人參酵素與量子化人參酵素產(chǎn)品品質(zhì)的對比分析

李宏梁，陳天，陳素英，周啟武，孫寶國,4*

(1.陜西科技大學(xué)，食品與生物工程學(xué)院，西安 710021；2.陜西宏梁食品科技有限公司，西安 710065；3.大荔鐮塬農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 渭南 715100；4.北京工商大學(xué)，北京 100048)

酵素一詞起源于日本后傳至中國臺灣和大陸，臺灣地區(qū)冠以酵素的食品有近百個品種品牌[1]，而國產(chǎn)的相對較少。酵素食品受到眾多消費者及研究學(xué)者的關(guān)注，但大眾對酵素的認知并不深刻，如“酵素是酶的舊稱”[2]，“酵素就是酶”的說法一直流傳至今。酵素團體標(biāo)準(zhǔn)T/CBFIA 08001—2016中定義酵素是以動物、植物、菌類等為原料[3]，經(jīng)微生物發(fā)酵制得的含有特定生物活性成分的產(chǎn)品。酵素中不僅含有酶，還含有經(jīng)酶分解的多種小分子營養(yǎng)物質(zhì)，因此酵素在成分種類、功效和營養(yǎng)價值上都高于單純的酶。

普朗克假定說：能量是以一個一個的能量單位傳遞的[4]。這種最小能量單位被稱作能量子(簡稱量子)。能量子是因為頻率振蕩而產(chǎn)生的，相伴振蕩而產(chǎn)生的是動能和熱能[5]。量子化處理即為電磁場的量子化，是能量子通過量子倉改變被處理物質(zhì)的自有頻率，實現(xiàn)量子轉(zhuǎn)能的一種技術(shù)手段。

人參漿果是植物人參的圓形漿果，內(nèi)有兩顆半圓形的種子，因種子的價值遠高于人參漿果，果實與種子同時采集時多被棄而不用[6]。然而研究發(fā)現(xiàn)，人參漿果中的人參皂甙含量約為根部的4倍，人參酵素的開發(fā)極大地提高了人參漿果的附加值；其活性成分具有抗衰老、抗動脈粥樣硬化等藥理作用[7]。目前對酵素的研究主要集中于工藝的優(yōu)化以及抗氧化活性方面，而對于采用量子化技術(shù)處理與未處理獲得的酵素產(chǎn)品品質(zhì)的對比研究鮮有報道。因此，本文對人參酵素及量子人參酵素兩種酵素產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)進行對比分析，以期為后續(xù)的研究學(xué)者提供詳細的數(shù)據(jù)，并且使量子技術(shù)的應(yīng)用得到正確的認識。

1 材料與方法

1.1 材料與標(biāo)品

人參酵素(東北)、量子人參酵素(廈門中科院)：均由大荔鐮塬農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供；

標(biāo)準(zhǔn)品：重鉻酸鉀、鹽酸硫胺素、維生素B2、鹽酸吡哆醇、鹽酸吡哆醛、雙鹽酸吡哆胺、維生素B12、乳酸、混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液、γ-氨基丁酸，購自美國 Sigma 公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PB-10型pH計 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；BSA224S-CW型電子天平 德國Sartorius 公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市宏華儀器廠；THZ-C-1型全溫振蕩器 上海中庸檢驗設(shè)備有限公司；LDZX-40II型立式自動電熱壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；722N型可見分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；GH 隔水式培養(yǎng)箱 北京科偉永興儀器有限公司；L-8900型氨基酸分析儀 日立高新技術(shù)公司；島津 LC-20AD高效液相色譜儀 嘉興普津科技儀器有限公司；Agilent ZORBAX Eclipse XDB型C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm) 上海楚定分析儀器有限公司；SW-CJ-1F型單人雙面凈化工作臺 上海蘇凈實業(yè)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 人參酵素及量子人參酵素的制備方法

挑選無腐爛、色澤鮮紅的人參漿果洗凈瀝干后，使用勻漿機打漿去籽，將人參果漿與蜂蜜按照7∶2的質(zhì)量比置于消毒滅菌過的發(fā)酵罐中，混勻密封進行自然發(fā)酵，發(fā)酵初期適時攪拌，后期密封發(fā)酵，制得人參酵素原液；取部分發(fā)酵完成后的人參酵素原液置于量子倉中，根據(jù)裝樣的容器材質(zhì)進行光電磁調(diào)試，量子化處理72 h，制得量子人參酵素。

1.3.2 各指標(biāo)測定方法

pH的測定：使用pH計直接測定pH值；總酸含量的測定：采用酸堿滴定法測定，以乳酸作為換算系數(shù)，結(jié)果以質(zhì)量分數(shù)表示；乙醇含量的測定：采用蒸餾法測定，單位為g/100 g；氯化鈉含量的測定：采用銀量法測定，用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定試液中的氯化物，根據(jù)硝酸銀標(biāo)液消耗量計算其含量，結(jié)果以質(zhì)量分數(shù)表示；總氨基酸含量的測定：按照GB 5009.124—2016測定；人參皂甙含量的測定：按《保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范》2003年版中保健食品中總皂甙的方法進行測定，結(jié)果以人參皂甙Re計；γ-氨基丁酸含量的測定：按照QB/T 4587—2013測定；維生素B族(B1、B2、B6、B12)含量的測定：采用高效液相色譜法測定維生素B1、B2、B6的含量，維生素B12按照GB 5413.14—2010測定。有機酸含量的測定：采用外標(biāo)法定量測定，以乳酸計，單位為mg/kg；乳酸菌及霉菌活菌數(shù)的測定：分別按GB 4789.35—2016、GB 4789.15—2016的相關(guān)操作進行計數(shù)。

1.3.3 感官評定對比

對12名未經(jīng)培訓(xùn)的18歲以上男性和女性進行了酵素的感官評價。將樣品保持在室溫下存放，在一次性透明杯中提供25 mL樣品。小組成員使用10分的評分制對飲料的色澤、滋味、氣味以及外觀雜質(zhì)進行了評估，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 人參酵素感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria for ginseng ferment

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值及總酸含量的測定結(jié)果

圖1 pH值的測定結(jié)果Fig.1 The measurement results of pH value

pH值是水溶液最重要的理化參數(shù)之一。由圖1可知，人參酵素的pH值最終達到3.7，而量子人參酵素pH值為3.5。但兩者pH值均小于4，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(≤4)，量子化處理對酵素產(chǎn)品的pH值影響不大。

圖2 總酸含量的測定結(jié)果Fig.2 The measurement results of total acid content

2.2 乙醇及氯化鈉含量的測定結(jié)果

圖3 乙醇的測定結(jié)果Fig.3 The measurement results of ethanol content

由圖3可知，人參酵素中乙醇含量為1.83 g/100 g，量子人參酵素中乙醇含量為0.17 g/100 g。兩種產(chǎn)品的乙醇含量差異較大，說明經(jīng)量子化處理，酵素發(fā)酵液中乙醇含量顯著降低，這可能是由于東北極低的溫度使人參酵素并未完全發(fā)酵，導(dǎo)致醋酸菌的代謝途徑未發(fā)揮作用。雖然兩種產(chǎn)品的pH值與陳英等[14]的研究結(jié)果相似，但與其所論述的酸度是標(biāo)志酵素成熟度的主要指標(biāo)這一結(jié)論相矛盾[15]。乙醇含量的測定結(jié)果證明：pH這項單一指標(biāo)不能說明酵素發(fā)酵是否到位。因此，在酵素發(fā)酵過程中，乙醇含量應(yīng)作為評定酵素產(chǎn)品是否完全發(fā)酵的主要理化指標(biāo)。

圖4 氯化鈉含量的測定結(jié)果Fig.4 The measurement results of NaCl content

鹽分(NaCl)是食品中常見的測定指標(biāo)，各產(chǎn)品對氯化鈉含量的限定是不同的。由圖4可知，兩種酵素產(chǎn)品的氯化鈉含量均≤0.3 g/100 g，均符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 g/100 g)，說明人參酵素沒有過度發(fā)酵，且量子化處理對氯化鈉指標(biāo)無顯著影響。

2.3 總氨基酸含量的測定結(jié)果

圖5 總氨基酸含量的測定結(jié)果Fig.5 The measurement results of total amino acid content

人參酵素中總氨基酸含量達33 mg/100 g；量子人參酵素總氨基酸含量為6 mg/100 g。酵素原液中的氨基酸主要來源于原料中蛋白質(zhì)酶解，故經(jīng)檢測，所對應(yīng)的蛋白質(zhì)含量分別為0.7，1 g/100 g。從蛋白質(zhì)經(jīng)水解產(chǎn)生的氨基酸含量值分析，量子化處理使酵素中蛋白質(zhì)水解被抑制，中間產(chǎn)物多肽并未完全轉(zhuǎn)化為氨基酸。由圖5可知，經(jīng)量子化處理的人參酵素較原液相比，總氨基酸含量下降5倍之多，一方面可能是因為在量子化處理下，生物大分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，消耗自身的化學(xué)鍵或形成新鍵，使之形成具有高度化學(xué)活性的中間產(chǎn)物，且可以刺激機體發(fā)生一系列的生理、生化改變[16]；另一方面可能是因為在量子化處理的后續(xù)過程中，氨基酸在氮源缺乏時被微生物作為營養(yǎng)物質(zhì)消耗使氨基酸含量顯著降低。

2.4 總皂甙及γ-氨基丁酸的測定結(jié)果

圖6 總皂甙的測定結(jié)果Fig.6 The measurement results of total saponin content

人參皂甙是人參制品含有的活性成分。常用人參單體皂甙有Re、Rc、Rd、Rf、Rg1、Rb1、Rb2等，并且不同的單體皂甙具有不同的藥理作用。由圖6可知，人參酵素及量子人參酵素的總皂甙含量分別為0.63%與0.368%，經(jīng)量子化處理后總皂甙含量反而減少，可能是因為量子化處理使形成皂甙的各種糖類與皂甙元C3位的羥基(-OH)鍵斷裂。

按照GB/T 19506—2009 吉林長白山人參的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人參果(干燥品)的總皂甙含量≥4%，而在人參酵素中，總皂甙達到0.63 g/100 g，其約占人參果(干燥品)總皂甙的15.8%，說明將人參漿果發(fā)酵成人參酵素后，有效地提高了人參漿果的利用率。

圖7 γ-氨基丁酸的測定結(jié)果Fig.7 The measurement results of γ-aminobutyric acid content

γ-氨基丁酸(GABA)是廣泛存在于自然界中但含量相對較少的具有醫(yī)藥生理活性的四碳非蛋白氨基酸[17]，同時也是酵素產(chǎn)生的特殊活性物質(zhì)。由圖7可知，所測得的兩種產(chǎn)品的γ-氨基丁酸含量均超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值的百倍(≥0.03 mg/kg)。經(jīng)量子化處理后，γ-氨基丁酸含量略有減少但差別不大，說明量子化對產(chǎn)品γ-氨基丁酸的含量影響很小。與筆者實驗測得的蜂蜜綜合水果酵素所含γ-氨基丁酸含量99 mg/kg相比，約為人參酵素的26倍，這可能是因為人參酵素所含有的蛋白質(zhì)含量低于水果酵素，發(fā)酵過程中能轉(zhuǎn)化成γ-氨基丁酸的含量不多。因此，以γ-氨基丁酸含量為指標(biāo)優(yōu)化發(fā)酵人參漿果酵素時，應(yīng)與其他水果進行復(fù)配。

2.5 維生素族含量的測定結(jié)果

表2 兩種酵素產(chǎn)品的維生素B族含量Table 2 Vitamin B group content of two ferment products

對兩種酵素產(chǎn)品進行維生素含量的測定。由表2可知，VB1均未檢出，說明產(chǎn)品本身可能不含有維生素B1。人參酵素中VB6含量為0.73 mg/kg，約為VB2、VB12含量的15.5倍和149倍。而量子人參酵素中，VB12的含量約減少為原液的1/2，VB2及VB6均未檢出，可能是由于量子化處理所產(chǎn)生的光能和熱能，對維生素B族結(jié)構(gòu)的破壞作用，使其含量驟減。

2.6 有機酸(乳酸)含量、乳酸菌及菌落總數(shù)的計數(shù)結(jié)果

圖8 乳酸含量的測定結(jié)果 Fig.8 The measurement results of lactic acid content

乳酸是最有價值的有機酸之一[18]。在酵素發(fā)酵過程中，因其密閉的無氧條件，同型乳酸發(fā)酵使得唯一的產(chǎn)物只有乳酸。與此同時，乳酸可經(jīng)糖異生作用再次合成葡萄糖，促進了酵素的自然發(fā)酵。因此，產(chǎn)生乳酸的途徑即為異型乳酸發(fā)酵。由圖8可知，人參酵素原液中乳酸含量為690 mg/kg，量子人參酵素乳酸含量達到930 mg/kg，量子化處理顯著提高乳酸含量，其中Oliva-Neto P和Yokoya F[19]表示：乙醇含量越低，醋酸菌代謝途徑中轉(zhuǎn)化為乳酸及其他有機酸的含量升高。而量子化處理對其作用機理有待進一步研究。

圖9 乳酸菌的計數(shù)結(jié)果Fig.9 Counting results of lactic acid bacteria

對乳酸菌進行計數(shù)實驗，見圖9。人參酵素與量子人參酵素的菌數(shù)達到同一數(shù)量級，均符合酵素團體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(乳酸菌>105CFU/mL)。量子化的處理伴隨酵素后期發(fā)酵的進行，形成的有機酸增多，降低發(fā)酵液的pH值，導(dǎo)致發(fā)酵過程中菌落總數(shù)越來越少，不耐酸菌慢慢消亡[20]；而乳酸菌耐酸，消亡速度慢，同時量子化處理也伴隨乳酸菌的代謝，從而使乳酸菌數(shù)降低。因此，量子化處理并不能證明產(chǎn)生殺菌作用，后續(xù)可使酵素處于休眠狀態(tài)下對其菌落總數(shù)、酵母菌及乳酸菌進行檢測而進一步研究。

2.7 污染物指標(biāo)及有害微生物指標(biāo)的測定結(jié)果

食品從污染方面來講：其一為重金屬指標(biāo)；其二為有害微生物指標(biāo)。污染物重金屬主要是汞、鎘、鉛、鉻、砷等生物毒性顯著的重元素。大腸菌群是檢驗食品是否受糞便污染的指標(biāo)菌，而沙門氏菌屬于致病菌，金黃色葡萄球菌屬于病原菌。因此，這三類菌群對食品或機體來說均屬于有害微生物。

表3 人參酵素原液及其殘渣中重金屬含量Table 3 Heavy metals content in ginseng ferment liquid and its residues mg/100 g

經(jīng)檢測，2種酵素產(chǎn)品中5項有害重金屬均未檢出，后續(xù)對人參酵素原液的殘渣烘干并檢測其重金屬，數(shù)據(jù)結(jié)果見表3，人參酵素殘渣中的5項重金屬均含有且含量極高，由此說明發(fā)酵過程中酵素具有較強的自清潔作用。

有害微生物檢測結(jié)果顯示，兩種酵素產(chǎn)品的霉菌、大腸菌群、金黃色葡萄球菌均小于1 CFU/mL，沙門氏菌未檢出，此結(jié)果可能與發(fā)酵液較低的pH有關(guān)。Lambert和Stratford[21]報道，pH較低的環(huán)境中，細菌胞質(zhì)的快速酸化可通過抑制糖酵解、防止主動轉(zhuǎn)運或干擾信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來防止有害微生物的生長。綜上，兩種酵素產(chǎn)品的污染物指標(biāo)及有害微生物指標(biāo)均符合酵素標(biāo)準(zhǔn)要求，從健康方面來說，均對人體是安全的。

2.8 感官評定對比

對兩種人參酵素產(chǎn)品進行了感官評定。其中人參酵素與量子人參酵素均具有蜂蜜人參酵素特有的滋味，味酸且無異味。人參酵素原液呈紅棕色，總體感官評分平均達8分；量子人參酵素呈淺棕色，感官評分平均為7分，這表明兩種發(fā)酵飲料均是可以被接受的。

3 結(jié)論

本文對人參酵素原液與經(jīng)量子化處理的量子人參酵素兩種產(chǎn)品分別從理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)及污染物指標(biāo)方面進行檢測。結(jié)果表明：pH、氯化鈉一般理化指標(biāo)中，量子化處理的人參酵素與人參酵素原液數(shù)值差異不大；量子化處理降低了人參酵素總氨基酸及人參皂甙含量，提高了總酸及有機酸含量。兩種酵素產(chǎn)品中汞、鎘、鉛、鉻、砷等污染物均未被檢出；有害微生物大腸菌群、金黃色葡萄球菌均小于1 CFU/mL，沙門氏菌未檢出，均屬于安全食品。證明人參酵素在發(fā)酵過程中，具有強的自清潔作用且整體評分較高。因此，酵素產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣不僅應(yīng)把握pH、乙醇含量等主要指標(biāo)以及人參皂甙、γ-氨基丁酸等活性成分，還應(yīng)對發(fā)酵工藝中的關(guān)鍵因素進行把控。量子化人參酵素的研發(fā)對人體能否產(chǎn)生一定的調(diào)節(jié)或干預(yù)作用有待進一步的研究。