紅心火龍果醋發(fā)酵工藝的研究

陸 敏，肖 敏，周景瑞，吳擁軍*

（1.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省貴陽市云巖區(qū)市場監(jiān)督管理局，貴州 貴陽 550004；3.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，貴州 貴陽 550016；4.貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

火龍果屬于典型的熱帶、亞熱帶水果，因其外皮鱗片酷似蛟龍的外鱗以及明亮的紅色而得名[1]，在我國的廣西省、廣東省、海南省、浙江省、福建省、云南省、貴州省均有種植[2]?；瘕埞鉅I養(yǎng)價值豐富，具有較高的維生素、膳食纖維素、磷脂，豐富的碳水化合物、有機酸、植物蛋白、礦物質(zhì)及甜菜紅素，而且具有低脂肪、低熱量等特點[3-8]，使其具有良好的加工特性。主要加工產(chǎn)品包括果汁、果醬、果凍、果脯、果糖、酸奶、冰淇淋、果酒、果醋、罐頭等[9]。

果醋作為一種集營養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型食用調(diào)味品和飲料[10-12]，近年來在我國發(fā)展迅速，具有較好的市場前景。但相較于日本等先進國家，我國的果醋生產(chǎn)存在果醋生產(chǎn)規(guī)模小、果醋品種差且單一、果醋通用國家標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺、果醋的消費意識和消費量有待提高等問題[13]，而且目前真正投入生產(chǎn)的果醋品種較少，主要有葡萄果醋[14]、蘋果醋[15]等，紅心火龍果醋的研究相對較少。寧恩創(chuàng)等[16]研究了火龍果果醋的生產(chǎn)工藝為起始酒精度6%vol，糖度5%，酵母菌接種量10%，30℃恒溫發(fā)酵6 d；沈曉怡等[17]研究確定的紅心火龍果營養(yǎng)果醋醋酸發(fā)酵最佳工藝條件為起始酒精度6%vol，醋酸菌接種量10%，33℃恒溫發(fā)酵6 d。

近年來，貴州省大面積引進紅心火龍果種植，針對貴州紅心火龍果產(chǎn)量大，鮮果上市相對集中，保質(zhì)期較短等問題。為提高紅心火龍果的附加值，本研究以貴州關(guān)嶺生產(chǎn)的紅心火龍果為原料，對發(fā)酵型紅心火龍果醋的加工工藝進行探索，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化其生產(chǎn)工藝，并在此基礎(chǔ)上進行30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗進行驗證，以期為紅心火龍果的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供參考及紅心火龍果醋的工業(yè)生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)和實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅心火龍果原果酒：貴州省關(guān)嶺縣火龍果種植基地紅心火龍果釀造所得；光明牌釀醋醋酸菌：上海佳民釀造食品有限公司；迪發(fā)牌釀醋醋酸菌：上海迪發(fā)釀造生物制品有限公司；LB1醋酸菌種：福建永春醋廠；蔗糖（食品級）、飲用水：市售；冰醋酸（食品級）：湖北鑫潤德化學(xué)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BX53顯微鏡：奧林巴斯有限公司；QYC-200恒溫?fù)u床：上海?，攲嶒炘O(shè)備有限公司；JCC-30L果醋發(fā)酵罐：福建省永春金春釀造有限公司；YX-280B手提式滅菌鍋：廣州康邁醫(yī)療器械有限公司；0～100%酒精計：河北省武強縣華鷗儀器儀表廠；Mode1828奧立隆pH計：德國Thermo上海分公司；JOANLAB酸堿滴定管：寧波鄞州群安實驗儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅心火龍果醋搖瓶發(fā)酵試驗工藝流程

紅心火龍果原果酒→酒精度調(diào)整→接種醋酸菌→醋化→陳釀→過濾→澄清→過濾→紅心火龍果原果醋

操作要點：

原料：九成熟新鮮紅心火龍果經(jīng)酒精發(fā)酵（按實驗室前期得到的酒精最佳釀造工藝）至酒精度≥13%vol，陳釀30 d過濾后得火龍果原果酒。

酒精度調(diào)整：按照一定比例添加飲用水調(diào)整原果酒酒精度至5%vol～9%vol作為果醋發(fā)酵的初始酒精度。

醋酸發(fā)酵：無菌環(huán)境加入一定量活化后的醋酸菌種（果酒體積8%～12%），四層已滅菌醫(yī)用紗布封口，于30℃、180 r/min搖床振蕩發(fā)酵，當(dāng)酸度不變時，終止發(fā)酵。

果醋陳釀：將紅心火龍果醋在10～15℃條件下陳釀40～60 d，能改善果醋風(fēng)味和澄清醋液。

過濾：陳釀好的紅心火龍果醋經(jīng)400目濾布過濾，注意適時更換濾布。

澄清：過濾后果醋在室溫條件下澄清20～30 d，再次取上清液用400目濾布過濾得紅心火龍果原果醋。

1.3.2 醋酸菌種的選擇

將光明牌、迪發(fā)牌釀醋醋酸菌和LB1醋酸菌種在180r/min、32℃條件下培養(yǎng)24～36h，當(dāng)菌液酸度在2g/100mL以上時，即為醋酸菌種子液。加入果酒體積10%的醋酸菌種子液，表面拌勻，蓋上塑料薄膜，分別進行紅心火龍果醋發(fā)酵試驗，以果醋酸度及感官評分為評價指標(biāo)，確定適宜的發(fā)酵菌種。

1.3.3 醋酸發(fā)酵單因素試驗

從初始酒精度、接種量、初始pH、發(fā)酵溫度4個方面進行紅心火龍果醋發(fā)酵單因素試驗。設(shè)置火龍果酒初始酒精度分別為5%vol、6%vol、7%vol、8%vol、9%vol；火龍果酒初始pH分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0；醋酸菌種接種量分別為8%、9%、10%、11%、12%；發(fā)酵溫度26℃、28℃、30℃、32℃、34℃。采用單一變量法試驗，發(fā)酵完成后對各組果醋進行酸度的測定。

1.3.4 正交試驗優(yōu)化醋酸發(fā)酵試驗條件

在單因素的試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定醋酸發(fā)酵階段影響紅心火龍果醋產(chǎn)酸量及感官品質(zhì)的主要影響因素分別為：初始pH（A）、發(fā)酵溫度（B）、接種量（C）、初始酒精度（D）。以4個重要影響因素進行L9（34）正交試驗優(yōu)化，因素與水平如表1所示。

表1 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

1.3.5 30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗

在實驗室搖瓶發(fā)酵試驗確定的最佳發(fā)酵工藝條件下，實驗室采用小型自吸式果醋發(fā)酵罐，進行30 L紅心火龍果醋發(fā)酵放大試驗，為紅心火龍果醋工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1.3.6 火龍果醋感官評定

參照國標(biāo)GB/T 30884—2014《蘋果醋飲料》中感官指標(biāo)要求，結(jié)合紅心火龍果醋自身特點，對紅心火龍果醋進行感官評價，滿分100分，感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 紅心火龍果醋感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of red pitaya vinegar

1.3.7 檢測方法

酒精度、酸度（以醋酸計g/100 mL）：按照國標(biāo)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》規(guī)定的酒精計法及電位滴定法測定；細(xì)菌總數(shù)：按國標(biāo)GB/4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》規(guī)定方法測定；大腸菌群：按照國標(biāo)GB/4789.3—2010《食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群計數(shù)》中規(guī)定方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 醋酸菌種的確定

不同醋酸菌種發(fā)酵過程中果醋酸度的變化如圖1所示。由圖1可知，三種醋酸菌種發(fā)酵過程中產(chǎn)酸規(guī)律一致，隨著發(fā)酵時間增加酸度先增加后趨于平穩(wěn)，其中LB1醋酸菌種產(chǎn)酸量最高，發(fā)酵速度快。三種菌種發(fā)酵周期存在一定的差異，LB1醋酸菌種發(fā)酵周期較光明牌和迪發(fā)牌菌種短。產(chǎn)酸能力由大到小依次為LB1醋酸菌種＞光明牌＞迪發(fā)牌。LB1醋酸菌種產(chǎn)酸明顯高于其余兩個菌種，酸度最高達5.29 g/100 mL，光明牌產(chǎn)酸略高于迪發(fā)牌。

圖1 不同醋酸菌種醋酸發(fā)酵結(jié)果Fig.1 Results of acetic acid fermentation with different acetic acid bacteria

對不同醋酸菌種發(fā)酵所得火龍果醋進行感官評價，結(jié)果如表3所示。

表3 不同醋酸菌種發(fā)酵紅心火龍果醋感官評價結(jié)果Table 3 Results of sensory evaluation of red pitaya vinegar with different acetic acid bacteria

由表3可知，三種不同菌種產(chǎn)酸存在較大的差異，經(jīng)LB1醋酸菌種發(fā)酵得到的紅心火龍果醋醋香濃郁，口感柔和，評分最高，為89分；迪發(fā)牌醋酸菌發(fā)酵果醋酸味柔和，但口感偏澀，稍差；光明牌醋酸菌發(fā)酵果醋口感最差，刺激性較強。因此，選用LB1醋酸菌種作為紅心火龍果醋的醋酸菌種。

2.2 醋酸發(fā)酵單因素試驗

2.2.1 初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響

考察不同初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of initial alcohol content on red pitaya vinegar fermentation

由圖2可知，在發(fā)酵初期，初始酒精度對紅心火龍果醋酸度影響不大；隨著發(fā)酵時間的延長，初始酒精度越高，紅心火龍果醋酸度逐漸升高；當(dāng)初始酒精度＞8%vol時，發(fā)酵產(chǎn)酸速率與產(chǎn)酸量開始下降，這可能是因為當(dāng)初始酒精度較低時，醋酸菌能利用物質(zhì)的較少，產(chǎn)酸量較少，生產(chǎn)效率低；而過高的酒精度對醋酸菌種繁殖代謝具有一定抑制作用，會降低其代謝活力，延長發(fā)酵周期，降低產(chǎn)酸量。當(dāng)初始酒精度為8%vol時醋酸發(fā)酵效率較高、發(fā)酵周期較短，因此確定初始酒精度為8%vol。

2.2.2 初始pH對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響

考察不同初始pH值對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 初始pH對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.3 Effects of initial pH on red pitaya vinegar fermentation

由圖3可知，隨著初始pH值的增加，紅心火龍果醋酸度呈先增加后下降的趨勢。當(dāng)紅心火龍果酒發(fā)酵液初始pH值為4.0時，酸度達到最高為5.28 g/100 mL；繼續(xù)增加初始pH值，則發(fā)酵液酸度開始降低，這是由于較高的初始pH值不利于醋酸菌種的生長，影響了發(fā)酵產(chǎn)酸量。當(dāng)紅心火龍果酒初始pH值在3.5～4.5范圍內(nèi)，對果醋發(fā)酵產(chǎn)酸量影響較小，因此確定調(diào)整紅心火龍果酒發(fā)酵液初始pH值在3.5～4.5范圍內(nèi)進行果醋發(fā)酵試驗。

2.2.3 接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響

考察不同接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.4 Effects of inoculum on red pitaya vinegar fermentation

由圖4可知，當(dāng)接種量在8%～10%范圍內(nèi)，隨著接種量增加，對應(yīng)果醋發(fā)酵周期縮短；當(dāng)接種量為10%時，果醋發(fā)酵速率快，產(chǎn)酸量高；而接種量為8%或12%時，果醋的發(fā)酵速率明顯低于10%的醋酸菌接種量。接種量過少，果醋發(fā)酵初期菌體量不夠，產(chǎn)酸能力弱，發(fā)酵不完全，且易受雜菌污染，不利于果醋規(guī)?；a(chǎn)；當(dāng)接種量過大時，果酒發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質(zhì)主要用于醋酸菌菌體生長繁殖，同時產(chǎn)生大量的代謝廢物，使醋酸菌種提前進入老化階段、發(fā)生自溶現(xiàn)象，從而影響果醋發(fā)酵產(chǎn)酸量及果醋品質(zhì)。因此，選擇LB1醋酸菌種接種量為10%進行紅心火龍果醋發(fā)酵試驗。

2.2.4 發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響

考察不同發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.5 Effects of temperature on red pitaya vinegar fermentation

由圖5可知，在發(fā)酵溫度28～32℃范圍內(nèi)，醋酸菌種發(fā)酵速度較快，產(chǎn)酸量高，當(dāng)發(fā)酵溫度為30℃時，紅心火龍果醋酸度達到最高為5.29 g/100 mL。由于生物機體內(nèi)酶活性與環(huán)境溫度具有一定相關(guān)性，生產(chǎn)過程中應(yīng)合理控制環(huán)境溫度，促進生物機體進行生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物。發(fā)酵溫度對醋酸菌生長、繁殖及代謝速率具有重要的影響，過低或過高的環(huán)境溫度都不利于醋酸菌種的發(fā)酵。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著發(fā)酵溫度升高，醋酸菌代謝活躍，縮短醋酸發(fā)酵周期；當(dāng)發(fā)酵溫度升高到一定程度時，醋酸菌種提前進入老化階段，從而導(dǎo)致產(chǎn)酸量降低。因此，確定紅心火龍果醋發(fā)酵溫度為30℃。

2.2.5 正交試驗優(yōu)化紅心火龍果醋發(fā)酵工藝

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，對紅心火龍果醋發(fā)酵工藝進行L9（34）正交試驗優(yōu)化，正交試驗結(jié)果見表4，方差分析見表5。

表4 紅心火龍果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of red pitaya vinegar fermentation

由表4可知，影響紅心火龍果醋發(fā)酵主次因素順序為D＞B＞A=C，即初始酒精度＞發(fā)酵溫度＞初始pH值=接種量。紅心火龍果醋發(fā)酵工藝最優(yōu)方案為A2B2C2D2即，初始pH值4.0，發(fā)酵溫度30℃，LB1醋酸菌種接種量10%，初始酒精度8%vol。在此工藝條件下，發(fā)酵所得紅心火龍果醋酸度為5.30 g/100 mL。沈曉怡等[17]在初始酒精度為6%vol、AS1.41醋酸菌種接種量10%、33℃恒溫發(fā)酵6 d的條件下，所得火龍果醋酸度為3.63 g/100 mL，較本實驗工藝條件下酸度低1.67 g/100 mL，說明實驗所得紅心火龍果工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)具有可推廣意義。

表5 正交試驗結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表5可知，初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵結(jié)果影響顯著（P＜0.05），其他3個因素對果醋發(fā)酵結(jié)果影響不顯著（P＞0.05），這與表4極差分析結(jié)果一致，由于醋酸菌自身對環(huán)境的溫度、酸堿度就有一個耐受范圍，合理范圍內(nèi)溫度、酸堿度的的波動對其自身的生長、繁殖和代謝沒有太大影響，則對最終發(fā)酵結(jié)果影響不大；醋酸菌9%～11%的接種量本身也屬于正常合理范圍，對菌體產(chǎn)酸能力沒有太大影響。

2.2.6 紅心火龍果醋發(fā)酵工藝驗證試驗

在正交優(yōu)化試驗確定的最佳發(fā)酵工藝條件下進行火龍果醋發(fā)酵驗證試驗，重復(fù)3次。3次試驗果醋酸度分別為5.30 g/100 mL、5.30 g/100 mL、5.31 g/100 mL，平均值為5.30 g/100 mL，與正交試驗結(jié)果相吻合，故正交試驗結(jié)果可行。

2.3 30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗

醋酸菌為嚴(yán)格好氧菌，因此通氣量對發(fā)酵效率具有重要的影響。通氣量過大會帶走大量的酒精和醋酸，影響醋酸發(fā)酵過程的進行，而通氣量過小，醋酸菌會出現(xiàn)缺氧情況，醋酸菌會出現(xiàn)大量死亡情況，這對于酷酸發(fā)酵過程的進行是十分不利的。有關(guān)研究表明[18]，液體深層米醋發(fā)酵過程中，酸生成速度為0.1 g/（100 mL·h）時，每升發(fā)酵液的通氣量為0.1 mL/（mL·min）能滿足正常發(fā)酵。余永建等[18]對桑葚果醋生產(chǎn)工藝的研究發(fā)現(xiàn)100 L的發(fā)酵罐取通氣量為0.15 mL/（mL·min）時比較適合桑葚果醋的發(fā)酵。結(jié)合實驗實際情況，最終調(diào)整通氣量為（0.16±0.02）m3/h。按照實驗室搖瓶發(fā)酵最佳工藝參數(shù)進行30 L果醋發(fā)酵放大試驗，得到的紅心火龍果醋呈淡琥珀色、澄清透明、無肉眼可見沉淀及懸浮物、有清淡的火龍果香味、酸甜爽口，柔和無異味，各項理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)均符合相應(yīng)國標(biāo)要求。結(jié)果表明，3次酸度分別為6.32 g/100 mL、6.34 g/100 mL、6.36 g/100 mL，平均酸度為6.34 g/100 mL，較搖瓶發(fā)酵酸度增加1.04 g/100 mL，分析放大試驗酸度增加的原因主要由于兩種試驗醋酸發(fā)酵過程中供氧方式發(fā)生根本性改變。

3 結(jié)論

本研究采用正交試驗對紅心火龍果醋發(fā)酵工藝進行了優(yōu)化，確定紅心火龍果醋發(fā)酵最佳工藝參數(shù)為：初始酒精度8%vol，初始pH值4.0，LB1醋酸菌種接種量10%和發(fā)酵溫度30℃。在此工藝條件下，發(fā)酵所得紅心火龍果醋酸度為5.30 g/100 mL，感官指標(biāo)、理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)均符合相關(guān)國標(biāo)，得到的紅心火龍果醋為淡琥珀色、澄清透明、無肉眼可見沉淀及懸浮物、有清淡的火龍果香味、酸甜爽口柔和，無異味。30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗，最終酸度達6.34 g/100 mL，初步確定發(fā)酵型紅心火龍果醋工業(yè)生產(chǎn)工藝條件，為貴州紅心火龍果的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供了參考，為火龍果醋的工業(yè)生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)及實際意義。

[1]STINTZING F C,CARLE R.Functional properties of anthocyanins and betalainsinplants,food,andinhumannutrition[J].Trend Food Sci Tech,2004,15(1):19-38.

[2]黃愛萍，姜 帆，高慧穎，等.我國大陸火龍果引種栽培與利用現(xiàn)狀[J].臺灣農(nóng)業(yè)探索，2005（4）：44-45.

[3]李升鋒，劉學(xué)銘，舒 娜，等.火龍果的開發(fā)與利用[J].食品工業(yè)科技，2003，24（7）：88-89.

[4]王 彬，鄭 偉，韋 茜，等.火龍果的保健價值及發(fā)展前景[J].廣西熱帶農(nóng)業(yè)，2004（3）：19-21.

[5]韓 冰，韓 劍.海南省火龍果產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢及其建議[J].中國南方果樹，2015，44（5）：156-158.

[6]王 彬，鄭 偉.火龍果在貴州南亞熱帶地區(qū)的發(fā)展前景[J].福建果樹，2004（1）：36-38.

[7]SONG H,ZHENG Z,WU J,et al.White pitaya(Hylocereus undatus)juice attenuates insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obese mice[J].Plos One,2016,11(2):e0149670.

[8]SONG H,QIANG C,YAN F,et al.Red pitaya betacyanins protects from diet-induced obesity,liver steatosis and insulin resistance in association with modulation of gut microbiota in mice[J].J Gastroen Hepatol,2016,31(8):1462-1469.

[9]朱春華，李進學(xué)，龔 琪，等.火龍果加工綜合利用狀況[J].保鮮與加工，2014，14（1）：57-61，64.

[10]張秀玲，高學(xué)軍，馮一兵.果醋加工研究進展[J].北方園藝，2004（5）：75-76.

[11]黃亞東，董明盛.液態(tài)深層發(fā)酵蘋果醋的研制試驗[J].中國釀造，2004，23（9）：33-35.

[12]葉 宇.醋酸液態(tài)半連續(xù)發(fā)酵技術(shù)的研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2006.

[13]王 敏.發(fā)酵型果醋飲料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].飲料工業(yè)，2016，19（3）：76-78.

[14]薛淑琴，謝思蕓，肖仔君，等.完全發(fā)酵與適度發(fā)酵蘋果醋主要成分的差異性分析[J].食品科學(xué)，2017，38（12）：137-143.

[15]陳 炳，冷云偉，權(quán) 武，等.響應(yīng)面分析法優(yōu)化玫瑰香葡萄醋發(fā)酵工藝的研究[J].中國釀造，2017，36（2）：111-114.

[16]寧恩創(chuàng)，劉小玲，秦小明，等.火龍果果醋及其醋飲料的工藝研究[J].中國釀造，2008，27（3）：82-84，94.

[17]沈曉怡，何艷梅，覃麗娟，等.紅心火龍果營養(yǎng)果醋加工工藝研究[J].中國調(diào)味品，2016，41（11）：91-94.

[18]余永建.桑葚果醋液態(tài)深層發(fā)酵工藝的研究[J].中國釀造，2010，29（11）：175-177.