草莓菠萝?水果还能混着吃,真是太奇妙了!

日期:2021-09-03 19:58:41 浏览:

草莓(Fragaria x ananassa Duch.)为蔷薇科蔷薇亚科草莓属宿根性多年生常绿草本植物,其果肉富含维生素和微量元素,具有很高的营养价值,栽培面积和产量仅次于葡萄。

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菠萝(Ananas comosus(L.) Merr.),属于风梨科风梨属植物,其主要生长在南美洲等热带地区,属于世界第三大热带水果之一。

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这两种水果含水量较高,不宜保存,从而通过一定技术延长其货架期显得极为重要。为了实现对产量过剩的草莓和菠萝的有效利用,段晓宇等以草莓菠萝混合果汁为原料,同时添加酵母菌和保加利亚乳杆菌发酵制备酵素,并对其发酵前后的化学成分含量、功效酶活力、抗氧化活性和抑菌能力进行初步研究,旨在提高草莓和菠萝的附加值并生产一种具有更高营养价值的复合酵素产品。



材料与方法

实验材料

新鲜草莓和菠萝市售;果酒酵母、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus);枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、绿脓杆菌(Bacillus pyocyaneus)、金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus)、大肠杆菌(Bacillus coli)。


试剂与培养基

1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH);水杨酸;邻苯三酚;粉酶试剂盒和总超氧化物歧化酶试剂盒。其他试剂均为国产分析。LB培养基(液体):蛋白胨1g,酵母粉0.5g,NaCl1g,水100mL,121℃灭菌30min;固体培养基在每100mL液体培养基中加1.7g琼脂粉。


仪器与设备

DK-8D电热恒温水槽;XZ18K-T高速冷冻离心机;Multiskan Sky酶标仪;HZQ-F160振荡培养箱。其他均为实验室常规仪器。


酵素制作工艺

挑选新鲜无坏的草莓和菠萝。在无菌条件下取其果肉,对果肉进行切块处理,将处理好的果肉装入已灭菌的榨汁机中榨汁,将榨汁完成的果肉按照1∶1的比例的装入无菌发酵瓶中,再往发酵瓶中依次加入无菌水、白砂糖、酵母菌、保加利亚乳杆菌,密封复合发酵6个月后获得草莓菠萝复合酵素。


草莓菠萝复合酵素化学成分研究

需测定的化学成分包括:总糖、总酚、总黄酮、蛋白质、淀粉酶、T-SOD、蛋白酶、脂肪酶,以及进行抗氧化活性测定和体外抑菌活性研究。



结果与分析

草莓菠萝复合酵素功能营养成分

酵素品质的好坏与其内所含的化学成分密切相关。如图1所示,发酵6个月后获得的草莓菠萝酵素中总糖、总酚和蛋白质的含量分别从起初的0.65±0.044、0.06±0.002和0.10±0.005 mg/mL降低了75%、50%和80%。发酵过程中,微生物一般利用原料中的蔗糖、葡萄糖和果糖等单糖或双糖作为碳源。在发酵初期,微生物会利用水果自身的糖类和外源糖类进行生理活动,在适宜的发酵条件下微生物繁殖较快,并通过一系列代谢反应消耗了大量的可溶性糖,从而使总糖含量下降。


在微生物的生长过程中,时常伴随着活性肽、短链脂肪酸和多糖等物质生成,糖类物质和营养物质减少,酚类物质被分解利用,最终转化为具有附加生物价值的物质如黄酮等具有良好生物活性的物质,所以复合酵素中用来表征酵素抗氧化活性的一个重要指标黄酮类化合物从最初的0.07±0.004mg/mL提高了63%。黄酮类化合物因结构的不同而具有不同的生理功能,当作为抗氧化剂时,可以提高机体清除自由基能力,减少组织细胞的氧化损伤并且可以调节DNA、蛋白质等物质的合成,免受衰老因子的损伤;当作为信号因子时,可以调节基因表达,改善衰老机体代谢情况。因此,在草莓菠萝复合酵素中黄酮类化合物含量的上升的情况下,我们可以初步推测其具有清除体内自由基、延缓衰老的潜能。

图1 草莓菠萝复合酵素化学成分


草莓菠萝复合酵素的功效酶

蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶可以将大分子的蛋白质、脂肪和淀粉分解为小分子物质,从而更有利于肠胃消化吸收;而具有抗氧化作用的一种金属酶SOD可以清除机体产生的超氧阴离子,使后者发生歧化反应产生对机体无害的氧气和过氧化氢。

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图2 草莓菠萝复合酵素功效酶活力


由图2可知,发酵6个月后,草莓菠萝复合酵素中的淀粉酶、T-SOD和脂肪酶分别由起初的0.076±0.005、53.86±1.52和1.31±0.214U/mL增加0.086±0.006、95.57±4.58和6.24±1.781U/mL。与Wang、Zhang等对青梅酵素和市售酵素的SOD活性测定分别为75.64U/mL和41.7U/mL相比,草莓菠萝复合酵素的SOD酶活力更高。并且在发酵后,T-SOD活力接近增加了一倍,因此本研究所得的复合酵素在体内具有很好的清除自由基的能力,具有很好的保健和美容功效;与Dong等对火龙果酵素的脂肪酶活力测1.8±0.3U/mL相比,草莓菠萝复合酵素的脂肪酶活力较高,这说明草莓菠萝复合酵素对脂肪的消化能力更强。所以草莓菠萝复合酵素在医药、美容行业具有很大的推广应用价值。


草莓菠萝复合酵素的体外生物学活性研究

草莓菠萝复合酵素对DPPH·抗氧化能力

本研究将发酵前后的样品用溶剂稀释成一定的体积浓度梯度(0.8%~10.4%),由图3可知,各样品随着其体积浓度的增加对DPPH自由基的清除能力也有所增加。因此我们发现在微生物的生长过程中,样品中对DPPH自由基具有清除能力的物质被分解或消耗

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图3 草莓菠萝复合酵素对DPPH·的清除能力


草莓菠萝复合酵素对·OH清除作用

·OH是活性氧中化学性质最活泼的自由基,它能够与活细胞中大多数具有还原性的生物大分子发生剧烈反应,是对机体危害最大的自由基。由图4可知,在实验浓度范围内(2%~14%),样品对·OH的清除率呈浓度依赖性。发酵前样品对·OH的清除能力从34.10%±0.46%增加至59.99%±2.16%,发酵后的草莓菠萝酵素对·OH的清除能力26.74%±3.04%增加至85.91%±2.69%。由图1可知草莓菠萝酵素发酵后总黄酮含量提升为发酵前的三倍,在发酵过程中可能由于微生物的生长使发酵液中的酚类物质转化为黄酮类物质,同时导致了黄酮类化合物芳香环上羟基的数目和位置发生相应改变,最终使发酵后酵素对·OH的清除率变高。

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图4 草莓菠萝复合酵素对·OH的清除能力


草莓菠萝复合酵素对ABTS自由基清除作用

ABTS自由基清除法被广泛用于生物样品的总抗氧化能力测定。在反应体系中,ABTS经氧化后生成相对稳定的蓝绿色的ABTS水溶性自由基,当其当其遇到自由基清除剂时,ABTS的颜色变浅,特征吸光度降低,吸光度越低。因此,通过测定吸光度的变化来体现对ABTS自由基的清除效果,结果见图5。

图5 草莓菠萝复合酵素对ABTS的清除能力


由图5可知,在ABTS测试体系中未发酵的样品和发酵后的草莓菠萝复合酵素清除ABTS自由基能力的差异显著。


草莓菠萝复合酵素对超氧阴离子清除作用

由图6知,发酵后草莓菠萝复合酵素对超氧阴离子清除能力远远强于未发酵的样品。当体积浓度为10%时,未发酵样品对超氧阴离子的清除率为26.75%±1.54%,而此时草莓菠萝复合酵素的清除率已达到79.72%±1.17%。随着体积浓度的增加(20%~70%),未发酵样品对自由基的清除率与体积浓度呈正相关,而复合酵素对超氧阴离子的清除能力趋于平稳状态。当体积浓度达到最大(70%)时,两者的清除率分别为45.58%±1.77%和98.34%±0.57%。由图2可知发酵后草莓菠萝复合酵素中T-SOD活力增加了近一倍,所以样品发酵后对超氧阴离子自由基的清除能力大幅提升可能与发酵过程中微生物产生大量SOD和多羟基取代或3羟基取代的黄酮类化合物的大量合成有关。

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图6 草莓菠萝复合酵素对超氧阴离子的清除能力 


草莓菠萝复合酵素的抑菌活性

如图7所示,发酵前的样品对四种病原菌均无抑菌能力而发酵后的草莓菠萝复合酵素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌均有一定的抑制效果,且抑菌效果为金黄色葡萄球菌(29.60±1.41 mm)>大肠杆菌(29.33±1.66 mm)>绿脓杆菌(27.67±1.34 mm)>枯草芽孢杆菌(14.63±2.11 mm)。发酵后样品抑菌能力增加可能与发酵过程中醋酸、皂苷和硫化物等物质的产生有关,而且也可能与乳酸菌合成具有抗菌性能的代谢产物如乳酸和乙酸、脂肪酸、过氧化氢或双乙酰以及抗菌蛋白如细菌素肽聚糖水解酶等发挥抗菌作用有关;而对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)的抗菌活性较强,主要是由于有机酸中存在乙酸所致。枯草芽孢杆菌细胞壁表面附有荚膜且能产生孢子,由此推测,具有抑菌特性的生物活性物质很难穿过荚膜作用于细菌内部,所以草莓酵素对枯草芽孢杆菌的抑制效果最弱。

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图7 发酵前后草莓菠萝复合酵素的抑菌实验



结论

本实验通过乳酸菌和酵母菌复合发酵让发酵过程中产生的酸类物质和醇类物质尽量中和,使复合酵素口味和风味都得到了改善。复合发酵后草莓菠萝复合酵素中总黄酮含量提升1.5倍,对羟自由基和超氧阴离子自由基的清除能力均有较大提升,10.4%的草莓菠萝复合酵素对DPPH自由基的清除率达到58%,与Chen报道的发酵30天后的草莓酵素对DPPH自由基的清除率相当,14%的草莓菠萝复合酵素对·OH的清除率高达88%,而Zhao报道的56%菠萝酵素对·OH的清除率仅有60%左右,与Chen对草莓酵素发酵后的羟自由基清除作用测定为除率达到最高值76.44%相比,草莓菠萝复合酵素的羟自由基清除率更高,20%的草莓菠萝酵素对超氧阴离子自由基的清除率已达100%,而Zhao报道的70%的菠萝酵素对超氧阴离子自由基的清除率不到90%,并且在发酵后其T-SOD活力接近增加了一倍,脂肪酶活力大幅度提升。

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以上说明草莓菠萝复合酵素与草莓酵素和菠萝酵素相比具有更好的清除自由基的能力,能够在保健和美容方面发挥较好功效。草莓菠萝复合酵素融合了草莓和菠萝这两种水果各自的特性,取长补短,可以更全面地调理使用者身体。


因此这种新型功能性酵素饮料不仅对人体清除自由基、分解大分子物质上具有一定的效果,而且在医药研发和化妆品等领域具有一定的推广应用价值,除此之外其还有助于加深人们对于天然功能性食品的进一步认识。

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