薏仁米发酵富集总多酚的工艺优化及其抗氧化活性

陈宇1,刘义2,吴晓琼1,张晓雨1,韦云路1*

(1.西南科技大学生命科学与工程学院,四川 绵阳 621010;2.贵州食品工程职业学院,贵州 贵阳 550000)

摘 要:该文采用植物乳杆菌和干酪乳杆菌对薏仁米进行发酵,通过单因素和正交试验优化富集薏仁米总多酚的工艺条件,并在最佳发酵工艺下,测定发酵过程中薏仁米发酵液的pH 值、酸度、活菌数的变化,评价发酵对薏仁米总多酚含量和抗氧化活性的影响。结果表明:植物乳杆菌发酵薏仁米富集总多酚的最佳工艺为发酵温度41 ℃、发酵时间60 h、接种量4%、料液比1∶2(g/mL);干酪乳杆菌发酵富集总多酚的最佳工艺为发酵温度39 ℃、发酵时间60 h、接种量5%、料液比1∶2(g/mL)。在上述最佳工艺下发酵薏仁米,植物乳杆菌发酵后薏仁米的总多酚含量为103.115 mg/L,DPPH 自由基清除率为96.92%;干酪乳杆菌发酵薏仁米的总多酚含量为99.677 mg/L,DPPH 自由基清除率为96.82%;植物乳杆菌发酵对薏仁米pH 值和酸度的影响比干酪乳杆菌明显,活菌数均整体呈先迅速上升后平稳再下降的趋势。两种乳酸菌发酵后均能提高薏仁米中总多酚含量,且通过发酵能使结合型多酚在一定程度上转化为游离型多酚,提高游离型多酚含量;并且乳酸菌发酵能提高薏仁米总多酚的体外抗氧化能力。

关键词:薏仁米;乳酸菌;发酵;多酚;抗氧化

薏仁米属禾本科,又名薏米、六谷米等,是一种一年生或多年生草本植物。薏仁米中富含淀粉、蛋白质、脂肪和多糖等营养成分,还含有丰富的多酚、黄酮、内酰胺、甾醇和三萜类化合物等多种天然生物活性成分[1-3],其作为我国传统的药食两用食物,除营养价值高可作日常食物外[4-6],功能成分也一直备受关注。但目前薏仁米市场化的商品多以初级加工产品为主,附加价值不足,未充分挖掘薏仁米的功能价值。

近年来,微生物发酵已成为谷物深加工中最经济和安全的技术之一。研究发现,通过微生物发酵作用可促进谷物细胞壁中结合功能性成分的释放,提高抗氧化作用和多酚的生物可及性。聂攀等[7]在研究全谷物发酵时发现,利用北里乳杆菌发酵有利于全谷物黑大麦中多酚的富集,可用于功能性全谷物食品基料的制备;江慧斌等[8]研究发现,藜麦和黑大麦复合发酵时有利于多酚和黄酮的富集,可在一定程度上改善发酵谷物中酚类物质的生物有效性,并提高谷物的抗氧化活性;Bhanja 等[9]研究发现,采用米根霉RCK2012 固态发酵处理小麦对酚类化合物从基质中释放有良好效果。Zieliński 等[10]测定乳酸菌发酵面粉制成的荞麦饼干中酚酸和黄酮的生物可及性,结果表明,发酵能够提高荞麦饼干中的总多酚含量和生物可及性。乳酸菌作为益生菌中的代表,是目前公认的食品级微生物,具有降血糖、调节肠道菌群、抗氧化等功效。因此,将乳酸菌应用于谷物发酵,可以富集多酚,将结合态多酚转化为游离态,提高多酚的体内生物可及性和谷物产品附加值。

本研究采用常用于谷物发酵的植物乳杆菌和干酪乳杆菌对薏仁米进行发酵,优化乳酸菌发酵富集薏仁米多酚的工艺条件,评价乳酸菌发酵富集薏仁米多酚的活性,以期为充分发挥乳酸菌发酵作用、促进薏仁米中结合型多酚的释放、提高有利于小肠吸收的游离型多酚含量提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

薏仁米:市售;植物乳杆菌、干酪乳杆菌:西南科技大学生命科学与工程学院食品实验室保存。

MRS 肉汤(生物试剂):北京陆桥技术股份有限公司;琼脂粉(生物试剂):杭州微生物试剂有限公司;福林酚(生物试剂):上海易恩化学技术有限公司;2,4,6-三吡啶基三嗪(2,4,6-tripyridin-2-yl-1,3,5-triazine,TPTZ)(生物试剂):上海源叶生物科技有限公司;石油醚、冰醋酸、盐酸、正己烷、乙酸钠:成都市科隆化学品有限公司;氢氧化钠、氯化钠、甲醇、乙酸乙酯、硫酸亚铁、碳酸钠:成都金山化学试剂有限公司;无水乙醇:成都合成兴业化工有限公司;三氯化铁:天津市福晨化学试剂厂;没食子酸:国药集团化学试剂有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH):上海麦克林生化科技有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FA2004 电子天平:上海舜宇恒平科学仪器有限公司;FREEZONE-2.5 冻干机:美国LABCONCO 公司;RE-52B 旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;UV5800PC紫外可见分光光度计:上海元析仪器有限公司;PHS-3C pH 计:上海仪电科学仪器股份有限公司;THZ-82A恒温振荡器(摇床):江苏金怡仪器科技有限公司;HHS 数显恒温水浴锅:正基仪器有限公司;KG-SX-700 立式高压蒸汽灭菌锅:日本阪上制作公司;SHB-Ⅲ真空泵:郑州长城科工贸有限公司;SW-CJ-1F 洁净工作台:安泰空气技术有限公司;DHP-9052 干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司;5804R 离心机:德国Eppendorf 公司。

1.3 方法

1.3.1 发酵菌液及发酵体系制备

菌种活化:将保藏的植物乳杆菌和干酪乳杆菌接种到MRS 固体培养基中,在37 ℃下培养24 h,将生长良好的菌落接种到MRS 液体培养基中扩增2~3 代后,待用。

发酵菌液制备:取已活化后的乳酸菌菌液,根据发酵液中乳酸菌浓度,调整菌液浓度为1.00×108 CFU/mL。

发酵体系构建:薏仁米研磨成粉,过80 目筛去除极个别米粒,称取10 g 薏仁米粉于锥形瓶中,灭菌(121 ℃、20 min)后冷却。将薏仁米粉与无菌蒸馏水按一定比例混合制成米浆,接种调整好的菌液。置于恒温振荡器中培养。

1.3.2 乳酸菌发酵富集薏仁米多酚的工艺优化

1.3.2.1 单因素试验

以发酵温度、发酵时间、接种量和料液比为研究因素,以发酵后的总多酚含量和抗氧化活性为指标[11-12]。在接种量3%、料液比1∶4(g/mL)、发酵时间36 h、发酵温度37 ℃基础上,分别考察发酵温度(33、35、37、39、41 ℃)、发酵时间(12、24、36、48、60 h)、接种量(1%、2%、3%、4%、5%)、料液比[1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6(g/mL)]对总多酚含量和抗氧化活性的影响。

1.3.2.2 正交优化

在单因素试验基础上,固定料液比1:2(g/mL),选取发酵温度(A)、发酵时间(B)和接种量(C),进行正交试验,获得发酵最佳条件,同时在最佳发酵条件下进行验证试验和对照试验。正交试验因素与水平见表1。

表1 L9(33)正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of L9(33)orthogonal test

水平1 2 3因素A 发酵温度/℃37 39 41 B 发酵时间/h 36 48 60 C 接种量/%3 4 5

1.3.3 薏仁米总多酚含量测定

1.3.3.1 没食子酸标准曲线的制作

参照蔡倪等[13]的方法并稍作修改:配制浓度为5、10、15、20、25 mg/L 的没食子酸标准溶液。各取0.10 mL标准液,再加入1.0 mL 福林酚摇匀,1 min 后加入1.5 mL 15% 碳酸钠溶液,加入蒸馏水使总体积为4.5 mL,再放置到75 ℃水中加热,避光10 min 后取出,冷却至室温,在760 nm 处测定吸光度。以没食子酸浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,得到标准曲线为y=0.006 4x+0.005 4(R2=0.994 8)。

1.3.3.2 发酵液中总多酚含量测定

分别取0.10 mL 样品于10 mL 试管中,按上述标准曲线的制作方法进行操作,测定吸光度后,将其代入没食子酸标准曲线,可得发酵液中总多酚的质量浓度。

1.3.4 发酵薏仁米多酚的体外抗氧化活性测定

1.3.4.1 DPPH 自由基清除能力

参照汪瑞敏等[14]的方法并稍作修改:1.0 mL 样品中加入4.0 mL 0.1 mmol/L 的DPPH 乙醇溶液,混合均匀并放置20 min。用蒸馏水代替样品作为对照。在517 nm 处测定吸光度,DPPH 自由基清除率(X,%)计算公式如下。

式中:A0 为对照品吸光度;A1 为样品吸光度。

1.3.4.2 铁离子还原/抗氧化能力(ferric ion reducing antioxidant power,FRAP)

参照Sethi 等[15]的方法稍作修改:配制浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L 的FeSO4 标准液,各浓度标准液分别取0.1 mL,加入3.0 mL FRAP 工作液(由300 mmol/L pH3.6 的醋酸盐缓冲液、10 mmol/L TPTZ溶液、20 mmol/L FeCl3 溶液,按体积比10∶1∶1 混合均匀),再加入0.3 mL 蒸馏水,混匀后静置5 min,于593 nm 处测定其吸光度。以FeSO4 标准液浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线,得到标准曲线的线性回归方程y=0.732 2x+0.088 4(R2=0.99)。

吸取0.1 mL 样品,将按上述步骤测得的吸光度代入标准曲线中,即得到样品FRAP。

1.3.5 乳酸菌发酵富集薏仁米总多酚的活性评价

1.3.5.1 pH 值薏仁米发酵液样品在设定条件下发酵72 h,每隔6 h 用pH 计测出其对应的pH 值。

1.3.5.2 酸度

薏仁米发酵液样品在设定条件下发酵72 h,每隔6 h,参照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》[16]中的方法对发酵液进行测定。

1.3.5.3 乳酸菌活菌数

薏仁米发酵液样品在设定条件下发酵72 h,每隔6 h 使用生理盐水进行梯度稀释,涂布稀释液到MRS固体培养基上,培养48 h 后对菌落数量进行计数。对每种菌进行3 次平行试验,最终得出平均值,以CFU/mL 计。

1.3.6 乳酸菌发酵薏仁米后多酚的提取

1.3.6.1 薏仁米发酵粉的制备

薏仁米浆发酵完成后,-20 ℃冷冻24 h,之后放入-60 ℃冻干机中冷冻干燥,磨碎后过80 目筛,得到薏仁米发酵粉,密封保存待用。设置未接种菌种的薏仁米液作为对照组,预冷冻干后同样密封保存,用于后续试验。

1.3.6.2 游离型、结合型多酚的提取与测定

参照贝琦[17]的方法稍作修改。

游离型多酚:称量1 g 薏仁米发酵粉,加入25 mL 80%甲醇溶液,45 ℃水浴1 h 后过滤,重复操作一次,合并两次得到的滤液,收集滤渣。用旋转蒸发仪37 ℃蒸干滤液中的甲醇,加入40 mL 蒸馏水后再加入10 mL 正己烷,弃去上层有机相,加入70 mL 乙酸乙酯萃取水相3 次,3 次萃取后,合并有机层,用旋转蒸发仪于35 ℃蒸发乙酸乙酯,最后加入5 mL 50%甲醇溶液,4 ℃下保存。

结合型多酚:向收集到的滤渣中加入40 mL 蒸馏水,之后过滤,在留下的滤渣中加入50 mL 2 mol/L NaOH 溶液,常温放置4 h 水解,用浓盐酸调节pH 值至2.0,3 000 r/min 离心5 min;上清液加入10 mL 正己烷,舍去上层有机相,水相层加入70 mL 乙酸乙酯萃取水相3 次,合并有机层,用旋转蒸发仪在35 ℃下蒸发乙酸乙酯,加入5 mL 浓度为50% 的甲醇溶液,4 ℃下保存。按1.3.3.2 的方法进行结合型多酚和游离型多酚含量测定。

1.4 数据统计分析

使用Origin、Minitab 软件进行绘图和数据处理。所有试验重复3 次后取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 发酵温度对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响

发酵温度对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响见图1。

图1 发酵温度对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响
Fig.1 Effect of fermentation temperature on total polyphenol content and DPPH free radical scavenging rate

由图1 可知,植物乳杆菌在发酵温度为39 ℃时,总多酚含量和DPPH 自由基清除率最高;在41 ℃发酵温度下,干酪乳杆菌总多酚含量最高,DPPH 自由基清除率较高。因此,植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵薏仁米效果最好的发酵温度分别为39 ℃和41 ℃。

2.1.2 发酵时间对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响

发酵时间对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响见图2。

图2 发酵时间对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响
Fig.2 Effect of fermentation time on total polyphenol content and DPPH free radical scavenging rate

由图2 可知,植物乳杆菌在60 h 时总多酚含量最高,DPPH 自由基清除率较高;干酪乳杆菌在发酵时间为48 h 时,总多酚含量较高,DPPH 自由基清除率较高。因此,植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵薏仁米效果最佳的发酵时间分别为60 h 和48 h。

2.1.3 接种量对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响

接种量对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响见图3。

图3 接种量对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响
Fig.3 Effect of inoculum size on total polyphenol content and DPPH free radical scavenging rate

由图3 可知,植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵薏仁米在接种量为5% 时,总多酚含量和DPPH 自由基清除率均为最高。因此,当接种量为5% 时植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵效果最好。

2.1.4 料液比对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响

料液比对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响见图4。

图4 料液比对总多酚含量及DPPH 自由基清除率的影响
Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on total polyphenol content and DPPH free radical scavenging rate

由图4 可知,植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵薏仁米均在料液比为1∶2(g/mL)时,总多酚含量较高,DPPH 自由基清除率最高。因此,植物乳杆菌和干酪乳杆菌当料液比为1∶2(g/mL)时发酵效果最好。综合考虑总多酚含量与DPPH 自由基清除率,固定料液比为1∶2(g/mL)。

2.2 正交优化结果

正交优化试验结果见表2 和表3。

表2 植物乳杆菌发酵薏仁米正交试验结果
Table 2 Orthogonal test results of Lactobacillus plantarumfermented coix seed

试验号1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 发酵温度/℃37 37 37 39 39 39 41 41 41 B 发酵时间/h 36 48 60 36 48 60 36 48 60 C 接种量3 4 5 4 5 3 5 3 4总多酚含量/(mg/L)72.13±1.10 82.96±3.47 84.00±3.31 73.53±0.66 77.54±1.71 76.03±0.31 82.59±1.56 92.39±2.53 96.97±2.19 DPPH 自由基清除率/%93.93±0.53 90.15±2.44 90.31±0.86 91.67±1.91 94.97±1.43 89.82±2.22 89.55±0.78 91.45±1.54 90.64±1.20

续表2 植物乳杆菌发酵薏仁米正交试验结果
Continue table 2 Orthogonal test results of Lactobacillus plantarum-fermented coix seed

试验号总多酚含量DPPH自由基清除率K1 K2 K3 R k1 k2 k3 R A 发酵温度/℃239.08 227.10 271.95 32.87 274.39 276.46 271.64 4.82 B 发酵时间/h 228.25 252.89 257.00 4.11 275.15 276.57 270.77 5.80 C 接种量/%240.55 253.46 244.13 12.91 275.20 272.46 274.83 2.74总多酚含量/(mg/L)DPPH 自由基清除率/%

表3 干酪乳杆菌发酵薏仁米正交试验结果
Table 3 Orthogonal test results of Lactobacillus casei-fermented coix seed

试验号1 2 3 4 A 发酵温度/℃37 37 37 39 B 发酵时间/h 36 48 60 36 C 接种量/%3 4 5 4总多酚含量/(mg/L)75.72±2.34 71.50±2.05 94.16±1.95 77.13±1.77 DPPH 自由基清除率/%84.58±2.84 91.28±1.61 90.15±2.22 87.62±1.67

续表3 干酪乳杆菌发酵薏仁米正交试验结果
Continue table 3 Orthogonal test results of Lactobacillus caseifermented coix seed

试验号5 6 7 8 9总多酚含量DPPH自由基清除率K1 K2 K3 R k1 k2 k3 R A 发酵温度/℃39 39 41 41 41 241.37 244.08 241.37 2.71 266.01 273.44 275.66 9.65 B 发酵时间/h 48 60 36 48 60 223.41 237.16 266.27 42.87 262.18 278.34 274.59 16.17 C 接种量/%5 3 5 3 4 229.39 243.25 254.19 24.79 266.48 273.01 275.62 9.15总多酚含量/(mg/L)89.47±1.65 77.49±2.50 70.56±1.49 76.19±2.89 94.63±2.43 DPPH 自由基清除率/%95.49±0.79 90.33±1.65 89.98±1.30 91.57±1.22 94.11±1.88

从表2 可以看出,以总多酚含量为主要指标,DPPH 自由基清除率为辅助指标,影响植物乳杆菌发酵的因素依次为发酵温度>接种量>发酵时间,最佳组合为A3B3C2,即适合植物乳杆菌发酵薏仁米的最佳条件为发酵温度41 ℃、发酵时间60 h、接种量4%。

从表3 可以看出,以总多酚含量为主要指标,DPPH 自由基清除率为辅助指标,影响干酪乳杆菌发酵的因素依次为发酵时间>接种量>发酵温度,最佳组合为A2B3C3,即适合干酪乳杆菌发酵薏仁米中发酵的最佳条件为发酵温度39 ℃、发酵时间60 h、接种量5%。

在最佳发酵条件下进行验证试验,植物乳杆菌发酵薏仁米的总多酚含量为103.115 mg/L,DPPH 自由基清除率为96.92%;干酪乳杆菌发酵薏仁米的总多酚含量为99.677 mg/L,DPPH 自由基清除率为96.82%;未发酵组薏仁米中总多酚含量为53.635 mg/L,DPPH 自由基清除率为24.55%。结果表明,植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵能够富集薏仁米中总多酚,提高其抗氧化活性。

2.3 乳酸菌发酵富集薏仁米总多酚的活性评价

2.3.1 发酵过程薏仁米液的pH 值

发酵过程薏仁米液的pH 值见图5。

图5 发酵过程薏仁米液的pH 值
Fig.5 pH value of coix seed broth during fermentation

由图5 可知,经过发酵的薏仁米液在72 h 内pH值总体先快速下降后趋于平稳,其中植物乳杆菌在18 h时pH 值下降到最低(pH4.12),干酪乳杆菌在24 h 时pH 值下降到最低(pH4.34),且植物乳杆菌总体pH 值均低于干酪乳杆菌的pH 值。由此可见,两种乳酸菌发酵都使薏仁米液的pH 值降低,且植物乳杆菌能更迅速降低发酵液pH 值且总体pH 值更低。

2.3.2 发酵过程薏仁米液的酸度

发酵过程薏仁米液的酸度见图6。

图6 发酵过程薏仁米液的酸度
Fig.6 Acidity of coix seed broth during fermentation

由图6 可知,经过植物乳杆菌发酵的薏仁米液在72 h 内酸度总体呈先快速上升后趋于平稳且保持缓慢增长的趋势,而经过干酪乳杆菌发酵的薏仁米液在72 h 内酸度总体呈波动上升的趋势。其中植物乳杆菌在66 h 时酸度达到最高,为7.31 mL/10 g,干酪乳杆菌在66 h 时酸度达到最高,为6.98 mL/10 g,植物乳杆菌总体酸度高于干酪乳杆菌。因此,两种乳酸菌通过发酵都可以升高发酵液酸度,且在0~12 h 使酸度快速提高,后趋于平稳,且整体呈缓慢上升趋势。

2.3.3 发酵过程薏仁米液的乳酸菌活菌数

发酵过程薏仁米液的乳酸菌活菌数见图7。

图7 发酵过程薏仁米液的乳酸菌活菌数
Fig.7 Viable bacteria count of coix seed broth during fermentation

如图7 所示,两种乳杆菌均能在薏仁米浆中较好地生长繁殖。发酵前12 h 活菌数快速增长,植物乳杆菌从发酵前的8.17 lg(CFU/mL)增长至9.47 lg(CFU/mL),干酪乳杆菌从发酵前的8.11 lg(CFU/mL)增长至9.02 lg(CFU/mL)。发酵到36 h 时,植物乳杆菌和干酪乳杆菌活菌数含量最高,分别达到9.60 lg(CFU/mL)和9.41 lg(CFU/mL),较发酵前有所提高。总体而言,植物乳杆菌发酵薏仁米液在72 h 内乳酸菌活菌数总体先快速上升(0~12 h)后趋于平稳(12~42 h),最后再下降(42~72 h),而经过干酪乳杆菌发酵的薏仁米液在72 h 内乳酸菌活菌数总体呈先快速上升(0~6 h)趋于平稳(6~36 h)后衰退下降(36~72 h)趋势,原因可能是在发酵末期,随着发酵液总体酸性下降到乳酸菌生长所能接受的酸度下限,两个菌种的菌落生长受阻[18]

2.3.4 发酵薏仁米的结合型多酚和游离型多酚含量

发酵薏仁米的结合型多酚和游离型多酚含量见图8。

图8 发酵薏仁米的结合型多酚和游离型多酚含量
Fig.8 Contents of bound and free polyphenols of fermented coix
seed

由图8 可知,在薏仁米发酵液中,经过植物乳杆菌发酵的多酚含量最高,干酪乳杆菌次之,未接种菌种的对照组中多酚含量明显低于另外两组。结果表明,在发酵过程中,利用乳酸菌的发酵作用可以产生更多的酚类物质。而在多数的谷物中,结合态多酚的含量均高于游离态多酚[19]。经过植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵后,游离型多酚含量均高于结合型多酚含量,经过计算,植物乳杆菌在最佳条件下发酵薏仁米粉后,得到的游离型多酚和结合型多酚总含量分别为86.969 mg/L和28.531 mg/L;干酪乳杆菌在最佳条件下发酵薏仁米粉后,得到的游离型多酚和结合型多酚含量分别为51.760 mg/L 和39.000 mg/L;而未接种菌种的薏仁米液中,游离型多酚和结合型多酚含量分别为28.219 mg/L和15.146 mg/L。综上所述,乳酸菌发酵能明显提高多酚含量,且通过发酵能使结合型多酚在一定程度上转化为游离型多酚,提高游离型多酚含量,该结果与王璐瑶等[20]的结果一致。

2.3.5 发酵薏仁米多酚的体外抗氧化活性

2.3.5.1 DPPH 自由基清除能力

发酵薏仁米多酚对DPPH 自由基的清除能力见图9。

图9 发酵薏仁米多酚对DPPH 自由基的清除能力
Fig.9 Scavenging ability of polyphenols of fermented coix seed against DPPH free radicals

由图9 可知,在薏仁米发酵液中,两种乳酸菌的DPPH 自由基清除率均较高,未接种菌种的对照组DPPH 自由基清除率明显低于接种乳酸菌的另外两组。通过两种乳酸菌发酵,结合型多酚的DPPH 自由基清除率均高于游离型多酚;且游离型多酚中,经植物乳杆菌发酵的抗氧化能力更强,结合型多酚中,经干酪乳杆菌发酵的抗氧化能力更强。因此,两种乳酸菌发酵均能提高DPPH 自由基清除率,且发酵后的结合型多酚抗氧化能力强于游离型多酚。

2.3.5.2 FRAP 测定结果

发酵薏仁米多酚FRAP 见图10。

图10 发酵薏仁米多酚FRAP
Fig.10 FRAP of polyphenols of fermented coix seed

由图10 可知,在薏仁米发酵液中,植物乳杆菌和干酪乳杆菌FRAP 明显高于未接种菌种的对照组,且用植物乳杆菌发酵后的抗氧化能力高于经干酪乳杆菌发酵的一组。经两种乳酸菌发酵后,结合型多酚的FRAP 均高于游离型多酚,且游离型多酚中,经植物乳杆菌发酵的薏仁米多酚提取液抗氧化能力更强,而在结合型多酚中,经干酪乳杆菌发酵的抗氧化能力更强。综上所述,两种乳酸菌发酵均能提高FRAP,发酵后的结合型多酚比游离型多酚抗氧化能力更强,该结果与王清爽[21]的结果相似。

3 结论

本文对接种植物乳杆菌和干酪乳杆菌发酵薏仁米富集总多酚的工艺进行优化,确定两种乳酸菌最佳发酵工艺,其中植物乳杆菌发酵薏仁米富集总多酚的最佳工艺为发酵温度41 ℃、发酵时间60 h、接种量4%、料液比1∶2(g/mL);干酪乳杆菌发酵薏仁米富集总多酚的最佳工艺为发酵温度39 ℃、发酵时间60 h、接种量5%、料液比1∶2(g/mL)。在此最优条件下进行验证,结果表明:植物乳杆菌发酵薏仁米的总多酚含量为103.115 mg/L,DPPH 自由基清除率为96.92%;干酪乳杆菌发酵薏仁米的总多酚含量为99.677 mg/L,DPPH自由基清除率为96.82%。发酵能够明显富集薏仁米中总多酚。

在上述最佳工艺下,测定发酵过程中薏仁米发酵液的pH 值、酸度、活菌数的变化,评价发酵对薏仁米多酚含量和抗氧化活性的影响。在发酵薏仁米液过程中,两种乳酸菌通过发酵均能使pH 值降低,且植物乳杆菌降低pH 值的效果更好;两种乳酸菌通过发酵均能使酸度升高,在0~12 h 上升速度最快,使酸度快速提高,后趋于平稳,整体呈缓慢上升趋势;植物乳杆菌和干酪乳杆菌在发酵过程中,活菌数呈先迅速上升后平稳再下降的趋势,且均在36 h 时活菌数达到最高;两种乳酸菌发酵后均能提高总多酚含量,且通过发酵能使结合型多酚在一定程度上转化为游离型多酚,提高游离型多酚含量;乳酸菌发酵能提高薏仁米总多酚的体外抗氧化能力,且发酵后,结合型多酚抗氧化能力强于游离型多酚。综上所述,乳酸菌在最佳条件下发酵可以增强抗氧化活性,使总多酚含量提高,达到富集薏仁米多酚的目的,并且促进结合型多酚转化为游离型多酚,提高薏仁米多酚的生物可及性。

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Optimization of Fermentation Process for Enriching Total Polyphenols in Coix Seed and Its Antioxidant Activity

CHEN Yu1,LIU Yi2,WU Xiaoqiong1,ZHANG Xiaoyu1,WEI Yunlu1*
(1.School of Life Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,Sichuan,China;2.Guizhou Vocational College of Foodstuff Engineering,Guiyang 550000,Guizhou,China)

Abstract:In this paper,coix seed was fermented by Lactobacillus plantarum and Lactobacillus casei,and single factor and orthogonal experiments were used to optimize the process conditions of total polyphenols in coix seed. Under the optimal fermentation process,the pH value,acidity,and viable bacteria count of the coix seed fermentation broth were monitored during the fermentation process,and the impact of fermentation on total polyphenol content and antioxidant activity of coix seed was further evaluated. The results showed that the optimal fermentation process for Lactobacillus plantarum-fermented coix seed to enrich total polyphenols was a fermentation temperature of 41 ℃,a fermentation time of 60 h,an inoculum size of 4%,and a solid-liquid ratio of 1∶2(g/mL).The optimal fermentation process for Lactobacillus casei-fermented coix seed to enrich total polyphenols was a fermentation temperature of 39 ℃,a fermentation time of 60 h,an inoculum size of 5%,and a solid-liquid ratio of 1∶2(g/mL).Under these conditions,the total polyphenol content of Lactobacillus plantarum-fermented coix seed reached 103.115 mg/L,with a DPPH free radical scavenging rate of 96.92%. The total polyphenol content of Lactobacillus casei-fermented coix seed was 99.677 mg/L,with a DPPH free radical scavenging rate of 96.82%. Lactobacillus plantarum had a more obvious effect on the pH value and acidity compared to Lactobacillus casei. The viable bacteria count showed an initial rapid increase followed by a stable phase and a subsequent decline.Both strains could increase the total polyphenol content of coix seed after fermentation,and the fermentation could convert the bound polyphenols into free polyphenols to a certain extent,enhancing the free polyphenol content.In addition,the fermentation of Lactobacillus could improve the in vitro antioxidant capacity of total polyphenols in coix seed.

Key words:coix seed;Lactobacillus;fermentation;polyphenols;antioxidant activities

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.23.015

基金项目:四川省自然科学基金项目(2022NSFSC1783);西南科技大学自然科学基金项目(22zx7115);贵州省科技计划项目(黔科合基础-ZK[2022]一般337);四川省大学生创新创业训练计划项目(S202210619097);西南科技大学创新基金项目(JZ24-070)

作者简介:陈宇(2002—),女(汉),本科在读,研究方向:食品科学。

*通信作者:韦云路(1991—),女,讲师,博士,研究方向:食品微生物、天然产物的提取与应用。

引文格式:

陈宇,刘义,吴晓琼,等.薏仁米发酵富集总多酚的工艺优化及其抗氧化活性[J].食品研究与开发,2024,45(23):108-116.

CHEN Yu,LIU Yi,WU Xiaoqiong,et al. Optimization of Fermentation Process for Enriching Total Polyphenols in Coix Seed and Its Antioxidant Activity[J].Food Research and Development,2024,45(23):108-116.

责任编辑:冯娜

收稿日期:2024-06-28