香蕉復(fù)合果醋醋酸菌種的固定化條件及生產(chǎn)工藝研究

陳智理，楊昌鵬，趙永峰，韋璐，時(shí)米，彭玉姣

（1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530007；2.南寧海關(guān)技術(shù)中心，廣西南寧530021）

香蕉是我國(guó)南方的重要熱帶水果，也是我國(guó)的大宗優(yōu)勢(shì)特色農(nóng)產(chǎn)品。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年我國(guó)香蕉產(chǎn)量達(dá)1 250萬(wàn)噸[1]；果醋是一類兼具調(diào)味和飲用功能的新興食品，是以水果及其附屬產(chǎn)品為主要原料，利用現(xiàn)代酶技術(shù)以及酒精-醋酸二次發(fā)酵技術(shù)釀造，最后經(jīng)陳釀?wù){(diào)配而成[2]。發(fā)酵型果醋風(fēng)味獨(dú)特，酸甜適中，有降血壓、降膽固醇，解除疲勞，補(bǔ)充能量，減肥美容等功效[3]，深受消費(fèi)者的歡迎。西番蓮和龍眼也是常見(jiàn)的熱帶水果，若二者與香蕉原料一同進(jìn)行發(fā)酵釀造復(fù)合果醋，可利用西番蓮中天然的有機(jī)酸能抑制香蕉醋的酶促褐變，同時(shí)還有利于豐富香蕉醋的營(yíng)養(yǎng)成分、改進(jìn)香蕉醋的色澤，富有熱帶水果風(fēng)味。

固定化菌種可以克服發(fā)酵中菌種與產(chǎn)品分離困難、易流失等問(wèn)題，且具有反應(yīng)快、生長(zhǎng)迅速、可連續(xù)使用、產(chǎn)物分離方便等優(yōu)點(diǎn)。玉米芯、絲瓜絡(luò)、甘蔗渣、紅棗等天然食材具有半木質(zhì)化纖維，纖維交織后呈多孔性，吸附能力強(qiáng)，對(duì)生物無(wú)毒性，傳質(zhì)性能好，反應(yīng)條件溫和，可吸附醋酸菌為其提供繁殖生長(zhǎng)，可作為果醋發(fā)酵的固定化載體。

目前，利用固定化菌種發(fā)酵生產(chǎn)金柑果醋[4]、藍(lán)莓果醋[5]、冬果梨果醋[6]等其他單一水果原料進(jìn)行發(fā)酵釀造果醋的一些技術(shù)研發(fā)已有報(bào)道，但利用固定化菌種發(fā)酵生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究探討香蕉果醋醋酸菌種的固定化條件及利用固定化醋酸菌種發(fā)酵生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋的生產(chǎn)工藝條件，為食品工業(yè)上生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)原料

新鮮香蕉、西番蓮、龍眼、玉米芯、絲瓜絡(luò)、甘蔗渣、紅棗：市售。

1.1.2 菌種和試劑

果膠酶（酶活力＞50 U/mg）：南寧東南恒華道生物科技有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；醋酸菌（滬釀1.01號(hào)）：上海佳民釀造食品有限公司。

1.1.3 主要儀器

ME204T型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TM-767III型攪拌機(jī)：中山市海盤(pán)電器有限公司；800B型臺(tái)式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-S型數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；pHS-3C型酸度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 分析測(cè)定方法

1）總酸測(cè)定：參照GB 5009.239-2016《食品中總酸的測(cè)定中的酸堿滴定》；

2）酒精含量的測(cè)定：參照GB 5009.225-2016《酒中乙醇濃度的測(cè)定中的酒精計(jì)法》；

3）總糖的測(cè)定：參照GB 5009.8-2016《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測(cè)定》。按Q/SBRY 0018S-2018中的感官要求進(jìn)行品評(píng)，滿分100分。其中色澤30分，滋味40分，香氣30分。

1.2.2 固定化醋酸菌的制備

取一定量的干醋酸菌，用少量純水溶解活化→加入不同固定化材料（玉米芯、絲瓜絡(luò)、甘蔗渣、紅棗）平衡固化24 h，固定化醋酸菌。

1.2.3 香蕉復(fù)合果醋的工藝流程

香蕉、西番蓮和龍眼→脫皮→果肉按8∶1∶1的質(zhì)量比混合→添加果膠酶液混合打漿→酶解→離心分離→果汁糖度調(diào)整→加酵母（經(jīng)活化）→酒精發(fā)酵→粗濾去渣→加入固定化醋酸菌→醋酸發(fā)酵→陳釀→過(guò)濾→殺菌→灌裝→成品→果醋品質(zhì)分析檢測(cè)。

1.2.4 不同有機(jī)載體固定化材料對(duì)復(fù)合果醋的品質(zhì)影響

在相同的酒精度及酸度的發(fā)酵液中，加入玉米芯、絲瓜絡(luò)、甘蔗渣和紅棗作為載體的固定化醋酸菌種，重復(fù)發(fā)酵4次，考察固定化菌種的完好程度及對(duì)果醋品質(zhì)的影響。

1.2.5 初始酒精度對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響

將經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，設(shè)定酒體的初始酒精度為6、7、8、9、10°加入固定化醋酸菌種，測(cè)定不同初始酒精度條件下對(duì)醋體總酸含量的影響。

1.2.6 發(fā)酵時(shí)間對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響

將經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌種，將發(fā)酵溫度分別設(shè)定為30℃進(jìn)行醋酸發(fā)酵8 d，每天測(cè)定總酸度含量。測(cè)定不同發(fā)酵時(shí)間下總酸含量的變化情況。

1.2.7 發(fā)酵溫度對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響

將經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌種，將發(fā)酵溫度分別設(shè)定為 20、25、30、35、40 ℃進(jìn)行醋酸發(fā)酵 8 d。測(cè)定不同發(fā)酵溫度下總酸含量的變化情況。

1.2.8 初始pH值對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響

將經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，分別將pH值調(diào)到2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，接入醋酸菌種在發(fā)酵溫度30℃的條件下發(fā)酵8 d。測(cè)定不同初始pH值下醋體總酸含量的變化情況。

1.2.9 正交試驗(yàn)

在以上單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以發(fā)酵后醋體的總酸度為指標(biāo)，利用正交設(shè)計(jì)軟件取初始酒精度、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、初始pH值4因素3水平進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)固定化菌種發(fā)酵香蕉復(fù)合果醋的生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳生產(chǎn)工藝。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)載體固定化材料對(duì)復(fù)合果醋的品質(zhì)影響

2.1.1 不同有機(jī)載體固定化材料對(duì)復(fù)合果醋的感官品質(zhì)影響

不同有機(jī)載體固定化材料對(duì)復(fù)合果醋的感官品質(zhì)影響結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 固定化載體對(duì)果醋感官品質(zhì)的影響Table 2 Effects of immobilized material on the quality of vinegar

由表2可知，經(jīng)過(guò)游離醋酸菌、以絲瓜絡(luò)為載體的固定化菌種發(fā)酵的果醋為棕黃色，以紅棗為載體的固定化菌種發(fā)酵的果醋為紅棕色，以玉米芯和甘蔗渣為載體的固定化菌種發(fā)酵的果醋的顏色為淺黃色。加入以玉米芯和甘蔗渣為載體的固定化菌種發(fā)酵的果醋香氣濃，加入以玉米芯和絲瓜絡(luò)為載體的固定化菌種發(fā)酵的果醋口感佳。

2.1.2 固定化菌種的完好程度及發(fā)酵力的變化

固定化菌種的完好程度及發(fā)酵力的變化結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，一酵結(jié)束后，5種載體固定化菌種都完好，但二次重復(fù)發(fā)酵結(jié)束后，以紅棗為載體的固定化菌種開(kāi)始溶解。三酵結(jié)束后，以甘蔗渣和紅棗為載體的固定化菌種已經(jīng)離散和溶解。從產(chǎn)酸率和酒精殘留量來(lái)看，固定化菌種的產(chǎn)酸量均高于游離醋酸菌種。其中，以玉米芯做為醋酸菌固定化載體所發(fā)酵的香蕉果醋酸度最高，酒精殘留量最少，而且經(jīng)過(guò)4次重復(fù)發(fā)酵后外觀完好。

表3 固定化醋酸菌種的完好程度及發(fā)酵力的變化表Table 3 Intact degree and fermentation ability of immobilized acetic acid bacteria

綜合固定化載體對(duì)果醋感官品質(zhì)的影響，最后確定選擇玉米芯做為香蕉復(fù)合果醋的醋酸菌固定化載體。與何炯靈[7]研究的獼猴桃酒固定化醋酸菌種固定化載體相同。

2.2 初始酒精度對(duì)果醋總酸度的影響

初始酒精度對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 初始酒精度對(duì)果醋總酸度的影響Fig.1 Effect of initial alcohol on total acidity of fruit vinegar

由圖1可知，酒精濃度對(duì)醋酸菌生長(zhǎng)有極大的影響。隨著酒精濃度的增大，產(chǎn)酸量呈逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)酒精濃度為8°時(shí)，產(chǎn)酸量到達(dá)最高，隨后下降。由此可知固定化醋酸菌種生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋發(fā)酵的最佳酒精濃度為8°左右。與香蕉山楂復(fù)合果醋[8]、金桔果醋[4]的最佳發(fā)酵酒精度8°相同。

2.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋酸菌發(fā)酵的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)固定化醋酸發(fā)酵的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)果醋總酸度的影響Fig.2 Effect of fermentation time on total acidity of fruit vinegar

由圖2可知，隨著時(shí)間的增加，產(chǎn)酸量呈逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)時(shí)間為6 d的時(shí)候，果醋的產(chǎn)酸量達(dá)到最高，隨后呈平行趨勢(shì)。由此可知固定化醋酸菌種生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋發(fā)酵的最佳時(shí)間為6 d，與沙棘果醋[9]的最佳發(fā)酵時(shí)間6 d相同。

2.4 發(fā)酵溫度對(duì)果醋總酸度的影響

發(fā)酵溫度對(duì)果醋總酸度影響結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)果醋總酸度的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on total acidity of fruit vinegar

由圖3可知，溫度對(duì)醋酸菌發(fā)酵有較大的影響，在溫度低于30℃時(shí)，產(chǎn)酸量隨著溫度的增加而增加，在30℃時(shí)果醋的產(chǎn)酸量達(dá)到最高，隨后呈逐漸下降的趨勢(shì)。由此可知固定化醋酸菌種生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋發(fā)酵的最佳溫度在30℃左右。與火龍果、木瓜復(fù)合果醋[10]、蘋(píng)果胡蘿卜復(fù)合果醋[11]的發(fā)酵溫度30℃相同，與香蕉山楂復(fù)合果醋[8]的發(fā)酵溫度32℃相似。

2.5 pH值對(duì)醋酸菌發(fā)酵的影響

pH值對(duì)對(duì)醋酸菌發(fā)酵的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 pH值對(duì)果醋總酸度的影響Fig.4 Effect of pH on total acidity of fruit vinegar

由圖4可知，當(dāng)pH值為3.5時(shí)，果醋的產(chǎn)酸量達(dá)到最高，隨后呈逐漸下降的趨勢(shì)。由此可知固定化醋酸菌種生產(chǎn)香蕉復(fù)合果醋發(fā)酵的最佳pH值為3.5左右。與胡蘿卜蘋(píng)果復(fù)合果醋[12]的最佳pH值3.5相同。

2.6 正交試驗(yàn)

香蕉果醋的最佳發(fā)酵工藝L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 香蕉果醋的最佳發(fā)酵工藝L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of the orthogonal test of the optimal conditions of fermentation banana vinegar

由表4可知，影響香蕉復(fù)合果醋產(chǎn)品品質(zhì)的因素主次順序?yàn)椋篈＞C＞D＞B，即初始酒精度對(duì)香蕉復(fù)合果醋的品質(zhì)影響最大，其次是發(fā)酵溫度和初始pH值，發(fā)酵時(shí)間對(duì)香蕉復(fù)合果醋總酸度的影響較小。最佳試驗(yàn)組合為A2B1C3D2，即初始酒精度8°、發(fā)酵時(shí)間為6 d、發(fā)酵溫度35℃、初始pH值3.5。為驗(yàn)證該工藝條件是否最佳，特進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果表明，在此最佳工藝條件下的香蕉復(fù)合果醋總酸量可達(dá)5.05%，高于正交試驗(yàn)中的任何一組。

3 結(jié)論

以玉米芯為醋酸菌固定化材料生產(chǎn)的香蕉果醋品質(zhì)最好，其發(fā)酵后酒精度殘留低、可重復(fù)利用4次；固定化醋酸菌種發(fā)酵生產(chǎn)香蕉、西番蓮復(fù)合果醋的最佳工藝條件為：初始酒精度8°，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時(shí)間為6 d，pH值為3.5。在最佳工藝條件下生產(chǎn)的復(fù)合果醋醋體的總酸度達(dá)到最大值5.05%。果醋色澤鮮亮、果香濃郁、酸味柔和，具有典型的香蕉、西番蓮等熱帶水果風(fēng)味。