松針醋醋酸發酵工藝優化

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

引言

松針為松科植物的多個品種的針狀葉,又名松葉、松毛等[1]，資源分布廣泛，儲量豐富，據估算我國每年約產200～300萬t[2]。松針中含有多糖、蛋白質、微量礦物元素、維生素等多種營養活性物質[3、4、5]，具有促進血液循環、降壓降脂、抗氧化等功效[6]，且在我國古代已有食用歷史[7-9]。隨著現代研究的不斷深入，松針的藥用價值和營養價值日益受到關注[10]。因其含有的多種生物活性成分，其活性成分的提取和功能活性的研究成為近年研究的熱點，相關產品已被在食品、醫藥等領域應用[5]，但利用松針開發松針醋的研究尚未見報道。本文以松針為原料，開發優化松針醋的醋酸發酵工藝，以期在滿足日常調味所需的同時，發揮松針的營養價值和保健功能，同時豐富松針的產品類型，也可為松針資源開發和利用提供新的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 原料與菌種：松針(采自商洛市商州區)；釀酒酵母、醋酸菌等均為市售；

試劑：CaCl2，NaOH等均為分析純。

1.1.2 儀器 蒸汽滅菌器(上海申安醫療器械廠)，恒溫水浴鍋(上海博訊實業有限公司)，分光光度計(上海精科儀器有限公司)，生化培養箱(上海齊欣科學儀器有限公司)，電子天平(丹佛儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 原料處理 挑選新鮮松針，經清洗風干后粉碎，加入果膠酶(0.05%)，按料水比1:20加水保溫(50℃)15 min備用；將大米、麩皮、小麥等按料液比為1:5加入已制備的松針浸提液中，并置于65℃下浸泡2 h后，磨漿煮沸15 min，降溫并加入0.2% CaCl2后，待溫度降至60℃后，按0.6 g·kg-1加入α-淀粉酶，并保溫約2 h，然后按100～200 U·g-1加入糖化酶，繼續保溫1 h，隨后升溫至100℃，維持15 min，冷卻至常溫備用。

1.2.3 酒精發酵 稱取原料質量分數 0.4% 的酵母菌，加適當蒸餾水，恒溫(30℃)水浴30 min進行活化，然后倒入經2.2.2方法制備并調整糖度至25%，pH為4.5～5.0的原料液中，攪拌均勻后恒溫(30℃)發酵4 d，待乙醇含量不在升高時結束發酵。

1.2.4 醋酸發酵工藝優化 將醋酸菌經活化培養，添加至1.2.3的發酵液中，并單一調整醋酸菌發酵液初始乙醇含量為5.5%、7.0%、8.5%、10%、11.5%，菌種添加量為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，發酵溫度為30℃、33℃、36℃、39℃、42℃，發酵時間1.5 d、2 d、2.5 d、3 d、3.5 d，轉速為100 r·min-1、120 r·min-1、140 r·min-1、160 r·min-1、180 r·min-1，按照上述實驗設計，以總酸含量為指標優化工藝參數。

1.3 測定方法

總酸含量：酸堿滴定法測定，參照國家標準GB/T 18187-2000。

2 結果與分析

2.1 初始乙醇含量對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

圖1 初始乙醇含量對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

由圖1可知，初始乙醇含量對醋酸發酵過程中的總酸含量有一定的影響作用。當初始乙醇含量在5.5%～10%時，隨初始乙醇含量的增大，醋酸發酵的總酸含量逐漸上升，最高為6.64 g·100 mL-1；當初始乙醇含量大于10%后，隨初始乙醇量的繼續增大，總酸含量出現下降趨勢。其原因可能是乙醇作為醋酸菌生長繁殖提供基質，在合適的范圍內，乙醇含量越高，產酸量就越高，但同時醋酸菌的耐受力是有限的，當發酵液的初始乙醇含量增大到一定程度后，引起醋酸菌生長產生異常或者正常代謝減慢，進而導致醋酸發酵過程中總酸的生成量下降[11、12]。

2.2 醋酸菌添加量對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

圖2 醋酸菌添加量對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

由圖2可知，醋酸菌添加量對松針醋醋酸發酵過程中的總酸含量有一定的影響作用，隨醋酸菌接種量的增大，醋酸發酵過程中的總酸含量總體呈現先上升后下降的趨勢。當醋酸菌接種量為0.2%～0.4%時，隨著醋酸菌添加量的增加，松針醋的總酸含量隨之不斷升高，最大值約為5.90 g·100 mL-1；當醋酸接種量高于0.4%后，隨醋酸菌添加量的繼續增加，松針醋的總酸含量酸度開始呈現大幅下降。這可能是當醋酸接種量較小時，底物充足，隨接種量的增大，酒精轉化率升高，總酸的產酸量明顯增加；但當接種量超過一定的限度之后，隨接種量的持續增大，醋酸菌自身的代謝消耗物質較多，同時個體可利用的營養基質減少，導致總酸含量降低[11、13、14]。

2.3 發酵溫度對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

圖3 發酵溫度對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

由圖3表明，發酵溫度對松針醋醋酸發酵過程中的總酸含量有一定的影響作用。隨松針醋醋酸發酵溫度的升高，發酵過程中的總酸含量呈現先上升后下降的趨勢。當發酵溫度在30℃～36℃時，隨發酵溫度的升高，發酵過程中的總酸含量明顯增加。發酵溫度達到36℃時總酸含量最高，約為6.60 g·100 mL-1；當發酵溫度高于36℃后，隨醋酸發酵溫度升高，松針醋的總酸含量逐漸降低。這可能由于發酵溫度過高或過低，均不利于醋酸菌的生長和代謝，導致產酸量降低[12、15、16]。

2.4 發酵時間對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

由圖4可知，發酵時間對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量有一定的影響。隨發酵時間延長，松針醋的總酸含量逐漸上升。發酵的初期，總酸含量迅速增加，待發酵2d后，隨醋酸發酵時間的延長，松針醋總酸含量上升的趨勢明顯減弱。發酵開始時，菌體代謝旺盛，底物充足，導致總酸含量迅速上升；發酵后期，隨著底物不斷被消耗，產物抑制等因素的影響[17]。

2.5 搖床轉數對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

圖4 發酵時間對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

圖5 搖床轉數對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量的影響

由圖5可知，搖床轉速對松針醋醋酸發酵過程中總酸含量有一定的影響。當轉速在100 ～120 r·min-1時，總酸含量隨轉速增加而升高，最高可達6.75 g·100 mL-1；此后隨搖床轉數的增加而降低，可能是因為醋酸菌是好氧菌，在發酵過程中適當的轉速不僅有利于使底物更好地在發酵液內轉移和發揮作用，而且溶氧效果好，但搖床轉速過高時，發酵液溶氧量過多產生大量的代謝產物，反而影響醋酸菌代謝進而加速醋酸菌衰亡[18]。

2.6 松針醋醋酸發酵工藝優化

根據前述實驗結果的基礎上，以松針醋總酸含量為指標設計正交實驗L9(34)，優化松針醋醋酸發酵工藝參數，實驗設計及結果分析見表1。

由表1可知，影響總酸含量的主次順序為C>B>A>D，即發酵溫度>初始乙醇含量>菌種添加量>發酵時間，且根據實驗結果分析，最佳組合為A2B2C2D3，即當初始酒精含量10%、菌種添加量0.4%、發酵條件(3.5 d、36℃)時。利用最佳工藝參數進行驗證試驗，測得松針醋總酸含量達到6.93 g·100 mL-1。

表1 松針醋醋酸發酵實驗正交表

3 結論

(1)在松針醋加工過程中，發酵液的初始乙醇含量、菌種添加量、發酵溫度、醋酸發酵時間和搖床轉數均對松針醋的總酸的含量有一定的影響座作用。(2)在松針醋加工過程中，當發酵液初始乙醇含量為10%、菌種添加量為0.4%、發酵條件(3.5 d、36℃)時，搖床轉速為120 r·min-1時，松針醋總酸含可達6.93 g·100 mL-1。