紅棗桂圓復(fù)合果醋的酒精發(fā)酵工藝研究

陸麗珠，陳 韻，張 瑾，梁舒妍，鐘先鋒

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528225)）

0 引言

紅棗，又名大棗、棗子等，味甘性溫、營(yíng)養(yǎng)豐富，被稱為“天然維生素丸”， 是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源的食品，歸脾胃經(jīng)，具有補(bǔ)中益氣、養(yǎng)血安神、緩和藥性的功能[1-4]。

龍眼，性溫味甘，其營(yíng)養(yǎng)豐富，具有較高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值，通常以鮮食為主。由于每年龍眼種植面積廣、產(chǎn)量高，但龍眼的保鮮期比較短和貯藏技術(shù)受到限制，有關(guān)龍眼的深加工并不多，每年都會(huì)有許多龍眼會(huì)因?yàn)闊o(wú)法得到有效的貯藏而浪費(fèi)。因此，為解決龍眼的產(chǎn)量多而難儲(chǔ)存的問(wèn)題，提供了一種新的深加工途徑[5-9]。

果醋是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味優(yōu)良的酸性飲品或調(diào)味品。果醋含有10種以上的有機(jī)酸和人體所必需的氨基酸、碳水化合物等，果醋除了調(diào)味功能外還具有多種營(yíng)養(yǎng)保健功能，如抗氧化、抗衰老、促進(jìn)腸胃消化等功效[10-14]。目前市場(chǎng)上推出的果醋大部分是單一的果醋，復(fù)合果醋較為少見(jiàn)。隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活的品質(zhì)越重視，口味單一、保健功能較少的果醋，難以滿足現(xiàn)階段生活水平較高、保健意識(shí)較強(qiáng)的消費(fèi)者。結(jié)合紅棗和龍眼需要繼續(xù)深加工的問(wèn)題和果醋的品種單一的問(wèn)題，試驗(yàn)研究的紅棗桂圓復(fù)合果醋符合消費(fèi)者的需求和技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的要求，還能有效地解決紅棗、桂圓種植產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題。

由于目前的果醋相關(guān)研究大多都是關(guān)于醋酸發(fā)酵階段的，酒精發(fā)酵階段的研究較少。著重研究紅棗桂圓復(fù)合果醋的酒精發(fā)酵階段，為給果醋的發(fā)酵提供一種一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 主要原料

紅棗、龍眼，均為市售；安琪葡萄酒、果酒專用酵母，安琪酵母股份有限公司提供；果膠酶，食品級(jí)。

1.1.2 儀器設(shè)備

ME204E型電子天平、FE28-Standard型數(shù)字式pH計(jì)，梅特勒-托利多集團(tuán)產(chǎn)品；RHB-32ATC型手持折光儀，天壘儀表產(chǎn)品；HWS-12型恒溫水浴鍋、LRH-150型生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 工藝流程

①紅棗（清洗、去核、破碎、浸提、滅酶殺菌、過(guò)濾） →紅棗汁；

②桂圓（清洗、去皮、去核、打漿、滅酶殺菌、過(guò)濾） →桂圓汁；

①+②→混合→紅棗桂圓復(fù)合果汁→加酶母菌→酒精發(fā)酵→果酒。

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1） 紅棗汁的制備。選擇優(yōu)質(zhì)的紅棗，將其去核、清洗，然后加3倍質(zhì)量的清水放入破碎機(jī)進(jìn)行粉碎。將粉碎后的紅棗泥再加5倍質(zhì)量的水，于70℃的恒溫水浴中浸提1.5 h；向紅棗浸提液中添加0.5%的果膠酶，于50℃恒溫水浴繼續(xù)浸提30 min；過(guò)濾，除去濾渣，濾液備用[15]。

（2） 桂圓汁的制備。選擇優(yōu)質(zhì)桂圓，去殼、去核，用清水將桂圓肉淘洗干凈；加3倍水煮沸后再在90℃下煮30 min；將桂圓肉與熬煮水一起送入打漿機(jī)中打漿；將打漿好的原料用80目濾網(wǎng)過(guò)濾，除去濾渣，濾液備用[16]。

（3） 酒精發(fā)酵。將紅棗汁和桂圓汁按一定的比例混合均勻，再將紅棗桂圓復(fù)合果汁的糖度調(diào)整到需要的糖度后，按比例接入酵母粉；把發(fā)酵液置于所需溫度培養(yǎng)，一直到糖度不再發(fā)生變化時(shí)停止發(fā)酵；發(fā)酵后過(guò)濾，測(cè)定果酒的酒精度。

1.2.3 指標(biāo)計(jì)算

可溶性固形物，手持折光儀法；pH值，數(shù)字式pH計(jì)測(cè)定法；酒精度，按照 GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》 中的4.1.3酒精計(jì)法測(cè)定；細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定，按照GB 4789.2——2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》規(guī)定方法測(cè)定；大腸菌群的測(cè)定，按照GB 4789.32016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計(jì)數(shù)》 規(guī)定方法測(cè)定。

1.2.4 試驗(yàn)方法

影響酒精發(fā)酵的主要因素有紅棗汁桂圓汁的比例、酵母菌接種量、初始糖度、發(fā)酵溫度等[17-20]。通過(guò)單因素試驗(yàn)，選出各因素最適宜的發(fā)酵條件，然后通過(guò)Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)研究各因素對(duì)酒精度的影響，以確定紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵的最佳工藝。

（1）單因素試驗(yàn)。從紅棗汁桂圓汁的比例、酵母菌接種量、初始糖度、發(fā)酵溫度4個(gè)方面進(jìn)行紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵單因素試驗(yàn)。根據(jù)參考文獻(xiàn)和預(yù)試驗(yàn)得出的結(jié)果，設(shè)置紅棗汁桂圓汁的比例水平為3∶1，2∶1，1∶1， 1∶2， 1∶3；酵母菌接種量水平為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；發(fā)酵溫度水平為26，28，30，32，34℃；紅棗桂圓果酒初始糖度水平為16， 18， 20， 22， 24°Bx[21-23]。

（2）Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化酒精發(fā)酵條件。以單因素試驗(yàn)的結(jié)果為基礎(chǔ)，使用Design Expert 8.0.6軟件建立數(shù)學(xué)模型，以軟件設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行試驗(yàn)。采用恒溫培養(yǎng)箱靜置發(fā)酵，對(duì)酒精發(fā)酵的條件進(jìn)行優(yōu)化，得出紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵的最佳工藝。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010統(tǒng)計(jì)分析、Design Expert 8.0.6軟件分析及Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 紅棗汁桂圓汁的比例對(duì)酒精發(fā)酵的影響

紅棗汁和桂圓汁所含有的可溶性固形物種類和含量都不一樣，兩者的比例不一樣，可溶性固形物的含量也不一樣，各自含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同。相同可溶性固形物時(shí)，各自的有效營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也不一樣。

紅棗汁桂圓汁的比例對(duì)酒精發(fā)酵的影響見(jiàn)圖1。

由圖1可知，紅棗汁和桂圓汁的比例不同對(duì)酒精度的影響并不高，但還是有一定的影響。紅棗汁和桂圓汁的比例為3∶1，2∶1，1∶1，1∶2時(shí)，酒精度呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì)，紅棗汁和桂圓汁的比例為1∶2，1∶3時(shí)，酒精度呈現(xiàn)一直下降的趨勢(shì)。由此可知，紅棗汁的比例不能太高，太高會(huì)影響酒精度。在紅棗汁和桂圓汁的比例為1∶2時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生了最多的酒精，酒精度為9.50%Vol。

2.1.2 酵母菌接種量對(duì)酒精發(fā)酵的影響

酵母菌接種量是影響酒精發(fā)酵的速度、發(fā)酵是否完全的一個(gè)重要因素。果汁里的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一部分用于酵母菌的增殖，另一部分用于酒精的積累。當(dāng)酵母菌接種量過(guò)高時(shí)，果汁里的部分原用于酒精積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)被用于酵母菌的增殖，而影響了酒精的積累，從而酒精度會(huì)相對(duì)較少。而當(dāng)酵母菌接種量過(guò)低時(shí)，則不利于酵母菌的增殖，從而發(fā)酵的速度會(huì)直接受到影響，發(fā)酵的速度會(huì)變慢，同時(shí)某一段時(shí)間內(nèi)酵母菌的活力會(huì)很高，但隨著發(fā)酵時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，酵母菌的活力會(huì)漸漸減弱，甚至?xí)?，如果發(fā)酵過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能得到轉(zhuǎn)化，從而酒精度也會(huì)相對(duì)較少。

酵母菌接種量對(duì)酒精發(fā)酵的影響見(jiàn)圖2。

由圖2可知，酵母菌接種量為0.05%～0.15%，酒精度會(huì)隨著酵母菌接種量的增加而呈現(xiàn)快速增大的趨勢(shì)；酵母菌接種量為0.15%時(shí)，酒精發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的酒精最多，此時(shí)有最高的酒精度10.5%Vol；酵母菌接種量為0.15%之后，酒精度會(huì)隨著酵母菌接種量的增加而呈現(xiàn)先快速降低然后減慢的趨勢(shì)。

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)酒精發(fā)酵的影響

酵母菌處在適宜自身生長(zhǎng)的溫度下，酵母菌能產(chǎn)生最多的酒精。如發(fā)酵溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于酵母菌的生長(zhǎng)增殖，甚至是影響酒精的積累，同時(shí)酵母菌在不適宜自身生長(zhǎng)的溫度下，很容易感染雜菌，雜菌較易在此環(huán)境中成為優(yōu)勢(shì)菌，從而影響酒精發(fā)酵及其酒精的產(chǎn)生。

發(fā)酵溫度對(duì)酒精發(fā)酵的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，發(fā)酵溫度為26～28℃時(shí)，酒精度呈上升趨勢(shì)，會(huì)隨著發(fā)酵溫度的升高而增加；發(fā)酵溫度為28℃之后，酒精度接近平穩(wěn)后有下降的趨勢(shì)。由此可得，28℃為酒精發(fā)酵最佳的發(fā)酵溫度，這時(shí)的酒精度可達(dá)10%Vol。

2.1.4初始糖度對(duì)酒精發(fā)酵的影響

適宜的糖度會(huì)使酵母菌產(chǎn)出最多的酒精。過(guò)高的糖度會(huì)使酵母菌的糖化活力降低，從而影響酒精的積累。過(guò)低的糖度不利于酵母菌的生長(zhǎng)增殖，酵母菌數(shù)量不夠會(huì)影響到酒精的積累，產(chǎn)生的酒精就會(huì)較低。

初始糖度對(duì)酒精發(fā)酵的影響見(jiàn)圖4。

由圖4可知，初始糖度為16～20°Bx時(shí)，酒精度會(huì)隨著初始糖度的升高而增加；初始糖度為20°Bx以后，酒精度接近平穩(wěn)后有稍微下降的趨勢(shì)，考慮到糖度不宜太高的問(wèn)題，故選擇糖度20°Bx為酒精發(fā)酵最佳的發(fā)酵糖度條件，此時(shí)的酒精度為10%Vol。

2.2 Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化酒精發(fā)酵條件

2.2.1 酒精發(fā)酵Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素的結(jié)果，應(yīng)用Design Expert 8.0.6軟件，采用Box-Behnken Design建立數(shù)學(xué)模型，以紅棗汁與桂圓汁比例（A）、酵母菌接種量（B）、發(fā)酵溫度 （C） 、 初始糖度 （D） 為自變量， 以酒精度（Y） 為因變量共設(shè)計(jì)29個(gè)處理組。

響應(yīng)面四因素三水平試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值見(jiàn)表4。

表3 響應(yīng)面四因素三水平試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

表4 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值

2.2.2 回歸方程模型建立

以下為利用 Design-Expert軟件對(duì)表 4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析所建立的回歸方程：

2.2.3 回歸方程模型方差分析

回歸方程模型方差分析見(jiàn)表5。

由表5可知，模型的F值為163.90，p＜0.01，表明模型具有極顯著性，有0.53%的概率是由于噪聲導(dǎo)致F值偏大；失擬項(xiàng)的數(shù)值為0.810 8＞0.05，表明該模型可以解釋響應(yīng)面中81.08%的可變性，失擬項(xiàng)對(duì)于誤差不顯著，影響因素與響應(yīng)值之間的影響顯著，說(shuō)明該試驗(yàn)數(shù)據(jù)所建立的回歸模型能夠優(yōu)化酒精發(fā)酵條件，試驗(yàn)誤差小。模型決定系數(shù)為R2=0.993 9，0.987 9，說(shuō)明該模型的擬合度較好，能用此模型對(duì)紅棗桂圓復(fù)合果醋中酒精發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)酒量進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。該模型中，各因素影響程度依次為C＞B＞D＞A，即發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量＞初始糖度＞紅棗汁桂圓汁比例。

2.2.4 響應(yīng)面交互作用分析

該模型中，通過(guò)F值檢驗(yàn)，由p＜0.01得到，一次項(xiàng)B，C，D對(duì)產(chǎn)酒的影響極顯著，二次項(xiàng)A2，B2，C2，D2對(duì)產(chǎn)酒的影響極顯著，即發(fā)酵溫度、酵母菌接種量、初始糖度對(duì)酒精度的影響極為顯著；二次項(xiàng)中紅棗汁桂圓汁比例、酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度對(duì)紅棗桂圓復(fù)合果醋中酒精發(fā)酵具有極顯著影響，其他各因素相互之間的影響不顯著（p＞0.05）?；貧w方程模型方差分析的結(jié)果與圖5中的3D效應(yīng)面圖反映出的各因素間的交互作用相同。

各因素交互作用對(duì)酒精度的影響等高線和響應(yīng)面見(jiàn)圖5。

2.2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)回歸方程分析，通過(guò)響應(yīng)面Optimization程序得出模型最優(yōu)添加量的預(yù)測(cè)值，即紅棗汁桂圓汁比例為1∶2.18，酵母菌接種量為0.16%，發(fā)酵溫度為27.70℃，初始糖度為20.25°Bx，在該優(yōu)化條件下，酒精度的理論值是12.32%Vol。綜合以上條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次試驗(yàn)，結(jié)果表明，得出紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵過(guò)程中酒精度為12.30%Vol。該值與預(yù)測(cè)值比較接近，該模型具有較高的可信度，因此選取此值為紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵的工藝參數(shù)。

表5 回歸方程模型方差分析

3 討論

3.1 紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵

酒精發(fā)酵過(guò)程是通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)得出紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵過(guò)程的最佳發(fā)酵工藝，其工藝為紅棗汁桂圓汁比例1∶2.18，酵母菌接種量0.16%，發(fā)酵溫度27.70℃，初始糖度20.25°Bx，酒精度的理論值是12.319 3%Vol，實(shí)際酒精度為12.3%Vol。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出各因素影響程度依次為發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量＞初始糖度＞紅棗汁桂圓汁比例。

3.2 與其他果醋加工工藝的對(duì)比

在研究果醋加工工藝的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)紅棗桂圓復(fù)合果醋是有一定的優(yōu)勢(shì)。紅棗和桂圓都是藥食同源的滋補(bǔ)食品，將這二者與果醋結(jié)合起來(lái)，能使這三者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，為消費(fèi)者提供了一種新的保健飲料。此外，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有出現(xiàn)紅棗桂圓復(fù)合果醋，研究可為后期的研究工作和果醋的生產(chǎn)工藝提供一定的參考意義[24]。紅棗桂圓復(fù)合果醋的酒精發(fā)酵階段的研究，為給果醋的發(fā)酵提供一些理論依據(jù)。

3.3 果醋的發(fā)展前景

目前人們對(duì)果醋的研究主要停留在果醋的發(fā)酵工藝上，對(duì)果醋的作用機(jī)制、活性成分、增大產(chǎn)量等的研究還較少，這對(duì)果醋的發(fā)展有極大的影響。此外，果醋是一種新型的保健食品，目前市場(chǎng)上的果醋品種還比較少，在物質(zhì)生活越來(lái)越豐富的今天，目前市場(chǎng)上的果醋難以滿足消費(fèi)者的需求。因此，深入研究果醋的作用機(jī)制、活性成分、提高產(chǎn)量和研發(fā)的新型果醋，對(duì)果醋的發(fā)展具有重要的意義[24-25]。

4 結(jié)論

以紅棗和桂圓為原料，對(duì)紅棗桂圓復(fù)合果醋在酒精發(fā)酵過(guò)程和醋酸發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵條件下進(jìn)行優(yōu)化研究。通過(guò)單因素試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面法得出了紅棗桂圓復(fù)合果醋釀造的最佳工藝。酒精發(fā)酵過(guò)程，通過(guò)響應(yīng)面Optimization程序得出模型最優(yōu)添加量的預(yù)測(cè)值，即紅棗汁桂圓汁比例1∶2.18，酵母菌接種量0.16%，發(fā)酵溫度27.70℃，初始糖度20.25°Bx，在該優(yōu)化條件下，酒精度的理論值是12.32%Vol。綜合以上條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果表明，紅棗桂圓復(fù)合果醋酒精發(fā)酵過(guò)程中酒精度為12.30%Vol。