierarchical cluster analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(13): 276-285. (in Chinese with English abstract)

[13] 吳澎，賈朝爽，范蘇儀，等. 櫻桃品種果實(shí)品質(zhì)因子主成分分析及模糊綜合評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(17)：291-300.

Wu Peng, Jia Chaoshuang, Fan Suyi, et al. Principal component analysis and fuzzy comprehensive evaluation of fruit quality in cultivars of cherry[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(17): 291-300. (in Chinese with English abstract)

[14] Michalak M, Kubik-Komar A, Wa?ko A, et al. Starter culture for curly kale juice fermentation selected using principal component analysis[J]. Food Bioscience, 2020, 35: 2212-4292.

[15] 辛明，李昌寶，孫健，等.基于主成分和聚類分析的冬瓜酒品質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2019，40(8)：1638-1644.

Xin Ming, Li Changbao, Sun Jian, et al. Evaluation of wax gourd wine based on principal components and cluster analysis[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019, 40(8): 1638-1644. (in Chinese with English abstract)

[16] 國家食品藥品監(jiān)督管理總局.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn): GB 4789.35-2016 [S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[17] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.食品中總酸的測定: GB/T 12456-2008 [S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[18] 鄭欣. 荔枝汁乳酸菌發(fā)酵飲料的工藝研究[D]. 南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

Zheng Xin. Study on Fermentation Technology of Lactic Acid Bacteria in Litchi Juice[D]. Nanchang: Jiangxi Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[19] Khan S A, Liu L, Lai T, et al. Phenolic profile, free amino acids composition and antioxidant potential of dried longan fermented by lactic acid bacteria[J]. J Food Sci Technol, 2018, 55(12): 4782-4791.

[20] 馬曉娟，謝有發(fā)，余銀芳，等. 發(fā)酵枸杞原漿中多糖、活菌數(shù)的變化規(guī)律[J]. 食品安全導(dǎo)刊，2019(28)：62-65.

Ma Xiaojuan, Xie Youfa, Yu Yinfang, et al. Changes of polysaccharide and viable bacteria in fermentedpulp[J]. China Food Safety Magazine, 2019(28): 62-65. (in Chinese with English abstract)

[21] Mousavi Z E, Mousavi M. The effect of fermentation byon the physicochemical and functional properties of liquorice root extract[J]. LWT-Food Science and Technology, 2019, 105: 164-168.

[22] Wang Lu, Luo You, Wu Yana, et al. Fermentation and complex enzyme hydrolysis for improving the total soluble phenolic contents, flavonoid aglycones contents and bio-activities of guava leaves tea[J]. Food Chemistry, 2018, 264: 189-198.

[23] Hernández-Ledesma B, Amigo A, Isidra R, et al. ACE-Inhibitory and radical-scavenging activity of peptides serived from-lactoglobulin f(19?25)[J]. Interactions with Ascorbic Acid. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(9): 3392-3397.

[24] Mantzourani I, Kazakos S, Terpou A, et al. Potential of the probioticATCC 14917 strain to produce functional fermented pomegranate juice[J]. Foods, 2018, 8(1): 4.

[25] Zhou Yan, Wang Ruimin, Zhang Yefang, et al. Biotransformation of phenolics and metabolites and the change in antioxidant activity in kiwifruit induced byfermentation[J]. J Sci Food Agric, 2020, 100(8): 3283–3290.

[26] Kwaw E, Ma Y, Tchabo W, et al. Effect of lactobacillus strains on phenolic profile, color attributes and antioxidant activities of lactic-acid-fermented mulberry juice[J]. Food Chem, 2018, 250: 148-154.

[27] 賴婷，劉磊，張名位，等. 不同乳酸菌發(fā)酵對(duì)桂圓肉中酚類物質(zhì)及抗氧化活性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49(10)：1979-1989.

Lai Ting, Liu Lei, Zhang Mingwei, et al. Effect of lactic acid bacteria fermentation on phenolic profiles and antioxidant activity of dried longan flesh[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(10): 1979-1989. (in Chinese with English abstract)

[28] Landete J M, Curiel J A, Rodríguez H, et al. Aryl glycosidases fromincrease antioxidant activity of phenolic compounds[J]. Journal of Functional Foods, 2014, 7(1): 322-329.

[29] 龔小潔，余元善，徐玉娟，等. 鮮龍眼果肉的干酪乳桿菌發(fā)酵特性的研究[J]. 食品科技，2015，40(6)：6-10.

Gong Xiaojie, Yu Yuanshan, Xu Yujuan, et al. Fermentation characteristic ofin fresh longan pulp[J]. Food Science and Technology, 2015, 40(6): 6-10. (in Chinese with English abstract)

[30] 王曉宇，杜國榮，李華. 抗氧化能力的體外測定方法研究進(jìn)展[J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，31(3)：247-252.

Wang Xiaoyu, Du Guorong, Li Hua. Progress of analytical methods for antioxidant capacity in vitro [J]. Journal of Food Science and Biotechnology, 2012, 31(3): 247-252. (in Chinese with English abstract)

[31] Szutowska J. Functional properties of lactic acid bacteria in fermented fruit and vegetable juices: A systematic literature review[J]. European Food Research and Technology, 2020, 246(3): 357-372.

[32] Ricci A, Cirlini M, Maoloni A, et al. Use of dairy and plant-derived lactobacilli as starters for cherry juice fermentation[J]. Nutrients, 2019; 11(2): 213.

[33] 趙彤，鐘宜科，荀一萍，等. 乳酸菌抗氧化性及其作用機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 中國食品添加劑，2018，175(9)：202-209.

Zhao Tong, Zhong Yike, Xun Yiping et al. Research progress on antioxidation and regulation mechanism of lactic acid bacteria[J]. China food additives, 2018, 175(9): 202-209. (in Chinese with English abstract)

Optimizing lactic acid bacteria starter culture for wolfberry juice fermentation using principal component analysis

Huang Ningxin1, Ding Shiyong1, Liu Rui1,2※, Lu Qun1, Zhu Heping3

(1.,,,,430070,;2.,430070,; 3..,,445300,)

Wolfberry () is a typical traditional Chinese medicinal and edible fruit, sharing a variety of ingredients and functional activities, such as anti-aging, immune regulation, and anti-atherosclerosis. One of the wolfberry cultivars, Hubei hybrid wolfberry was introduced from the doubled Ningxia wolfberry that crossed with the local wild one in Enshi Prefecture, Jianshi County of Hubei Province in China. A previous study found that this new type of wolfberry was not suitable to process into the conventional dried products, due mainly to higher moisture content, compared with the original Ningxia wolfberry. Therefore, it is highly urgent to develop a new processing approach for the wolfberry products, further improving the conversion rate of Hubei hybrid wolfberry. Alternatively, a characteristic fruit fermentation using lactic acid bacteria can provide a unique flavor product, while transform the types and increase the content of active substances for high nutritional value and health benefits. However, only a few reports were focused on the effects of lactic acid bacteria fermentation on the nutritional quality of wolfberry juice. Taking Hubei hybrid wolfberry as raw material, this study aims to investigate the physicochemical properties, main active components, and antioxidant activityof wolfberry juice before and after lactic acid bacteria fermentation. 6 kinds of lactic acid bacteria were selected (,,,,and) for fermentation. A principal component analysis was utilized to evaluate the quality of fermented wolfberry juice, where the most suitable lactic acid bacteria strain was obtained for wolfberry juice fermentation. The results showed that 6 kinds of lactic acid bacteria grew well in wolfberry juice, where the viable count reached above 10.0 lg CFU/mL. The total contents of sugar and reducing sugar in the juice were significantly reduced (<0.05) after fermentation. A high capacity of acid production was achieved in theand, where the total acid contents were 6.74 and 6.07 g/kg, respectively. The total phenol content in wolfberry juice fermented by,,andincreased by 13.76% to 28.07%, compared with unfermented wolfberry juice. Nevertheless, there was no significant difference in the content of total phenols in the wolfberry juice fermented byand(>0.05). The total flavonoid content increased by 55.80% to 161.97% after fermentation. The antioxidant activities of fermented wolfberry juice were also significantly improved (<0.05). Correlation analysis showed that the increase in antioxidant activity was closely related to the content of total phenols and total flavonoids. Three principal components were extracted in a principal component analysis, covering three levels of fermentability, nutritional quality, and functionality, indicating a higher quality of fermented wolfberry juice. The cumulative variance contribution rate was 82.344%. The comprehensive score ranking demonstrated that the quality of wolfberry juice fermented byandwas better, suitable for a starter for green processed beverages of Hubei hybrid wolfberry.

bacteria; fermentation; principal component analysis; lactic acid bacteria; Hubei hybrid wolfberry

2020-12-19

2021-03-09

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（項(xiàng)目批號(hào)：2662015PY023）

黃寧馨，研究方向?yàn)楣δ苁称放c分子營養(yǎng)。Email：657027488@qq.com

劉睿，博士，教授，研究方向?yàn)楣δ苁称放c分子營養(yǎng)。Email：liurui89634@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.035

TS275.4

A

1002-6819(2021)-07-0286-07

黃寧馨，丁士勇，劉睿，等. 主成分分析法優(yōu)選枸杞乳酸菌發(fā)酵飲品發(fā)酵劑[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(7)：286-292. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.035 http://www.tcsae.org

Huang Ningxin, Ding Shiyong, Liu Rui, et al. Optimizing lactic acid bacteria starter culture for wolfberry juice fermentation using principal component analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 286-292. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.035 http://www.tcsae.org