酥梨柚子復(fù)合果醋發(fā)酵工藝的研究

王曉麗，薛毅，張恒慧，趙潤柱，張文勇

(1.太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系，太原 030008；2.山西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，太原 030001)

酥梨口感甘甜，多汁脆酥，含有糖分、礦物質(zhì)、有機(jī)酸和維生素等，營養(yǎng)價值頗高，可止咳生津、消痰潤肺、降火解暑，對咳嗽、慢性氣管炎患者具有一定調(diào)理作用[1,2]。酥梨因水分含量高，貯藏過程中易腐爛變質(zhì)，產(chǎn)品附加值有待提高[3]。柚子是蕓香科柑橘屬水果，其果肉與皮均含有豐富的甙類物質(zhì)、胡蘿卜素、B族維生素、維生素C和礦物質(zhì)等[4,5]，具有降血糖、降低血液粘稠度、改善食欲不振、消化不良等功效[6]。隨著現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)的不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)食醋的保健作用、口感及風(fēng)味已不能滿足市場需求。而果醋是一種集營養(yǎng)、食療與保健為一體的新型酸性調(diào)味品，具有開胃消食、改善睡眠、預(yù)防結(jié)石與便秘、降低人體膽固醇、增進(jìn)新陳代謝等功效[7-9]。

以酥梨柚子發(fā)酵而成的復(fù)合果醋，在滋味、香氣方面二者可互補(bǔ)協(xié)調(diào)，有效降低營養(yǎng)物質(zhì)的流失。目前國內(nèi)對酥梨柚子復(fù)合果醋的發(fā)酵工藝鮮有報道。因此，本試驗在單因素試驗的基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗對酥梨柚子復(fù)合果醋發(fā)酵工藝進(jìn)行了初步優(yōu)化，以期提高酥梨、柚子的資源利用率，同時豐富果醋的產(chǎn)品類型以滿足消費(fèi)者的多樣化需求。

1 材料與方法

1.1 材料

酥梨、柚子：成熟、無病蟲害、無霉?fàn)€，采購于太原市迎新街菜市場；果膠酶(酶活30000 U/mL)：煙臺曼森商貿(mào)有限公司；白砂糖(食品級)：市售；安琪高活性干酵母：湖北安琪生物集團(tuán)有限公司；醋酸菌：上海佳民釀造食品有限公司；抗壞血酸：河北鴻韜生物工程有限公司；偏重亞硫酸鉀(分析純)：天津萬像酒業(yè)有限公司；殼聚糖：浙江悅來藥業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HU-100型Hurom原汁機(jī) 韓國Hurom有限公司；DH-600型電熱恒溫培養(yǎng)箱、XY-280B型滅菌鍋 北京中興偉業(yè)有限公司；ATC-20E型糖度折射儀 上海淋譽(yù)貿(mào)易有限公司；QHZ-100A型雙層氣浴恒溫振蕩器 常州普天儀器制造有限公司；SC-329型立式冷藏柜 青島海爾特種電冰柜有限公司；JY5003型電子天平 上海恒平有限公司；PHS-25型pH計 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；BJ-2CD型超凈工作臺 上海博訊實業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酥梨柚子復(fù)合果醋制作工藝流程

酥梨、柚子→清洗、去皮→榨汁、護(hù)色→酶解→成分調(diào)整→殺菌、滅酶→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→過濾→陳釀→澄清→殺菌→質(zhì)量檢驗→成品。

將酥梨和柚子洗凈、去皮，用原汁機(jī)直接榨取果實汁液，制得酥梨汁和柚子汁，加入0.2%的抗壞血酸對果汁進(jìn)行護(hù)色，置于低溫環(huán)境貯藏備用。將酥梨汁和柚子汁按試驗條件裝入三角瓶中，每瓶添加2.5%的偏重亞硫酸鉀，4 h后加入0.2%的果膠酶，搖勻，持續(xù)封口12 h，以利于抑殺雜菌和分解果膠[10]。取1 g干酵母加入1000 mL的3%蔗糖溶液中，置于35 ℃水浴鍋中進(jìn)行活化，待溶液中出現(xiàn)大量微小氣泡即可使用。在酥梨柚子復(fù)合果汁中接入活化好的酵母菌，混合均勻，在一定溫度下進(jìn)行酒精發(fā)酵培養(yǎng)。將醋酸菌接種于酒精發(fā)酵液中，每天攪拌2次，當(dāng)檢測到酸度不再升高時，終止醋酸發(fā)酵過程。過濾終止醋酸發(fā)酵的發(fā)酵液，將清液裝滿三角瓶，密封瓶口后置于清潔、陰涼、避光處靜置3個月[11]。最后采用殼聚糖對陳釀后的發(fā)酵液進(jìn)行澄清處理[12]。

1.3.2 酒精發(fā)酵單因素試驗

影響酥梨柚子復(fù)合果醋酒精發(fā)酵工藝的因素較多，本試驗主要考察酥梨汁∶柚子汁(1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1，V/V)、初始糖度(14%、16%、18%、20%、22%)和酵母接種量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%)3個因素對酥梨柚子復(fù)合果醋酒精發(fā)酵階段的影響。

1.3.3 醋酸發(fā)酵單因素試驗

影響酥梨柚子復(fù)合果醋醋酸發(fā)酵工藝的因素較多，本試驗主要考察發(fā)酵溫度(28，30，32，34，36 ℃)、醋酸菌接種量(0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 g/L)和發(fā)酵時間(4，6，8，10，12 d)3個因素對酥梨柚子復(fù)合果醋醋酸發(fā)酵階段的影響。

1.3.4 酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗

為確證3號試樣抗高溫氧化性的可靠性，重制了一個3號試樣，重新考察了它在1500 ℃空氣中焙燒更長時間的氧化失重，總的考察時間為86 h．

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以酒精度為評價指標(biāo)，選擇酥梨汁∶柚子汁(A)、初始糖度(B)、酵母接種量(C)為3個主要考察因素，進(jìn)行L9(33)正交優(yōu)化試驗，確定最佳酒精發(fā)酵條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗的因素與水平Table 1 The factors and levels of orthogonal experiments for optimization of alcohol fermentation conditions

1.3.5 醋酸發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以酸度為評價指標(biāo)，選擇發(fā)酵溫度(A)、醋酸菌接種量(B)、發(fā)酵時間(C)為3個主要考察因素，進(jìn)行L9(33)正交優(yōu)化試驗，確定最佳醋酸發(fā)酵條件。正交試驗因素與水平見表2。

表2 醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗的因素與水平Table 2 The factors and levels of orthogonal experiments for optimization of acetic acid fermentation conditions

1.3.6 測定方法

殘?zhí)菨舛鹊臏y定：采用手持式糖度折射儀直接測定；酒精度的測定[13]：參照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的酒精蒸餾法進(jìn)行測定；酸度的測定[14]：酸堿滴定法；微生物的測定：細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群數(shù)及致病菌按GB/T 4789.22-2003中規(guī)定的方法測定。

1.3.7 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)酥梨柚子復(fù)合果醋的形態(tài)、色澤、風(fēng)味及口感4個方面進(jìn)行綜合評分。將成品隨機(jī)分配給10名具有品評經(jīng)驗的人員進(jìn)行品嘗、打分，最后對得分進(jìn)行加權(quán)平均計算[15,16]，評分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 酥梨柚子復(fù)合果醋感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The sensory evaluation standards of compound fruit vinegar of crisp pear and pomelo

續(xù) 表

2 結(jié)果與分析

2.1 酥梨柚子復(fù)合果醋酒精發(fā)酵最佳工藝的確定

2.1.1 酥梨汁與柚子汁體積比對酒精發(fā)酵的影響

圖1 酥梨汁與柚子汁體積比對酒精發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of volume ratio of crisp pear juice to pomelo juice on alcohol fermentation

2.1.2 初始糖度對酒精發(fā)酵的影響

圖2 初始糖度對酒精發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of initial sugar content on alcohol fermentation

由圖2可知，隨著初始糖度的升高，酒精發(fā)酵過程中的殘余糖度逐漸升高，酒精度亦逐漸升高。這是因為隨著初始糖度的升高，酵母菌可充分利用糖分繁殖從而產(chǎn)生更多的酒精。當(dāng)初始糖度為18%時，因酵母菌發(fā)酵能力有限，酒精度不再增加。當(dāng)初始糖度超過20%時，已超過酵母菌的耐受范圍，會抑制酵母菌的正常代謝，此時酒精度略有下降。因此，確定該因素進(jìn)行正交試驗的3個水平為初始糖度16%、18%、20%。

2.1.3 酵母接種量對酒精發(fā)酵的影響

圖3 酵母接種量對酒精發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of yeast inoculation amount on alcohol fermentation

由圖3可知，隨著酵母接種量的增加，酒精發(fā)酵過程中的殘余糖度逐漸降低，酒精度則逐漸升高。當(dāng)酵母接種量為0.20%時，殘余糖度最低，酒精度最高。當(dāng)酵母接種量低于0.20%時，果汁中的還原糖沒有得到充分利用，導(dǎo)致殘余糖度較高，合成的酒精較少。當(dāng)酵母接種量超過0.20%時，酒精度略有下降，原因是接種量過大，果汁中的營養(yǎng)物質(zhì)更多地用于酵母菌的生長繁殖上，使代謝的底物減少。因此，確定該因素進(jìn)行正交試驗的3個水平為酵母接種量0.15%、0.20%、0.25%。

2.1.4 酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以酒精度為考察指標(biāo)，選用L9(33)正交試驗考察酥梨汁∶柚子汁(V/V)、初始糖度、酵母接種量等對酥梨柚子復(fù)合果醋酒精發(fā)酵工藝的影響。正交試驗結(jié)果與分析見表4。

表4 酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for optimization of alcohol fermentation conditions

由表4可知，影響酥梨柚子復(fù)合果醋酒精發(fā)酵的因素主次順序為A>B>C，即酥梨汁∶柚子汁>初始糖度>酵母接種量，較優(yōu)組合為A2B1C3，即酥梨汁∶柚子汁為2∶1(V/V)，初始糖度為18%，酵母接種量為0.25%。

2.2 酥梨柚子復(fù)合果醋醋酸發(fā)酵最佳工藝的確定

2.2.1 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響

圖4 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on acetic acid fermentation

由圖4可知，發(fā)酵溫度為34 ℃時，酸度達(dá)到最高。當(dāng)溫度低于34 ℃時，酸度隨溫度的升高逐漸上升，原因是隨著溫度的升高越來越接近醋酸菌的最適發(fā)酵溫度，醋酸菌的活性提高，可將乙醇充分轉(zhuǎn)化為醋酸。當(dāng)溫度超過34 ℃時，酸度呈明顯下降趨勢，主要原因可能是高溫條件下將生成的醋酸進(jìn)一步氧化為二氧化碳和水。36 ℃時的酸度雖略高于30 ℃時的酸度，但從低碳節(jié)能的角度確定該因素進(jìn)行正交試驗的3個水平為發(fā)酵溫度30，32，34 ℃。

2.2.2 醋酸菌接種量對醋酸發(fā)酵的影響

圖5 醋酸菌接種量對醋酸發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of acetic acid bacteria inoculation amount on acetic acid fermentation

由圖5可知，接種量低于0.3 g/L時，酸度隨接種量的增加而明顯升高，原因是此時發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質(zhì)和溶氧量可滿足醋酸菌的生長和代謝。當(dāng)接種量大于0.3 g/L時，酸度逐漸降低，原因是高濃度的醋酸菌需要消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，同時溶氧量亦降低，導(dǎo)致醋酸的產(chǎn)酸能力逐漸下降。因此，確定該因素進(jìn)行正交試驗的3個水平為酵母接種量0.2，0.3，0.4 g/L。

2.2.3 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響

圖6 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響Fig.6 Effect of fermentation time on acetic acid fermentation

由圖6可知，酸度隨著發(fā)酵時間增長而逐步升高。這是因為在發(fā)酵前期底物濃度較高，營養(yǎng)物質(zhì)較豐富，醋酸菌具有較高的產(chǎn)酸效率。當(dāng)發(fā)酵時間大于8 d時，雖酸度仍在上升，但增速趨于平穩(wěn)，為減短醋酸發(fā)酵周期，發(fā)酵時間控制在8 d左右。因此，確定該因素進(jìn)行正交試驗的3個水平為發(fā)酵時間6，8，10 d。

2.2.4 醋酸發(fā)酵工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以酸度為考察指標(biāo)，選用L9(33)正交試驗考察發(fā)酵溫度、醋酸菌接種量、發(fā)酵時間等對酥梨柚子復(fù)合果醋醋酸發(fā)酵階段工藝的影響。正交試驗結(jié)果與分析見表5。

表5 醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果Table 5 Results and analysis of orthogonal experiments for optimization of acetic acid fermentation conditions

由表5可知，影響酥梨柚子復(fù)合果醋醋酸發(fā)酵的因素主次順序為A>C>B，即發(fā)酵溫度>發(fā)酵時間>醋酸菌接種量，較優(yōu)組合為A3B1C3，即發(fā)酵溫度為34 ℃，醋酸菌接種量為0.2 g/L，發(fā)酵時間為10 d。在本次試驗中沒有出現(xiàn)該組合，故補(bǔ)做3次驗證試驗，所得酸度為4.39 g/dL。

2.3 微生物指標(biāo)

表6 酥梨柚子復(fù)合果醋的微生物指標(biāo)Table 6 Microbial indicators of compound fruit vinegar of crisp pear and pomelo

2.4 感官指標(biāo)

在優(yōu)化條件下，所得酥梨柚子復(fù)合果醋感官評分為91.6分，呈澄清透亮的棕黃色，柔和無異味，具有典型的酥梨柚子復(fù)合風(fēng)味，酸甜爽口，回味持久。

3 結(jié)論

通過對酥梨柚子復(fù)合果醋發(fā)酵工藝進(jìn)行研究，得出酒精發(fā)酵最優(yōu)工藝條件：酥梨汁∶柚子汁為2∶1(V/V)，初始糖度為18%，酵母接種量為0.25%；醋酸發(fā)酵最優(yōu)工藝條件：發(fā)酵溫度為34 ℃，醋酸菌接種量為0.2 g/L，發(fā)酵時間為10 d。發(fā)酵所得復(fù)合果醋感官評分為91.6分，酸度可達(dá)4.39 g/dL，酸甜爽口，具有典型的酥梨柚子復(fù)合風(fēng)味，是一種值得推廣的營養(yǎng)保健型復(fù)合果醋。