桑椹（Fructus Mori.）又名桑椹子、桑果、乌椹等，属于桑科落叶乔木桑树的果实，体型为长圆状（长2 cm～3 cm，直径1.2 cm～1.8 cm），为聚花果，采摘期集中在4月～6月，20 d 左右。桑椹广泛分布在北半球的温带至亚热带地区以及南半球的热带地区[1]。最常见的桑椹按颜色分为白桑、红桑、黑桑，其中紫黑色的桑椹果实较为常见。黑桑成熟后汁多皮薄，呈紫黑色，口感酸甜。我国桑椹资源丰富，目前收录的桑树品种约有3 000 种，这些桑树品种主要种植在四川、浙江、安徽、山东等地[2]。我国自1998年引入果桑试种，已筛选出“镇椹一号”、“大什”、“红果系列”、“黑珍珠”等品种，如今随着人们对生活品质追求的提高，用于鲜食或加工的桑椹种植面积呈现快速增长的趋势。
我国蚕桑文化历史悠久，在古代种植的桑树多数以养蚕为主，桑椹一直被当作药材使用，《本草纲目》记载“捣汁后服解酒毒”及《滇南本草》记载“入肝、肾经，利五脏关节，通血气，久服黑发明目”[3]。现代科学研究表明，桑椹具有众多生理功效，这与桑椹中含有的丰富多糖及多酚类物质如花青素、黄烷酮、黄酮醇、酚酸等活性成分有关。目前，生物发酵食品的研究受到广泛关注，但涉及的食品种类较少，桑椹因其丰富的功能价值被加工成桑椹果醋、桑椹果酒、桑椹酵素等。但桑椹在生物发酵产品开发方面的研究较少。本文综述桑椹浆果的研究现状及桑椹生物发酵制品的开发，为后续桑椹的精深加工研究提供参考。
1 桑椹浆果研究现状
桑椹中含有碳水化合物[4]、蛋白质、氨基酸、矿物质、维生素等营养物质以及多糖、多酚、有机酸等生物活性成分[5]，具体组成见表1。
表1 桑椹中的营养成分
Table 1 Nutrient composition in mulberry
种类组成参考文献基本营养物质水分、蛋白质、总糖、灰分、总酯、纤维素等[4]有机酸柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸等[5]维生素维生素C、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B6、维生素E 等[5]游离氨基酸 必需氨基酸：赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸非必需氨基酸：天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、组氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、络氨酸[5]脂肪酸棕榈酸、亚油酸、油酸等[6]多酚类总酚、花青素等[7]黄酮类芦丁、异槲皮苷、槲皮苷、黄芪苷等[8]矿物质Ca、K、Mg、Zn、Se、Fe、P 等[9]
桑椹中含有较高浓度的硒，其相对含量是猕猴桃的10 倍、苹果的8 倍。桑椹中含有19 种游离氨基酸，其中包含的必需氨基酸中苏氨酸含量最高，可达33.81 mg/100 g。桑椹脂肪酸[6]组成中主要以亚油酸、棕榈酸和油酸为主，含量分别为78.02%、17.98%、7.26%。桑椹中含有丰富的酚类物质，主要为花色苷[7]、芦丁[8]、白藜芦醇、酚酸等，这些活性成分的研究极大丰富了消费者对桑椹营养成分的认知。研究发现，黑桑较白桑含有更高含量的酚类物质，黑桑更适宜进行桑椹功能性食品的开发研究。此外，桑椹中含有硒、铁、锌等矿物质[9]，以桑椹为基料可以开发相关的富硒饮品，丰富市场产品种类，提高产品附加值。
研究表明，桑椹可以降低肝脏中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖6-磷酸酶的水平，从而发挥抗糖尿病的功效[10]。从桑椹中提取出的酚类化合物和异戊二烯基黄酮类化合物具有良好的抗糖尿病活性，其作用机制涉及过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ），PPARγ 是一个重要的抗糖尿病靶点，其激动剂能够增强胰岛素的敏感性，是针对2 型糖尿病的发病机制、从根源上治疗2 型糖尿病的方法[11]。研究发现，桑椹多糖（mulberry fruit polysaccharide，MFP）可以调节肠道菌群，使糖尿病小鼠体质量增加、血糖水平下降、葡萄糖耐量提高[12]。MFP 还可以通过抗氧化和抗炎特性减少β 细胞功能障碍，促进β 细胞的增殖，并减缓α-糖苷酶和α-淀粉酶活性，通过胰岛素依赖和与胰岛素无关的途径恢复葡萄糖的摄入[13-14]。桑椹的抗氧化性与富含酚类及黄酮类化合物有关[15]。人体在正常新陈代谢过程中会产生氧化活性很强的活性氧自由基（O2-·、HOO·、HO·）及脂质过氧化氢（H2O2）等其他代谢产物。氧化自由基产生过多，自身的抗氧化体系无法及时清除，两者之间的平衡破坏后，产生的氧化应激反应是导致众多疾病的因素之一[16-17]。而桑椹所表现出的抗氧化特性主要依赖于酚类化合物独特的酚醛结构[18]，类黄酮B 环中O-二酚羟基的存在是提高1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力的重要因素。花青素B 环上的3，4-二羟取代基也是清除自由基的关键，其易与羟基（OH·）、叠氮（N3·）和过氧基（ROO·）等自由基反应，减少活性氧自由基对机体的损伤。桑椹中酚酸类物质存在邻二羟基或3-OH 取代基和烷基结构，增强了酚酸的亲脂性和螯合能力；同时，桑椹中含有的绿原酸也有一定的抗氧化作用[19]。
研究证实，桑椹含有的高剂量酚类化合物使其拥有较强的抗氧化能力，这些化合物能够有效清除活性氧自由基，保护细胞免受损伤，减少炎症反应[20]。褪黑素是一种能够调节睡眠的物质，其生理作用包括调整生物钟、诱导睡眠、延缓衰老、调节内分泌系统等。其中最突出的作用是对睡眠的调节，尤其对睡眠延迟或由时差引起的睡眠障碍具有明显效果。经过微生物发酵的食品不仅含有褪黑素，而且含有大量的褪黑素同分异构体。王成等[21]研究不同酿酒酵母发酵模拟葡萄汁中褪黑素及其同分异构体变化规律时发现，褪黑素及其同分异构体可在发酵过程中产生，而桑椹在发酵过程中已被证实有大量的褪黑素同分异构体产生，并且桑椹产生的同分异构体含量高于草莓、蓝莓和树莓，由此可以进一步推断出桑椹可能起到安神助眠的作用。此外，后续试验也有必要研究褪黑素与其同分异构体之间的生理效果是否有差异，用来进一步证实桑椹安神助眠的功效。桑椹中含有的花青素及β-胡萝卜素具有改善视力的功效，β-胡萝卜素作为维生素A的前体物质对正常视力的维持具有重要作用[22]。花青素能够减轻氧化自由基对视网膜的损伤，缓解眼睛疲劳，提高夜视能力[23]。桑椹中含有的维生素C 具有抗氧化作用，在一定程度上也可以起到保护视力的作用。桑椹对人体健康状态的改善有积极作用，表现出的众多功效及功效之间的差异主要取决于其含有的多种营养成分和生物活性物质。综上所述，桑椹的保健功效广泛，现代科学及传统中医学均证明桑椹具有一定的功能价值，其在降血糖、抗氧化功效显著，开发潜力大，市场前景广阔。
2 桑椹生物发酵产品
2.1 桑椹生物发酵产品开发方向
桑椹营养价值高，但是桑椹鲜果汁多皮薄，不易储存运输，利用微生物作用，发酵得到一系列的桑椹产品是目前的研究热点。桑椹生物发酵产品种类丰富，如酵母菌发酵得到桑椹酒[24]，酵母菌和醋酸菌发酵得到桑椹果醋[25]，酵母菌、醋酸菌和乳酸菌发酵得到桑椹酵素[26]等。微生物在发酵桑椹的过程中，首先发生显著变化的是含糖量降低，pH 值、乙醇含量、挥发性组分含量发生变化，其次，功能性成分花色苷、黄酮类、酚类也会随之发生变化。如酵母菌发酵产生乙醇，有利于活性成分的渗出，增强桑椹酒的抗氧化能力；乳酸菌发酵使花青素含量降低，但也会在降低产品含糖量的同时，保留葡萄糖苷酶抑制剂的活性；植物乳杆菌发酵新疆桑椹产生的有机酸、过氧化氢、细菌素等天然抑菌物质有益于维持肠道菌群平衡，提高机体免疫力[27]。此外，经微生物发酵的桑椹产品会产生果香、花香、蜜香等令人愉悦的香气物质，可提高桑椹发酵产品的感官质量，为后续桑椹发酵产品开发奠定良好的基础。
2.2 桑椹生物发酵产品
2.2.1 桑椹果酒
以新鲜桑椹或桑椹汁为原料，通过酵母菌全部或部分酒精发酵，经陈酿后得到集天然、营养、保健于一体的桑椹果酒产品[28]。桑椹酒可以极大保留鲜果中的营养物质及独特的果香味，研究发现，桑椹酒中花青素含量是红葡萄酒的5 倍，白黎芦醇含量达1.38 μg/mL[29]，维生素含量高，其中维生素B2 是红葡萄酒的3.35 倍，氨基酸总量是红葡萄酒的3.45 倍以上[30]。目前，桑椹果酒一般选用葡萄酒酿造酵母，对桑椹果酒专用酿酒酵母的研究较少。吴梦[2]在桑椹酒发酵液中添加15%苹果乳酸发酵液，以酵母接种量0.26%、发酵温度21.50 ℃、初始糖度20°Brix 发酵桑椹酒可显著影响桑椹酒感官评分。张志兰等[31]为降低桑椹果酒发酵过程中挥发酸含量，进行桑椹原料低温保鲜、桑椹原汁低温前置澄清、适度低温发酵等对果酒品质特别是挥发酸含量的影响试验。结果表明，使用5 ℃低温保鲜、成熟度较好的桑椹打汁，添加1 g/L 膨润土前置澄清，控制发酵温度16 ℃～19 ℃，可以显著降低桑椹发酵酒挥发酸含量。接种纯种酵母发酵过程易于控制，但是果香味淡薄、风味及其口感单一[32]。
非酿酒酵母是指在果酒酿造中除酿酒酵母之外的所有酵母菌株，多来源于水果果皮、果园土壤以及酿造环境中，一般通过分泌更多的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、葡萄糖苷酶、脂肪水解酶等胞外酶，与果汁中的相关底物反应产生醇类、酯类、酸类、萜烯类等物质，进而影响果酒品质（香气、口感、色泽、营养物质）。非酿酒酵母产乙醇能力弱，纯种发酵果酒乙醇含量仅为9%～10%，可达到生物降醇的效果。此外，非酿酒酵母发酵桑椹酒可以增加酯类、萜烯类物质产生，丰富酒体风味[33]。但非酿酒酵母耐酒精度较差，酒精含量10%及以上即不能正常生长。因此结合两种酵母的优势和特点，可采用多种酵母菌共同发酵果酒，通过酵母间相互作用，提升果酒品质，改善单一酵母菌发酵缺陷。非酿酒酵母在发酵期间产生的较多乳酸导致酒样pH值降低，较低pH 值可增加花色苷的红、紫色调度，有助于稳定酒体陈酿中的颜色变化。金海炎等[34]对猕猴桃汁单菌（Hanseniaspora vineae）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、混菌发酵猕猴桃果酒的体外抗氧化能力进行探究，结果表明，自由基清除能力以及铁离子还原能力与样品用量呈正相关，混菌发酵的猕猴桃果酒抗氧化活性优于单菌发酵果酒。综上所述，桑椹果酒是以果代粮生产酒精的另一途径，可有效缓解现存的粮食危机。此外，酿酒酵母与非酿酒酵母混合发酵桑椹果酒，进一步丰富了酒体风味，降低酒精度。
2.2.2 桑椹果醋
醋酸发酵是在酶的作用下将乙醇氧化成醋酸的过程，以桑椹或桑椹产品加工下脚料为主要原料，采用全液态生物发酵技术，经酒精发酵、醋酸发酵酿制得到桑椹果醋饮品，其兼具桑椹和一般果醋的营养价值，有安神助眠、解酒毒、抗氧化等功效[3]。醋酸发酵过程需要充足的氧气来保证醋酸菌的正常发酵，但一些多酚类物质如花色苷等，易受氧气的影响发生降解，马永昆等[35]提出了一种富含花色苷的发酵型果醋制备方法，采用真空脱醇技术处理得到浓缩发酵液和酒精液，然后采用分次补加流加液和半连续发酵相结合的发酵方式对蒸馏出的酒精液进行醋酸发酵得到醋酸液，最后将醋酸液与浓缩发酵液适当比例调配和超高压技术处理得到富含花色苷的发酵型桑椹果醋。发酵过程中的酶解工序增加了花色苷的溶出，脱醇技术和超高压技术有效避免了花色苷的氧化降解和热降解，更好地保留了桑椹果醋中的花色苷含量。目前，国内大多厂家选用的醋酸菌属于醋酸杆菌属，产酸量仅在40 g/L～70 g/L（以醋酸计），并且不耐酸，严重影响了果醋的质量和产量[36]。马永昆等[37]筛选到一株高产酸醋酸菌，该醋酸菌属于葡萄糖醋杆菌属，已保藏于中国典型培养物保藏中心（编号为CCTCCNO：M2017563）。将该菌株作为发酵菌种，以食用酒精或果酒、粮食酒为主要原料，采用分段补料法启动发酵和半连续发酵相结合的发酵方式酿造得到高酸度醋，总酸含量可达到90 g/L～120 g/L（以乙酸计），产酸速率最高达8.19 g/（L·h），高于已报道的醋酸菌产酸速率[0.1 g/（L·h）～3.5 g/（L·h）]。高酸度果醋有利于花青素的保留，保鲜效果好，不易受杂菌污染，存储和运输成本较低、生产效率高。
2.2.3 桑椹酵素
乳酸菌是以碳水化合物为主要底物，通过代谢作用产生乳酸的一类革兰氏阳性菌的总称，具有调节人体肠道菌群、增加益生菌、保鲜防腐、提高抗氧化等作用。发酵桑椹后可赋予产品爽快、清香的口感，果香、奶油香突出。肖邦等[38]研制了一种桑椹酵素的生产工艺，以桑椹原料、白糖、益生菌配合酿造桑椹酵素，增加了产品营养价值，工艺简单、普及程度较高。陈智慧等[39]研究发现，乳酸菌单独发酵桑椹活菌数达到最高时，仍有86.49%果糖和66.12%葡萄糖未降解，对糖的利用率较慢，对功能性影响较小。与酵母菌、醋酸菌复配后，可以改变有机酸种类，有机酸与醇结合生成芳香性物质，丰富产品风味、提高产品抑菌性能和抗氧化能力等。马胜梅等[36]将处理后的苹果汁与部分桑椹汁进行乳酸发酵，得到乳酸发酵液再与剩余桑椹汁混合进行酒精发酵和醋酸发酵，得到的桑椹果醋进行微波杀菌、热杀菌和超高压杀菌，发现超高压处理可以更好保留桑椹果醋的抗氧化能力，增加酯类、醛类化合物，突出果醋的果香味，同时酸类、醇类等物质显著降低，可以改善桑椹果醋的刺激味，整体风味更加协调。
从桑椹自然发酵液中分离酵母菌、乳酸菌等野生菌株，配合醋酸菌等菌株发酵得到桑椹酒、桑椹果醋、桑椹酵素等发酵产品，解决了桑椹原料不易储存运输的问题，增加了产品的营养价值和药用功效，提高了产品附加值。同时，发酵得到的产品进行超高压灭菌后，既能保留产品原有营养功效，还能延长食品货架期、增加产品的市场价值。
3 结语
桑椹产业现已蓬勃发展，亟需高新的生物技术提高产品附加值，确保产业的稳定、可持续性发展。目前桑椹市场上多以鲜果、果汁类饮料为主，生物发酵产品较少。产量居多的桑椹酒在风味品质方面相比高档红酒仍有较大的差距，而桑椹果醋、桑椹酵素等产品极少。因此，结合桑椹原料和微生物发酵的优势，还需在原料复配、菌株优选及工艺优化等方面展开深入研究，以期得到风味物质更丰富、营养功能的桑椹发酵产品。
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