新疆駿棗果醋的發(fā)酵工藝研究

楊清香

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830021）

新疆駿棗果形大、果面光滑、皮薄、肉厚、口感甘甜醇厚，其VC、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)含量均高于同類產(chǎn)品，被譽(yù)為“中華第一棗”。由于日照時(shí)間比較長(zhǎng)，晝夜溫差大，所以產(chǎn)出的駿棗個(gè)頭大、味甘甜。單果平均重22 g，最大單果重達(dá)31.5g。駿棗汁液多，鮮棗含糖量28.7%，含酸量0.45%，含VC430.2 mg/100 g，另外，還含有豐富的微量元素[1]。本文以駿棗為原料，進(jìn)行醋酸發(fā)酵試驗(yàn)研究，為駿棗深加工開發(fā)棗醋提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與設(shè)備[2-3]

1.1 材料

1.1.1 菌種

AS 1.41醋酸菌：中科院微生物研究所；滬釀1.01醋酸菌：上海迪發(fā)釀造生物制品有限公司。

1.1.2 醋酸菌的培養(yǎng)基

葡萄糖 1 g；酒精 2 mL；碳酸鈣（CaCO3）1.5 g；酵母膏1 g；瓊脂 2.5 g；水100 mL；pH自然（各種成分先加熱溶解后再將酒精加熱）。

1.1.3 和田駿棗

烏魯木齊北園春市售；丹寶利酵母：廣東丹寶利酵母有限公司；果膠酶（液態(tài)）：酶活力15萬U/g，寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司；果汁酶（液態(tài)，酶活構(gòu)成：纖維素酶≥11萬U/mL，木聚糖酶 ≥150萬U/mL，果膠酶≥6萬U/mL，β-葡聚糖酶≥136萬U/mL）：寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司；酸性果膠酶：酶活力12萬U/g，山東杰諾生物科技有限公司。

1.2 設(shè)備

恒溫培養(yǎng)箱（LHS-250SC）：上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（SHA-C）：蘇州正基有限公司；家用果汁打漿機(jī)；酸度計(jì)（雷磁）：上海楚柏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；水浴鍋（HH-2）：金壇科興儀器廠；阿貝折光儀（2WA-J）：上海測(cè)維光電技術(shù)有限公司；蒸餾裝置；電磁爐；分析天平（奧豪斯）；電子稱；精密酒精計(jì)：武強(qiáng)縣精創(chuàng)儀器儀表廠。

2 方法

2.1 操作要點(diǎn)[4-6]

2.1.1 棗漿的制備

將棗洗凈，按料水比1∶8，于90℃預(yù)煮10 min，用打漿機(jī)進(jìn)行打漿。

2.1.2 酶解制汁

采用酸性果膠酶0.04%，果汁酶0.04%，在酶解溫度為45℃，pH 3.5，酶解1.5 h的條件下制汁。

2.1.3 酒精發(fā)酵

采用丹寶利酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵，將干酵母加入2%滅菌糖水中活化2 h，然后接入適量酵母菌活化液在恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵。

2.1.4 醋酸菌活化

2.1.4.1 一級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)

取2只大試管，每只試管中加入15 mL新鮮紅棗汁，于121℃高壓滅菌20 min，冷卻后用接種環(huán)從醋酸菌斜面培養(yǎng)基上取數(shù)環(huán)醋酸菌接試管中，置于恒溫培養(yǎng)箱中，在34℃下培養(yǎng)48 h。

2.1.4.2 二級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)

取250 mL三角瓶2個(gè)，每個(gè)三角瓶中加入100 mL新鮮紅棗汁，于121℃高壓滅菌15 min，冷卻后按10%的接種量接入一級(jí)試管培養(yǎng)的醋酸菌種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱中，在34℃下培養(yǎng)48 h。

2.1.4.3 醋酸發(fā)酵

主要考察醋酸菌接種量、初始酒精度、裝液量、pH、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋酸發(fā)酵的影響，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用四因素三水平進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.2 分析測(cè)試[7]

總酸的測(cè)定采用酸堿滴定法：GB/T 5009.41-2003；酒精含量測(cè)定：蒸餾法GB/T 394.2-2008。

由于采用得率更能反映出發(fā)酵和產(chǎn)能情況，因此在本實(shí)驗(yàn)中，以醋酸得率作為考察指標(biāo)。

3 結(jié)果與討論

3.1 初始酒精度的影響

發(fā)酵溫度30℃，pH3.5，醋酸菌接種量為6%，發(fā)酵時(shí)間4 d，裝液量150 mL條件下，考察了初始酒精濃度分別為2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10.0%時(shí)對(duì)醋酸發(fā)酵的影響。

圖1 不同初始酒精度下2種醋酸菌發(fā)酵性能Fig.1 The effect of alcohol content on fermentation with acetic acid bacteria

由圖1可以看出，2種醋酸菌表現(xiàn)出相似的發(fā)酵性能。隨著酒精含量的逐漸升高，醋酸得率呈現(xiàn)先逐漸增加，后逐漸降低的趨勢(shì)，對(duì)于滬釀1.01，當(dāng)酒精含量為6.0%時(shí)，醋酸得率較高。對(duì)于中科1.41當(dāng)酒精含量為4.0%和6.0%的酒精含量產(chǎn)物的得率分別約為78.0%和77.0%，但從產(chǎn)物醋酸含量而言，6.0%的酒精用量時(shí)明顯高于4.0%的用量?？赡苁怯捎诰凭容^高時(shí)，對(duì)醋酸菌的發(fā)酵有抑制作用。因此，選擇初始酒精度為6.0%比較適宜。

3.2 醋酸菌接種量的影響

不同的接種量對(duì)醋酸發(fā)酵結(jié)果有不同的影響，接種量太小，菌數(shù)增長(zhǎng)緩慢，會(huì)延長(zhǎng)發(fā)酵周期，降低生產(chǎn)效率;接種量過大，菌種生長(zhǎng)過于旺盛，導(dǎo)致菌種提前衰老，且消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低原料的轉(zhuǎn)化率，造成成本提高。只有在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加發(fā)酵菌種接種量，才可以既縮短延續(xù)期，減少發(fā)酵液被污染的概率，又提高產(chǎn)酸的速度和產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。

在發(fā)酵溫度30℃，pH3.5，初始酒精度為6%，理論醋酸量為7.83%，發(fā)酵時(shí)間4 d，裝液量150 mL條件下，考察了接種量分別為2%、4%、6%、8%、10%和12%對(duì)醋酸發(fā)酵的影響。

圖2 不同接種量下2種醋酸菌發(fā)酵性能Fig.2 The effect of inocation volume on fermentation with acetic acid bacteria

從圖2可以看出，隨著接種量的增加，醋酸得率不斷增加，隨后趨于平緩。當(dāng)接種量為2%時(shí)，產(chǎn)酸速度偏低，發(fā)酵周期長(zhǎng)，最終醋酸得率也不高；當(dāng)接種量增加到6%以后，醋酸得率基本變化不大，但是接種量過高時(shí)，發(fā)酵速度快，不易于發(fā)酵控制，同時(shí)對(duì)風(fēng)味產(chǎn)生不良的影響[7]，所以6%～8%的接種量比較適宜。

3.3 發(fā)酵溫度的影響

發(fā)酵溫度直接影響到醋酸菌的生長(zhǎng)繁殖速度和產(chǎn)酸速度，在微生物發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度過低或過高都不利于發(fā)酵的進(jìn)行。在pH3.5，初始酒精度為6.0%，理論醋酸量為7.83%，發(fā)酵時(shí)間4 d，裝液量150 mL條件下，在20、26、28、30、32、35℃的發(fā)酵過程進(jìn)行了研究。

從圖3可以看出，隨著溫度的升高，醋酸得率也逐漸增加，當(dāng)溫度為20℃時(shí)，醋酸得率最低，是由于在較低溫度下，醋酸菌繁殖慢，對(duì)酒精的利用效果不好；當(dāng)升高到30℃時(shí)，醋酸得率最高，隨著溫度繼續(xù)升高，醋酸得率變化不顯著，甚至有下降的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榈桨l(fā)酵后期高溫使酶失活，醋酸菌提前老化，故產(chǎn)酸量也隨之降低。因此，選擇發(fā)酵溫度為30℃～32℃為宜。

圖3 不同溫度條件下兩種菌種發(fā)酵情況Fig.3 The effect of temperature on fermentation with acetic acid bacteria

3.4 發(fā)酵時(shí)間的影響

在發(fā)酵溫度30℃，pH3.5，初始酒精度為6%，理論醋酸量為7.83%，裝液量150 mL時(shí)，考察了發(fā)酵時(shí)間為 1、2、3、4、5、6 d 醋酸得率的情況。

圖4 2種菌種隨時(shí)間的變化發(fā)酵情況Fig.4 The effect of time on fermentation with acetic acid bacteria

由圖4可以看出，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，醋酸得率逐漸增加，后趨于平緩。當(dāng)發(fā)酵4 d時(shí)，醋酸得率達(dá)到最高，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，得率增加不顯著，甚至出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，為了提高生產(chǎn)效率和節(jié)省能源，選擇發(fā)酵4 d為宜。

3.5 發(fā)酵液pH的影響

在發(fā)酵溫度30℃，發(fā)酵時(shí)間5 d，初始酒精度為6%，理論醋酸量為7.83%，裝液量150 mL條件下，考察了發(fā)酵液 pH 分別為 2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 和 5.0 時(shí)醋酸得率情況。可知，隨著pH的快速增加，醋酸得率呈現(xiàn)先快速增加后逐漸降低的趨勢(shì)。pH為2.5時(shí)，醋酸得率最低，可能是由于pH過低，醋酸菌的生長(zhǎng)代謝受阻，發(fā)酵產(chǎn)酸的能力下降；當(dāng)pH在3.5～4.0時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)酸能力最好；當(dāng)pH大于4.0時(shí)產(chǎn)酸能力逐漸下降。因此，選擇pH 3.5～4.0比較適宜。

3.6 裝液量的影響

圖5 不同pH條件下2種菌種發(fā)酵情況Fig.5 The effect of pH on fermentation with acetic acid bacteria

在發(fā)酵溫度30℃，發(fā)酵時(shí)間5 d，初始酒精度為6%，理論醋酸量為7.83%，pH3.5時(shí)，考察了裝液量分別為30%、40%、50%、60%、70%和80%對(duì)醋酸得率的影響。

圖6 不同裝液量條件下2種菌種發(fā)酵情況Fig.6 The effect of liquid volume on fermentation with acetic acid bacteria

從圖6可以看出，隨著裝液量的逐漸增加，醋酸得率呈現(xiàn)先逐漸增加后逐漸降低的趨勢(shì)。當(dāng)裝液量過低時(shí)，醋酸發(fā)酵效果不好，并且降低了生產(chǎn)效率，浪費(fèi)能源。當(dāng)裝液量過高時(shí)，可能是由于裝液量過高，醋酸菌利用氧氣不充分導(dǎo)致醋酸得率下降。因此，選擇裝液量60%為宜。

3.7 發(fā)酵條件優(yōu)化

參考單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用滬釀1.01醋酸菌，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 醋酸發(fā)酵正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 The design of optimal condition for acetic acid bacteriafermentation

表2 醋酸發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析Table 2 The result of optimal for acid bacteriafermentation

從正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出，影響醋酸發(fā)酵的主次因素為裝液量>接種量>初始酒精度>發(fā)酵溫度。醋酸發(fā)酵最佳條件為A3B1C2D2，即菌種接種量為7%、初始酒精含量為6%、溫度為30℃、裝液量為65%，在此條件下進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，所得產(chǎn)品醋酸含量高達(dá)6.75%，得率為86.20%。

4 結(jié)論

1）單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)酒精度范圍是4%～6%、接種量為6%～8%、溫度為30℃～32℃、裝液量為60%～70%、pH 3.5～4.0時(shí)發(fā)酵4 d效果較好，單因素試驗(yàn)結(jié)果為正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

2）從兩種菌種對(duì)駿棗的發(fā)酵情況來看，滬釀1.01的發(fā)酵效果稍微優(yōu)于中科1.41，采用滬釀1.01醋酸菌發(fā)酵做正交試驗(yàn)以優(yōu)化醋酸發(fā)酵條件。從正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出，影響醋酸發(fā)酵的主次因素為裝液量>接種量>初始酒精度>發(fā)酵溫度。醋酸發(fā)酵最佳條件為A3B1C2D2，即接種量為7%、初始酒精含量為6%、溫度為30℃、裝液量為65%，在此條件下進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，所得產(chǎn)品醋酸含量達(dá)6.75%，得率為86.20%。

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