紅薯莖葉保健醋飲料的研究與開(kāi)發(fā)

徐君飛，張居作，莫亦佳

（1.民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，懷化學(xué)院生命科學(xué)系，湖南 懷化 418008；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院廣東 廣州 510642）

醋是烹飪中常用的一種液體酸味調(diào)味料，具有開(kāi)胃健脾、醒酒暖血、消除疲勞、美容養(yǎng)顏等作用[1-2]。中國(guó)醋歷經(jīng)三千年的發(fā)展，從傳統(tǒng)釀造的調(diào)味品演變成現(xiàn)在流行的保健醋，這既是醋產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步的表現(xiàn)，也是中國(guó)的醋產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展熱點(diǎn)和趨勢(shì)[3-4]。

紅薯是我國(guó)四大主要糧食作物之一，長(zhǎng)期以來(lái)，人們食用的只是紅薯的塊根，莖葉多數(shù)被拋棄掉。研究發(fā)現(xiàn)，與常見(jiàn)蔬菜比較，紅薯莖葉的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分含量均較高[5]，具有提高免疫力、降糖、預(yù)防便秘等保健功能，美國(guó)將其列為“航天食品”，日本和臺(tái)灣尊為“長(zhǎng)壽食品”，香港人稱(chēng)為“蔬菜皇后”[6]。湖南省紅薯莖葉資源豐富，但利用率較低，造成極大浪費(fèi)，本試驗(yàn)以紅薯莖葉為原料，通過(guò)液化、糖化、發(fā)酵生產(chǎn)出具有保健功能的紅薯莖葉醋飲料，將為紅薯莖葉的深加工和綜合利用提供參考，為增加保健醋飲料的品種和健康飲食等方面發(fā)揮積極作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅薯莖葉：自種；α-淀粉酶（50U/mg）：杭州大陽(yáng)化工有限公司；米曲霉（Aspergillus oryzae）、黑曲霉（Aspergillus niger）、巴氏醋桿菌（Acetobacter pasteurianus）、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心。

1.2 儀器與設(shè)備

FW100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；HH-S培養(yǎng)箱：江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；FA124電子分析天平：上海舜宇恒平有限公司；DZKW-4電子恒溫水浴鍋：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；YXQ-LS-SII立式壓力蒸汽滅菌鍋、BSC-1300IIB2超凈工作臺(tái)：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；QHZ-DA恒溫振蕩培養(yǎng)箱：江蘇省太倉(cāng)市華美生化儀器廠制造；S-802-S pH計(jì)：安徽賽科環(huán)?？萍加邢薰?。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 紅薯莖葉保健醋飲料的工藝流程

紅薯莖葉、小麥粉→調(diào)漿→液化→糖化→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→陳釀→過(guò)濾澄清→檢驗(yàn)→滅菌→成品

1.3.2 紅薯莖葉粉的制備

取新鮮紅薯莖葉，晾干或烘干，用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎，過(guò)100目篩，得紅薯莖葉粉。

1.3.3 菌種制備

酵母菌活化、醋酸菌活化分別參照文獻(xiàn)[7-8]進(jìn)行。

1.3.4 液化最佳工藝條件的確定

（1）調(diào)漿加水量對(duì)液化的影響

將紅薯莖葉粉和小麥粉以1∶4混合，往其中分別加入3、4、5倍質(zhì)量的水，并按18U/g漿料中加入α-淀粉酶，調(diào)漿，60℃液化至碘液反應(yīng)不變藍(lán)，升溫至95℃，使α-淀粉酶失活，測(cè)定液化后漿液的體積和糖度。

（2）α-淀粉酶添加量對(duì)液化的影響

小麥粉/紅薯莖葉粉以1∶4混合，往其中分別加入4倍質(zhì)量的水，再分別按每g漿料中加入12U、18U、24U α-淀粉酶，調(diào)漿，60℃液化至碘液反應(yīng)不變藍(lán)，升溫至95℃，使α-淀粉酶失活，冷卻至常溫，測(cè)定液化后漿液的體積和糖度。

1.3.5 糖化最佳工藝條件的確定

按10%的比例在液化漿料中接種糖化菌（黑曲霉/米曲霉分別按25∶0、20∶5、15∶10比例混合），在溫度30℃，轉(zhuǎn)速180r/min條件下培養(yǎng)3d，測(cè)定糖化后漿液糖度。

1.3.6 分析檢測(cè)

糖度采用手持糖度計(jì)進(jìn)行測(cè)定、酒精度采用酒精計(jì)進(jìn)行測(cè)定、還原糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法進(jìn)行測(cè)定、總酸采用直接滴定法進(jìn)行測(cè)定、可溶性固形物含量采用密度瓶法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.7 酒精發(fā)酵最佳工藝條件的確定

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，為了獲得酒精發(fā)酵最佳工藝條件，調(diào)整糖度到12%，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化酵母菌發(fā)酵最適pH值、接種量、發(fā)酵時(shí)間、小麥/紅薯莖葉粉等因素，以酒精度為試驗(yàn)考察指標(biāo)，確定酒精發(fā)酵最佳工藝參數(shù)，參照文獻(xiàn)[9-10]，正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 酒精發(fā)酵工藝條件優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for technology optimization of alcoholic fermentation

1.3.8 醋酸發(fā)酵最佳工藝條件的確定

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，為了獲得醋酸發(fā)酵最佳工藝條件，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化醋酸發(fā)酵的接種量、轉(zhuǎn)速、培養(yǎng)溫度和酒精度等因素，以發(fā)酵液總酸含量為考察指標(biāo)，參照文獻(xiàn)[11-12]，正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

表2 醋酸發(fā)酵工藝條件優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for technology optimization of acetic acid fermentation

1.3.9 后處理

將上述醋液密封，置于10℃以下陳釀3個(gè)月，過(guò)濾，加熱至80℃殺菌10min，冷卻，即得成品。

2 結(jié)果與分析

2.1 液化條件對(duì)醋飲料品質(zhì)的影響

2.1.1 調(diào)漿加水量對(duì)液化的影響

將紅薯莖葉粉和小麥粉以1∶4混合，往其中分別加入3、4、5倍質(zhì)量的水，并按18U/g漿料中加入α-淀粉酶，調(diào)漿，自然pH，60℃液化至碘液反應(yīng)不變藍(lán)，升溫至95℃，使α-淀粉酶失活，測(cè)定液化后漿液的體積和糖度，原則上要求液化液的糖度越高越好。調(diào)漿加水量與液化液中總糖含量的關(guān)系如表3所示。

表3 調(diào)漿加水量與液化液中總糖含量的關(guān)系Table 3 Relationship between liquid water addition and total sugar in liquefied liquid

由表3可知，加水量為3倍、4倍物料質(zhì)量時(shí)，漿液的糖含量較為接近，相差甚微，但加水量為3倍物料質(zhì)量時(shí)，漿液量很少，影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)，綜合考慮，選擇加水量為4倍物料質(zhì)量進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 α-淀粉酶添加量對(duì)液化的影響

液化時(shí)加酶量與碘反應(yīng)結(jié)束時(shí)間以及總糖含量的關(guān)系如表4所示。

表4 液化時(shí)加酶量的確定Table 4 Determination of enzyme amount addition for liquidation

由表4可以看出，添加24U/g的α-淀粉酶進(jìn)行液化所需時(shí)間最短，但添加18U/g的α-淀粉酶進(jìn)行液化后的漿液中總糖含量最高。因液化時(shí)間的長(zhǎng)短比總糖含量對(duì)液化液品質(zhì)的影響小，因而確定α-淀粉酶的最適添加量為18U/g。

2.2 糖化劑對(duì)飲料糖化效果的影響

黑曲霉/米曲霉分別按25∶0、20∶5、15∶10比例混合，在溫度30℃，轉(zhuǎn)速180r/min的條件下發(fā)酵培養(yǎng)3d，測(cè)定糖化后漿液還原糖含量。不同比例混合的糖化劑對(duì)糖化效果的影響如表5如示。

表5 不同比例混合的糖化劑對(duì)糖化效果的影響Table 5 Effect of different proportions of saccharifying agent on saccharification

由表5可知，添加不同比例的糖化劑，發(fā)酵培養(yǎng)3d后，發(fā)酵液中的還原糖含量有較明顯的變化。糖化劑的最佳添加量為黑曲霉15%，米曲霉10%，糖化液呈橙黃色，無(wú)明顯沉淀，無(wú)明顯異味。

2.3 酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化

以酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化酵母菌酒精發(fā)酵最適pH、接種量、發(fā)酵時(shí)間、小麥/紅薯莖葉粉，正交試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，方差分析結(jié)果如表7所示。

表6 酒精發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 6 Results and analysis of orthogonal experiments for technology optimization of alcoholic fermentation

由表6可知，各因素對(duì)酒精發(fā)酵的影響順序?yàn)锽＞A＞D＞C，最佳組合為A1B3C2D2，即pH 3.5，釀酒酵母用量0.4%，發(fā)酵5d，小麥粉/紅薯莖葉粉為1∶5。在此最佳條件下，對(duì)酒精發(fā)酵進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)酵液酒精度達(dá)7.0%vol。

表7 酒精發(fā)酵優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonal experiments results for alcoholic fermentation

由表7可知，因素B對(duì)酒精發(fā)酵的影響極顯著，因素A、C、D影響不顯著。

2.4 醋酸發(fā)酵工藝優(yōu)化

以總酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化巴氏醋酸桿菌的接種量、轉(zhuǎn)速、培養(yǎng)溫度和起始酒精度，結(jié)果如表8所示，方差分析如表9所示。

表8 醋酸發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 8 Results and analysis of orthogonal experiments for technology optimization of acetic acid fermentation

由表8可知，4個(gè)因素對(duì)醋酸發(fā)酵產(chǎn)生影響的主次順序?yàn)锽＞A＞C=D，最佳組合是A3B3C1D1，即醋酸菌接種量為12%，培養(yǎng)轉(zhuǎn)速為180r/min，發(fā)酵溫度32℃，酒精度為7.0%vol。在此最佳條件下，對(duì)醋酸發(fā)酵進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)酵總酸含量為5.6g/100mL。

表9 醋酸發(fā)酵優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 9 Variance analysis of orthogonal experiments results for technology optimization of acetic acid fermentation

由表9可知，因素B對(duì)醋酸發(fā)酵的影響顯著，因素A、C、D影響不顯著。

2.5 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[13-15]

2.5.1 感官指標(biāo)

具有正常食醋的色澤、氣味和滋味，不澀，酸甜適口，柔和，無(wú)其他不良?xì)馕杜c異味，無(wú)浮物，不渾濁，無(wú)沉淀，無(wú)異物，無(wú)醋鰻、醋虱。

2.5.2 理化指標(biāo)

總酸≥3.5g/100mL；可溶性無(wú)鹽固形物含量≥0.5g/100mL。

2.5.3 微生物指標(biāo)

菌落總數(shù)≤1 000個(gè)/mL；大腸菌群≤3MPN/100mL；致病菌：不得檢出。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，利用紅薯莖葉粉生產(chǎn)紅薯莖葉醋飲料的最佳工藝條件為：添加紅薯莖葉、小麥粉4倍質(zhì)量的水進(jìn)行調(diào)漿，漿液的糖度和出漿率都較為理想；糖化劑的最佳添加量為黑曲霉15%，米曲霉10%，糖化液呈橙黃色，無(wú)明顯沉淀，無(wú)明顯異味；pH 3.5，釀酒酵母用量0.4%，發(fā)酵5d，小麥粉/紅薯莖葉粉為1∶5，最有利于酒精發(fā)酵，發(fā)酵液酒精度達(dá)7.0%vol；醋酸菌接種量為12%，培養(yǎng)轉(zhuǎn)速為180r/min，發(fā)酵溫度32℃，起始酒精度為7.0%vol，最有利于醋酸發(fā)酵，發(fā)酵液總酸為5.6g/100mL；將醋飲料陳釀3個(gè)月后，過(guò)濾；最終獲得獨(dú)特、柔和的紅薯莖葉保健醋飲料。本研究對(duì)于開(kāi)發(fā)利用原材料和增加醋飲料種類(lèi)等方面具有一定的參考價(jià)值。

[1]薛 偉，丁 燕，吳利利.醋的類(lèi)型與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2005（1）：26-27.

[2]董 艷，楊慶麗，張正海，等.黑蒜醋保健飲料的研制[J].中國(guó)釀造，2013，32（4）：151-153.

[3]鄭曉吉，李寶坤，史學(xué)偉，等.液體深層發(fā)酵蟠桃果醋工藝研究[J].中國(guó)釀造，2013，32（1）：161-164.

[4]張海龍，丁宏偉，楊曉蕾，等.山楂蘋(píng)果復(fù)合果醋的發(fā)酵工藝研究[J].中國(guó)釀造，2013，32（6）：165-168.

[5]呂玲玉，史高峰，李春雷，等.甘薯葉化學(xué)成分研究[J].中藥材，2009（6）：896-897.

[6]謝清霞，寧建中，岳 春，等.紅薯莖葉保健醋飲料的研制[J].江西食品工業(yè)，2010（3）：28-31.

[7]葉 華，呂愛(ài)麗.西瓜皮果脯的研制[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（5）：92-95.

[8]姚玉靜，龔慧雯，王爾茂.果醋的保健功能[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2009，12（9）：1-2.

[9]國(guó) 東，王 燕，郭玉蓉，等.以蘋(píng)果渣生產(chǎn)蘋(píng)果醋的工藝研究[J].中國(guó)調(diào)味品，2012，37（5）：56-59.

[10]徐清萍，朱廣存.野生獼猴桃醋發(fā)酵工藝的研究[J].中國(guó)調(diào)味品，2012，37（10）：60-63.

[11]李 云，蘇樹(shù)友，汪武忠.楊桃果醋發(fā)酵工藝研究[J].中國(guó)調(diào)味品，2012，37（8）：56-59.

[12]王治同，林 柯，王玉冰.西瓜皮果醋飲料的研制[J].中國(guó)調(diào)味品，2012，37（7）：58-61.

[13]吳國(guó)卿，王文平，陳 燕，等.液態(tài)發(fā)酵法釀造野木瓜果醋[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2012，33（6）：92-97.

[14]BOX G E P,BEHNKEN D W.Some vew three level design for the study of quantitative variables[J].Technometrics,1960(2):456-475.

[15]王 頡，李長(zhǎng)文，東 芹.干紅棗酒釀造工藝研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2001，1（2）：11-14.