固定化β-葡萄糖苷酶在安梨皮渣果酒、果醋中的增香作用.pdf
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1、食品研究与开发23 年 11 月第 44 卷第 22 期应用技术作者简介:陈颖(1977),女(汉),副研究员,本科,研究方向:农产品加工。*通信作者:陈晓明(1977),男(汉),副研究员,博士,研究方向:食品加工;张峻(1968),男(汉),研究员,博士,研究方向:微生物。DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.22.005固定化-葡萄糖苷酶在安梨皮渣果酒、果醋中的增香作用陈颖,丁舒,张越,崔瀚元,陈晓明*,张峻*(天津市农业科学院 农产品保鲜与加工技术研究所,天津 300384)摘要:以安梨皮渣为原料制备安梨皮渣酒和皮渣醋,在酒精发酵前添加固定化-葡萄糖苷酶
2、酶解,以不添加-葡萄糖苷酶样品为对照。经气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)定性和定量分析,在对照皮渣酒、酶解皮渣酒、酶解皮渣醋样品中分别检测出芳香成分 57、62、41 种。其中醇类和酯类物质在 3 种样品中均占有重要地位。固定化-葡萄糖苷酶酶解皮渣酒中挥发性物质总含量(6 706.43 g/L)较对照皮渣酒(3 383.61 g/L)提高了 98.20%。再以-葡萄糖苷酶酶解皮渣酒为原料,进行醋酸菌发酵后共检测出挥发性物质 10 179.19 g/L。安梨皮渣酒和皮渣醋中香气成分组成上差异较大,醋酸菌发酵在保持安梨本身特征
3、性香气的同时,进一步形成了具有水果醋特征性香气的物质。关键词:安梨皮渣;果醋;-葡萄糖苷酶;固定化;气相色谱-质谱联用法(GC-MS)Aroma Enhancing Effect of Immobilized-Glucosidase in Fruit Wine and Vinegar of Anli PeelResiduesCHEN Ying,DING Shu,ZHANG Yue,CUI Hanyuan,CHEN Xiaoming*,ZHANG Jun*(Institute of Agro-Products Preservation and Processing Technology,Tian
4、jin Academy of Agricultural Sciences,Tianjin 300384,China)Abstract:Anli peel residue was used as raw material to prepare Anli peel residue wine and vinegar.Immobilized-glucosidase was added before alcohol fermentation,and the sample without-glucosidase was used asthe control sample.By gas chromatogr
5、aphy-mass spectrometer(GC-MS)qualitative and quantitative analysis,57,62,and 41 kinds of aromatic components were detected in the control sample,the wine sample with-glucosidase,and the vinegar sample with-glucosidase,respectively.Alcohols and esters played an important rolein the three kinds of sam
6、ples.The total content of volatile substances(6 706.43 g/L)in the wine sample with-glucosidase was 98.20%higher than that of the control sample(3 383.61 g/L).With the wine sample with-glucosidase as the raw material,a total of volatile substances of 10 179.19 g/L were detected after aceticacid bacte
7、ria fermentation.The difference in aromatic components between Anli peel residue wine and vinegarwas significant.While retaining the aromatic components of Anli pear fruit,acetic acid bacteria fermentation further formed the substance with the aroma of fruit vinegar.Key words:Anli peel residue;fruit
8、 vinegar;-glucosidase;immobilization;gas chromatography-mass spectrometer(GC-MS)引文格式:陈颖,丁舒,张越,等.固定化-葡萄糖苷酶在安梨皮渣果酒、果醋中的增香作用J.食品研究与开发,2023,44(22):30-37.CHEN Ying,DING Shu,ZHANG Yue,et al.Aroma Enhancing Effect of Immobilized-Glucosidase in Fruit Wine and Vinegarof Anli Peel ResiduesJ.Food Research and
9、Development,2023,44(22):30-37.基础研究30食品研究与开发23 年 11 月第 44 卷第 22 期应用技术安梨,俗称“酸梨”,是秋子梨系统中的一个重要品种,主要分布在京津冀地区及辽宁省西部1-4。安梨对肝和肺有利,有消炎、利尿、润喉、止咳、降血压、解酒等药用价值5-7。由于安梨果实有机酸含量丰富,导致其口感偏酸,不适宜鲜食。安梨主产地目前主要以初加工为主,附加值较低,并且生产过程中产生的安梨皮渣等下脚料,约占安梨果实的 30%,给周围环境带来一定的威胁。安梨皮渣中富含多酚、黄酮等生物活性成分,具有抗癌、抗辐射等多种抗氧化功能,若能加以利用不仅可以提高安梨加工制品的
10、附加值,还可以实现废弃物综合利用,对于生态环境的保护具有重要意义。与粮食醋相比,果醋因具有水果芳香并且口感柔和而拥有广泛的市场前景。果醋风味是评价果醋品质的一个重要指标。由于果醋生产过程较长,易造成芳香成分的损失,从而影响果醋品质。-葡萄糖苷酶因其在果汁、果酒中具有改善风味品质的作用近年来备受关注,而酶的固定化处理可以提高酶的使用效率、降低使用成本8。本文以安梨皮渣为原料,添加固定化-葡萄糖苷酶酶解后进行酒精发酵、醋酸菌发酵,并通过气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)法联用分析比较醋酸发酵前后以及陈酿后安梨皮渣醋中主要芳香物质的
11、变化,从而为工业化生产安梨皮渣果醋提供依据。1材料与方法1.1材料与试剂安梨:采摘自天津蓟州区。-葡萄糖苷酶(100 U/g,食品级):江苏锐阳生物科技有限公司;对硝基苯基-D-吡喃葡萄糖苷(分析纯):北京索莱宝科技有限公司;果胶酶(30 000 U/g,食品级):上海康禧食品饮业有限公司;白砂糖(食品级):上海上棠食品有限公司;酵母(食品级):安琪酵母有限公司;醋酸菌(沪酿 1.01):天津农科院农产品加工实验室自行保藏;焦亚硫酸钾(食品级):安徽中弘生物工程有限公司;葡萄糖(食品级):吴江市腾鸿化工科技有限公司;酵母粉(化学纯):西安拉维亚生物科技有限公司;2-辛醇(分析纯):Sigma-
12、Aldrich 公司;氯化钠(化学纯):天津大学科威新材料科技开发公司。1.2仪器与设备贝尔斯顿螺旋压汁机(ZZJ8020D):德国贝尔斯顿科技有限公司;生化培养箱(LRH-70F):上海一恒科学仪器有限公司;双光束紫外可见分光光度计(TU-1901):北京普析通用仪器有限责任公司;旋转蒸发器(RE52CS):上海亚荣生化仪器厂;气相色谱仪(Trace1300)、质谱仪(ISQ7000):赛默飞世尔科技公司;极性萃取头(50/30mPDMS 型):美国 SUPELCO 公司。1.3方法1.3.1安梨皮渣醋制备1.3.1.1酿造工艺安梨清洗破碎、打浆安梨皮渣固定化-葡萄糖苷酶、果胶酶酶解成分调整
13、酵母发酵过滤安梨皮渣酒醋酸菌发酵过滤陈酿。1.3.1.2操作要点1)原料挑选挑选新鲜无病虫害、霉变和机械损伤的安梨。2)磁性凝胶固定化-葡萄糖苷酶的制备交联酶聚集体:用水配制-葡萄糖苷酶溶液 1mL,其蛋白含量为 10 mg/mL,逐步加入 0.08 g 的聚乙烯亚胺(polyvinylimide,PEI)和 0.25 g 的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)6000,搅拌或振荡,使 PEI 和PEG6000溶解并混匀,所得混合物作为含有酶的分散相。于20 mL 大豆油中加入 0.2 g 的司班 60,混匀后将其加入到上述含有酶的分散相中,1 500 r/min 搅拌乳
14、化 1 min,形成油包水乳液,然后加入 20 L、25%的戊二醛,1 500 r/min 搅拌 5min,25静置交联 2 h。交联结束后,乳液于 3 000 r/min 离心 20 min,所得沉淀以蒸馏水离心清洗 3 次后,即得交联-葡萄糖苷酶聚集体9-11。磁性凝胶固定化-葡萄糖苷酶:将 1 mL 所得交联-葡萄糖苷酶聚集体悬浮液与一定量海藻酸钠水溶液和 0.02 g 的 Fe3O4磁粉混合,得 4 mL 混合物,混合物中海藻酸钠终浓度为 2%(质量分数)。将混合物用注射器逐滴加入到 40 mL、质量分数 3%的氯化钙溶液中,磁力搅拌,待微球成形后静置固化 1 h,用蒸馏水清洗,即得磁
15、性凝胶固定化-葡萄糖苷酶,利用外部磁场分离回收。3)酶解安梨皮渣中加入 1.5 倍质量的水、0.02%的果胶酶和 100 U/g 的磁性凝胶固定化-葡萄糖苷酶,于 40 下酶解 24 h。4)成分调整皮渣酶解后冷却至室温,用蔗糖调整发酵液的可溶性固形物为 19%20%,加入 0.01%焦亚硫酸钾。5)酵母活化称取一定量的酵母,用质量分数 5%的蔗糖溶液复水活化 30 min。6)酒精发酵安梨皮渣中加入 1.5 倍质量的水,加入 0.02%的果胶酶和固定化-葡萄糖苷酶(酶活回收率为 51%,加酶量 100 U/g)进行酶解,酶解温度 40,酶解时间24 h。酶解结束后,用蔗糖调整皮渣酶解液的可溶
16、性固形物为 19%20%,加入 0.01%焦亚硫酸钾,接种0.05%活化酵母菌,28 条件下静置发酵,每隔 24 h 检基础研究31食品研究与开发23 年 11 月第 44 卷第 22 期应用技术A.对照安梨皮渣酒(不添加-葡萄糖苷酶)测发酵液的可溶性固形物、总酸和酒精度。另取不加固定化-葡萄糖苷酶的记为对照皮渣酒,发酵结束后进行固相微萃取与 GC-MS 分析。7)醋酸菌发酵剂的制备按照 SB/T 103071999 液态深层发酵酿醋工艺规程(附录 B)的方法对沪酿 1.01 醋酸菌进行斜面试管菌种培养以及液体扩大培养,获得醋酸菌液体菌种,4 000 r/min 的转速,离心 15 min,收
17、集菌体,将所收集的菌体用无菌水洗涤后,得到醋酸菌菌泥。将醋酸菌菌泥与保护剂溶液按照 13 的质量比混合均匀,冷冻干燥,即得冻干醋酸菌发酵剂。保护剂溶液为可溶性固形物为 200 g/L 左右的海藻糖浆溶液(海藻糖含量60%),120 灭菌 15 min 后使用。8)醋酸发酵上述步骤 6)皮渣酒发酵至酒精度为 6.7%vol、总酸含量为 5.4 g/L(以柠檬酸计)时添加醋酸菌进行醋酸发酵。1 L 圆柱形玻璃罐中加入 600 mL 安梨皮渣发酵酒液,接种 0.5%醋酸菌发酵剂,玻璃罐用 4 层纱布封口,30 培养箱中静置培养。每 24 h 取样检测,待样品总酸含量(以醋酸计)没有变化时结束发酵。9
18、)过滤处理硅藻土过滤后得到的澄清醋液,一部分用于芳香成分检测,另一部分醋液进行陈酿。10)陈酿处理醋液置于密封玻璃瓶中,40 陈酿 1 个月。1.3.2测定方法1.3.2.1理化指标检测可溶性固形物含量采用手持式折光仪测定;总酸生成量采用酸碱滴定法12测定;酒精度(乙醇含量)采用酒精计法12测定。1.3.2.2酶活性测定取 0.5 mL 的固定化酶,加入 0.5 mL、5 mmol/L 的对硝基苯基-D-吡喃葡萄糖苷(p-nitrophenyl-D-glucopyranoside,PNPG)于 40 反应 10 min 后加 2 mL、1 mol/L 的 Na2CO3终止反应,10 000 r
19、/min 离心 15 min,于 405 nm 处测上清液 OD 值。酶活单位为每分钟催化底物水解产生 1 mol 的对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP)所需的酶量为一个酶活单位,单位以 U 表示。1.3.2.3酶活回收率酶活回收率是指磁性凝胶固定化-葡萄糖苷酶的酶活与制备固定化酶时所用游离酶的酶活之比。1.3.2.4挥发性成分检测顶空固相微萃取条件:准确量取 8 mL 安梨皮渣酒于装有磁力搅拌子的 20 mL 顶空瓶中,加入 2.4 g NaCl和 8 L 终浓度为 145 g/L 的内标物 2-辛醇,于 50 磁力搅拌器上预热 5 min 后,使用 50/30 mPDMS 型极
20、性萃取头萃取吸附 40 min,之后解吸 3 min 用于GC-MS 分析。GC-MS 条件:50保持 3min,以 3/min 的速率升温至80,再以10/min速率升温至250,保持10min;载气为 He,体积流量 1.0 mL/min;色谱柱为 HP-INNOWAX(30m0.25mm0.25m);前进样口温度 260;检测器温度 280;离子源温度 280;电离方式为电子电离;电子能量70eV;质量扫描范围为 50450 amu。1.4数据处理GC-MS 挥发性物质定性、半定量分析:选择匹配因子大于或等于 80%的组分,经质谱数据库 NIST 11s.LIB 和 Wiley 7.LI
21、B 检索及资料分析,确认其香气成分,同时用内标法进行半定量(以终浓度 145 g/L 的2-辛醇为内标物,计算待测组分的含量13)。试验数据重复 3 次,取平均值,并采用 Excel 2010 软件处理。2结果与分析2.1安梨皮渣酒、醋挥发性物质的总离子流分析安梨酶解皮渣酒与对照皮渣酒(不加-葡萄糖苷酶)挥发性物质的总离子流图见图 1。时间/min1009080706050403020100相对丰度/%353025201510501.664.646.309.657.9211.7314.5016.8218.0720.7022.33 24.8126.1528.9530.9133.5336.70基础
22、研究32食品研究与开发23 年 11 月第 44 卷第 22 期应用技术B.酶解安梨皮渣酒图 1安梨对照皮渣酒与-葡萄糖苷酶酶解皮渣酒总离子流图Fig.1Total ion flow of control sample and wine sample with-glucosidase从图 1 可以看出,对照与酶解安梨皮渣酒总挥发性物质中浓度较高组分分别出现在 31、21、5、18 min左右。安梨酶解皮渣醋挥发性物质总离子流图见图 2。由图 2 可知,挥发性总物质明显少于安梨皮渣酒,且总挥发性物质中浓度较高组分出现时间与皮渣酒明显不同。时间/min1009080706050403020100相
23、对丰度/%32301.670.592.437.014.668.899.6511.7313.4414.4116.8118.0820.7022.3330.9424.8126.16282624222018161412108642031.9728.9626.88图 2安梨酶解皮渣醋挥发性物质总离子流图Fig.2Total ion flow of vinegar sample with-glucosidase时间/min1009080706050403020100相对丰度/%32302.270.581.644.533.787.168.4611.2513.1014.3215.0419.7422.2024.
24、0730.2225.69282624222018161412108642031.8628.8227.429.672.2安梨皮渣酒、皮渣醋挥发性物质组成及分析磁性凝胶固定化-葡萄糖苷酶处理皮渣发酵酒、皮渣醋中的芳香成分经过定性和定量分析得到的结果见表 1。表 1安梨皮渣酒、皮渣醋挥发性物质组成Table 1Composition of volatile substances in wine and vinegar samples芳香物质种类对照皮渣酒样品酶解皮渣酒样品酶解皮渣醋样品数量含量/(g/L)数量含量/(g/L)数量含量/(g/L)所占比率/%酯类261 275.93272 544.62
25、124 037.5439.66醇类222 031.52243 962.22125 206.0851.14酸类24.68224.956458.994.51醛类115.90143.661117.271.15酮类423.50432.754201.041.98酚类130.87190.432100.520.99烯烃、杂环类及苯系物11.2137.80457.750.57总计573 383.61626 706.434110 179.19100所占比率/%37.7160.040.140.470.690.910.04100所占比率/%37.9459.080.370.650.491.350.12100基础研究3
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