傳統(tǒng)食醋濃縮醋膏工藝條件優(yōu)化

劉 靜，張小鳳，趙 楠，吳亞楠，劉小菁，賈 雯，趙方圓，鄭 宇*

（天津科技大學 生物工程學院 天津市微生物代謝和發(fā)酵過程控制工程研究中心，天津 300457）

傳統(tǒng)食醋因其富含酚類、類黃酮、類黑素、有機酸、氨基酸、多糖和四甲基吡嗪等營養(yǎng)功效成分，被譽為健康食品[1]。研究表明傳統(tǒng)食醋具有抗疲勞、調節(jié)血糖、調節(jié)血脂、降血壓、抗氧化、抗癌、促進食欲、預防骨質疏松等多種生理功能[2]。食醋中的抗氧化活性物質具有清除自由基的能力，在預防氧化應激相關疾病中發(fā)揮著重要作用[3]，其抗氧化活性與多酚、黃酮等功能組分有關[4]。

醋膏產品簡單而言是食醋經過日積月累日曬夜露自然濃縮而成的膏狀體[5]。有記載說到醋膏的制作工藝是將釀造好的食醋放進醋缸子中，讓食醋經歷夏天三伏天的暴曬，冬天三九天的冷凍，重復這樣的過程長達二十年左右，陳醋就變?yōu)楦酄畹臇|西，則稱之為醋膏[6]。陳釀過程發(fā)生了揮發(fā)、酯化、縮合等復雜的物理化學作用，不僅改善了食醋的口感，同時也濃縮了功效成分，提高了產品的品質[7]。經過長時間的陳釀過程得到的醋膏產品的基本指標應該要達到基本老陳醋的基本指標，甚至要優(yōu)于其老陳醋的指標。因此本次工藝得到的醋膏產品最終采用國家對老陳醋[8]所指出的主要指標，其指標為總酸≥9.0 g/100 mL、氨基酸態(tài)氮≥0.3 g/100 mL和無鹽可溶性固形物≥20.0 g/100 mL。利用“夏伏曬，冬撈冰”原理，將冷凍濃縮工藝和蒸餾濃縮工藝結合起來制備醋膏，不僅利用低溫將食醋中的水以冰晶的形式析出，還利用蒸餾濃縮工藝的加熱處理加速了酯化反應、美拉德反應、縮合反應[9]等反應使食醋的陳釀速率得以提升，使食醋中的多酚、黃酮、四甲基吡嗪等有益成分得到富集，從而提高醋膏產品的品質[10]。本研究采用冷凍濃縮和蒸餾濃縮技術制備醋膏，并通過單因素試驗及響應面試驗優(yōu)化醋膏工藝條件，旨在開發(fā)一款新型的食醋衍生產品，以更好滿足市場需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

某品牌山西食醋：購于天津市大潤發(fā)超市；酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸（純度均＞98%）：美國Sigma公司；乙腈（色譜純）：德國Merck公司；復合酸味劑：法國LALLE-MAND公司；葡萄糖、鄰苯二甲酸氫鉀、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、亞硫酸（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；酵母抽提物：安琪酵母有限公司；食鹽、白砂糖：市售。

1.2 儀器與設備

1260 infinity高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀：美國安捷倫儀器科技有限公司；Diamonsil（R）C18高效液相色譜柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）：北京迪馬科技有限公司；WFZUV-2000紫外可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；AR1140電子分析天平：奧豪斯國際貿易（上海）有限公司；5804R高速臺式冷凍離心機：德國Eppendorf公司；STARTER3100 pH計：奧豪斯儀器（上海）有限公司；DW-86L386超低溫冰箱：中國海爾集團。

1.3 實驗方法

1.3.1 醋膏加工工藝流程及操作要點

食醋→冷凍濃縮→蒸餾濃縮→調配→過濾→均質→殺菌→冷卻→醋膏

操作要點：

冷凍濃縮：將食醋進行冷凍處理，首先進行預冷，預冷溫度在4 ℃，預冷時間為24 h，預冷處理中可以過濾除掉一些淀粉、蛋白、脂肪等大分子化合物，提高產品穩(wěn)定性。預冷過濾后的醋液進行冷凍濃縮處理。冷凍溫度為-10 ℃，冷凍濃縮處理時間為12 h，冷凍處理是將水以冰晶形式析出，從而得到冷凍濃縮醋液。

蒸餾濃縮：將冷凍濃縮處理后得到的冷凍濃縮醋液進行加熱濃縮，加熱溫度為55 ℃，真空度為0.1 MPa，冷凝水溫度為15 ℃，加熱濃縮處理時間為30 min，分別得到蒸餾醋液和濃縮醋液。

調配：分別對濃縮醋液和蒸餾醋液進行調配，向濃縮醋液中加入一定量的酵母抽提物、食鹽、白砂糖、復合酸味劑等進行攪拌混勻得到調配醋膏。

過濾：將調配的醋膏原料進行過濾，除去原料中的不溶性大顆粒雜質物質。

均質、殺菌：經調配過濾得到的醋膏原料經過均質機處理，使其顆粒均一。均質溫度25 ℃、壓力20 MPa；滅菌條件：溫度121 ℃、時間10 s。

冷卻：經過殺菌的產品冷卻至25 ℃后得到滅菌的醋膏產品。

1.3.2 醋膏的感官評價

采用定量描述法對醋膏產品進行感官評定[11]，由經過感官品評培訓并篩選后的10名成員組成品評組，收集評價結果進行統(tǒng)計分析。醋膏感官描述詞匯及定義見表1，感官評分標準見表2，滿分10分。

表1 醋膏感官描述詞匯及定義Table 1 Vocabularies and definitions of sensory description for vinegar paste

續(xù)表

表2 醋膏的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of vinegar paste

1.3.3 理化指標的測定

總酸、還原糖、氨基酸態(tài)氮、無鹽可溶性固形物、黃酮、多酚含量等指標參照國標GB/T 19777—2013《地理標志產品山西老陳醋》中規(guī)定的方法進行測定；碳水化合物含量（淀粉含量＋還原糖含量）按國標GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》中規(guī)定的方法測定食醋中淀粉；食醋中有機酸的檢測采用HPLC法。

1.3.4 濃縮醋膏冷凍溫度及蒸餾溫度優(yōu)化

預處理溫度的確定：預處理溫度分別設定為-5 ℃、-3 ℃、0 ℃、4 ℃、25 ℃，分別考察不同預處理溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

冷凍溫度的確定：冷凍溫度分別設定為0℃、-5℃、-10℃、-15 ℃、-20 ℃條件下，分別考察不同冷凍溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

蒸餾溫度的確定：將冷凍濃縮得到的醋液進行蒸發(fā)處理，將蒸餾溫度分別設定為45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃，分別考察不同蒸餾溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

1.3.5 醋膏工藝條件優(yōu)化

（1）Plackett-Burman試驗

采用Plackett-Burman試驗設計優(yōu)化醋膏工藝條件。以單因素確定的各因素最佳添加水平為中心點，選取高低兩個水平[12]，分別設酵母提取物（A）、食鹽（B）、白砂糖（C）、預冷溫度（D）、冷凍溫度（E）、蒸餾溫度（F）為自變量，以感官評分（Y）為因變量。Plackett-Burman試驗設計見表3。

表3 Plackett-Burman試驗因素與水平Table 3 Factors and levels of Plackett-Burman tests

1.3.6 Box-Behnken設計及響應面分析[13]

為了確定醋膏最佳工藝條件，根據Box-Behnken中心組合實驗設計原理，采用3因素3水平的三元二次響應面分析方法，以最陡爬坡試驗得出酵母提取物（X1）、白砂糖（X2）及蒸餾溫度（X3）3個顯著因素的較優(yōu)值作為中心點，每個因素在中心點上下適當范圍內再取兩個水平，分別編碼為-1、0、+1，以感官評分（Y）為響應值，Box-Behnken試驗設計因素與水平見表4。

表4 Box-Behnken試驗因素與水平Table 4 Factors and levels of Box-Behnken tests

1.3.7 統(tǒng)計分析

所有測定值均平行測定3次。結果表示為平均值±標準偏差，所有方差分析均使用SPSS 18.0軟件進行，品種間差異采用單因素方差分析和鄧肯檢驗，P＜0.05。相關系數（R）采用Pearson相關檢驗。

2 結果與分析

2.1 濃縮醋膏冷凍溫度及蒸餾溫度

2.1.1 預處理溫度的確定[14]

設定不同的預處理溫度對食醋進行處理，再以-10 ℃的冷凍溫度處理得到的冷凍濃縮醋液進行理化指標測定結果見表5。

由表5可知，預處理對最終的冷凍濃縮醋液的氨基態(tài)氮的影響較為明顯，在較低的溫度下進行預冷處理對食醋的氨基酸態(tài)氮的含量有所損失，但是在4 ℃的預冷處理對氨基態(tài)氮的含量基本不影響。綜合各因素最終確定預冷溫度為4 ℃時，不僅能提高冷凍濃縮醋液的總酸的同時還能保持氨基酸態(tài)氮和無鹽可溶性固形物的含量不發(fā)生損失，因此確定最終的冷凍濃縮工藝的預處理溫度為4 ℃，冷凍溫度為-10 ℃。

表5 不同預處理溫度對濃縮醋液理化指標的影響Table 5 Effect of different pretreatment temperature on physicochemical indexes of concentrated vinegar

2.1.2 冷凍溫度的確定

冷凍濃縮醋液主要理化指標測定結果見表6。

表6 不同冷凍溫度對濃縮醋液理化指標的影響Table 6 Effect of different freezing temperature on physicochemical indexes of concentrated vinegar

由表6可知，冷凍溫度為0 ℃時，冷凍濃縮的醋液的總酸為（5.56±0.12）g/100 mL、氨基酸態(tài)氮為（0.19±0.01）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（5.78±0.12）g/100 mL。當冷凍溫度降低到-10 ℃時，冷凍濃縮的醋液的總酸為（8.29±0.17）g/100 mL、氨基態(tài)氮為（0.27±0.03）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（7.56±0.08）g/100 mL。再進一步將溫度降低其主要的理化指標沒有發(fā)生明顯的變化。因此最終確定冷凍溫度為-10 ℃。

2.1.3 蒸餾溫度的確定[15]

設定不同蒸餾溫度工藝對食醋進行蒸餾濃縮處理，并對所得產品進行主要理化指標測定，結果見表7。

表7 不同蒸餾溫度對醋膏理化指標的影響Table 7 Effect of different distillation temperature on physicochemical indexes of vinegar paste

由表7可知，55 ℃的蒸餾溫度下，醋膏原料的各項理化指標都優(yōu)于其他蒸餾溫度下的醋膏原料的理化指標，總酸為（14.85±0.70）g/100 mL、氨基酸態(tài)氮為（1.58±0.13）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（29.62±0.23）g/100 mL。隨著蒸餾溫度的增加，最終得到的醋膏原料的無鹽可溶性固形物的含量在不斷的增加，但是氨基酸態(tài)氮的含量是現增加后下降。所以綜合考慮最終確定蒸餾濃縮工藝的蒸餾溫度確定為55 ℃。

2.2 醋膏工藝條件優(yōu)化

2.2.1 影響醋膏風味的主要因素的確定

利用感官評價的方法分析并確定了影響醋膏產品風味的主要因素，結果見圖1。

圖1 不同組分對醋膏產品風味影響雷達圖Fig.1 Radar maps of effect of different components on the flavor of vinegar paste product

由圖1可知，通過感官品評實驗對添加不同種配料與空白對照進行對比，添加了酵母抽提物對產品具有增鮮提味及口味協調方面具有突出貢獻[16]，以4 g/L添加量效果最佳。白砂糖作為一種甜味劑能中和醋膏中的酸味，隨著添加量的增加，回甘效果會減弱，以150 g/L添加量效果最佳。但由于蒸餾過程中溫度變化，糖類、脂類、蛋白類物質會發(fā)生美拉德反應，賦予醋膏更為豐富的色澤及香味[17]。食鹽能夠產生咸味，但添加過量則會使醋膏產生苦澀味，影響口感，故食用鹽以30 g/L添加量效果最佳。

將濃縮醋膏與輔料進行復配，制成醋膏，在風味和口感上得以提升，并對食醋的營養(yǎng)物質進行了保留。根據雷達圖的結果確定酵母抽提物、食鹽、白砂糖能夠影響醋膏產品的口感，需進一步優(yōu)化。

2.2.2 Plackett-Burman設計篩選顯著因子[18-19]

酵母提取物（A）、食鹽（B）、白砂糖（C）、預冷溫度（D）、冷凍溫度（E）、蒸餾溫度（F）為自變量，以感官評價綜合得分為因變量。Plackett-Burman試驗設計結果見表8，各因素效應分析見表9。

表8 Plackett-Burman試驗設計及結果Table 8 Design and results of Plackett-Burman tests

表9 Plackett-Burman試驗各因素效應分析Table 9 Effect analysis of each factors of Plackett-Burman tests

由表9可知，Prob＞F小于0.10的因素分別為酵母抽提物、白砂糖、蒸餾溫度，說明這三個因素對醋膏風味影響較為顯著，因而確定這三個因素作為下一步實驗的關鍵因素，由于其他因素影響不顯著，其取值則根據各因素效應的正負和大小確定，故確定食用鹽添加量為15 g/L，預冷溫度為4 ℃，冷凍溫度為-10 ℃。

2.2.3 工藝條件優(yōu)化Box-Behnken 試驗

以酵母抽提物（X1）、白砂糖（X2）、蒸餾溫度（X3）為自變量，感官評分（Y）為響應值，以3.5 g/L、125 g/L、55 ℃為中心點，進行Box-Behnken試驗設計。Box-Behnken 試驗設計及結果見表10，方差分析見表11。

表10 Box-Behnken試驗設計結果Table 10 Design and results of Box-Behnken tests

利用Design Expert8.0.6軟件對表10結果進行二次多項回歸擬合[20]，獲得感官評價對酵母抽提物、白砂糖、蒸餾溫度的多元二次回歸方程：

表11 回歸模型的方差分析Table 11 Variance analysis of quadratic model

由表11可知，模型中F值=28.84，P＜0.000 1，說明模型差異極顯著（P＜0.01）；失擬項F值為3.82，P值為0.082，說明失擬項不顯著（P＞0.05），回歸模型可以接受；各二次項的P＜0.01，影響極顯著，同時交互項X1X3的P＜0.05，影響顯著，實驗所得模型決定系數為97.37%，校正決定系數為94.00%，表明模型擬合程度良好。

通過對回歸模型進行響應面分析，各因素交互作用的響應面及等高線見圖2。由圖2可知，各個因素之間有一定交互作用，在固定酵母抽提物添加量時，白砂糖與蒸餾溫度之間交互作用較顯著。

圖2 各因素交互作用對醋膏感官品質影響的響應曲面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of effect of interaction between each factors on sensory quality of vinegar paste

2.3 醋膏產品品質分析

醋膏產品進行基本理化指標分析，結果見表12。由表12可知，醋膏產品含有較為豐富的多酚、黃酮等功效成分。有機酸是食醋的重要組成部分，有機酸具有抗菌、抗炎、抗肥胖等多種生物效應[21]。醋膏產品中有機酸的主要成分為醋酸和乳酸，約占總有機酸組成的90%，說明調配最終得到的醋膏產品不僅具有保健功效還擁有豐富的口感。

表12 醋膏理化指標及有機酸含量分析結果Table 12 Analysis results of physicochemical indexes and organic acid contents of vinegar paste

3 結論

本研究利用了食醋為原料，通過催陳、濃縮的技術將液體食醋制成一款醋膏。在制作工藝上，冷凍濃縮方法，有效保留了食醋釀造過程中產生的香氣物質，醋香濃郁，也使醋液品質的得以提升；蒸餾濃縮過程加速了分子熱運動加快食醋中營養(yǎng)物質的積累，同時蒸餾濃縮對食醋中的微生物具有殺菌作用。結果表明，最佳工藝條件為預冷溫度4 ℃，冷凍溫度-10 ℃，蒸餾溫度55 ℃，酵母抽提物3.5 g/L，白砂糖125 g/L。利用該優(yōu)化工藝得到的醋膏產品膏體濃稠，風味怡人，具有良好的推廣應用前景。