葡萄皮渣醋的工藝優(yōu)化條件及主要物質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

段海亭，楠極*，賈曉鯤，張?chǎng)?，卜春?/p>

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（包頭 014000）；2. 烏蘭察布醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校（烏蘭察布 012000）

葡萄是世界普遍栽培的水果，全球產(chǎn)量約6 500萬(wàn) t。在我國(guó)，每年約200萬(wàn) t的葡萄用于葡萄酒的生產(chǎn)，約80%的葡萄用于葡萄酒的生產(chǎn)、13%用于烹飪、7%用于加工果汁及其他產(chǎn)品。葡萄酒是世界第二大酒種，很受人們的歡迎。隨著人民生活水平的改善，我國(guó)的葡萄酒需求量持續(xù)增加，在葡萄酒的釀造過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品主要有葡萄皮、葡萄籽和葡萄酒腳。大多數(shù)葡萄酒廠將葡萄籽當(dāng)作廢物丟棄，不僅是一種資源浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境也造成污染。因此，積極展開(kāi)葡萄酒釀造過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品再利用的研究具有重要意義[1]。葡萄釀酒過(guò)程產(chǎn)生的葡萄皮渣和葡萄籽等副產(chǎn)物，占葡萄加工量的25%～30%。新鮮紅葡萄皮中，含有白藜蘆醇、花色素類、黃酮類、酵母自溶物質(zhì)等多種有效物質(zhì)，具有降低血脂膽固醇、抗氧化、抗癌抑癌、軟化血管等作用。我國(guó)絕大多數(shù)的葡萄皮渣得不到有效利用，一般作為肥料、飼料，甚至垃圾處理，資源綜合利用率很低[2]。

果醋是用果品或者果品加工剩余的腳料作為主要原料，利用微生物發(fā)酵法釀造的一種營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味優(yōu)良的酸性飲品或調(diào)味品。在釀造工業(yè)方面對(duì)傳統(tǒng)釀造原料進(jìn)行改善，試驗(yàn)以水果替代糧食，不僅解決了果品資源浪費(fèi)問(wèn)題，也節(jié)約了糧食，還豐富了醋產(chǎn)品的品種[3]。這一類型產(chǎn)品與食醋的區(qū)別是主要原料為水果，經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，一般采用液態(tài)發(fā)酵法釀造而成，既保留了水果特有的營(yíng)養(yǎng)成分，又兼具了食醋特有的功效，含有各種人體所需氨基酸、有機(jī)酸、維生素、糖類、醇以及酯等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及風(fēng)味成分，具有獨(dú)特的色、香、味。它不僅是調(diào)味佳品，而且長(zhǎng)期食用對(duì)人體健康十分有益[4]。

果醋是一款具有優(yōu)良風(fēng)味、含有豐富營(yíng)養(yǎng)的酸味調(diào)味品或飲料，它同時(shí)有水果和食醋的營(yíng)養(yǎng)保健功能，是集營(yíng)養(yǎng)、食療、保健等功能為一體的新型飲品，被譽(yù)為“第四代飲料”[5]。葡萄醋中不但含有花青素、白黎蘆醇等多酚類抗氧化活性成分[6]，具有抗衰老、抗氧化、保護(hù)心臟等功效[7-9]，還富含維生素、氨基酸和礦物質(zhì)等，具有保健功能[10]，具有消除疲勞、健脾開(kāi)胃、促進(jìn)代謝、加強(qiáng)機(jī)體免疫力，補(bǔ)血養(yǎng)顏、祛除皮膚色斑、延緩衰老、助眠、解酒醒酒、降低血液的粘稠度、防治心腦血管疾病等功效，幾乎適合所有人群。葡萄皮渣果醋是用葡萄酒或者葡萄酒廠的皮渣等副產(chǎn)物，在醋酸菌作用下再次發(fā)酵而成[5]。葡萄皮渣含有大量的多酚類物質(zhì)和殘余葡萄酒，以此為原料釀制的醋不但有利于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，還賦予葡萄皮渣醋良好的保健功能。

以葡萄皮渣為原料釀制葡萄皮渣醋的研究已有報(bào)道[11-18]，介紹了近年來(lái)葡萄酒副產(chǎn)品深度利用開(kāi)發(fā)的最新研究進(jìn)展，包括利用葡萄酒釀造過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品釀醋、提取色素、提取抗氧化劑等深度利用途徑；葡萄皮渣可用在釀醋、釀酒、吸附重金屬、提取多酚等途徑，葡萄籽可以提取葡萄籽蛋白、葡萄籽油和抗氧化物質(zhì)；酒腳可以提取酒石酸鹽。開(kāi)展葡萄酒副產(chǎn)品的深度利用，不但可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且可有效降低環(huán)保壓力，獲得巨大的社會(huì)效益[1]。

傳統(tǒng)葡萄醋發(fā)酵工藝多以固態(tài)發(fā)酵為主，但發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，占地面積廣，原材料利用率低。新型葡萄醋生產(chǎn)工藝主要利用液態(tài)發(fā)酵法，通過(guò)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，最終得到的產(chǎn)品不但含有果醋的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還具備葡萄酒的特點(diǎn)和風(fēng)格。試驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)室丟棄的葡萄皮渣為原料，以液態(tài)發(fā)酵法參考葡萄酒釀造過(guò)程，以期最大化地提高葡萄皮渣果醋中的營(yíng)養(yǎng)成分和改善口感[19]。

葡萄皮渣醋釀制過(guò)程酒精發(fā)酵階段和醋酸發(fā)酵階段主要物質(zhì)隨發(fā)酵時(shí)間的變化規(guī)律報(bào)道不多，所以對(duì)酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵過(guò)程主要物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，以期為葡萄皮渣釀制果醋工業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)[20]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原材料

寧夏赤霞珠葡萄皮渣（實(shí)驗(yàn)室釀造紅葡萄酒產(chǎn)生）。

1.1.2 試劑

酚酞（上海山浦化工有限公司）；無(wú)水乙醇（武漢市鑫昌酒精化工有限責(zé)任公司）；氫氧化鈉（天津市華嘉化學(xué)試劑有限公司）；酒石酸鉀鈉（南京大茂化學(xué)試劑廠）；硫酸銅（北京化工廠）；硫酸（北京市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠）；次甲基藍(lán)（天津博星奧生物技術(shù)有限公司）；亞鐵氰化鉀（上海坤邁化工有限公司）；乙酸鋅（天津化學(xué)試劑三廠）；冰乙酸（四川多元化工有限責(zé)任公司）；葡萄糖（天津市廣茂化學(xué)試劑有限公司）；果膠酶（安徽沐康食品有限公司）；亞硫酸（山東正馳化工有限公司）；蔗糖（市售）。

1.1.3 菌種

醋酸菌（直投式，帝伯仕）；酵母菌（安琪）。

1.1.4 主要儀器與設(shè)備

酒精計(jì)（上海耶茂儀器儀表有限公司）；手持式折光儀（杭州三永德儀器儀表有限公司）；pH計(jì)（上海皓莊儀器有限公司）；恒溫培養(yǎng)箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；玻璃發(fā)酵罐（市售）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 釀造方法

采用液態(tài)發(fā)酵法進(jìn)行釀造。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)將所需要的醋酸菌活化后加入酒精發(fā)酵的酒醪中，裝液量為發(fā)酵罐的70%，在恒溫培養(yǎng)箱里進(jìn)行恒溫培養(yǎng)觀察。以葡萄皮渣發(fā)酵液總酸含量為考察指標(biāo)，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、醋酸菌接種量作為影響因子進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，考察3個(gè)因素對(duì)醋酸發(fā)酵過(guò)程的影響，從而優(yōu)化醋酸發(fā)酵過(guò)程中工藝條件參數(shù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見(jiàn)表1。

表1 葡萄皮渣醋醋酸發(fā)酵L9(33)正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.3 檢測(cè)方法

葡萄皮渣醋中的酒精含量的測(cè)定利用蒸餾法進(jìn)行測(cè)定，還原糖含量的測(cè)定采用直接滴定法（GB/T 5009.7—2003），總酸的測(cè)定利用電位滴定法，糖度用手持式折光儀進(jìn)行測(cè)定，酸度用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 感官評(píng)定方法

對(duì)葡萄皮渣醋進(jìn)行感官評(píng)定，評(píng)定細(xì)則見(jiàn)表2。

表2 葡萄皮渣醋感官評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 釀造工藝研究

2.1.1 工藝流程

葡萄皮渣預(yù)處理→裝入已消毒的發(fā)酵罐→加蒸餾水定容→加蔗糖→加酵母菌→酒精發(fā)酵→加醋酸菌→醋酸發(fā)酵→過(guò)濾→殺菌→密封裝瓶

2.1.2 操作要點(diǎn)

發(fā)酵罐的清洗。將發(fā)酵罐洗滌干凈，加入2%亞硫酸溶液沖洗殺菌。

葡萄皮渣預(yù)處理。從葡萄酒發(fā)酵罐中取出葡萄皮渣立即倒入殺菌的玻璃發(fā)酵罐中，加入滅菌水?dāng)嚢杈鶆?，葡萄皮渣和滅菌水比例?∶1。

調(diào)整糖度。用糖度計(jì)測(cè)量糖度，根據(jù)初始糖度進(jìn)行調(diào)糖。依據(jù)1%vol的酒精每升需要18 g糖的標(biāo)準(zhǔn)添加蔗糖。

酵母菌活化。酵母菌用量為0.02%，酵母菌∶蔗糖∶水三者比例為1∶1∶10（m/m/V），于38 ℃活化30 min，直到溶液出現(xiàn)大量氣泡為止。

酒精發(fā)酵。加入酵母菌后擰緊瓶蓋封口，在27 ℃條件下培養(yǎng)15 d，每天監(jiān)測(cè)酒精度和糖度，酒精度達(dá)到7%vol時(shí)發(fā)酵結(jié)束。

醋酸發(fā)酵。開(kāi)展正交試驗(yàn)，醋酸菌用量為0.02%，0.04%和0.06%。加入醋酸菌后，用滅菌的紗布封口，于32，34和36 ℃培養(yǎng)10，20和30 d，發(fā)酵前期每天攪拌2次，直到形成菌膜時(shí)停止攪拌。發(fā)酵液形成菌膜后隔天測(cè)量酒精度和酸度直至發(fā)酵結(jié)束。

殺菌裝瓶。將葡萄皮渣醋用殺菌的濾布進(jìn)行過(guò)濾，裝入滅菌的玻璃瓶中煮沸殺菌。

2.2 醋酸發(fā)酵最優(yōu)工藝條件的研究

葡萄皮渣醋醋酸發(fā)酵L9(33)正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 葡萄皮渣醋醋酸發(fā)酵L9(33)正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3和表4可知，醋酸發(fā)酵階段試驗(yàn)的最佳組合為A2B3C2，即醋酸菌接種量0.04%、發(fā)酵時(shí)間30 d、發(fā)酵溫度34 ℃。通過(guò)極差分析可以看出，RB＞RC＞RA，即在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各因素水平下，發(fā)酵溫度、醋酸菌接種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)葡萄皮渣醋醋酸發(fā)酵階段產(chǎn)酸量的影響依次加大，發(fā)酵時(shí)間是影響產(chǎn)酸量的主要因素。

表4 葡萄皮渣醋醋酸發(fā)酵L9(33)試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

2.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

2.3.1 酒精發(fā)酵階段

酒精發(fā)酵階段糖度和酒精度的變化見(jiàn)圖1和圖2。在發(fā)酵過(guò)程中，酒精度從第2天開(kāi)始有明顯上升趨勢(shì)，第7天時(shí)達(dá)到頂峰，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程呈線性上升。糖度與酒精度對(duì)應(yīng)從第2天開(kāi)始快速下降直至發(fā)酵結(jié)束。說(shuō)明酵母菌不斷分解原料液中的糖分，將其轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳，并且發(fā)酵過(guò)程速度較快。

圖1 酒精發(fā)酵階段糖度隨時(shí)間的變化

圖2 酒精發(fā)酵階段酒精度隨時(shí)間的變化

2.3.2 醋酸發(fā)酵階段

醋酸發(fā)酵階段酸度和酒精度的變化見(jiàn)圖3和圖4。在發(fā)酵過(guò)程中，前期發(fā)酵酸度變化不大，這是由于剛接種時(shí)醋酸菌活力低。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，在第22天醋酸菌逐漸形成菌膜，菌膜形成后酸度開(kāi)始快速增加，從第28天開(kāi)始發(fā)酵接近尾聲時(shí)酸度數(shù)值不再增加，趨于平穩(wěn)。酒精度與酸度對(duì)應(yīng)并且下降速度較慢。兩者皆在發(fā)酵結(jié)束時(shí)數(shù)值趨于平穩(wěn)，基本保持不變[21]。此時(shí)醋酸發(fā)酵結(jié)束，酒精轉(zhuǎn)換為醋酸。

圖3 醋酸發(fā)酵階段酸度隨時(shí)間的變化

圖4 醋酸發(fā)酵階段酒精度隨時(shí)間的變化

2.4 質(zhì)量指標(biāo)

2.4.1 葡萄皮渣醋感官評(píng)價(jià)

2.4.1.1 葡萄皮渣醋發(fā)酵期間發(fā)酵液狀態(tài)分析

由表5可知：葡萄皮渣酒醪在發(fā)酵開(kāi)始前期顏色較深，隨著時(shí)間的推移，酵母開(kāi)始進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期，將大量的糖代謝轉(zhuǎn)化為酒精、二氧化碳?xì)怏w及大量的熱量[22]。在發(fā)酵液上層會(huì)出現(xiàn)酒體分層現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生酒帽；在發(fā)酵后期，發(fā)酵體產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象這是由于有少許果膠物質(zhì)存在，沉淀后落于缸底。

表5 酒精發(fā)酵期間發(fā)酵液狀態(tài)變化結(jié)果分析

由表6可知：葡萄皮渣汁液在發(fā)酵初期顏色較深，醋酸菌活力較小，產(chǎn)酸能力較弱。在發(fā)酵中期，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在氧氣的作用下初步形成菌膜，氧化反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，但反應(yīng)較慢。發(fā)酵后期，醋酸菌開(kāi)始進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期，菌膜變厚，產(chǎn)酸能力增強(qiáng)。

表6 醋酸發(fā)酵期間發(fā)酵液狀態(tài)變化結(jié)果分析

2.4.1.2 葡萄皮渣醋感官指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

感官評(píng)定結(jié)果顯示，葡萄皮渣醋具有葡萄果品的色澤，果香味與醋香味?？谖度岷痛己瘢銤庥?。果醋的香氣主要包括品種香、發(fā)酵香和陳釀香，各種香氣成分相互調(diào)配協(xié)同，使醋風(fēng)味獨(dú)特，豐滿協(xié)調(diào)。醋液澄清透明，無(wú)明顯懸浮物及沉淀物。

表7 葡萄皮渣醋感官指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

2.4.2 理化指標(biāo)

總酸（以乙酸含量計(jì)）＞3.2 g/100 g；還原糖（以葡萄糖含量計(jì)）＜1 g/100 g；pH 3.6～3.8。

2.4.3 微生物指標(biāo)菌落總數(shù)≤100 CFU/100 mL；大腸菌群≤3 CFU/100 mL；致病菌未檢出。

3 結(jié)論

在葡萄皮渣汁pH 3.2、初始糖度7 g/100 g條件下，酒精發(fā)酵工藝條件：酵母菌的菌種接入量0.02%，發(fā)酵溫度27 ℃，發(fā)酵時(shí)間15 d。 經(jīng)正交試驗(yàn)得出葡萄皮渣醋酸發(fā)酵工藝優(yōu)化條件：醋酸菌接種量0.04%，醋酸發(fā)酵溫度34 ℃，初始酒精度控制在7%vol，時(shí)間30 d。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中酒精發(fā)酵過(guò)程較快，酒精度線性上升。醋酸發(fā)酵過(guò)程前期發(fā)酵較慢，菌膜形成后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)酸度不斷增加，直至發(fā)酵結(jié)束。釀酒葡萄皮渣醋各項(xiàng)指標(biāo)均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。