海紅果白蘭地蒸餾殘液提取海紅果干中糖酸工藝研究

楊　輝, 田郭鵬, 劉子賢

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安　710021； 2.陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)公司， 陜西 府谷　719400)

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海紅果白蘭地蒸餾殘液提取海紅果干中糖酸工藝研究

楊輝1, 田郭鵬1, 劉子賢2

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安710021； 2.陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)公司， 陜西 府谷719400)

摘要：為了充分利用海紅果白蘭地蒸餾殘液，變廢為寶，在其中加入海紅果干熱浸提果干中的糖和酸，以便進(jìn)行后續(xù)的酒精和醋酸發(fā)酵，分別考察了料液比、浸提時(shí)間、浸提溫度及果膠酶添加量對(duì)浸提液總糖和總酸的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以浸提液總糖和總酸為考量指標(biāo)，采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到了最佳浸提條件為：料液比為1∶5，浸提時(shí)間24 h，浸提溫度50 ℃，果膠酶添加量0.3 g/L.在此條件下，浸提液總糖為79.71 g/L，總酸為7.26 g/L，海紅果白蘭地醪液總糖和總酸較浸提前分別提高了77.16 g/L與5.18 g/L.

關(guān)鍵詞：海紅果； 水果白蘭地； 發(fā)酵； 熱浸提; 正交試驗(yàn)

0引言

海紅果，學(xué)名西府海棠，屬于薔薇科、梨亞科蘋果屬[1]，是我國(guó)西北地區(qū)的一種特色水果，主要分布于晉陜蒙三省交界處.現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，海紅果中含有豐富的維生素、氨基酸、黃酮等物質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2-4].

目前利用海紅果加工海紅果酒、果脯和果汁飲料等，海紅果白蘭地的生產(chǎn)是海紅果深加工的新途徑，是當(dāng)?shù)睾＜t果利用率較高的一種加工方法，能最有效的解決賣果難問(wèn)題.但是，在海紅果白蘭地的生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的蒸餾殘液，其中含有豐富的有機(jī)酸、氨基酸、多酚類和黃酮類物質(zhì)[5-8]，由于缺乏有效的利用措施，蒸餾殘液的處理變成了海紅果白蘭地生產(chǎn)的瓶頸，如果自然排放，對(duì)環(huán)境將會(huì)造成一定的污染，因此，尋找一種有效的綜合利用方法對(duì)于海紅果白蘭地的生產(chǎn)，乃至海紅果的發(fā)展是非常重要的.

果醋[9]是以水果或果品加工下腳料為主要原料，經(jīng)酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵釀制而成的營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味優(yōu)良的酸性調(diào)味品，它兼有水果和食醋的營(yíng)養(yǎng)保健功能，是集營(yíng)養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型飲品[10-12].基于蒸餾殘液中豐富的營(yíng)養(yǎng)和提高海紅果加工量方面的考慮，本研究利用海紅果白蘭地蒸餾殘液浸提海紅果干中的糖和酸，經(jīng)酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵生產(chǎn)海紅果醋.一方面蒸餾殘液浸提所得到的海紅果汁中氨基酸、有機(jī)酸、黃酮類等物質(zhì)[13,14]比純水浸提汁中更多，以此發(fā)酵得到的產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)更豐富；另一方面海紅果白蘭地蒸餾殘液含有一定量的有機(jī)酸，其pH值為3.5～4.0，有利于提汁中果膠酶的作用，酶解效率高，解決蒸餾殘液的綜合利用問(wèn)題，同時(shí)提高海紅果加工量，延長(zhǎng)海紅果產(chǎn)業(yè)鏈，有利于海紅果業(yè)健康發(fā)展.

1材料與方法

1.1材料與試劑

海紅果白蘭地蒸餾殘液(府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)公司提供)，海紅果干(市售)，葡萄糖(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，硫酸銅(天津市天力化學(xué)試劑有限公司)，酒石酸鉀鈉(天津市天力化學(xué)試劑有限公司)，鄰苯二甲酸氫鉀(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，鹽酸(北京化工廠)，氫氧化鈉(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，果膠酶(湖州禮來(lái)生物技術(shù)有限公司 ).所有試劑均為分析純.

1.2儀器與設(shè)備

電子天平(賽多利斯儀器有限公司)，電熱恒溫水浴鍋(DK-S22型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，PHS-4C+酸度計(jì)(成都市方舟科技有限公司)，78-1磁力加熱攪拌器(天津市泰斯特儀器有限公司)，電子萬(wàn)用爐(天津市泰斯特有限公司).

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1海紅果白蘭地蒸餾殘液預(yù)處理

將海紅果白蘭地殘液進(jìn)行低溫冷凍處理，然后分離，得到糖度2.75 g/L、酸度2.08 g/L、pH 3.68的上清液以及濃縮液，上清液用于浸提海紅果干發(fā)酵果醋產(chǎn)品.濃縮液經(jīng)過(guò)澄清過(guò)濾可進(jìn)一步濃縮得到有機(jī)酸液用于有機(jī)酸飲料生產(chǎn).

1.3.2海紅果干糖酸營(yíng)養(yǎng)成分的提取

稱取一定質(zhì)量的海紅果干，采用海紅果白蘭地蒸餾殘液酶解熱提取法，以料液比1∶5于50 ℃水浴浸提24 h，冷卻過(guò)濾得浸提液，采用菲林試劑直接滴定法測(cè)定浸提液總糖含量，酸堿中和滴定法測(cè)定浸提液總酸含量.

1.3.3菲林溶液的配制

溶液Ⅰ：稱取34.7 g硫酸銅(CuSO4·5H2O)，溶于水，稀釋至500 mL.

溶液Ⅱ：稱取173 g酒石酸鉀鈉和50 g氫氧化鈉，溶于水，稀釋至500 mL.

使用時(shí)將溶液I與溶液II按同體積混合.

1.3.4海紅果白蘭地蒸餾殘液浸提海紅果干總糖和總酸單因素實(shí)驗(yàn)

將海紅果白蘭地蒸餾殘液與海紅果干按一定的比例進(jìn)行混合，依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)方案，于混合的浸提液中加入一定量的果膠酶，控制浸提溫度、時(shí)間、料液比和果膠酶添加量，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，冷卻過(guò)濾，獲取澄清的海紅果干浸提液，測(cè)定其總糖和總酸含量.

(1)料液比的影響

在浸提溫度為50 ℃，浸提時(shí)間為24 h，果膠酶添加量為0.3 g/L的條件下，選取浸提比例分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7進(jìn)行浸提.綜合比較不同料液比條件下的總糖、總酸，選取適宜的料液比.

(2)浸提時(shí)間的影響

在浸提比例為1∶5，浸提溫度為50 ℃，果膠酶添加量為0.3 g/L的條件下，選取浸提時(shí)間為12 h、18 h、24 h、30 h、36 h進(jìn)行浸提.綜合比較不同浸提時(shí)間總糖、總酸，確定最佳浸提時(shí)間.

(3)浸提溫度的影響

在浸提比例為1∶5，浸提時(shí)間為24 h，果膠酶添加量為0.3 g/L的條件下，選取浸提溫度為40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃進(jìn)行浸提.綜合比較不同浸提溫度條件下總糖、總酸，確定最佳浸提溫度.

(4)果膠酶添加量的影響

在浸提比例為1∶5，浸提時(shí)間為24 h，浸提溫度為50 ℃的條件下，選取酶添加量為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L進(jìn)行浸提.綜合比較不同的果膠酶添加量的條件下總糖、總酸，確定最佳果膠酶添加量.

1.3.5海紅果白蘭地蒸餾殘液浸提海紅果干條件的正交試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以料液比(A)、浸提時(shí)間(B)、浸提溫度(C)和果膠酶添加量(D)為因素，每個(gè)因素取3水平，按L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素及水平依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果而定.

1.4分析方法

可溶性固形物(SSC)：手持折光儀法；總糖測(cè)定：費(fèi)林法[15]；總酸測(cè)定：酸堿中和滴定法[15]； pH：酸度計(jì)法.

1.5試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析方法

2結(jié)果與討論

2.1料液比對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

圖1為料液比對(duì)浸提海紅果干總糖和總酸提取量的影響.結(jié)果表明，隨著殘液用量的增加，浸提液中總糖和總酸含量均呈下降趨勢(shì).當(dāng)料液比從1∶3減少到1∶5時(shí)，總糖和總酸含量均有較小幅度的降低.當(dāng)料液比從1∶5減少到1∶7時(shí)，總糖和總酸含量下降幅度較大.當(dāng)料液比為1∶7時(shí)，總糖和總酸含量降低到最小值42.01 g/L和4.10 g/L.這是由于醪液體積較大時(shí)，果干中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是有限的，即便是全部溶于殘液中也不會(huì)較大幅度的提高總糖和總酸的量，故浸提液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量較低，液體發(fā)酵醋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定總酸濃度3.5%，顯然，上述糖度達(dá)不到醋酸發(fā)酵的基本要求，因此從對(duì)原料的利用率以及醋酸發(fā)酵中酸度的要求綜合考慮，選擇料液比為1∶5較為適宜.

圖1　料液比對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

2.2浸提時(shí)間對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

浸提是糖分和有機(jī)酸在固液相間的傳質(zhì)過(guò)程，平衡時(shí)浸提率最高，但平衡狀態(tài)的達(dá)到需要時(shí)間，因此，浸提時(shí)間對(duì)浸提率有一定的影響.圖2為浸提時(shí)間對(duì)海紅果白蘭地蒸餾殘液浸提海紅果干總糖和總酸提取量的影響.

由圖2可以看出，浸提時(shí)間不宜太短.在12～24 h這個(gè)階段，總糖和總酸含量上升速度較快，結(jié)果差異較為顯著(P<0.05)，海紅果干里面的糖分和有機(jī)酸被充分提取出來(lái)，但在24 h之前，所得浸提液香氣成分不夠濃郁.當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)24 h，結(jié)果無(wú)顯著性差異(P>0.05),總糖和總酸含量基本不變，此時(shí)，醪液與海紅果干之間已接近浸提平衡，再增加浸提時(shí)間,總糖和總酸含量增加緩慢.由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熱浸提溶劑蒸發(fā)而發(fā)生濃縮不利于糖和酸的浸出，因此，綜合考慮各項(xiàng)因素，選擇浸提時(shí)間為24 h.

圖2　浸提時(shí)間對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

2.3浸提溫度對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

從熱力學(xué)角度分析，溫度是影響浸提平衡常數(shù)的重要因素之一，而浸提平衡常數(shù)決定糖和酸的浸提率，從動(dòng)力學(xué)角度講，溫度也是影響浸提過(guò)程快慢的重要因素之一，影響到達(dá)浸提平衡的時(shí)間，進(jìn)而影響浸提效率和設(shè)備效率.圖3為浸提溫度對(duì)浸提液總糖和總酸提取量的影響.

由圖3可以看出，當(dāng)浸提溫度由40 ℃上升到60 ℃時(shí)，總糖含量在45～80 g/L之間，總酸含量在8～10 g/L之間，變化趨勢(shì)是先逐漸上升，后面趨于平穩(wěn).經(jīng)分析，在溫度小于50 ℃時(shí)，在0.05的水平下，溫度對(duì)總糖和總酸含量有顯著性的差異(P<0.05)；當(dāng)溫度高于50 ℃時(shí)，溫度對(duì)總糖和總酸含量無(wú)顯著性差異(P>0.05).50 ℃與60 ℃無(wú)明顯差異，對(duì)五組提取液進(jìn)行感官品評(píng)，溫度低于50 ℃時(shí)，浸提液糖度無(wú)法到達(dá)果醋發(fā)酵的酸度需求，而溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，浸提液則帶有較重的焦糊味，同時(shí)，由于此溫度較高，增加了生產(chǎn)上的熱能損耗和生產(chǎn)成本，因此，綜合各方面因素，浸提溫度選擇50 ℃較為適宜.

圖3　浸提溫度對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

2.4果膠酶添加量對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

果膠物質(zhì)廣泛存在于高等植物中，是細(xì)胞壁的一種組織成分，能夠?qū)⒓?xì)胞彼此粘合在一起.果膠酶一方面可以催化果膠分子鏈的β-消除裂解，并可以在很大程度上提高果汁產(chǎn)量；另一方面果膠在果膠酶的作用下部分水解后，原來(lái)被包裹在內(nèi)的部分帶正電荷的蛋白質(zhì)顆粒暴露與其它負(fù)電荷的粒子相撞，從而導(dǎo)致絮凝的發(fā)生，達(dá)到澄清的目的.圖4為果膠酶添加量對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響.

由圖4可以看出，浸提液中的總糖和總酸含量隨著果膠酶的添加量呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，這主要是由于在一定范圍內(nèi)，海紅果干中的果膠隨著果膠酶添加量的增多而分解的越多，總糖和總酸含量在浸提液中含量增加.當(dāng)浸提液中總糖和總酸含量達(dá)到一定程度時(shí)，因含量有限，總糖和總酸含量趨于平衡，提取率不再增大.綜合考慮各項(xiàng)因素，選擇果膠酶添加量為0.3 g/L.

圖4　果膠酶添加量對(duì)海紅果干總糖和總酸提取量的影響

2.5正交試驗(yàn)優(yōu)化

依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選定的正交試驗(yàn)因素水平如表1所示.

表1　海紅果白蘭地醪液浸提海紅果干

表2和表3分別為海紅果干浸提正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析和方差分析.綜合考慮海紅果干總糖提取量，通過(guò)正交分析得出理論最優(yōu)組合.

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析

表3　正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

表2極差分析結(jié)果顯示，料液比(A)對(duì)浸提效果影響最大，其次是浸提時(shí)間(B),浸提溫度(C)，果膠酶添加量(D)對(duì)浸提效果影響最小.表3方差分析結(jié)果表明，料液比、浸提時(shí)間對(duì)浸提液中總糖含量影響均顯著(P<0.05)，通過(guò)直觀分析最優(yōu)組合條件為A1B3C3D2.即料液比1∶5，浸提時(shí)間24 h，浸提溫度55 ℃，果膠酶添加量0.3 g/L.考慮到55 ℃會(huì)影響果膠酶活性以及增加醪液的蒸發(fā)量，在不影響浸提液品質(zhì)的前提下，將溫度調(diào)整為50 ℃.按調(diào)整后的最佳工藝進(jìn)行三組平行驗(yàn)證性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，結(jié)果表明，在最佳浸提工藝下，總糖含量為79.71 g/L，總酸含量為7.26 g/L，試驗(yàn)說(shuō)明50 ℃更有利于果膠酶的作用.

表4　驗(yàn)證性試驗(yàn)

依據(jù)糖轉(zhuǎn)化為乙醇和乙醇酸化規(guī)律，上述海紅果干浸提液可釀造出4 °以上的果酒，經(jīng)醋酸發(fā)酵可以得到醋酸濃度大于4%(wt)(假設(shè)乙醇醋化率為70%，酸含量按乙酸計(jì))的海紅果醋，符合液態(tài)發(fā)酵醋的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

3結(jié)論

(1)以海紅果白蘭地蒸餾殘液為原料，經(jīng)冷凍處理、酶法浸提海紅果干，使殘液中的糖酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到了充分利用，得到的果汁相對(duì)于純水浸提，營(yíng)養(yǎng)更加豐富，以此經(jīng)過(guò)酒精和醋酸發(fā)酵可以生產(chǎn)濃度大于4%(wt)的海紅果醋，符合液態(tài)發(fā)酵食用果醋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

(2)以海紅果白蘭地蒸餾殘液酶法浸提海紅果干，在料液比1∶5，浸提時(shí)間24 h，浸提溫度50 ℃，果膠酶添加量0.3 g/L條件下得到的果汁總糖為79.71%(wt)，總酸為7.26%(wt)，浸提液果香濃郁，風(fēng)味獨(dú)特，典型性明顯，總糖和總酸含量比較適合海紅果醋的發(fā)酵.

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Extraction of sugar and acid from dried

Haihong fruit with distilled liquid

YANG Hui1, TIAN Guo-peng1, LIU Zi-xian2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Fugu County Jujinbang Agricultural Product Development Company, Fugu 719400, China)

Abstract:In order to full use of distilled liquid from Haihong brandy production,make waste profitable，dried Haihong fruit was added into the distilled liquid to extract sugar and acid in it by a thermal extraction way,so as to subsequent alcohol fermentation and acetic acid fermentation with the distilled liquid.The factors affacting on total concentration of sugar and acid in the resultant extracted liquid were investigated,including the mass-volume ratio of dried fruit to distilled liquid,extraction time,extraction temperature and pectinase addition.Based on single factor experiments,extraction conditions were optimized by a orthogonal test.The optimal extraction conditions are the mass-volume ratio of dried fruit to distilled liquid of 1∶5, extraction time of 24 h,extraction temperature of 50 ℃,pectinase addition of 0.3 g/L.Under these conditions, the content of total sugar in obtained juice is 79.91 g/L, and the content of total acid is 7.26 g/L. The content of the total sugar and total acid are increased by 77.16 g/L and 5.18 g/L respectively.

Key words:Haihong fruit; fruit brandy； fermention； thermal extraction； orthogonal test

中圖分類號(hào)：TS262.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-5811(2015)05-0120-05

作者簡(jiǎn)介:楊輝(1960-)，男，陜西西安人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：發(fā)酵工程和生物材料

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技部科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2013GB2G000473)； 陜西省科技廳重大科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2011ZKC11-2)； 陜西科技大學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(2013XSD19)

收稿日期:*2015-07-29