富硒藍莓果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化及市場成本分析

步首志，張占哲，楊秀華

(1.鄭州信息工程職業(yè)學院，鄭州 450121；2.華北水利水電大學，鄭州 450045)

藍莓的學名為越橘,是杜鵑花科多年生常綠灌木或半喬木果樹[1]。藍莓果實形狀為扁圓形,藍莓果實成熟之后,呈現(xiàn)的顏色為深藍色和藍紫色[2]。每個藍莓果實的均重為0.7～3.0 g,果肉細膩,種子較細,味道香甜可口,是鮮食和加工為果醋的佳品。藍莓果醋中富含碳水化合物,對眼睛有很好的保護作用[3]。

我國擁有豐富的藍莓資源,主要分布于東北、西南、華南等地[4]。藍莓果醋中富含有機酸,能夠促進人體的新陳代謝,促進人體進行三羧酸循環(huán),分解機體中的各種易疲勞物質,從而消除人體疲勞[5]。藍莓果醋還能促進消化吸收,增強食欲,從而改善消化功能。食醋中的有機酸能夠提高肝臟的保護功能,促進新陳代謝,此外,食醋還具有軟化血管、降血糖、降血脂、預防人類心血管疾病等多種功能[6]。

硒是人體生長發(fā)育所必需的微量元素,是含硒酶的重要組成成分,能夠有效地提高機體免疫能力,人體缺乏硒會導致機體免疫力下降,導致疾病的發(fā)生。目前,缺硒已經(jīng)慢慢成為世界廣泛關注的問題[7]。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計,全球有大約70%的地域在不同程度上缺乏硒。人體不能合成硒,硒的來源主要從外界獲得,食物中的硒是人體硒的主要來源[8]。本研究基于此,研究富硒藍莓果醋的加工工藝,為人類新的硒來源提供了途徑[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藍莓、糯米、麥曲和果膠酶;葡萄糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、氯化鈣、甲基紅、無水乙醇、鹽酸、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、酵母浸膏等。

1.2 儀器和設備

恒溫水浴鍋、離心機、調溫電爐、滅菌鍋、冰箱、電子分析天平、恒溫培養(yǎng)箱、顯微鏡、干燥箱、酸度計和磁力攪拌器。

1.3 測定方法

生物量的測定:利用血球計數(shù)法[10];總糖的測定:利用亞鐵氰化鉀滴定法[11];糖度的測定:利用手持式折光儀[12];pH 值的測定:利用酸度計;酒精度的測定:利用蒸餾法;總酸:利用酸堿中和滴定法。

1.4 生產(chǎn)工藝流程

藍莓的挑選→藍莓清洗、破碎和打漿→果膠酶處理→糖酸比例的調整→酒精發(fā)酵→過濾、調配→醋酸發(fā)酵→生醋→陳釀→加熱滅菌→檢驗和灌裝→藍莓果醋。

1.5 單因素試驗

根據(jù)參考文獻[13-14],設定酒精的初始濃度為6%,接入8%的醋酸桿菌,發(fā)酵溫度為28 ℃,使用檸檬酸調節(jié)發(fā)酵pH至3。改變其中一個變量,研究這個變量對富硒藍莓果醋中總酸含量的影響。初始酒精濃度的變量分別為 2%、4%、6%、8%、10%;pH 值的變量分別為2,3,4,5,6;發(fā)酵溫度的變量分別為20,25,30,35,40 ℃;醋酸菌接種量的變量分別為4%、6%、8%、10%、12%。

1.6 正交試驗

為了篩選出藍莓果醋的最佳發(fā)酵工藝,本試驗采用四因素三水平的正交試驗(見表1),以富硒藍莓果醋中的總酸量作為評價指標,選取最佳的富硒藍莓果醋加工工藝。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test

2 結果與討論

2.1 富硒藍莓果醋酒精發(fā)酵時間的確定

藍莓果醋中的酒精是由酵母菌通過分解和發(fā)酵藍莓汁中的糖而產(chǎn)生的,發(fā)酵過程中的總糖和酒精濃度的高低息息相關。

圖1 富硒藍莓果醋酒精發(fā)酵過程中總糖含量和酒精濃度的變化Fig.1 Changes in total sugar content and alcohol concentration during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖1可知,在酒精發(fā)酵的過程中,總糖含量隨著發(fā)酵時間的增加而逐漸降低,在發(fā)酵的前3 d,總糖的含量迅速下降,這是由于發(fā)酵過程中酵母菌快速繁殖,總糖被迅速地消耗。隨著發(fā)酵時間的增加,富硒藍莓果醋中的總糖含量接近于0。

富硒藍莓果醋中的酒精濃度隨著發(fā)酵時間的延長而迅速增加,這是由于酵母菌快速消耗藍莓果醋中的總糖,轉化為酒精。當發(fā)酵時間超過3 d時,藍莓果醋中的酒精濃度趨于穩(wěn)定,隨著發(fā)酵時間的延長,藍莓果醋的酒精濃度出現(xiàn)下降的趨勢,這是由于藍莓果醋中的總糖量已經(jīng)被消耗得不足以為酵母菌的生長提供能量[15]。

圖2 富硒藍莓果醋酒精發(fā)酵過程中pH 值和總酸含量的變化Fig.2 Changes in pH value and total acid content during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖2可知,富硒藍莓果醋在酒精發(fā)酵的過程中,總酸含量隨著發(fā)酵時間的增加呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢,當發(fā)酵時間為4 d時,藍莓果醋的總酸含量最高,為3.87 g/dL。當發(fā)酵時間大于4 d時,藍莓果醋的總酸含量呈現(xiàn)上下波動的趨勢。

藍莓果醋的pH 值隨著發(fā)酵時間的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢,這是由于當藍莓果醋剛剛開始發(fā)酵時,發(fā)酵液中的細菌生長速度快,導致藍莓果醋的pH值快速下降,隨著發(fā)酵時間的增加,藍莓果醋發(fā)酵液體中酵母菌開始正常生長,導致發(fā)酵液的pH值快速升高[16]。

綜合圖1和圖2的結果,最終確定藍莓果醋酒精發(fā)酵的最優(yōu)時間為4 d。

2.2 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵時間的確定

藍莓果醋發(fā)酵4 d 后,接種醋酸菌,接種量為10%,醋酸發(fā)酵溫度設置為30 ℃,pH 設置為3～4,初始酒精濃度為6%,富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中總酸含量的變化見圖3。

圖3 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中總酸含量的變化Fig.3 Changes in total acid content during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖3可知,藍莓果醋的總酸含量隨著發(fā)酵時間的延長不斷地增加。接種醋酸菌后,在發(fā)酵的前4 d,藍莓果醋的總酸含量快速增加;當發(fā)酵時間超過4 d 時,藍莓果醋的總酸含量增長速度逐漸減緩,這主要是由于藍莓果醋的酒精含量逐漸減少。當發(fā)酵到第7天時,富硒藍莓果醋的總酸含量達到4.6 g/dL,此時藍莓果醋的總酸含量不再改變,富硒藍莓果醋發(fā)酵結束。

2.3 pH 值對醋酸發(fā)酵的影響

圖4 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中不同pH值對總酸含量的影響Fig.4 Effect of different pH values during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖4可知,富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中的總酸含量隨著pH 值的增大先升高后降低。當pH值小于3.5時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著pH 值的增大而升高,當pH 大于3.5時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著pH 值的增大而降低,這是由于當富硒藍莓果醋的pH 值過低時,過酸的環(huán)境抑制了醋酸菌的生長發(fā)育;當pH 值過高時,醋酸菌的生長同樣受到了抑制。

2.4 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響

圖5 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中不同溫度對總酸含量的影響Fig.5 Effect of different temperatures during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖5可知,溫度對富硒藍莓果醋的總酸含量影響較大,這是由于發(fā)酵溫度直接地影響了發(fā)酵過程中醋酸菌的生長和繁殖,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高先升高后降低。當溫度低于35 ℃時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而升高,35 ℃時的總酸含量最高,為4.5 g/dL;當溫度超過35 ℃時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而降低,這是由于溫度過高影響了藍莓果醋發(fā)酵液中酶的活性,導致醋酸菌由于新陳代謝過剩而過度老化,從而影響醋酸菌的產(chǎn)酸量。所以,過高或者過低的發(fā)酵溫度都會影響藍莓果醋發(fā)酵過程中的總酸含量[17],結果表明,最佳的醋酸發(fā)酵溫度為35 ℃。

2.5 初始酒精濃度對醋酸發(fā)酵的影響

圖6 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中不同初始酒精濃度對總酸含量的影響Fig.6 Effect of different initial alcohol concentrations during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖6可知,總酸含量也會受到初始酒精濃度的影響,且隨著初始酒精濃度的升高,藍莓果醋的總酸含量先升高后降低。酒精是醋酸發(fā)酵過程中醋酸菌的生產(chǎn)原料,其含量直接對富硒藍莓果醋的總酸含量造成影響。當初始酒精濃度小于6%時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著初始酒精濃度的增加而升高；當初始酒精濃度大于6%時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著初始酒精濃度的增加而降低；當初始酒精濃度超過6%時,過高的酒精濃度影響了醋酸菌的正常生長發(fā)育[18]。所以,6%為最優(yōu)的初始酒精濃度。

2.6 醋酸菌接種量對醋酸發(fā)酵的影響

圖7 富硒藍莓果醋醋酸發(fā)酵過程中不同醋酸菌接種量對總酸含量的影響Fig.7 Effect of different acetic acid bacteria inoculation amounts during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖7可知,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,當醋酸菌接種量為6%～10%時,藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而升高,當醋酸菌接種量超過10%時,藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而逐漸降低,這是由于隨著醋酸菌接種量的增加,醋酸菌的生長發(fā)育需要更多的營養(yǎng)物質,導致藍莓果醋中的營養(yǎng)成分消耗,從而影響藍莓果醋的總酸含量。所以,當醋酸菌接種量為10%時,藍莓果醋的總酸含量最高,為4.71 g/dL。

2.7 正交試驗優(yōu)化醋酸發(fā)酵工藝最佳參數(shù)的確定

根據(jù)單因素試驗結果,進一步對富硒藍莓果醋發(fā)酵工藝進行優(yōu)化,以總酸含量作為指標,對pH 值、發(fā)酵溫度、初始酒精濃度和醋酸菌接種量進行四因素三水平的正交試驗分析(見表2),以期獲得最佳的醋酸發(fā)酵條件。

表2 富硒藍莓果醋正交試驗結果Table 2 Orthogonal test results of selenium-rich blueberry fruit vinegar

續(xù) 表

由表2可知,對富硒藍莓果醋的醋酸發(fā)酵產(chǎn)酸影響程度大小依次是A=C>B>D,即發(fā)酵溫度=初始酒精濃度>pH值>醋酸菌接種量,其中發(fā)酵溫度對藍莓果醋發(fā)酵過程中總酸含量的影響最明顯,發(fā)酵溫度過高或者過低均會對醋酸菌的產(chǎn)酸速率產(chǎn)生明顯的影響。通過方差分析可以獲得最佳的藍莓果醋發(fā)酵工藝組合為發(fā)酵溫度40 ℃、初始酒精濃度8%、醋酸菌接種量6%和發(fā)酵pH 值3.0。

2.8 富硒藍莓果醋與普通藍莓果醋制作成本及效益分析

表3 富硒藍莓果醋與普通藍莓果醋制作成本及效益分析Table 3 Production cost and benefit analysis of selenium-rich blueberry fruit vinegar and ordinary blueberry fruit vinegar

硒慢慢被人們所認識,具有抗氧化和解毒等多種生物學功能,是生命的保護劑。由表3可知,普通藍莓果醋獲取的純利潤更高,但是,隨著人們對富硒產(chǎn)品的認識,雖然富硒藍莓果醋獲取的純利潤低,但是每年的銷售額度明顯高于普通藍莓果醋的銷售額度。

3 小結

硒對人體具有很明顯的抗氧化功效,近些年,富硒產(chǎn)品的研究逐漸火熱;藍莓果醋的研究雖然已經(jīng)很多,但是富硒藍莓果醋的工藝研究較少,本研究通過單因素試驗對富硒藍莓果醋的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化和分析,初步獲得富硒藍莓果醋的加工工藝,再利用正交試驗對富硒藍莓果醋的加工工藝進行優(yōu)化。研究結果表明,最優(yōu)的加工工藝為發(fā)酵溫度40 ℃、初始酒精濃度8%、醋酸菌接種量6%和發(fā)酵pH 值3.0。同時,對富硒藍莓果醋和普通藍莓果醋的成本效益進行分析,雖然富硒藍莓果醋相比普通藍莓果醋獲得的純利潤較少,但是,隨著富硒產(chǎn)品被人們認識,富硒藍莓果醋明顯更有市場前景。