軟棗獼猴桃玫瑰醋發酵條件響應面法優化

鐘　寶，李鳳林，張傳軍（吉林農業科技學院 食品工程學院，吉林 吉林 132101）

軟棗獼猴桃玫瑰醋發酵條件響應面法優化

鐘寶，李鳳林，張傳軍
（吉林農業科技學院 食品工程學院，吉林 吉林 132101）

該試驗以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料制作果醋，在單因素試驗的基礎上，利用響應面法對軟棗獼猴桃玫瑰果醋的發酵工藝條件進行優化。采用Design-Expert 8.0.6設計軟件進行分析，分析結果顯示最優發酵條件為：溫度32℃，初始pH值3.4，初始酒精度為7%vol。在此條件下果醋酸度最高可達5.39 g/100 mL。三個因素與果醋酸度之間建立的回歸模型均為極顯著，可用于實際生產預測。

軟棗獼猴桃；玫瑰；果醋；響應面；優化

軟棗獼猴桃（Actinidia arguta）又名軟棗子、狗棗子，為獼猴桃科、獼猴桃屬多年生木質藤本植物，分布在我國東北、華北、西北以及長江流域，世界其他國家也有一定分布。軟棗獼猴桃具有生津、滋補、強身、潤肺、減肥、抗衰老、抗癌等功效，是現代人養生之佳品。玫瑰為薔薇科薔薇屬植物，在北半球分布廣泛，研究表明，玫瑰花中含有300多種有效化學成分，素有“花中皇后”之美稱。具有解悶、解郁、化胃氣、強肝、強肺、解毒等功效［1］。

隨著人們養生觀念的加強，果醋將成為人們關注的新產品，與傳統糧食醋相比，果醋具有調節機體酸堿平衡、促進機體新陳代謝、消除機體疲勞、提高機體免疫力、促進血液循環、降壓和美容等功效，并且果醋種類豐富、風味獨特，是未來醋類制品的一大發展趨勢。因此，利用發酵技術釀制營養豐富、風味獨特的果醋，必將具有廣闊的市場前景。本實驗以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料，開發特殊風味的果醋，為長白山野生資源開發利用及其企業生產提供技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

軟棗獼猴桃、玫瑰花（食品級）：市售；惡臭醋酸桿菌（Acetobacter rancens）AS1.41：北京微生物研究所；蒸餾水、葡萄糖、無水乙醇、酚酞、NaOH（0.1 mol/L）、CaCO3（均為分析純）：廣州化學試劑廠；殼聚糖（食品級）：天津化學試劑有限公司；液體培養基（0.5%葡萄糖、1%酵母膏、4%無水乙醇）。

1.2儀器與設備

ZWHY恒溫振動培養箱：上海枝城分析儀器有限公司；LDZX-75KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠；PE20K酸度計：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；UV-1700紫外可見分光光度計：日本津島公司；BCN-1360超凈工作臺：北京東聯哈爾儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1工藝流程及操作要點

軟棗獼猴桃、玫瑰→打漿→調配→接種主發酵→酒精發酵→果酒→接入醋酸菌（活化菌種）→醋酸發酵→澄清→殺菌→果醋

操作要點：

原料選擇及處理：選擇新鮮、無病蟲害的軟棗獼猴桃及玫瑰，經粉碎機粉碎榨汁，軟棗獼猴桃、玫瑰添加量分別為90%、10%。

成分調整：用白砂糖將發酵液總糖度調整到20%。

酵母活化：將釀酒干酵母加入1.5%的糖水中，放入35℃水浴鍋中，活化35 min。

酒精發酵：在發酵溫度為27℃、pH為4.2、酵母菌接種量為1.4 g/L條件下進行發酵。

醋酸桿菌活化［2-3］：將AS1.41醋酸菌桿菌接入液體養基中（0.5%葡萄糖、1%酵母膏、4%無水乙醇），在30℃、155 r/min的恒溫振蕩培養箱中活化24 h。

醋酸發酵：將種子液加入到果酒中，放入恒溫振蕩培養箱中進行發酵。

澄清［4］：采用殼聚糖（添加量為0.07%）對成品進行澄清處理。

殺菌：將果醋裝入瓶中封蓋，采用巴氏殺菌法進行殺菌（水溫75℃、時間30 min）。

1.3.2產酸量測定［5］

取1mL發酵液，加入50 mL蒸餾水，滴入2～4滴0.5%的酚酞酒精溶液，用0.1mol/mL的NaOH溶液滴定至淺粉紅色，由消耗的NaOH的體積計算樣品中的醋酸產量（g/100mL）。

式中：V1為滴定發酵液樣品耗用的NaOH溶液的體積，mL；V0為滴定加入醋酸菌之前調好的果酒耗用的NaOH溶液的體積，mL；60.05為醋酸的物質的量濃度，g/mol；C為NaOH溶液的濃度，mol/L；10為100 mL與1 L的換算系數；V為樣品的體積，mL。

1.3.3單因素試驗［6-10］

選用惡臭醋酸桿菌AS1.41菌種，120 r/min搖床發酵7 d，裝液量為20mL/100mL，分別以發酵溫度、初始pH值、初始酒精度及接種量為評價因素，果醋酸度為評價指標，進行醋酸發酵單因素試驗。

1.3.4響應面試驗［11-15］

在單因素試驗的基礎上，確定醋酸菌的接種量，選取發酵溫度、初始pH值、初始酒精度為評價因素，果醋酸度（Y）為響應值，進行響應面分析試驗，因素與水平見表1。

表1　響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

2　結果與分析

2.1軟棗獼猴桃玫瑰果醋發酵單因素試驗

2.1.1發酵溫度對果醋發酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，調整初始酒精度至7%vol，在初始pH值為3.4條件下，分別在溫度28℃、30℃、32℃、34℃、36℃條件下發酵7 d后進行酸度測定，結果見圖1。

圖1　發酵溫度對果醋酸度的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on vinegar acidity

如圖1所示，果醋酸度隨著發酵溫度的升高呈現先上升后下降的趨勢，在一定溫度范圍內，隨著發酵溫度的上升，醋酸菌的活性增強，超過一定發酵溫度后，乙酸被氧化，導致醋酸含量降低。因此，選取30～34℃進行響應面試驗。

2.1.2初始pH值對果醋發酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，調整初始酒精度為7%vol，發酵溫度為32℃，分別在pH值為3.0、3.2、3.4、3.6、3.8條件下發酵7 d后進行酸度測定，結果見圖2。

圖2　初始pH值對果醋酸度的影響Fig.2 Effect of initial pH on vinegar acidity

如圖2所示，初始pH值越高，醋酸菌在中、前期發酵速度越快，但初始pH值過高，醋酸菌生長受到抑制，導致醋酸菌退化。因此，選取初始pH值為3.2～3.6進行響應面試驗。

2.1.3初始酒精度對果醋發酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，發酵溫度為32℃、初始pH值為3.4，在初始酒精度分別為4%vol、5%vol、6%vol、7%vol、8%vol、9%vol條件下發酵7 d后進行酸度測定，結果見圖3。

醋酸菌利用乙醇作碳源，初始酒精度過低，生成的醋酸也相對較少，當酒精度過高，超過醋酸發酵的可耐受值時，產酸能力便會下降。由圖3可知，果醋酸度隨初始酒精度的增加而先升高后降低，選用初始酒精度6%vol～8%vol進行響應面試驗。

圖3　初始酒精度對果醋酸度的影響Fig.3 Effect of initial alcohol content on vinegar acidity

2.1.4醋酸菌最佳接種量確定

在發酵溫度為32℃，初始pH值為3.4，初始酒精度為7%vol的條件下，分別在醋酸菌接種量為11%、13%、15%、17%、19%的條件下進行接種量優化試驗，結果見圖4。

圖4　接種量對果醋酸度的影響Fig.4 Effect of inoculum on vinegar acidity

由圖4可知，當接種量過小時，醋酸菌產生速度慢，醋酸度就越低；接種量過大時，發酵液有代謝物生產，導致細胞老化；只有接種量最佳時產酸速度最快。醋酸菌接種量為15%時菌種活力最大，因此，確定試驗醋酸菌接種量為15%。

2.2響應面法優化軟棗獼猴桃玫瑰果醋工藝條件

根據單因素試驗結果，在確定醋酸菌接種量為15%的條件下，進行3因素3水平的響應面分析，安排17組處理組合，考察發酵溫度（A），初始pH值（B），初始酒精度（C）對軟棗獼猴桃果醋酸度（Y）的影響，結果見表2。

表2　果醋醋酸發酵條件優化響應面試驗設計與結果Table 2 Design and results of response surface methodology for vinegar fermentation condition optimization

采用Design-Expert8.0.6軟件對表2數據進行多元回歸模型擬合，得到初步回歸方程為

對該模型進行顯著性檢驗，可得到方差分析見表3，模型的可信度分析見表4。

表3　回歸方程ANOVA分析Table 3 Variance analysis of regression equation

表4　回歸模型的可信度分析Table 4 Reliability analysis of the established regression model

由表3、表4可知，模型的P值＜0.000 1，說明該模型極顯著，回歸模型設計與實際測定值能夠最大限度的擬合，試驗誤差較小，因此，可以用該回歸方程代替試驗真實值對試驗結果進行分析，得到R2=99.85%，說明預測值與實測值之間存在著高度相關性，說明該方程具有較高的可靠性。回歸模型中，一次項、交互項（AC、BC）、二次項均表現出了極顯著水平。方差分析結果還表明，影響醋酸發酵酸度的因素為發酵溫度A＞初始酒精度C＞初始pH值B。

在回歸模型方差分析結果的基礎上，利用軟件作發酵溫度、初始pH值、初始酒精度對果醋酸度交互作用影響的等高線圖和響應面圖，結果如圖5所示。

圖5　初始酒精度、初始pH值、溫度交互作用對酸度影響的等高線和響應面Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between alcohol content，initial pH and temperature on vinegar acidity

由回歸方程可知，最佳組合為發酵溫度31.57℃，初始pH值3.35，初始酒精度7.19%vol。對應的醋酸酸度響應值為5.39 g/100 mL。考慮實際操作問題，將最佳條件修正為發酵溫度32℃，初始pH3.4，初始酒精度7%vol。在修正后的條件下，對工藝參數進行3次驗證試驗，得到果醋酸度的平均值為5.39 g/100 mL，與理論預測值較為接近，表明響應面試驗得到的數學模型是可靠的，具有實用價值。

3　結論

本試驗以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料，研究軟棗獼猴桃玫瑰果醋醋酸發酵工藝，在釀制過程中，對發酵溫度、初始pH值、初始酒精度等因素對果醋酸度的影響進行分析。

在單因素試驗的基礎上，利用響應面試驗對軟棗獼猴桃玫瑰果醋釀造條件進行了優化，通過響應面分析，所得數據表明，各因素對結果的影響依次為發酵溫度A＞初始酒精度C＞初始pH值B。最佳醋酸發酵工藝參數為發酵溫度32℃，初始pH值3.4，初始酒精度7%vol。在此條件下制得果醋酸度的平均值為5.39 g/100 mL。通過建立回歸模型方程、驗證試驗表明該模型合理、可靠，具有實用價值。

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Optimization of fermentation conditions of Actinidia arguta and Rosa rugosa vinegar by response surfave methodology

ZHONG Bao，LI Fenglin，ZHANG Chuanjun
（School of Food Technology，College of Jilin Agricultural Science and Technology，Jilin 132101，China）

UsingActinidia argutaandRosa rugosaas main raw material，fruit vinegar was produced.Based on the single factor experiments results， the fermentation condition of the vinegar was optimized by response surface methodology.Using Design-Expert 8.0.6 analysis，the results showed that the optimal fermentation condition was temperature 32℃，initial pH 3.4，initial alcohol content 7%vol，and the maximum acetic acid concentration of the product was 5.39 g/100 ml.Multivariate regression analysis showed that the three factors all showed significant effect on the regression model，which could be used for practical prediction.

Actinidia arguta；Rosa rugosa；fruit vinegar；response surface methodology；optimization

TS255.47

0254-5071（2016）02-0088-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.02.020

2015-11-16

吉林農業科技學院校級青年基金（吉農院合字【2014】第205號）

鐘寶（1987-），男，助教，碩士，研究方向為農產品加工及貯藏。