秦 明,賈英民

(北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院,北京 100048)

核桃(JuglansregiaL.)屬胡桃科(Juglandaceae)核桃屬(JuglansL.)[1],是世界重要堅(jiān)果,我國(guó)核桃產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的48%,居世界第一。核桃中的核桃殼一般用來(lái)制作活性炭,核桃青皮可入藥,核桃仁則主要用來(lái)榨油及制作核桃飲品[2],核桃仁中含有4%的水,15%的蛋白質(zhì),65%的脂肪和14%的碳水化合物(其中7%為膳食纖維),核桃仁中18種氨基酸齊全,8種必需氨基酸的含量合理，多不飽和脂肪酸也較高(占總脂肪酸的72%),其中大多數(shù)為α-亞麻酸(14%)和亞油酸(58%)[3-4],且其不含膽固醇[5],更有一些研究表明攝取核桃仁后人體內(nèi)總膽固醇含量、LDL/HDL比率顯著下降[6];目前,核桃類飲品中接受度最高的為核桃露,它是將核桃仁與水經(jīng)磨漿、調(diào)配、均質(zhì)、殺菌等工藝制成的飲品,核桃露的出現(xiàn)極大的提高了核桃類加工產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率,提升了核桃類產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益,以“六個(gè)核桃”為例,截至2018年,公司產(chǎn)品總銷量87.4萬(wàn)噸,總銷售收入81.4億元,位居國(guó)內(nèi)植物蛋白行業(yè)產(chǎn)值第一。發(fā)酵核桃乳是一種以核桃為原料,經(jīng)磨漿、發(fā)酵、后熟等步驟制得的乳酸菌發(fā)酵植物蛋白飲品。乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)是一類能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽(yáng)性菌的統(tǒng)稱,它通過(guò)產(chǎn)生有機(jī)酸(主要是乳酸)引起原料快速酸化,同時(shí)產(chǎn)生各類香氣化合物和營(yíng)養(yǎng)成分。這種過(guò)程可以延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期,防止有害微生物的侵襲,同時(shí)達(dá)到改善質(zhì)地,提升風(fēng)味的目的[7]。在以往研究中,乳酸菌制成的發(fā)酵飲品多是以酸奶為主的。但由于素食主義者和乳糖不耐人群對(duì)發(fā)酵飲品需求的日益增加,以發(fā)酵豆乳、發(fā)酵核桃乳等為對(duì)象的植物發(fā)酵乳相關(guān)研究應(yīng)運(yùn)而生。

發(fā)酵核桃乳分為純核桃發(fā)酵乳和添加牛奶的發(fā)酵核桃乳兩種。敬思群[8]、夏君霞等[9]以核桃仁為原料,經(jīng)磨漿、均質(zhì)、殺菌等工藝制作核桃乳,并向其中接種乳酸菌,研制出了純核桃發(fā)酵乳,更適合乳糖不耐和素食主義者的消費(fèi)習(xí)慣;李彬[10]、鄭曉霞等[11]用核桃仁輔以牛奶,經(jīng)乳酸菌發(fā)酵制成的則為核桃酸奶飲料。近年來(lái),發(fā)酵核桃乳研究主要集中在純核桃發(fā)酵乳。研究發(fā)現(xiàn),核桃乳經(jīng)發(fā)酵后,儲(chǔ)藏穩(wěn)定性更高[12]且香氣豐富[13]。且由于乳酸菌的生長(zhǎng)代謝,核桃飲品中的糖分會(huì)降低[14],脂肪和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)也會(huì)部分分解為更易吸收、功能活性較強(qiáng)的小分子[15],如必需氨基酸、亞油酸、亞麻酸等;乳酸菌的產(chǎn)酸、產(chǎn)香特性使飲品具有濃郁的核桃香味和發(fā)酵香味的同時(shí)[10]也使產(chǎn)品抑菌性提高,發(fā)酵核桃乳解決了核桃露存在的一些問(wèn)題,豐富了核桃加工產(chǎn)品的種類,提升了核桃加工產(chǎn)品的功能活性,具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

為了掌握發(fā)酵核桃乳未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),更好的豐富植物發(fā)酵乳產(chǎn)業(yè),提升核桃類產(chǎn)品市場(chǎng)占有率。本文綜述發(fā)酵核桃乳相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),探討其發(fā)酵菌株的選擇、發(fā)酵工藝的優(yōu)化及發(fā)酵過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等研究?jī)?nèi)容及進(jìn)展,并對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和分析,以期對(duì)未來(lái)發(fā)酵核桃乳深入研究提供參考。

1 發(fā)酵菌種的選擇及應(yīng)用

乳酸菌屬于厭氧菌和兼性厭氧菌,乳酸菌接入核桃乳后會(huì)利用其中的發(fā)酵性糖類產(chǎn)生能量、乳酸以及一些還原性產(chǎn)物,但由于不同乳酸菌對(duì)核桃乳中的糖類等碳源、蛋白質(zhì)、肽等氮源和其他營(yíng)養(yǎng)因子利用程度不同,產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物也各有差異,因此,發(fā)酵菌種的選擇在一定程度上決定著發(fā)酵核桃乳的品質(zhì)和口感,也是目前發(fā)酵核桃乳研究的最主要因素之一。已報(bào)道的用于發(fā)酵核桃乳的菌種(表1)有乳桿菌屬(Lactobacillus)菌種15種,包括保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)、植物乳桿菌(L.plantarum)、植物乳桿菌亞種(L.plantarumsubsp.Plantarum)嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)、食果糖乳桿菌(L.fructivorans)、雙發(fā)酵乳桿菌(L.Doublefermentation)、短乳桿菌(L.brevis)、戊糖乳桿菌(L.pentosus)、發(fā)酵乳桿菌(L.fermentum)、德氏乳桿菌乳酸亞種(L.delbrueckiisubsp.Lactis)、瑞士乳桿菌(L.helveticus)、哈爾濱植物乳桿菌(HarbinL.plantarum)、鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosus)、干酪乳桿菌(L.casei)、副干酪乳桿菌(L.paracasei),球菌屬4種,包括戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)、乳酸片球菌(P.acidilacticii)、嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)、意大利腸球菌(Enterococcusitalicus),另外還有食竇魏斯氏菌(Weissellacibaria)和欺詐明串珠菌(Leuconostocfallax)。目前應(yīng)用最廣的菌種是嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌,它們也是牛乳中最主要應(yīng)用的菌種;而其他應(yīng)用菌株則是各研究者們從不同原料中篩選所得,篩選主要依據(jù)為酸度、pH、活菌數(shù)等生化指標(biāo)及感官評(píng)價(jià)。如張加敏等[16]通過(guò)研究菌株在純核桃乳中的生長(zhǎng)活力、產(chǎn)酸特性及感官性能,篩選出了適宜發(fā)酵核桃乳的干酪乳桿菌05-20和植物乳桿菌07-191;趙娟娟等[17]從發(fā)酵面包、白芥絲、泡菜、酸菜中分離到14株乳桿菌,經(jīng)核桃乳發(fā)酵產(chǎn)酸特性初篩,確定鼠李糖乳桿菌、副干酪乳桿菌、食竇魏斯氏菌、干酪乳桿菌四株菌適合發(fā)酵核桃乳;張洪禮等[18]通過(guò)pH、酸度及感官評(píng)定分析,從9株乳酸菌中篩選出嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌進(jìn)行核桃乳的發(fā)酵。隨著研究的深入,學(xué)者們發(fā)現(xiàn),兩種適用于核桃乳發(fā)酵的單一菌種混合發(fā)酵后會(huì)出現(xiàn)“共生現(xiàn)象”(symbiosis)[22],這能更好地保證核桃乳的穩(wěn)定性和發(fā)酵性能,從此混菌發(fā)酵液逐漸成為首選方法。如敬思群等[19]發(fā)現(xiàn)利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌在1∶1比例下共同發(fā)酵核桃乳,發(fā)酵結(jié)束時(shí)活菌數(shù)可達(dá)到7.9×108CFU/mL,產(chǎn)品凝固狀態(tài)及感官評(píng)價(jià)良好。張洪禮等[18]研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌1∶1復(fù)配發(fā)酵的核桃乳營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及感官評(píng)分明顯優(yōu)于相同發(fā)酵條件下保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混菌發(fā)酵的核桃乳,表明核桃乳發(fā)酵最適菌種仍需深入研究。除應(yīng)用單菌或兩種菌混菌發(fā)酵外,也有采用多菌種共同發(fā)酵的例子,如夏君霞等[9]采用丹尼斯克復(fù)合益生菌進(jìn)行發(fā)酵,Cui等[20]直接將含豐富菌種的開(kāi)菲爾粒投入核桃乳發(fā)酵,但由于開(kāi)菲爾粒中菌種復(fù)雜,因此,其中各菌種活菌數(shù)與其他研究相比較低,同時(shí)此研究分析了不同菌種在核桃乳中的存活比例,并發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬在核桃乳中的存活能力比其他類型菌種稍強(qiáng)。乳酸菌的篩選在一定程度上能改善發(fā)酵核桃乳的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,是改良發(fā)酵核桃乳產(chǎn)品的方法之一,但目前針對(duì)發(fā)酵核桃乳篩選菌株的研究并未有探討其功能性的研究,參考其他發(fā)酵豆乳研究中的菌種篩選,未來(lái)可以從生物可及性[21]、降膽固醇能力[22]、降血壓血脂能力[23]、抑菌能力[24-25]等方面入手,有針對(duì)性地篩選菌株應(yīng)用于未來(lái)發(fā)酵核桃乳相關(guān)研究中。

表1 核桃乳發(fā)酵菌株的選擇 Table 1 Selection of fermentation strains in walnut milk

為了提升菌株活性,更好的發(fā)揮其在核桃乳中的功能特性,很多研究還會(huì)對(duì)發(fā)酵菌種進(jìn)行“馴化”。馴化即采用在牛乳中逐步增加核桃乳含量的方法,使乳酸菌能夠在100%含量核桃乳中很好的生長(zhǎng)。如劉俊果等[15]將乳酸菌逐步投入牛奶與核桃乳原漿不同比例的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng),同時(shí)在每種培養(yǎng)基中添加乳清粉,馴化至第9代時(shí)菌種即可用于制作生產(chǎn)發(fā)酵劑。張洪禮等[18]將待篩選的9株乳酸菌逐步馴化至活菌數(shù)>106CFU/mL后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以此發(fā)揮菌株的最大潛力。周杏子等[26]將乳酸菌經(jīng)漸進(jìn)馴化法培養(yǎng)后,產(chǎn)酸量比馴化前提高了50%,活菌數(shù)增加至(0.32±0.02)×108CFU/mL,比馴化前提高約17倍。菌種馴化主要針對(duì)的是未進(jìn)行以核桃乳為基料篩選菌種的情況,采用菌種馴化的方法可以提升菌種在核桃乳中的適應(yīng)性和活性,使其在核桃乳的發(fā)酵中更好的發(fā)揮作用,因此,在未來(lái)研究中,可以選取一些上文中提到的具有降膽固醇、降血脂等功能性的乳酸菌進(jìn)行馴化,使其能在核桃乳發(fā)酵中發(fā)揮作用。

菌株接種量的大小在一定范圍內(nèi)直接影響乳酸菌在核桃乳中的定殖,對(duì)產(chǎn)酸速度有較大影響。一般來(lái)講,接種量增加時(shí)產(chǎn)酸速度會(huì)增加,但產(chǎn)酸速度過(guò)快,又不利于產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)的形成,會(huì)造成香氣變差甚至產(chǎn)生異味;且產(chǎn)生的酸性物質(zhì)過(guò)多時(shí)會(huì)抑制乳酸菌自身生長(zhǎng)、繁殖[9],因此,在發(fā)酵過(guò)程中應(yīng)選擇合適的接種量。一般發(fā)酵核桃乳的接種量控制在3%～6%之間[8-9,20],經(jīng)過(guò)發(fā)酵及其工藝的優(yōu)化后,發(fā)酵核桃乳內(nèi)活菌數(shù)大部分能達(dá)到108CFU/mL以上,酸度范圍在38～105 °T之間,此范圍內(nèi)可以視為核桃乳成功發(fā)酵。綜上所述,在發(fā)酵核桃乳研究中,菌種的篩選決定著發(fā)酵核桃乳的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,而菌種馴化和接種量的優(yōu)化是保障核桃乳成功發(fā)酵的條件之一,在發(fā)酵核桃乳研究中,菌種的選擇和利用問(wèn)題是首先要考慮的問(wèn)題,也是決定發(fā)酵核桃乳功能性的決定性因素。

2 發(fā)酵工藝研究

發(fā)酵飲料的技術(shù)研究主要集中在菌種和工藝。上文中提到的菌種是發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)的核心競(jìng)爭(zhēng)力;而發(fā)酵工藝則決定著發(fā)酵周期和產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)酵核桃乳的研究也是如此,在選擇好適合發(fā)酵的菌種后,要在適宜菌種生長(zhǎng)的條件下對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到目標(biāo)發(fā)酵產(chǎn)物含量的增加或風(fēng)味、口感提升的目的,目前發(fā)酵核桃乳的工藝優(yōu)化主要集中于碳源和發(fā)酵條件的優(yōu)化。

2.1 碳源的優(yōu)化

由于碳源是微生物培養(yǎng)和發(fā)酵時(shí)最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),決定著微生物的存活。因此,在發(fā)酵核桃乳工藝優(yōu)化研究中,碳源優(yōu)化一般作為首要的優(yōu)化因素。由于核桃乳自身所含有的碳源較少,無(wú)法滿足乳酸菌的正常發(fā)酵[14],為此通常會(huì)外源添加碳源。

碳源優(yōu)化主要包括碳源種類、比例及碳源添加量的優(yōu)化,在碳源種類和比例優(yōu)化方面,夏君霞[9]在核桃乳中同時(shí)添加葡萄糖和蔗糖,發(fā)現(xiàn)當(dāng)葡萄糖∶蔗糖=4∶3時(shí),產(chǎn)品的組織狀態(tài)較好,無(wú)析水分層現(xiàn)象,無(wú)異味,酸度合適,感官評(píng)分最高[15],而超過(guò)4∶3后,可滴定酸度過(guò)大,產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)下降,因此,選擇葡萄糖∶蔗糖=4∶3為最后的碳源比例。敬思群[8]在核桃乳中先加入3%的乳糖促進(jìn)發(fā)酵,再加入蔗糖緩和產(chǎn)品酸味,改善了產(chǎn)品的口味。劉俊果等[15]在核桃乳中分別添加乳清粉,復(fù)合糖原(乳清粉∶果葡糖漿=4∶6)的和不同濃度的果葡糖漿,發(fā)現(xiàn)乳清粉的發(fā)酵速度最快,復(fù)合糖原居中,果葡糖漿最慢,但由于乳清粉成本較高,因此,選擇了復(fù)合糖原作為碳源,此時(shí)發(fā)酵速度適中且成本較低。

在碳源添加量?jī)?yōu)化方面,目前優(yōu)化的碳源多為蔗糖,如朱俊玲等[27]、李彬[10]、鄭曉霞等[11]制作的添加牛奶的發(fā)酵核桃乳從感官評(píng)價(jià)出發(fā),均確定核桃乳發(fā)酵最優(yōu)蔗糖添加量為7%。而在純發(fā)酵核桃乳方面,周杏子等[26]添加1%～6%的蔗糖進(jìn)行發(fā)酵,經(jīng)正交實(shí)驗(yàn)后確定在蔗糖添加量為5%時(shí),發(fā)酵核桃乳中活菌數(shù)最高。Cui等[20]添加3%～10%的蔗糖進(jìn)行發(fā)酵,最終以可滴定酸度和感官評(píng)價(jià)為指標(biāo),確定核桃乳添加8%蔗糖時(shí)發(fā)酵效果最好。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn),在發(fā)酵核桃乳中常用的碳源為蔗糖,蔗糖口味溫和,且不易高溫褐變[10],它也是與蛋白質(zhì)親和性最高的糖類,能夠防止均質(zhì)處理后已微細(xì)化的蛋白質(zhì)分子聚沉,利于提高產(chǎn)品穩(wěn)定性[9],雖也有研究添加葡萄糖、乳糖、乳清粉或復(fù)合糖原等其他碳源進(jìn)行發(fā)酵,但從適用性和成本考慮,大部分研究均使用蔗糖作為碳源。當(dāng)碳源在3%～8%的范圍內(nèi),既能保證發(fā)酵的穩(wěn)定,也能獲得較好的口感,而具體的添加量與發(fā)酵菌種、目標(biāo)產(chǎn)物及口味相關(guān)。因此,在碳源優(yōu)化中應(yīng)根據(jù)生化指標(biāo),營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及感官評(píng)價(jià)等指標(biāo)及時(shí)調(diào)整配比,達(dá)到最優(yōu)搭配。

2.2 發(fā)酵條件的優(yōu)化

發(fā)酵核桃乳發(fā)酵條件的優(yōu)化主要針對(duì)發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)間。發(fā)酵溫度的選擇通常依據(jù)菌種自身的特性,如以保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌為發(fā)酵菌種時(shí),發(fā)酵溫度一般定為這兩株菌生長(zhǎng)的最適溫度,即42 ℃左右。還有一些研究其發(fā)酵溫度基本為菌株被篩選出時(shí)的溫度,如張加敏等[16]的研究中利用的13株益生菌,最適溫度為37 ℃左右。張洪禮等[12]利用植物乳桿菌及嗜酸乳桿菌發(fā)酵核桃乳時(shí)發(fā)酵溫度為42 ℃。而在Cui等[21]的研究中,由于其應(yīng)用的發(fā)酵劑為菌種復(fù)雜的開(kāi)菲爾粒,在綜合可滴定酸度和感官評(píng)價(jià)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)后,確定其最適發(fā)酵溫度為30 ℃。夏君霞等[9]也通過(guò)以上兩種指標(biāo)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)判斷發(fā)酵核桃乳使用的丹尼斯克混合菌劑的最適溫度為42 ℃。因此,在優(yōu)化發(fā)酵溫度時(shí),應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品風(fēng)味、生化指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分及成本,根據(jù)實(shí)際情況及研究目的選擇適宜的發(fā)酵溫度。

發(fā)酵核桃乳的發(fā)酵過(guò)程通常會(huì)在6～8 h內(nèi)完成。敬思群[8]研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵核桃乳中菌株對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期出現(xiàn)在3 h以后,最高菌數(shù)出現(xiàn)在4 h左右(8.42×108CFU/mL),4 h以后菌數(shù)下降,但酸度增加,最終以感官評(píng)價(jià)和酸度為指標(biāo)確定發(fā)酵時(shí)間為6 h。夏君霞等[9]研究發(fā)現(xiàn),6～8 h內(nèi),發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)品的可滴定酸度越高,當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過(guò)8 h,產(chǎn)酸慢慢趨于平衡,這是因?yàn)楫a(chǎn)生的有機(jī)酸和代謝產(chǎn)物會(huì)抑制益生菌自身的生長(zhǎng)代謝。且在8～10 h左右,部分營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)如脂肪和氨基態(tài)氮的含量變化也趨于平緩[19],最終確定發(fā)酵時(shí)間為8 h。其他研究中,核桃乳發(fā)酵時(shí)間也多在6～8 h之間,但Cui等[20]將含有多種菌的開(kāi)菲爾粒投入核桃乳,分別發(fā)酵9、12、15 h,最終通過(guò)可滴定酸度及感官評(píng)價(jià)確定最優(yōu)發(fā)酵時(shí)間為12 h。發(fā)酵時(shí)間的確定與菌種代謝息息相關(guān),當(dāng)不同研究之間的發(fā)酵條件、應(yīng)用菌種差別較大時(shí),發(fā)酵時(shí)間可能會(huì)有較大的變化。因此,應(yīng)綜合考慮菌種生長(zhǎng)代謝過(guò)程、各生化與營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)確定發(fā)酵時(shí)間。

3 核桃乳發(fā)酵過(guò)程中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律

核桃乳經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后,原有成分中的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被部分分解,產(chǎn)生小分子肽和氨基酸、脂肪酸、單糖等物質(zhì),一方面使飲品更易吸收,另一方面也提升了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,使風(fēng)味更加豐富。

3.1 蛋白質(zhì)的降解和小分子氨基態(tài)氮的變化

劉俊果等[15]研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵前核桃乳中蛋白質(zhì)約為1.50%,而在發(fā)酵后下降為約0.50%,下降比例近2/3,說(shuō)明乳酸菌會(huì)利用蛋白質(zhì)進(jìn)行繁殖代謝,目前關(guān)于乳酸菌如何利用核桃蛋白進(jìn)行發(fā)酵的研究較少,但張加敏等[16]測(cè)定發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌05-20和植物乳桿菌07-191發(fā)酵的核桃乳蛋白酶活力較強(qiáng),說(shuō)明兩株菌在發(fā)酵核桃乳過(guò)程中分泌了蛋白酶,促進(jìn)了蛋白質(zhì)向小分子肽和氨基酸轉(zhuǎn)化,更易于人體的消化吸收,這也說(shuō)明了不同乳酸菌對(duì)蛋白質(zhì)利用的程度不同。由于核桃乳中的蛋白質(zhì)在水中的溶解性差,對(duì)熱極為敏感,在儲(chǔ)藏過(guò)程中易出現(xiàn)蛋白沉淀及掛壁現(xiàn)象[12],因此,蛋白質(zhì)的降解增加了乳液的穩(wěn)定性,使產(chǎn)品貨架期相應(yīng)延長(zhǎng)。

核桃乳發(fā)酵后氨基態(tài)氮含量明顯增加,敬思群等[19]研究發(fā)現(xiàn),核桃乳發(fā)酵6 h后,氨基態(tài)氮含量從原來(lái)的1.01%增加至6.90%,氨基態(tài)氨的變化可間接說(shuō)明可溶性蛋白增加及蛋白質(zhì)向肽、氨基酸的轉(zhuǎn)化,這種變化有利于人體對(duì)蛋白質(zhì)的吸收,提高了蛋白質(zhì)的利用率。核桃乳經(jīng)發(fā)酵后,氨基酸總含量明顯增加(1.62%±0.03%到3.15%±0.07%),且8種必需氨基酸含量均有不同程度的增加(必需氨基酸總量從0.80%±0.2%增加到1.62%±0.34%)[9],由此可以看出發(fā)酵過(guò)程使核桃乳中氨基酸的含量和比例發(fā)生了變化。趙娟娟等[17]則發(fā)現(xiàn)不同菌株發(fā)酵產(chǎn)生氨基酸的含量比例不同,副干酪乳桿菌L7發(fā)酵后產(chǎn)品氨基酸含量增幅最大,由0.67%提高至1.60%,其中賴氨酸含量提高了5倍,亮氨酸含量提高了1.5倍。核桃乳經(jīng)發(fā)酵后氨基態(tài)氮的增加不僅使?fàn)I養(yǎng)成分更易于吸收,也顯著提高了發(fā)酵核桃乳的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3.2 脂肪的降解及脂肪酸的變化

核桃乳中約含有5%的脂肪,這些含量過(guò)高的脂肪容易引起氧化酸敗,影響核桃乳的風(fēng)味和口感[28],且由于密度原因,脂肪含量過(guò)高會(huì)引起脂肪上浮,使飲品分層,影響產(chǎn)品穩(wěn)定性。核桃乳經(jīng)發(fā)酵后,脂肪由4.79%降至2.68%[15,19],近一半被降解或利用,提高了乳液的穩(wěn)定性。陳臣等[28]將發(fā)酵乳桿菌,戊糖片球菌等五個(gè)菌種分別接入核桃乳中進(jìn)行發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)(表2),油酸含量降低,亞油酸、亞麻酸等多不飽和脂肪酸含量升高,棕櫚酸、硬脂酸等飽和脂肪酸含量變化不大。其中,亞油酸、亞麻酸是人體必需脂肪酸,他們是體內(nèi)合成前列腺素和PGE的必需物質(zhì),而PGE有著防治血栓、降血壓、促進(jìn)卵磷脂合成、抗衰老的特殊功效。另外有研究發(fā)現(xiàn)用丹尼斯克復(fù)合益生菌發(fā)酵核桃乳產(chǎn)生了活性物質(zhì)共軛亞油酸[9],其是亞油酸的一組構(gòu)象和位置異構(gòu)體。共扼亞油酸具有清除自由基,增強(qiáng)人體的抗氧化能力和免疫能力,防止動(dòng)脈粥樣硬化等作用。核桃乳中本身含有大量的脂肪及不飽和脂肪酸,除了脂肪轉(zhuǎn)化為脂肪酸外,研究表明亞油酸可以利用微生物產(chǎn)生的亞油酸異構(gòu)酶或含有該酶的細(xì)胞,將亞油酸及其衍生物有選擇地轉(zhuǎn)化成共軛亞油酸[29]。

表2 乳酸菌發(fā)酵對(duì)核桃乳中脂肪酸比例的影響Table 2 Effects of lactobacillus fermentation on fatty ratio in walnut drink

3.3 糖類的變化

目前關(guān)于發(fā)酵核桃乳發(fā)酵前后糖類變化的研究較少。僅發(fā)現(xiàn)李佳[14]系統(tǒng)研究過(guò)核桃乳發(fā)酵前后糖類含量變化的情況,其在原核桃乳中共檢測(cè)到5種糖類,分別是果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、棉籽糖,由于在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)核桃乳內(nèi)的總糖含量過(guò)低,因此在發(fā)酵前補(bǔ)加了40 g/L的蔗糖。在發(fā)酵結(jié)束后,蔗糖含量由59.27 g/L降至51.39 g/L,棉子糖含量由0.71 g/L降至0.61 g/L,原含量為0.70 g/L的麥芽糖則全部被消耗,而果糖和葡萄糖兩種單糖含量變化不明顯。盡管果糖和葡萄糖可以直接供乳酸菌的消耗利用,使其含量降低,但由于蔗糖、麥芽糖和棉籽糖可以被微生物水解成單糖,使單糖的含量升高,因此,發(fā)酵前后果糖和葡萄糖的含量變化不大。

發(fā)酵核桃乳中糖類總量隨著發(fā)酵和后熟時(shí)間而降低,糖類不僅為乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖提供原料,也會(huì)被微生物利用產(chǎn)生單糖和有機(jī)酸,一方面會(huì)使其更易吸收,另一方面有機(jī)酸的形成會(huì)使發(fā)酵核桃乳pH降低并使其凝結(jié),也會(huì)使其產(chǎn)生獨(dú)特風(fēng)味,同時(shí)適量的酸度會(huì)抑制有害微生物的繁殖,促進(jìn)胃液分泌和胃腸蠕動(dòng),提升機(jī)體對(duì)各類營(yíng)養(yǎng)成分的利用率。

3.4 香氣成分的變化

香氣成分的種類和含量影響飲品的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,是飲品研究中的重要考察指標(biāo)之一。發(fā)酵核桃乳中有機(jī)酸、脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)成分含量的增減在一定程度上會(huì)改變物質(zhì)的香氣成分,李佳在研究中發(fā)現(xiàn),未發(fā)酵核桃乳中共有47種香氣物質(zhì)[14],其中主要為醇類和醛類物質(zhì),含量較高的為正己醇(14.52%)和正己醛(13.92%),醛類物質(zhì)是不飽和脂肪酸氧化后的產(chǎn)物,主要呈現(xiàn)生味和油脂味,這種異味即使加熱也難以去除[30]。但在核桃乳中加入意大利腸球菌和植物乳桿菌共同進(jìn)行發(fā)酵后,醛類含量從19.13%降到1.12%,醛類種類也相應(yīng)減少,說(shuō)明乳酸菌發(fā)酵在一定程度可以減少核桃乳的生味和油脂味,改善風(fēng)味。同時(shí)乳酸菌的產(chǎn)酸、產(chǎn)香特性使風(fēng)味物質(zhì)種類增加近50%,酮類、酸類、醇類化合物含量呈明顯增加的趨勢(shì)[10],酮類主要的增加的物質(zhì)是乙偶姻,主要表現(xiàn)出清香、脂香和甜香,是乳制品發(fā)酵后的特征香氣物質(zhì);酸類主要增加的為己酸,主要呈椰肉油氣味;醇類主要為具有芳香氣味的正己醇,其含量的增加可能是由于乳酸菌在脂肪代謝過(guò)程中在乙醇脫氫酶的作用下生成。因此,發(fā)酵在一定程度上改善了核桃乳的風(fēng)味,使其口感更加豐富,適口性更強(qiáng)。

4 發(fā)酵核桃乳功能性成分研究

功能性食品是目前食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流,現(xiàn)今發(fā)酵核桃乳的發(fā)展主要集中在提高發(fā)酵性能和菌種篩選的研究上,而對(duì)特定活性成分提升的研究較少。現(xiàn)對(duì)發(fā)酵核桃乳中的功能性成分進(jìn)行總結(jié),以期對(duì)其未來(lái)研究提供參考。

目前發(fā)酵核桃乳的功能活性研究主要集中于抗氧化活性研究,如周杏子等[26]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵核桃乳具有明顯的抗氧化活性,發(fā)酵核桃乳(C=0.988 g/mL)對(duì)DPPH自由基的清除率、羥基自由基的清除率和總抗氧化能力分別相當(dāng)于質(zhì)量濃度為(0.46±0.02)、(6.32±0.17)和(0.21±0.02) mg/mL的抗壞血酸溶液,且其抗氧化活性遠(yuǎn)高于相同質(zhì)量濃度的蘋果多酚提取物。目前發(fā)酵核桃乳的抗氧化活性機(jī)理還不完全清楚,但發(fā)酵核桃乳中的核桃肽含量的增加可能是其抗氧化活性提升的原因之一,如有研究[31]發(fā)現(xiàn)模擬胃腸消化制備的脫脂核桃粗蛋白水解物(DWMPH)具有抗氧化性且具有改善大腦神經(jīng)元功能障礙的功能[32],因此,可參照Aguilar等[33]對(duì)植物乳桿菌發(fā)酵牛乳產(chǎn)生的肽的研究方法,采用肽的分級(jí)定量,SDS-PAGE等方式追蹤探討發(fā)酵核桃乳中小分子肽與抗氧化活性的關(guān)系,以此為依據(jù)優(yōu)化提升營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。另一個(gè)可能則是發(fā)酵核桃乳中多酚含量的提升促進(jìn)了抗氧化活性的增加,如Sina等[34]發(fā)現(xiàn),核桃中含有包括阿魏酸,香草酸,香豆酸,丁香酸,楊梅素和胡桃醌等的酚類有機(jī)酸,這些有機(jī)物具有很高的抗氧化生理活性,但目前研究較少,可以在之后的研究中有針對(duì)性的檢測(cè)和監(jiān)控發(fā)酵核桃乳中相應(yīng)活性成分含量變化,分析探討其與抗氧化性的關(guān)系。

除抗氧化活性外,目前關(guān)于發(fā)酵核桃乳功能性的研究幾乎沒(méi)有。但發(fā)酵核桃乳中具有一些潛在的功能活性成分非常值得進(jìn)一步探究,如核桃乳中含有較高含量的谷氨酸和亞油酸,其分別是γ-氨基丁酸[35]及共軛亞油酸的合成前體。γ-氨基丁酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中很重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),它能促進(jìn)腦的活化性,健腦益智,具有良好的降血壓功效;共軛亞油酸也是具有清除自由基,防止動(dòng)脈粥樣硬化等作用的活性物質(zhì)。在其他發(fā)酵植物蛋白飲品研究中已有對(duì)γ-氨基丁酸或共軛亞油酸含量提升的研究。如韓昱姝等[36]在泡菜汁中篩選高產(chǎn)γ-氨基丁酸的乳酸菌,并在含有0.50% L-谷氨酸鈉的牛奶中發(fā)酵,γ-氨基丁酸終產(chǎn)量可達(dá)1.68 mg/mL;Song等[37]以赤小豆乳為基料,篩選出產(chǎn)γ-氨基丁酸含量最高的鼠李糖乳桿菌并進(jìn)行發(fā)酵優(yōu)化,研究發(fā)現(xiàn),添加1.44%半乳糖,2.27%谷氨酸鈉和0.20%吡哆醇可以使γ-氨基丁酸產(chǎn)量增加22.40倍,因此,未來(lái)可以考慮選取適宜的菌種篩選方法和發(fā)酵工藝來(lái)進(jìn)行富含γ-氨基丁酸發(fā)酵核桃乳的研制。在共軛亞油酸方面,目前有研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌中的嗜酸乳桿菌可以大大提高共軛亞油酸的產(chǎn)量[29],Haraguchi等[25]則利用植物乳桿菌發(fā)酵豆?jié){,共軛亞油酸產(chǎn)量達(dá)到29.83 μg/mL。但目前少有以核桃乳為底物進(jìn)行發(fā)酵提升共軛亞油酸產(chǎn)量的研究的先例,可以以此為參考,篩選菌種,優(yōu)化發(fā)酵,強(qiáng)化發(fā)酵核桃乳的功能性。

此外,發(fā)酵核桃乳還可以效仿其他植物蛋白飲品的研究思路,向其中添加維生素、礦物質(zhì)、氨基酸、益生元等[38]來(lái)增強(qiáng)飲品的功能性。由于植物蛋白中可溶性碳水化合物濃度較低[39],因此,大部分乳酸菌在其中活性受到限制,添加益生元可以提升乳酸菌活性,調(diào)節(jié)腸道,是目前發(fā)酵植物蛋白飲品發(fā)展趨勢(shì)之一[40]。Devi等[24]就將核桃和其他谷物共同以益生菌發(fā)酵,制成了新型合生元飲品,有效的增加了益生菌在其中的活性。Rinaldoni等[41]在超濾豆奶中加入菊粉、Chavan等[42]在果汁中加入混合發(fā)芽的谷類、Rossana等[43]研制出由谷物,大豆和葡萄混合制成的酸奶類飲料都使益生菌更好的發(fā)揮作用,增強(qiáng)了胃腸功能和免疫系統(tǒng),影響血糖水平和改善血漿脂質(zhì),強(qiáng)化了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)特性。這對(duì)純核桃乳發(fā)酵有一定啟示,益生元等膳食補(bǔ)充劑在適宜的配比下可能會(huì)改善核桃發(fā)酵乳的理化性質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)成分,提升益生菌的活性,增強(qiáng)核桃發(fā)酵乳的功能性。

5 總結(jié)與展望

核桃仁營(yíng)養(yǎng)成分豐富,且我國(guó)核桃產(chǎn)量居世界第一,因此,其作為飲品原料具有很好的發(fā)展前景,目前核桃露是市場(chǎng)份額最高的核桃產(chǎn)品,為更好的發(fā)揮核桃的營(yíng)養(yǎng)特性,提升飲品的消化吸收能力和乳液儲(chǔ)存穩(wěn)定性,發(fā)酵核桃乳應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)酵核桃乳目前常用發(fā)酵菌種為保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌,發(fā)酵溫度大多為42 ℃左右,發(fā)酵時(shí)間6～8 h,接種量3%～6%。發(fā)酵后的核桃乳,糖類、蛋白質(zhì)及脂肪部分被分解為單糖及有機(jī)酸、氨基酸和脂肪酸,既更易被人體吸收,提升了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,也增強(qiáng)了乳液穩(wěn)定性。此外,發(fā)酵后的核桃乳香氣成分及抗氧化活性增加,增強(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)特性與風(fēng)味,提升了植物蛋白飲品的價(jià)值。但是,發(fā)酵核桃乳也存在著一些未來(lái)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題:核桃乳發(fā)酵菌種種類過(guò)于單一,主要應(yīng)用的仍為嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌,而篩選菌種時(shí)大多僅關(guān)注酸度和感官評(píng)價(jià),因此,在未來(lái)更應(yīng)該考慮篩選使發(fā)酵核桃乳營(yíng)養(yǎng)成分和功能活性提升的菌種;關(guān)于發(fā)酵核桃乳發(fā)酵前后營(yíng)養(yǎng)成分和功能性的探討過(guò)少,促進(jìn)人體健康的機(jī)制尚不清楚,這也是發(fā)酵核桃乳在國(guó)內(nèi)外受關(guān)注程度較低的原因之一[44]。因此,需要對(duì)發(fā)酵核桃乳營(yíng)養(yǎng)成分變化進(jìn)行全面的分析,并參考其他類發(fā)酵乳產(chǎn)品對(duì)于乳酸菌營(yíng)養(yǎng)代謝相關(guān)的研究[45],有針對(duì)性的篩選菌種、進(jìn)行工藝優(yōu)化,深入挖掘其功能性,為打造核桃類健康食品,形成發(fā)酵核桃乳產(chǎn)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。