菠蘿多產(chǎn)品聯(lián)合發(fā)酵工藝研究

高曉娟，李新軍，李紅翠，曲艷萍，王元秀

(齊魯理工學(xué)院，濟(jì)南 250200)

菠蘿，是一種多年生草本植物，屬于單子葉植物鳳梨科鳳梨屬，具有食用和栽培價(jià)值[1]。

菠蘿果實(shí)味甜、微酸，生性微寒，具有清熱解暑、生津止渴的藥用價(jià)值，為夏季水果之王[2]。長(zhǎng)時(shí)間食用新鮮的菠蘿，可以使糖尿病、動(dòng)脈硬化等疾病的發(fā)病率降低，同時(shí)還具有一定的抗癌作用。此外，菠蘿中含有一種稱為“菠蘿朊酶”的物質(zhì)[3]，可分解蛋白質(zhì)，對(duì)腎炎和高血壓者有益，對(duì)支氣管炎也有輔助療效[4]。我國(guó)的菠蘿產(chǎn)區(qū)主要分布在海南、廣東、廣西、福建和云南[5]，其中廣東、海南是中國(guó)菠蘿生產(chǎn)的重要省區(qū)，其產(chǎn)量占全國(guó)產(chǎn)量的90%左右[6]。菠蘿目前的銷售基本以初級(jí)產(chǎn)品為主，少量加工成菠蘿罐頭和果汁，產(chǎn)品單一，市場(chǎng)占有率較低，菠蘿附加值過低[7]。

國(guó)內(nèi)對(duì)菠蘿進(jìn)行的綜合利用如提取菠蘿蛋白酶、從菠蘿皮中提取黃酮、菠蘿纖維加工、菠蘿果酒釀制、菠蘿飼料和有機(jī)肥的加工等已初具規(guī)模，并開始進(jìn)入市場(chǎng)。但是，由于加工工藝及果品的限制，某些產(chǎn)品如菠蘿蛋白酶和菠蘿纖維，加工成本較高，短時(shí)間內(nèi)很難進(jìn)入市場(chǎng)形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，我國(guó)的菠蘿加工業(yè)多以中小企業(yè)為主，工藝比較落后，相應(yīng)的帶動(dòng)力及加工力均有限[8]。李靜等[9]以純菠蘿汁為原料探索了干型菠蘿果酒的釀造工藝，鐘姝霞等[10]研究了以菠蘿為原料進(jìn)行半干型菠蘿果酒的發(fā)酵工藝，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究豐富了果酒種類，使菠蘿的食用價(jià)值得以延伸。為了更好地提高菠蘿的使用率，在菠蘿加工中的副產(chǎn)品又可以用來制糖、制酒精、制味精和檸檬酸等，增加了食用價(jià)值的產(chǎn)品，減少了菠蘿收獲后的損失，在一定程度上提高了資源的利用率[11]。

試驗(yàn)以菠蘿為原料進(jìn)行多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)工藝研究，通過試驗(yàn)制得了菠蘿風(fēng)味白蘭地，增加了蒸餾酒的品種，滿足了人們不同的消費(fèi)需求。同時(shí)，利用蒸餾后的菠蘿余液進(jìn)行了醋酸發(fā)酵，制得了具有菠蘿風(fēng)味的食用醋，豐富了市場(chǎng)果醋的風(fēng)味，又減少了工業(yè)廢液的排放，保護(hù)了環(huán)境。綜上所述，該研究有效地提高了水果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，豐富了菠蘿的產(chǎn)品種類，對(duì)果農(nóng)的創(chuàng)收具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

成熟度高的新鮮菠蘿[12]：市售；釀酒酵母：安琪酵母股份有限公司；醋酸菌：實(shí)驗(yàn)室保藏菌種；果膠酶(B.R)：諾維信生物技術(shù)有限公司；蔗糖(A.R)、抗壞血酸(A.R)、檸檬酸(A.R)、氫氧化鈉(A.R)、冰醋酸(A.R)：中國(guó)國(guó)藥集團(tuán)上海試劑公司；酚酞(A.R)：天津市盛鑫源偉業(yè)貿(mào)易有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XYR2013-5804手提式高壓蒸汽滅菌鍋 浙江新豐醫(yī)療器械有限公司；SW-CJ-1D單人超凈工作臺(tái) 蘇州凈化設(shè)備有限公司；JYI1002電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；GNP-9080隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ZWY-211B恒溫?fù)u床 北京東南儀誠(chéng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司；2WAJ 阿貝折射儀 上海儀電物理光學(xué)有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；JYZ-D51榨汁機(jī) 九陽股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸度測(cè)定(酸堿中和法)[13]

按照酸堿中和原理，使用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定發(fā)酵液，根據(jù)NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積，計(jì)算出發(fā)酵液中醋酸的含量。

1.3.2 酒精度測(cè)定(酒精計(jì)直接測(cè)定)

利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將酒精蒸餾出來，直接用酒精計(jì)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定待測(cè)液的溫度，查表校正酒精度。

1.3.3 耐醇且產(chǎn)酸高的醋酸菌種篩選

保藏菌種→耐醇、耐酸馴化→富集培養(yǎng)→菌種純化→低溫斜面保藏→醋酸定性試驗(yàn)。

1.3.4 菠蘿白蘭地和菠蘿果醋的發(fā)酵流程[14]

菠蘿去皮→切塊破碎→榨汁(加入水和抗壞血酸)分成體積相同的兩組→A組進(jìn)行酶解[15]，B組不進(jìn)行酶解→過濾得菠蘿汁(加入白砂糖調(diào)節(jié)糖度)→滅菌→接種(釀酒酵母)→酒精發(fā)酵→蒸餾出酒精→后熟→白蘭地成品。

蒸餾后的菠蘿余液→調(diào)整酒度→接種(醋酸菌)→醋酸發(fā)酵→過濾澄清→滅菌→陳釀→檢驗(yàn)→果醋成品。

1.3.5 菠蘿果汁的酶解

使用果膠酶(添加量為原料體積的3/10000)在55 ℃，pH為4.5的條件下，酶解2 h。

1.3.6 酒精發(fā)酵

用白砂糖將過濾后的菠蘿汁調(diào)整到初始糖度16%，按照10%的接種量，添加釀酒酵母。30 ℃恒溫靜置發(fā)酵10 d，發(fā)酵結(jié)束后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將酒精蒸出。

1.3.7 醋酸發(fā)酵

將蒸餾后剩下的余液按不同比例添加到發(fā)酵液中，接入10%高產(chǎn)耐醇醋酸菌種，32 ℃，200 r/min搖床發(fā)酵10 d左右。在發(fā)酵過程中，定時(shí)測(cè)定發(fā)酵液的酸度，當(dāng)酸度不再上升時(shí)，停止發(fā)酵[16]。

1.3.8 果醋的滅菌處理

將果醋加熱至68～70 ℃，保溫30 min后，急速冷卻到4～5 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 菠蘿余液添加量對(duì)菠蘿醋發(fā)酵的影響

選取10%、30%、50%的菠蘿余液添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 菠蘿余液添加量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of the additive amount of pineapple residual liquid on the acetic acid fermentation

由圖1可知，菠蘿余液添加量30%是醋酸發(fā)酵的最佳添加量，酸度最高且增長(zhǎng)速率最快。50%添加量因其含有的營(yíng)養(yǎng)成分較高，故發(fā)酵前期醋酸菌生長(zhǎng)較快，但后期酸度增長(zhǎng)速率有所降低。10%的添加量因營(yíng)養(yǎng)成分較少，故醋酸菌生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵速度最慢。

2.1.2 接種量對(duì)菠蘿醋發(fā)酵的影響[17]

選取5%、20%、30%的接種量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 接種量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of inoculation amount on the acetic acid fermentation

由圖2可知，菌種的最佳添加量為20%，發(fā)酵結(jié)束后，酸度可以達(dá)到4.0 g/dL左右。接種量過高或過低均不利于醋酸發(fā)酵，接種量過低，醋酸發(fā)酵緩慢，最終產(chǎn)酸量較少；接種量過高，營(yíng)養(yǎng)成分大部分用來菌體的繁殖，對(duì)醋酸的發(fā)酵產(chǎn)生不利影響。

2.1.3 酒精添加方式對(duì)菠蘿醋發(fā)酵的影響[18]

圖3 酒精添加方式對(duì)醋酸發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of alcohol addition method on the acetic acid fermentation

選取兩種不同的酒精添加方式，第一組試驗(yàn)是一次性添加8%的酒精，第二組是先添加5%的酒精，當(dāng)發(fā)酵液中的酸度不再增加時(shí)，再添加剩余的3%酒精。由圖3可知，使用分批添加酒精的方式發(fā)酵效果較好，比一次性添加酒精的產(chǎn)酸量提高了31.1%。一次性添加酒精對(duì)醋酸發(fā)酵產(chǎn)生了底物抑制現(xiàn)象，醋酸菌生長(zhǎng)緩慢，醋酸發(fā)酵效率較低。

2.1.4 果膠酶的添加對(duì)菠蘿白蘭地的影響

將發(fā)酵液進(jìn)行分裝，A組添加果膠酶，B組不添加，在適宜條件下進(jìn)行培養(yǎng)。

表1 果膠酶對(duì)菠蘿白蘭地的影響Table 1 Effect of pectinase on pineapple brandy

由表1可知，添加果膠酶發(fā)酵得到的酒精度較高，風(fēng)味較好。果膠酶的添加使菠蘿中的一些果膠類物質(zhì)分解成酵母菌可以利用的糖類，酒精產(chǎn)量提高了7.43%。同時(shí)，果膠酶的添加提高了酵母菌的穩(wěn)定性和發(fā)酵能力，降低了揮發(fā)酸的濃度，從而提高了菠蘿白蘭地的感官評(píng)價(jià)和口感評(píng)分，在一定程度上提高了菠蘿白蘭地的品質(zhì)，使發(fā)酵所得菠蘿白蘭地的口感和風(fēng)味更佳。

2.2 菠蘿果醋最佳條件確定

表2 菠蘿果醋發(fā)酵正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Orthogonal test design of pineapple vinegar fermentation

表3 菠蘿果醋發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 Analysis of orthogonal test results of pineapple vinegar fermentation

由表2和表3可知，影響菠蘿果醋發(fā)酵的3個(gè)因素主次順序?yàn)椴ぬ}余液添加量>接種量>酒精濃度。最佳組合是A1B2C1，即菠蘿余液添加量25%，接種量15%，酒精濃度5%。

3 結(jié)論

3.1 菠蘿白蘭地發(fā)酵工藝條件

由試驗(yàn)可知，對(duì)菠蘿汁添加果膠酶進(jìn)行酶解后，酒精產(chǎn)量提高了7.43%。在初始糖度16%，30 ℃靜置發(fā)酵10 d的條件下，可以得到酒精濃度38%、菠蘿香味純正、口感柔和的菠蘿白蘭地。

3.2 菠蘿果醋最佳發(fā)酵工藝條件

通過試驗(yàn)可知，菠蘿醋最佳的醋酸發(fā)酵工藝條件為初始酒精5%，采用分批添加酒精的方式，接種量為15%，菠蘿余液添加量為25%，溫度為32 ℃，搖床發(fā)酵8 d，即可得到具有菠蘿香味且營(yíng)養(yǎng)豐富的菠蘿果醋。

3.3 菠蘿果醋感官評(píng)價(jià)

菠蘿果醋的感官評(píng)價(jià)：菠蘿果醋外觀呈現(xiàn)琥珀色，清澈透明，微酸，不澀，口感豐滿、爽口，具有典型的菠蘿香味，酸味柔和。

3.4 菠蘿果醋指標(biāo)

理化指標(biāo)：總酸 4.74 g/dL。

微生物指標(biāo)：菌落總數(shù)≤50 CFU/mL；大腸菌群≤3 CFU/mL；致病菌：未檢出。