山藥-梨復(fù)合型果醋發(fā)酵工藝

張海玲，程倩倩，尹新雅，朱桂蘭，王淑華

(合肥師范學(xué)院，安徽 合肥，230000)

果醋是以水果或果品加工下腳料為主要原料加工而成的酸性調(diào)味品[1-3]，具有提高肝臟的解毒功能，改善新陳代謝，降低血壓，維持體內(nèi)酸堿平衡，開胃消食，預(yù)防結(jié)石和便秘，美容護(hù)膚，助睡眠等功效[4-6]。研究發(fā)現(xiàn)，醋中含有的多酚物質(zhì)可以清除自由基，如丹寧酸等可保護(hù)腸道不受過氧化物的損害，維持腸道的菌群平衡[7-8]。果醋具有水果和食醋的營養(yǎng)保健功能，是集營養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型保健飲品。

安徽省碭山縣為主要酥梨產(chǎn)區(qū)，是我國果品中的名產(chǎn)[9-10]。碭山梨中含有10%～17%的糖分(葡萄糖、果糖、蔗糖等)、0.01%～0.03%的有機(jī)酸(蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸)、礦物質(zhì)(鈣、磷、硒)也和多種維生素(維生素C、維生素A、維生素E)等含量相對較豐富，具備解肺熱、止咳、清心和消痰潤肺等生理功能[11]。山藥具備豐富的營養(yǎng)價值，含黃酮、多糖等多種活性保健成分，具備聰耳明目、補肺健脾等重要益處[12]。本文以淮山山藥和碭山梨為原料，對生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，加工制成復(fù)合型果醋，為解決碭山梨和山藥的儲藏與運輸問題提高一種新思路，同時開發(fā)出一款口味獨特、健康美味的新產(chǎn)品提高理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碭山梨，安徽碭山產(chǎn)；山藥，淮南山藥；安琪高活性酵母，安琪酵母股份有限公司；醋酸菌，上海佳民釀造食品有限公司；果膠酶，山東一品食品配料有限公司；檸檬酸，山東中創(chuàng)檸檬酸生化有限公司；殼聚糖，山東旭東生物科技有限公司。檸檬、食鹽、白砂糖等輔料均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

JYL-D57 榨汁機(jī)，九陽股份有限公司；DNP-9162IA型電熱恒溫培養(yǎng)箱、ZHP-Y2102F智能恒溫振蕩培養(yǎng)箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；WAY-2W阿貝折光儀，上海精科物光有限公司；FA2204分析天平，上海儀電分析儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；PHS-25 pH計，深圳市三泰衡器有限公司。

2 實驗方法

2.1 工藝流程

梨→去核，去皮洗凈→護(hù)色

↓

山藥→去皮洗凈→切片→護(hù)色→預(yù)煮→榨汁→濾汁混勻→澄清→成分調(diào)整→殺菌→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→澄清→過濾→滅菌→成品

2.2 操作要點

護(hù)色：將10 g食鹽和3 g檸檬酸溶于500 mL的蒸餾水中，將上述處理好的山藥和梨加入配制好的護(hù)色液中，護(hù)色5 min[13-14]。

澄清：將果膠酶加入混勻后的山藥-梨汁中，添加量是山藥-梨汁總體積的7.5%[15-16]，加入果膠酶后繼續(xù)混勻。

酸度調(diào)整：利用新鮮的檸檬汁調(diào)整山藥-梨汁的pH，使其維持在4左右。

殺菌：在調(diào)整好成分的山藥-梨汁中以80 mg/L加入焦亞硫酸鉀[17]。

酒精發(fā)酵：稱取0.1 ～0.5 g/L活性干酵母添加到10倍質(zhì)量濃度為5%蔗糖水中，于38～39 ℃的恒溫水浴鍋中活化20 min，搖勻后，再添加到上述山藥-梨汁中；加入活化酵母菌后，將上述山藥-梨汁依次放置在溫度為20～35 ℃的恒溫培養(yǎng)箱，發(fā)酵4～10 d[17]。

醋酸發(fā)酵：以山藥-梨果酒為培養(yǎng)基，放在30 ℃的恒溫水浴鍋中并不停攪拌，直至大部分醋酸菌溶解。放置于25～40 ℃的恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱，以120 r/min的轉(zhuǎn)速分別發(fā)酵4～10 d。

澄清：用質(zhì)量濃度為1%殼聚糖對山藥-梨醋進(jìn)行澄清。用量為果醋總質(zhì)量的0.5%[18-20]，靜置1.5 h。

殺菌：將澄清后的山藥-梨復(fù)合醋在82 ℃的條件下水浴20 min，水浴后快速冷卻到4～5 ℃，即得到山藥-梨復(fù)合醋成品。

2.3 山藥-梨汁最佳配比的確定

依次將山藥汁與梨汁配比為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3(v/v)的山藥-梨汁按照上述要求混合均勻后，再在25 ℃的酒精發(fā)酵溫度，0.2 g/L的酵母接種量，山藥-梨汁的初始糖為100 g/L，4 d的發(fā)酵時間的固定酒精發(fā)酵條件下和0.1 g/L的醋酸接種量，發(fā)酵溫度為25 ℃，發(fā)酵6 d，通過感官評價指標(biāo)確定山藥汁與梨汁的最佳配比。

2.4 山藥-梨醋酒精發(fā)酵工藝的確定

2.4.1 山藥-梨醋酒精發(fā)酵單因素試驗

初始糖度的確定：按照要求將山藥-梨汁的初始糖度分別調(diào)整到50、100、150、200、250 g/L，將不同初始糖度的山藥-梨汁進(jìn)行成分調(diào)整、殺菌，然后在25 ℃，發(fā)酵4 d,0.2 g/L的酵母添加量，測定山藥-梨酒中酒精度值和殘余糖度，以探究不同初始糖度對酒精發(fā)酵的影響。

酵母添加量的確定：依次在山藥-梨汁中添加100、200、300、400、500 mg/L的活化好的酵母，在山藥-梨汁初始糖度為100 g/L、發(fā)酵溫度為25 ℃的恒定發(fā)酵條件下發(fā)酵4 d，測定山藥-梨酒中殘余糖度和酒精度。

酒精發(fā)酵溫度的確定:將山藥-梨汁的糖度調(diào)整到100 g/L后，以200 mg/L的酵母接種量分別在20、25、30、35 ℃下發(fā)酵4 d，測定山藥-梨酒的殘余糖度和酒精度。

酒精發(fā)酵時間的確定：將山藥-梨汁的糖度調(diào)整為100 g/L，在0.2 g/L的酵母添加量，發(fā)酵溫度為25 ℃的恒定條件下分別發(fā)酵4、6、8、10 d，測定在山藥-梨酒的殘余糖度和酒精度。

2.4.2 山藥-梨醋酒精發(fā)酵正交實驗

根據(jù)單因素實驗的結(jié)果確定的各因素最佳水平的上下范圍浮動一定值，選取3個水平，進(jìn)行4因素3水平正交實驗，以產(chǎn)品酒精度為評價指標(biāo)，確定最優(yōu)的酒精發(fā)酵條件參數(shù)。

表1 酒精發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化正交實驗因素與水平設(shè)計表Table 1 Coded values and corresponding actual of the optimization parameters tested in orthogonal array design

2.5 山藥-梨醋醋酸發(fā)酵最佳工藝的確定

2.5.1 山藥-梨醋醋酸發(fā)酵單因素實驗

醋酸添加量的確定：分別在山藥-梨酒中添加0.1、0.2、0.3、0.4 g/L的醋酸菌，并放置于30 ℃的恒溫水浴鍋中不停攪拌，直至大部分醋酸菌溶解。再將其放置于發(fā)酵溫度為30 ℃的智能恒溫振蕩培養(yǎng)箱中發(fā)酵6 d，測量在不同醋酸菌添加量下山藥-梨果醋的總酸含量(以乙酸計，g/kg)，以探究不同醋酸添加量對醋酸發(fā)酵的影響。

醋酸發(fā)酵溫度的確定：向山藥-梨酒中以0.2 g/L的添加量加入醋酸菌，并放在30 ℃的恒溫水浴鍋中不停攪拌，直至大部分醋酸菌溶解。再放置于溫度為25、30、35、40 ℃的智能恒溫振蕩培養(yǎng)箱中發(fā)酵6 d。檢測在不同醋酸菌添加量下山藥-梨果醋的總酸含量(以乙酸計，g/kg)，以探究不同發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響。

醋酸發(fā)酵時間的確定：向山藥-梨果酒中以0.2 g/L的添加量添加醋酸菌，并放置于30 ℃的恒溫水浴鍋中不停攪拌，直至大部分醋酸菌溶解。在發(fā)酵溫度為30 ℃下發(fā)酵4、6、8、10 d。測定在不同發(fā)酵時間條件下發(fā)酵而成的山藥-梨果醋中的總酸含量(以乙酸計，g/kg)，以探究不同發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響。

2.5.2 山藥-梨醋醋酸發(fā)酵正交實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，醋酸添加量、發(fā)酵溫度、醋酸發(fā)酵時間是影響果醋醋酸發(fā)酵工藝的主要因素，故以此3因素進(jìn)行正交試驗，以產(chǎn)品乙酸含量確定出最優(yōu)的醋酸發(fā)酵條件參數(shù)。

表2 醋酸發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化正交試驗因素與水平設(shè)計表Table 2 Coded values and corresponding actual of the optimization parameters tested in orthogonal array design

2.6 產(chǎn)品分析檢測方法

2.6.1 感官評價

取50 mL混合均勻的山藥-梨醋于潔凈的發(fā)酵瓶中，在光亮處目測其色澤、組織狀態(tài)和雜質(zhì)，嗅其氣味，品嘗其滋味。參照國標(biāo)“GB/T 18187—2000 釀造食醋”[21]中感官指標(biāo)要求，果醋的感官評價主要從色澤、滋味和氣味、組織狀態(tài)和雜質(zhì)4個方面進(jìn)行，要求為果醋澄清透明，無懸浮物及沉淀物，色澤為淡棕色或琥珀色，醋味柔和，略帶甜味，具有濃郁的醋香、酯香和水果固有的清淡芳香，且果香、醋香濃郁協(xié)調(diào),無其他異味。

2.6.2 理化指標(biāo)及微生物檢測方法

(1)糖度的測定采用阿貝折光儀測定;

(2)酒精度的測量：酒精計法[22]；

(3)總酸的測定：利用GB/T 12456—2008標(biāo)準(zhǔn)[23]中堿式滴定管(酸堿滴定法)對制得的果醋產(chǎn)品進(jìn)行總酸(以乙酸計，g/kg)檢測；

(4)微生物檢測：利用GB 4789.3—2016標(biāo)準(zhǔn)MPN法[24]對制得的果醋進(jìn)行大腸菌群的檢測。

3 結(jié)果與分析

3.1 山藥-梨汁最佳配比

表3是由不同配料比混合均勻的山藥-梨汁在固定的酒精發(fā)酵條件和醋酸發(fā)酵條件下發(fā)酵而成的果醋的感官評價的具體情況。

表3 山藥-梨汁最佳配比的感官評價Table 3 Sensory evaluation of the optimal ratio of yam-pear juice

由表3可知，當(dāng)山藥汁與梨汁的配比為1∶3(v/v)時，色澤和組織狀態(tài)最符合感官要求，為最佳配比。

3.2 山藥-梨醋酒精發(fā)酵最佳工藝的確定

3.2.1 初始糖度對果醋酒精發(fā)酵的影響

由圖1可知，當(dāng)初始糖度低于150 g/L時，山藥-梨汁的初始糖度越高，山藥-梨汁中的糖轉(zhuǎn)化成酒精的糖含量也越多，因此酒精度逐漸上升。初始糖度高于150 g/L的時候，由于本次發(fā)酵酵母菌接種量為2 g/L，發(fā)酵能力有限，山藥-梨汁中多余的糖無法轉(zhuǎn)化成酒精，酒精度值不再增加，且測得當(dāng)初始糖度為15 g/L發(fā)酵所得的酒精度為9.5% vol。醋酸菌對酒精耐受能力有限，酒精體積分?jǐn)?shù)超過10%時會逐漸抑制醋酸菌的生長[25]，鈍化其氧化酒精能力，而且在較高的酒精含量條件下，乙醛脫氫酶穩(wěn)定性較差，造成了乙醛的積累[26]。因此，酒精發(fā)酵的初始糖度為150 g/L較合適。

圖1 初始糖度對酒精發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of initial sugar content on alcohol fermentation

3.2.2 酵母添加量對酒精發(fā)酵的影響

圖2 酵母添加量對酒精發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of yeast addition on alcohol fermentation

從圖2可以看出，酵母菌添加量低于0.3 g/L時，酵母菌全部被還原糖利用，轉(zhuǎn)變成乙醇，所以由糖轉(zhuǎn)化為酒精的含量隨著酵母添加量的增加越來越多。然而，山藥-梨汁中的糖有限，因此當(dāng)酵母菌接種量高于0.3 g/L時，山藥-梨酒中的酒精度不會再增加。所以，酵母菌添加量為0.3 g/L最有利于山藥-梨醋的酒精發(fā)酵階段。

3.2.3 發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響

從圖3可以看出，發(fā)酵溫度低于30 ℃時，發(fā)酵溫度處于酵母的生長溫度范圍內(nèi)，酵母菌的活力隨著溫度的升高而曾強，即隨著酒精發(fā)酵溫度的升高，山藥-梨酒中乙醇含量越來越高。但當(dāng)發(fā)酵溫度高于30 ℃時，由于溫度過高抑制甚至破壞了酵母的活性，山藥-梨汁中的糖轉(zhuǎn)化為酒精的比例減少，即酒精含量減少。因此，發(fā)酵溫度為30 ℃最有利于山藥-梨醋的酒精發(fā)酵階段。

圖3 發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on alcohol fermentation

3.2.4 發(fā)酵時間對酒精發(fā)酵的影響

從圖4可看出，山藥-梨汁中糖慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌．?dāng)酒精發(fā)酵時間低于8 d時，發(fā)酵時間越長，山藥-梨汁中的酒精越多，山藥-梨汁發(fā)酵成山藥-梨果酒。然而山藥-梨汁中的糖含量有限，當(dāng)發(fā)酵時間到達(dá)一定時間后，即發(fā)酵時間大于8 d時，山藥-梨果酒的酒精含量不會發(fā)生變化。故8 d的發(fā)酵時間最有利于山藥-梨醋的酒精發(fā)酵。

圖4 發(fā)酵時間對酒精發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of fermentation time on alcohol fermentation

3.2.5 酒精發(fā)酵參數(shù)正交實驗

從表4可以看出，山藥-梨醋的酒精發(fā)酵階段的各因素影響大小為：發(fā)酵時間(D)=發(fā)酵溫度(C)>初始糖度(A)>酵母菌添加量(B)。酒精發(fā)酵的最優(yōu)組合為C1D2A2B2，即發(fā)酵溫度28 ℃，發(fā)酵時間8 d，初始糖度質(zhì)量濃度150 g/L，酵母菌添加量0.3 g/L。在最優(yōu)組合條件下發(fā)酵的山藥-梨復(fù)合醋的酒精含量為18.5% vol，在上述的組合條件中酒精度最高。

表4 酒精發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化正交實驗結(jié)果Table 4 Orthogonal array design matrix and results of alcohol fermentation

3.3 山藥-梨醋醋酸發(fā)酵最佳工藝的確定

3.3.1 醋酸菌添加量對醋酸發(fā)酵的影響

從圖5可以看出，醋酸添加量低于0.3 g/L時，隨著醋酸菌添加量的增加，山藥-梨酒中越來越多的酒精轉(zhuǎn)化成醋酸，山藥-梨酒逐漸轉(zhuǎn)化為山藥-梨醋，因此總酸含量隨著醋酸菌添加量的增加而增加。但是，山藥-梨酒中酒精含量有限，當(dāng)醋酸接種量高于0.3 g/L時，總酸含量不變。所以，醋酸菌接種量為0.3 g/L時最有利于山藥-梨復(fù)合醋的醋酸發(fā)酵階段。

圖5 醋酸菌添加量對醋酸發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of acetic acid bacteria addition on acetic acid fermentation

3.3.2 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響

從圖6可以看出，發(fā)酵溫度低于35 ℃時，果醋中的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高越來越多。但是，當(dāng)發(fā)酵溫度高于35 ℃時，由于發(fā)酵溫度過高破壞了醋酸菌的活性，抑制甚至破壞乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸，使果醋中總酸含量減少。因此，發(fā)酵溫度為35 ℃最有利于山藥-梨醋的醋酸發(fā)酵階段。

圖6 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.6 Effect of fermentation temperature on acetic acid fermentation

3.3.3 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響

從圖7可以得知，當(dāng)發(fā)酵時間為4 d時，由于醋酸發(fā)酵時間過短，山藥-梨復(fù)合醋中只有一小部分酒精轉(zhuǎn)化成乙酸，隨著發(fā)酵時間的增加，山藥-梨復(fù)合醋中越來越多的酒精轉(zhuǎn)化成醋酸。4～8 d時醋酸菌的發(fā)酵力旺盛，產(chǎn)酸量迅速增加，10 d后果醋產(chǎn)酸速度明顯下降，此時的產(chǎn)酸量為5.43 g/kg，達(dá)到“GB/T 30884—2014 蘋果醋飲料”[27]中對果醋中總酸含量不低于3 g/kg的要求，并結(jié)合從第10天起發(fā)酵速度明顯降低的情況，選擇發(fā)酵時間為10 d最有利于山藥-梨醋的醋酸發(fā)酵的時間。

圖7 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響Fig.7 Effect of fermentation time on acetic acid fermentation

3.3.4 醋酸發(fā)酵參數(shù)正交實驗

從表5中可得，醋酸發(fā)酵階段各因素的影響大小按順序排列是：發(fā)酵時間(C)、發(fā)酵溫度(B)、醋酸菌添加量(A)。醋酸發(fā)酵的最佳組合是A2B1C3即最佳的醋酸發(fā)酵條件參數(shù)是發(fā)酵時間11 d，發(fā)酵溫度32 ℃，醋酸菌接種量0.3 g/L。由最優(yōu)組合條件發(fā)酵的果醋總酸含量是7.12 g/kg，并對此組果醋進(jìn)行感官評定，發(fā)現(xiàn)該結(jié)果醋具有濃郁的醋香和水果固有的清淡芳香，果香、醋香濃郁協(xié)調(diào)，酸甜適口。在由上述所有的組合條件中制得的果醋中總酸含量最高。

表5 醋酸發(fā)酵參數(shù)優(yōu)化正交實驗結(jié)果表Table 5 Orthogonal array design matrix and results of acetic acid fermentation

3.4 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)分析

3.4.1 感官指標(biāo)

對山藥梨復(fù)合果醋進(jìn)行感官評價，結(jié)果見表6。以山藥和碭山梨為原料采用最佳醋酸發(fā)酵工藝釀制而成的復(fù)合果醋產(chǎn)品色澤淡黃，有光澤，酸味柔和，口感上佳，體態(tài)透明清澈無沉淀，具有特有梨和山藥的果香和醋香。該山藥梨復(fù)合果醋感官指標(biāo)符合“ GB 18187—2000釀造食醋”[21]要求。

表6 山藥梨復(fù)合果醋的感官評價表Table 6 Sensory evaluation of compound yam-pear vinegar

3.4.2 理化指標(biāo)

測得所得山藥梨復(fù)合果醋的總酸含量為7.12 g/kg，符合“GB/T 30884—2014 蘋果醋飲料”[25]對總酸的要求。

表7 山藥梨復(fù)合果醋的理化指標(biāo)Table 7 Physicochemical indexes of compound yam-pear vinegar

3.4.3 微生物指標(biāo)

依據(jù)GB/T 4789.2—2018“食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群計數(shù)”對菌群總數(shù)進(jìn)行測定，該品中含菌落總數(shù)為5 CFU/mL；依據(jù)GB 4789.3—2018中平板計數(shù)法對大腸菌群進(jìn)行檢驗，該產(chǎn)品中大腸菌群計數(shù)為0 MPN/100 mL，因此大腸菌群的檢測結(jié)果為陰性；且無致病菌檢出。微生物指標(biāo)均符合“GB/T 2719—2003 食醋衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”[28]和2019年12月21日即將要實施的“GB/T 2719—2018食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食醋”[29]中的要求，見表8。

表8 山藥梨復(fù)合果醋的微生物指標(biāo)Table 8 Microbial indicators of compound yam-pear vinegar

4 結(jié)論

本實驗以碭山梨和淮山藥為原料，對果醋的發(fā)酵工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化。山藥-梨復(fù)合醋最優(yōu)的原料配比為1∶3。控制初始糖質(zhì)量濃度為150 g/L，酵母添加量為0.3 g/L，于28 ℃下酒精發(fā)酵8 d；在此條件下進(jìn)行醋酸發(fā)酵，控制醋酸菌添加量為0.3 g/L，在32 ℃下發(fā)酵11 d，成品中的乙酸含量達(dá)到7.12 g/kg。所制得山藥-梨復(fù)合果醋的感官、理化和微生物指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，具有獨特風(fēng)味。