桑椹果醋的液態(tài)發(fā)酵工藝

范作卿，李公存，施新琴，王娜，朱琳，郭光*

(1.山東省蠶業(yè)研究所，山東 煙臺(tái) 264002； 2.煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 煙臺(tái) 264002)

桑椹(FructusMori)又名桑果、桑棗、桑子、桑實(shí)等，果肉多汁，滋味甘美，是水果中的珍品，有“中華果王”之美譽(yù)。桑椹含有豐富的有機(jī)酸、游離氨基酸、多種維生素及微量元素等[1-2]，不僅具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且具有固氣益腎、烏發(fā)明目、安神、解酒毒、降三高等功效[3-5]，1993年被衛(wèi)生部列為藥食同源農(nóng)產(chǎn)品之一。

果醋是新一代健康飲品，果醋與傳統(tǒng)米醋工藝區(qū)別較大，傳統(tǒng)米醋是以谷物為原料，通過固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)以調(diào)味為目的的食用醋，果醋是以水果或果品加工下腳料為主要原料，利用現(xiàn)代生物技術(shù)釀制而成的一種營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味優(yōu)良的健康飲品。它兼有水果和食醋的營(yíng)養(yǎng)保健功能，是集營(yíng)養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型飲料[6-7]。果醋品類眾多，現(xiàn)研究開發(fā)的果醋主要有蘋果醋[8]、芒果醋[9]、獼猴桃果醋[10]等。

桑椹醋分為配制型桑椹醋和發(fā)酵型桑椹醋。王艷麗等[11]對(duì)以桑椹、大棗、枸杞等水果及食用醋為主要原料，通過單因素及正交試驗(yàn)對(duì)配制型桑椹醋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究。發(fā)酵型桑椹果醋的工藝研究主要有山東省葡萄研究院采用液體深層發(fā)酵法，經(jīng)酵母、紅曲霉及醋酸菌發(fā)酵釀制保健型桑椹紅曲果醋[12]。Wang等[13]以響應(yīng)面法優(yōu)化了桑椹果醋的發(fā)酵工藝中初始乙醇體積分?jǐn)?shù)、接種量和轉(zhuǎn)速等因素。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，桑椹果醋的醋酸發(fā)酵工藝受不同的酒精濃度、接種量、通氣量、發(fā)酵溫度等因素條件的交叉影響。本研究通過對(duì)以上4個(gè)因素的單因素分析，利用正交試驗(yàn)優(yōu)化了桑椹果醋的醋酸液態(tài)發(fā)酵工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

桑椹原料品種為大十，2019年6月采于山東省蠶業(yè)研究所果桑資源圃。酒精發(fā)酵過程發(fā)酵菌種為BV818葡萄酒活性干酵母(安琪酵母股份有限公司)。醋酸發(fā)酵過程發(fā)酵菌種為DBSFL果醋菌(煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司)。主要儀器有ACO-001增氧泵(森森集團(tuán)股份有限公司)、ME204分析天平(METTLER TOLEDO)、H2200R冷凍離心機(jī)(長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司)、PHS-25C臺(tái)式酸度計(jì)。

1.2 方法

1.2.1 酒精濃度與產(chǎn)酸量變化

本醋酸發(fā)酵是在桑椹汁酒精發(fā)酵工藝[14-15]的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)配，以初始酒精濃度為8%的桑椹發(fā)酵汁，在36 ℃條件下接種醋酸菌進(jìn)行發(fā)酵，通氣量0.02 m3·h-1，每日檢測(cè)發(fā)酵液中總酸及酒精濃度，并繪制酒精濃度與產(chǎn)酸量變化規(guī)律曲線。

1.2.2 工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

由于桑椹果醋在醋酸發(fā)酵工藝同時(shí)受不同的酒精含量、接種量、通氣量、發(fā)酵溫度等因素條件的交叉影響，因此，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)進(jìn)行工藝條件的優(yōu)化。根據(jù)前期的探索試驗(yàn)，桑椹發(fā)酵汁酒精濃度分別選用4%、6%、8%、10%、12%等不同初始濃度，醋酸菌接種量分別選用0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%，分別按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通氣量通入凈化空氣，發(fā)酵溫度分別控制在30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃、38 ℃的條件下進(jìn)行發(fā)酵。

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精濃度與產(chǎn)酸量變化規(guī)律

由圖1可以看出，醋酸酸度和酒精濃度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，隨著醋酸發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液中的酒精逐漸轉(zhuǎn)化為醋酸，在發(fā)酵的第7天基本轉(zhuǎn)化完畢，標(biāo)志著醋酸發(fā)酵的結(jié)束。

圖1 酒精濃度隨時(shí)間的產(chǎn)酸量變化規(guī)律

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 不同酒精濃度對(duì)桑椹醋酸發(fā)酵的影響

酒精初始濃度為4%、6%、8%、10%、12%，桑椹發(fā)酵汁在35 ℃條件下，分別接種0.8%醋酸菌液發(fā)酵7 d，通風(fēng)量為0.02 m3·h-1，每日檢測(cè)發(fā)酵液中總酸含量并記錄，繪制不同初始酒精含量與產(chǎn)酸量變化規(guī)律曲線。圖2顯示，當(dāng)初始酒精濃度低于10%時(shí)，桑椹醋的產(chǎn)酸量與初始酒精濃度呈正相關(guān)，但高于10%時(shí)，高濃度的酒精對(duì)醋酸菌的繁殖起到抑制作用。因此，選用6%、8%、10%三個(gè)酒精濃度水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 酒精濃度對(duì)桑椹醋酸發(fā)酵的影響

2.2.2 不同接種量對(duì)桑椹果醋發(fā)酵的影響

以初始酒精濃度為8%的桑椹發(fā)酵汁，在35 ℃下分別接種0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%醋酸菌，發(fā)酵7 d，通風(fēng)量為0.02 m3·h-1，每日檢測(cè)發(fā)酵液中總酸含量，繪制不同接種量與產(chǎn)酸量變化規(guī)律曲線，圖3顯示，發(fā)酵至第7天，隨著接種量的增大，醋酸的生成量在增多；但當(dāng)接種量大于1.0%時(shí)，對(duì)最終的含酸量影響不大?？紤]經(jīng)濟(jì)因素及減少污染菌的機(jī)會(huì)，選用0.8%、1.0%、1.2%三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 接種量對(duì)桑椹果醋發(fā)酵的影響

2.2.3 不同通氣量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

以初始酒精濃度為8%的桑椹發(fā)酵汁，在35 ℃下分別按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通氣量通入凈化空氣，接種0.8%醋酸菌，發(fā)酵7 d，每日檢測(cè)發(fā)酵液中總酸含量，并繪制不同通風(fēng)量與產(chǎn)酸量變化規(guī)律曲線。圖4顯示，隨著凈化空氣的通入，產(chǎn)酸量明顯上升，醋酸菌將空氣中的氧氣與酒精轉(zhuǎn)化為醋酸，從而提高了總酸含量；當(dāng)通氣量高于0.04 m3·h-1時(shí)，通入氧氣量達(dá)到飽合，總酸量也達(dá)到最高，考慮經(jīng)濟(jì)因素及減少污染菌的機(jī)會(huì)，選用0.02、0.03、0.04 m3·h-1三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖4 通氣量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

2.2.4 不同發(fā)酵溫度對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

由圖5可以看出，桑椹果醋發(fā)酵明顯受到溫度的影響。從發(fā)酵第1～7天，在低于36 ℃條件下，醋酸菌的生長(zhǎng)繁殖隨著溫度的上升而增加，發(fā)酵產(chǎn)酸能力增強(qiáng)，至第7天基本發(fā)酵完畢，產(chǎn)酸量趨于穩(wěn)定；而高于36 ℃時(shí)，隨溫度的升高產(chǎn)酸量反而下降，說明當(dāng)溫度過高或過低時(shí)，由于醋酸菌的生長(zhǎng)代謝開始受阻，從而影響產(chǎn)酸量。由此可知，醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸的最適溫度在34～38 ℃，在此范圍內(nèi)醋酸菌產(chǎn)酸量最高可達(dá)58.1 g·L-1。

圖5 發(fā)酵溫度對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

2.3 正交試驗(yàn)

由于桑椹果醋的醋酸發(fā)酵工藝受不同的酒精濃度(A)、接種量(B)、通氣量(C)和發(fā)酵溫度(D)等因素的交叉影響，因此，在進(jìn)行上述單因素試驗(yàn)后，設(shè)計(jì)3水平4因素的正交試驗(yàn)，即以A、B、C、D 4項(xiàng)因素進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。

由表1可知，根據(jù)極值大小，4因素的影響排列順序?yàn)锳>B>C>D，即初始酒精濃度> 接種量> 通氣量>發(fā)酵溫度。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果中比較每列因素中的極值大小，分析可以得出，桑椹果醋優(yōu)化最佳發(fā)酵組合為A2B3C2D3，即初始發(fā)酵酒精濃度為8%，接種醋酸菌種量為發(fā)酵液量的1.2%，通氣量為0.03 m3·h-1，發(fā)酵溫度為38 ℃。在此確定的最優(yōu)組合工藝條件下進(jìn)行發(fā)酵能力測(cè)試。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.4 最佳工藝參數(shù)

在上述優(yōu)化出的最佳工藝條件下，檢測(cè)桑椹果醋發(fā)酵產(chǎn)品感觀特性評(píng)價(jià)與理化指標(biāo)。

感觀特性:色澤鮮亮、清澈、透明、有光感；香氣醋香濃郁、協(xié)調(diào)、有典型的桑椹果香；滋味口感柔和、無異味；體態(tài)澄清、無異物、無懸浮物及沉淀。

理化指標(biāo):總酸(以乙酸計(jì))≥56.0 g·L-1；還原糖(以葡萄糖計(jì))4.0 g·L-1；100 mL中可溶性無鹽固形物≥1.5 g。

3 小結(jié)與討論

本研究在桑椹果汁酒精發(fā)酵的基礎(chǔ)上，通過單因素與正交試驗(yàn)，對(duì)影響桑椹果醋液態(tài)發(fā)酵的不同的酒精含量、接種量、通氣量、發(fā)酵溫度等4個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，最終確定了桑椹果醋液態(tài)發(fā)酵法的最佳工藝條件為:初始發(fā)酵酒精濃度為8%，接種醋酸菌種量為發(fā)酵液量的1.2%，通風(fēng)量為0.03 m3·h-1，發(fā)酵溫度為38 ℃，在此最優(yōu)組合條件下桑椹果醋產(chǎn)酸能力為56.9 g·L-1。發(fā)酵成的桑椹果醋口感柔和、醋香濃郁，具有典型的桑果風(fēng)味。

桑椹果醋利用自身的酸性條件可以較完整的保存桑椹中的營(yíng)養(yǎng)成分，具有較佳的感觀特性，是一款營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的保健型健康飲品。由于其能保留桑椹的典型風(fēng)味，而揮發(fā)性呈香成分與桑椹的品種有很大關(guān)系[16-17]，所以有關(guān)桑椹果醋中的揮發(fā)性呈香成分還有待于進(jìn)一步分析驗(yàn)證。