果米雙菌共酵制造蘋果醋的工藝研究

李曉樓

(四川職業(yè)技術(shù)學院 建筑與環(huán)境工程系, 四川 遂寧 629000)

蘋果醋是國際上繼碳酸飲料、可樂飲料、乳酸菌飲料之后發(fā)展起來的第4代新型飲料,富含維生素、無機鹽、氨基酸和有機酸類,兼有蘋果汁的營養(yǎng)和食醋的保健功能.在我國開發(fā)蘋果醋既能解決蘋果的滯銷問題，又能搞好深加工，提高經(jīng)濟效益，滿足國內(nèi)外市場的新需求[1].針對蘋果醋傳統(tǒng)生產(chǎn)存在工序繁瑣，產(chǎn)量質(zhì)量不穩(wěn)定等具體實際，本文中采用果米混合發(fā)酵，探討快速生產(chǎn)蘋果醋的工藝，為蘋果醋生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù).

1 材料與方法

1.1供試原料蘋果；大米.

1.2供試菌株酵母菌：安琪活性干酵母；醋酸菌AD1：從腐爛的蘋果中分離而得；醋酸菌DT-2：由醋醅中分離而得.

1.3主要儀器及試劑電熱恒溫培養(yǎng)箱、搖床、粉碎機、打漿機、小型發(fā)酵罐、顯微鏡ZXC、蔗糖計、酸度計、酒精計等；糖化酶、α-淀粉酶、果膠酶、偏重亞硫酸鉀、高錳酸鉀、VC、蔗糖、硅藻土、檸檬酸等.

1.4工藝流程蘋果醋制造工藝流程見圖1.

圖1 蘋果醋生產(chǎn)工藝流程

2 蘋果醋生產(chǎn)工藝及操作要點

2.1原料蘋果預處理要求原料蘋果無腐爛、無機械損傷；40 ℃以下流水漂洗,然后用高錳酸鉀清洗.要求必須洗凈果實上的泥土、微生物和農(nóng)藥.清洗后，原料攜帶的微生物必須降低到原來的5.0%以下.破碎打漿要求破碎時盡量避免物料與空氣接觸，防止果肉氧化變成褐色.沖洗后榨汁滅菌處理，可添加80～100 mg/L偏重亞硫酸鉀，以避免產(chǎn)生新的細菌污染.榨出的果汁加入0.02%果膠酶，便于提取色素或芳香物質(zhì).

2.2原料大米預處理大米→浸泡→蒸煮→液化→糖化→過濾.大米糖化液的總糖含量在30 °Bx(Brix,即食品等所含的糖分質(zhì)量分數(shù)，下同) 左右.

2.3菌種活化活性干酵母：要求活化溫度在37～38 ℃，活化過程中要注意每隔10 min搖瓶一次.醋酸菌：無菌接種到活化培養(yǎng)基中，在30 ℃、搖瓶轉(zhuǎn)速150 r/min培養(yǎng)24 h.

2.4調(diào)整糖度要求果糧比例為1∶1，調(diào)整總糖含量為13 °Bx；調(diào)糖時要求蔗糖緩慢加入并攪拌，防底部結(jié)晶，或者預先將糖溶化在少量熱果漿中后再加入發(fā)酵醪中.

2.5酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵可分為3個時期：前發(fā)酵期、主發(fā)酵期、后發(fā)酵期.前發(fā)酵期主要進行酵母細胞自身的繁殖.主發(fā)酵期酵母菌轉(zhuǎn)入?yún)捬鹾粑a(chǎn)酒精.后發(fā)酵期，因營養(yǎng)的減少和發(fā)酵產(chǎn)物的阻滯，酵母菌生長比較困難[2]，要求降低發(fā)酵醪的溫度，防酵母菌自溶.

2.6醋酸發(fā)酵醋酸發(fā)酵分3個階段控制.前期為菌種適應期，生長慢，對氧需要量少，故通風量要?。恢衅诖姿峋盍ι仙?，菌量大增，由于呼吸作用加強，需大量的氧，故要加大通風量.后期隨著醋酸菌大量繁殖，氧化酶大量分泌，催化乙醇與空氣中的氧結(jié)合形成乙酸，發(fā)酵終點以測定發(fā)酵液中酸度不再上升為宜.

2.7勾兌、調(diào)味、過濾、滅菌勾兌調(diào)味加入5%的優(yōu)質(zhì)食鹽，以抑菌，降溫，并使醋體更豐滿[3].

3 關(guān)鍵技術(shù)條件的研究

3.1 果米混釀

3.1.1 果米比例的選擇 調(diào)整果糧比例：0∶1、1∶0、1∶1、1∶2、2∶1，調(diào)整初始總糖度為13 °Bx，添加0.15%(NH4)2SO4、0.15%KH2PO4、0.1% MgSO4.經(jīng)滅菌后接種酵母菌，每種比例設3個重復，30 ℃靜止發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束后取3次重復的產(chǎn)酒率平均值比較不同果糧比例下的產(chǎn)酒率[4].產(chǎn)酒率是指1 000 g 糖實際產(chǎn)生的酒精與理論上產(chǎn)生的酒精的比值.試驗結(jié)果如表1所示.

表1 不同果糧比例的產(chǎn)酒率

從表1可以看出，蘋果汁的比例與產(chǎn)酒率有著密切的關(guān)系；蘋果汁的比例越高，產(chǎn)酒率越高；在純果汁發(fā)酵時，產(chǎn)酒率可以達到89.53%.這可能由于蘋果汁營養(yǎng)較豐富、促進酵母菌的生長代謝，使得酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)酒精率較高.但考慮到蘋果汁的糖含量較低，且蘋果汁的原料處理較復雜，成本高，在試驗中選擇蘋果汁和大米糖化液的配比為1∶1為宜[5].

3.1.2 發(fā)酵初始總糖度的選擇與調(diào)配 本實驗選擇的初始總糖度分別為：11、13、16、19 °Bx，每個初始糖度設3次重復，取其產(chǎn)酒率的平均值作為該初始總糖度的產(chǎn)酒率，見表2.

表2 不同糖度產(chǎn)酒率比較

由表2可知，糖度過低或過高都不利于酵母產(chǎn)酒精，這與理論分析一致.在總糖含量為13 °Bx左右時，產(chǎn)酒率最高，可達到77.32%；試驗選擇13 °Bx為最適發(fā)酵總糖度[6].

3.2酒精發(fā)酵曲線及發(fā)酵時間的選擇配制的酒精發(fā)酵液，加入0.15%(NH4)2SO4、0.15%KH2PO4、0.1 %MgSO4，裝液量為160 mL/250 mL發(fā)酵罐(在密閉的容器中進行)，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH為5.8，加熱.80 ℃滅菌30 min，冷卻至35 ℃；接種活化好的活性干酵母發(fā)酵，接種種齡為9.8 h、接種量為6%；發(fā)酵溫度為25.5 ℃.每10 h測定糖度和酒精度的變化，發(fā)酵至糖度和酒精度均達穩(wěn)定值時結(jié)束，試驗結(jié)果如圖2和表3所示.

由圖2可知，酒精發(fā)酵對產(chǎn)品品質(zhì)和原料利用率影響很大，前20 h是酵母的增殖，20～90 h是主發(fā)酵期，酵母生長旺盛，大量分解糖類，產(chǎn)生酒精、二氧化碳氣體以及大量的熱量.90～100 h酒度和糖度變化不明顯，此時糖分殘留量很少，酵母泥沉積于發(fā)酵罐底部，酵母代謝緩慢，酒精含量累計達到最大.因此確定酒精發(fā)酵最佳周期為100 h，此時酒精含量達8.0%.

圖2 酒精發(fā)酵的酒度、糖度和酸度的影響

發(fā)酵時間/h 發(fā)酵狀態(tài)<20有輕微混濁,呈暗黃色.20～90下層出現(xiàn)混濁現(xiàn)象,中層為淡黃色清液,上層為酒帽.90～100 產(chǎn)氣停止,上層為淡黃色清液,底部稍有混濁.

由表3可知，蘋果汁在發(fā)酵初期顏色較深；隨著發(fā)酵時間的延長，酵母開始進入生長旺盛期，代謝大量的糖，產(chǎn)生酒精、二氧化碳氣體及大量的熱量，在發(fā)酵液上層產(chǎn)生酒精，從而使酒體分層；在發(fā)酵后期，由于有少許果膠物質(zhì)存在而使發(fā)酵體產(chǎn)生混濁，沉淀于缸底[7].

3.3多菌共酵酒精發(fā)酵結(jié)束后，榨汁，滅菌，冷卻至35 ℃后，放入醋酸發(fā)酵池.本實驗采用從醋醅中分離出的醋酸菌DT-2和從蘋果中分離出的醋酸菌AD1混合發(fā)酵以期達到提高效率、增加產(chǎn)品香味的目的.

圖3 醋酸發(fā)酵過程中酒精度和酸度變化

3.3.1 醋酸發(fā)酵曲線 將醋酸菌經(jīng)活化后按10%～15%加入完成了酒精發(fā)酵的酒醪中，控制品溫在32～35 ℃.醋酸發(fā)酵過程中定期通入無菌空氣，通風量為發(fā)酵液：風量=1∶(0.06～0.08)，發(fā)酵時間為7 d左右，并隨時檢測發(fā)酵中醋酸和酒精的濃度變化，結(jié)果見圖3.

從圖3可知，雙菌發(fā)酵產(chǎn)酸周期較短，產(chǎn)酸速率較大.在發(fā)酵開始的第一天，醋酸菌迅速增長繁殖，然后進入產(chǎn)酸期.由圖3分析得知，醋酸發(fā)酵過程中每天取樣檢測酒精和醋酸含量，隨著發(fā)酵時間的延長，酒精度逐漸減少，酸度不斷增加，2～4 d后變化量最大，當醋酸發(fā)酵到6 d后產(chǎn)酸量達到高峰，以后醋酸發(fā)酵趨于平緩.酸度超過6%基本不再增加，酒精含量達到最小，此時為醋酸發(fā)酵終點.

3.3.2 接種比例對發(fā)酵產(chǎn)酸的影響 考慮兩種醋酸菌的發(fā)酵特性，發(fā)酵初始酒精度調(diào)整為5.5%；發(fā)酵條件(下文所談條件同此)：培養(yǎng)溫度28 ℃、搖瓶轉(zhuǎn)速120 r/min、初始pH 5.5、裝液量60 mL/300 mL發(fā)酵罐、發(fā)酵時間為6 d.調(diào)整兩種醋酸菌的接種比例模式，分別按如下方式進行發(fā)酵產(chǎn)酸實驗：

(Ⅰ)DT-2∶AD1=4∶1；(Ⅱ)DT-2∶AD1=3∶2；(Ⅲ)DT-2∶AD1=2∶3；(Ⅳ)DT-2∶AD1=1∶4；

圖4 接種比例對發(fā)酵產(chǎn)酸的影響菌株DT-2與AD1的比例：Ⅰ為4∶1，Ⅱ為3∶2，Ⅲ為2∶3，Ⅳ為1∶4.

發(fā)酵終了測定發(fā)酵液總酸含量和總酯含量,實驗結(jié)果如圖4所示.當接種比例為3∶2 時總酸含量最高.分析原因可能是醋酸菌的相互競爭作用促進了醋酸菌的產(chǎn)酸，而且此時醋酸菌DT-2生長代謝占優(yōu)勢.當接種比例為2∶3時，醋酸菌DT-2和AD1生長都不能占絕對優(yōu)勢，相互抑制，導致了總酸含量的下降.而接種比例為1∶4時，醋酸菌AD1生長占優(yōu)勢，醋酸菌DT-2的存在促進了AD1的產(chǎn)酸，但由于其產(chǎn)酸活性比DT-2弱，所以總酸含量低于接種比例為3∶2的總酸含量[3].總酯含量的變化也說明了上述結(jié)論.并且醋酸菌AD1的產(chǎn)酯能力要強于醋酸菌DT-2.考慮總酸和總酯的最優(yōu)，試驗選擇接種比例為3∶2.

3.3.3 接種量對發(fā)酵產(chǎn)酸的影響 調(diào)整接種量為4%、5%、6%、7%、8%，發(fā)酵產(chǎn)酸.發(fā)酵終了測定發(fā)酵液總酸含量，試驗結(jié)果如圖5所示.當接種量為7%時，總酸含量最大.選擇7%為最佳接種量，即醋酸菌DT-2的接種量為4.2%，醋酸菌AD1的接種量為2.8%.

圖5 接種量對產(chǎn)酸的影響

圖6 接種次序?qū)Ξa(chǎn)酸的影響 Ⅰ為種AD1 12 h后接種DT-2; Ⅱ為同步接種ADI； Ⅲ為接種DT-2 12 h后接種ADI.

3.3.4 接種次序?qū)Πl(fā)酵產(chǎn)酸的影響 如圖6所示，先接種AD1 有利于酯的生成而不利于酸的生成；同步接種時，總酸含量上升，但總酯含量卻下降.先接種DT-2 時，總酸含量最大，此時總酯含量雖略低于先接種AD1時發(fā)酵液總酯含量，但是卻高于同步接種時發(fā)酵液總酯含量.綜合考慮試驗結(jié)果，選擇先接種菌株DT-2，12 h 后接種菌株AD1 的接種次序，不但有利于產(chǎn)酸，同時也有利于提高總酯含量.

3.3.5 酒精度對醋酸發(fā)酵的影響 分別調(diào)整蘋果酒液酒精度為4.5%，5.5%，6.5%，7.5%，接種量為10%，在30 ℃、120 r/min 的條件下?lián)u床發(fā)酵，每6 h測1次酸度并記錄平均值、計算產(chǎn)酸速度和酒精轉(zhuǎn)化率[8](見表4).

表4 不同酒精含量醋酸發(fā)酵的酸度變化

由表4可以看出酒精度不同，其產(chǎn)酸速度與酒精轉(zhuǎn)化率也不同，酒精含量為5.5%的蘋果酒液酒精轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)酸速度最高，當酒精含量為5.5%以上時，酒精轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)酸速度有下降的趨勢，主要是因為酒精度對醋酸菌的抑制，因此確定醋酸發(fā)酵時，酒精度最好控制在5.5%左右[9].

3.3.6 分次補糖對蘋果醋質(zhì)量的影響 實驗通過1次補糖，2次補糖處理和不加糖對照，結(jié)果見表5，蘋果汁含糖量的高低直接影響蘋果醋的含酸量.不同的加糖方式和加糖量，對蘋果醋的酸含量和風味有重大影響.加糖明顯使蘋果醋成品的含酸量增加；分次加糖處理，醋酸發(fā)酵前酒精度及醋酸含量最高，明顯高于1次補糖，分析可能是因1次加糖高糖度對發(fā)酵液中酵母菌的生長與發(fā)酵產(chǎn)生了抑制，酵母菌對未加糖的果汁有較高乙醇轉(zhuǎn)化率[10].感官評定：2次補糖產(chǎn)品質(zhì)量最佳，其口感純凈、爽口、甜酸適宜，易為消費者接受,故蘋果醋發(fā)酵過程中理想的加糖方式為分次加糖，加糖量分別為5、3 °Bx.蘋果醋的最適酸含量以6.8 g /100 mL～7.2 g /100 mL 較為適宜.

表5 不同補糖方式對成品蘋果醋風味的影響

4 結(jié)論

本論文研究了蘋果醋的制造工藝，并對其關(guān)鍵技術(shù)條件進行了研究和優(yōu)化：將質(zhì)量比為1∶1的蘋果汁和大米糖化液的總糖濃度調(diào)整到13 °Bx，可生產(chǎn)出酒精度為8.0 %的酒精液；醋酸發(fā)酵初始酒精度最好控制在5.5 %，接種量為7%(先接醋酸菌DT-2 4．2 %，后接AD1為2．8 %)、發(fā)酵時間為6 d.采用了果糧混合發(fā)酵和雙菌共酵，為蘋果醋生產(chǎn)提供了更為廣泛的原料來源，降低了生產(chǎn)成本，保證了蘋果醋風味及營養(yǎng).

參考文獻：

[1] 王云陽,岳田利,高振鵬,等.蘋果果醋的研制[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(11):117-118.

[2] 劉文龍,王君高,王樂,等.蘋果白酒與蘋果醋聯(lián)合生產(chǎn)工藝的研究[J].中國釀造,2009(1):173-174.

[3] 王云陽,岳田利,袁亞紅,等.蘋果醋及果醋飲料的研制[J].食品工業(yè)科技,2005(26):23-25.

[4] 張智維,沈文,緱敬軒.蘋果醋飲料工藝的研究[J].食品科學,2005(5):273-275.

[5] 寧恩創(chuàng),劉小玲,林欽,等.火龍果果醋及其醋飲料的工藝研究[J].中國釀造，2008(2):82-84.

[6] 張智維,魏尚洲,李宏梁.蘋果醋營養(yǎng)飲料的配方設計[J].陜西科技大學學報,2004,22(1):49-52.

[7] 董國慶,李建軍,盧濤,等.蘋果醋研制工藝研究[J].現(xiàn)代食品科技,2008,24(9):917-920.

[8] 楊萍芳,藺毅峰.蘋果營養(yǎng)醋的生產(chǎn)工藝研究[J].中國食品學報,2006,6(5):81-84.

[9] 于靖,呂婕,季鵬,等.果醋飲料的現(xiàn)狀分析及展望[J].科技資訊,2006(8):222-223.

[10] 李燕,陳義倫.蘋果釀醋搖床發(fā)酵試驗條件研究[J].中國食物與營養(yǎng),2006(5):36-38.