紅棗桂圓復合果醋的酒精發酵工藝研究

陸麗珠，陳 韻，張 瑾，梁舒妍，鐘先鋒

（佛山科學技術學院 食品科學與工程學院，廣東 佛山 528225)）

0 引言

紅棗，又名大棗、棗子等，味甘性溫、營養豐富，被稱為“天然維生素丸”， 是我國傳統的藥食同源的食品，歸脾胃經，具有補中益氣、養血安神、緩和藥性的功能[1-4]。

龍眼，性溫味甘，其營養豐富，具有較高的食用價值和藥用價值，通常以鮮食為主。由于每年龍眼種植面積廣、產量高，但龍眼的保鮮期比較短和貯藏技術受到限制，有關龍眼的深加工并不多，每年都會有許多龍眼會因為無法得到有效的貯藏而浪費。因此，為解決龍眼的產量多而難儲存的問題，提供了一種新的深加工途徑[5-9]。

果醋是一種營養豐富、風味優良的酸性飲品或調味品。果醋含有10種以上的有機酸和人體所必需的氨基酸、碳水化合物等，果醋除了調味功能外還具有多種營養保健功能，如抗氧化、抗衰老、促進腸胃消化等功效[10-14]。目前市場上推出的果醋大部分是單一的果醋，復合果醋較為少見。隨著生活水平的提高，人們對生活的品質越重視，口味單一、保健功能較少的果醋，難以滿足現階段生活水平較高、保健意識較強的消費者。結合紅棗和龍眼需要繼續深加工的問題和果醋的品種單一的問題，試驗研究的紅棗桂圓復合果醋符合消費者的需求和技術創新發展的要求，還能有效地解決紅棗、桂圓種植產能過剩的問題。

由于目前的果醋相關研究大多都是關于醋酸發酵階段的，酒精發酵階段的研究較少。著重研究紅棗桂圓復合果醋的酒精發酵階段，為給果醋的發酵提供一種一些理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 主要原料

紅棗、龍眼，均為市售；安琪葡萄酒、果酒專用酵母，安琪酵母股份有限公司提供；果膠酶，食品級。

1.1.2 儀器設備

ME204E型電子天平、FE28-Standard型數字式pH計，梅特勒-托利多集團產品；RHB-32ATC型手持折光儀，天壘儀表產品；HWS-12型恒溫水浴鍋、LRH-150型生化培養箱，上海一恒科學儀器有限公司產品。

1.2 試驗設計

1.2.1 工藝流程

①紅棗（清洗、去核、破碎、浸提、滅酶殺菌、過濾） →紅棗汁；

②桂圓（清洗、去皮、去核、打漿、滅酶殺菌、過濾） →桂圓汁；

①+②→混合→紅棗桂圓復合果汁→加酶母菌→酒精發酵→果酒。

1.2.2 操作要點

（1） 紅棗汁的制備。選擇優質的紅棗，將其去核、清洗，然后加3倍質量的清水放入破碎機進行粉碎。將粉碎后的紅棗泥再加5倍質量的水，于70℃的恒溫水浴中浸提1.5 h；向紅棗浸提液中添加0.5%的果膠酶，于50℃恒溫水浴繼續浸提30 min；過濾，除去濾渣，濾液備用[15]。

（2） 桂圓汁的制備。選擇優質桂圓，去殼、去核，用清水將桂圓肉淘洗干凈；加3倍水煮沸后再在90℃下煮30 min；將桂圓肉與熬煮水一起送入打漿機中打漿；將打漿好的原料用80目濾網過濾，除去濾渣，濾液備用[16]。

（3） 酒精發酵。將紅棗汁和桂圓汁按一定的比例混合均勻，再將紅棗桂圓復合果汁的糖度調整到需要的糖度后，按比例接入酵母粉；把發酵液置于所需溫度培養，一直到糖度不再發生變化時停止發酵；發酵后過濾，測定果酒的酒精度。

1.2.3 指標計算

可溶性固形物，手持折光儀法；pH值，數字式pH計測定法；酒精度，按照 GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》 中的4.1.3酒精計法測定；細菌總數的測定，按照GB 4789.2——2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》規定方法測定；大腸菌群的測定，按照GB 4789.32016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》 規定方法測定。

1.2.4 試驗方法

影響酒精發酵的主要因素有紅棗汁桂圓汁的比例、酵母菌接種量、初始糖度、發酵溫度等[17-20]。通過單因素試驗，選出各因素最適宜的發酵條件，然后通過Box-Behnken響應面優化試驗研究各因素對酒精度的影響，以確定紅棗桂圓復合果醋酒精發酵的最佳工藝。

（1）單因素試驗。從紅棗汁桂圓汁的比例、酵母菌接種量、初始糖度、發酵溫度4個方面進行紅棗桂圓復合果醋酒精發酵單因素試驗。根據參考文獻和預試驗得出的結果，設置紅棗汁桂圓汁的比例水平為3∶1，2∶1，1∶1， 1∶2， 1∶3；酵母菌接種量水平為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；發酵溫度水平為26，28，30，32，34℃；紅棗桂圓果酒初始糖度水平為16， 18， 20， 22， 24°Bx[21-23]。

（2）Box-Behnken響應面法優化酒精發酵條件。以單因素試驗的結果為基礎，使用Design Expert 8.0.6軟件建立數學模型，以軟件設計的方案進行試驗。采用恒溫培養箱靜置發酵，對酒精發酵的條件進行優化，得出紅棗桂圓復合果醋酒精發酵的最佳工藝。

1.2.5 數據處理分析

數據采用Microsoft Excel 2010統計分析、Design Expert 8.0.6軟件分析及Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 紅棗汁桂圓汁的比例對酒精發酵的影響

紅棗汁和桂圓汁所含有的可溶性固形物種類和含量都不一樣，兩者的比例不一樣，可溶性固形物的含量也不一樣，各自含有的營養物質不同。相同可溶性固形物時，各自的有效營養物質也不一樣。

紅棗汁桂圓汁的比例對酒精發酵的影響見圖1。

由圖1可知，紅棗汁和桂圓汁的比例不同對酒精度的影響并不高，但還是有一定的影響。紅棗汁和桂圓汁的比例為3∶1，2∶1，1∶1，1∶2時，酒精度呈現一直上升的趨勢，紅棗汁和桂圓汁的比例為1∶2，1∶3時，酒精度呈現一直下降的趨勢。由此可知，紅棗汁的比例不能太高，太高會影響酒精度。在紅棗汁和桂圓汁的比例為1∶2時，此時產生了最多的酒精，酒精度為9.50%Vol。

2.1.2 酵母菌接種量對酒精發酵的影響

酵母菌接種量是影響酒精發酵的速度、發酵是否完全的一個重要因素。果汁里的營養物質一部分用于酵母菌的增殖，另一部分用于酒精的積累。當酵母菌接種量過高時，果汁里的部分原用于酒精積累的營養物質會被用于酵母菌的增殖，而影響了酒精的積累，從而酒精度會相對較少。而當酵母菌接種量過低時，則不利于酵母菌的增殖，從而發酵的速度會直接受到影響，發酵的速度會變慢，同時某一段時間內酵母菌的活力會很高，但隨著發酵時間越來越長，酵母菌的活力會漸漸減弱，甚至會消失，如果發酵過慢會導致更多的營養物質不能得到轉化，從而酒精度也會相對較少。

酵母菌接種量對酒精發酵的影響見圖2。

由圖2可知，酵母菌接種量為0.05%～0.15%，酒精度會隨著酵母菌接種量的增加而呈現快速增大的趨勢；酵母菌接種量為0.15%時，酒精發酵過程產生的酒精最多，此時有最高的酒精度10.5%Vol；酵母菌接種量為0.15%之后，酒精度會隨著酵母菌接種量的增加而呈現先快速降低然后減慢的趨勢。

2.1.3 發酵溫度對酒精發酵的影響

酵母菌處在適宜自身生長的溫度下，酵母菌能產生最多的酒精。如發酵溫度過高或過低都不利于酵母菌的生長增殖，甚至是影響酒精的積累，同時酵母菌在不適宜自身生長的溫度下，很容易感染雜菌，雜菌較易在此環境中成為優勢菌，從而影響酒精發酵及其酒精的產生。

發酵溫度對酒精發酵的影響見圖3。

由圖3可知，發酵溫度為26～28℃時，酒精度呈上升趨勢，會隨著發酵溫度的升高而增加；發酵溫度為28℃之后，酒精度接近平穩后有下降的趨勢。由此可得，28℃為酒精發酵最佳的發酵溫度，這時的酒精度可達10%Vol。

2.1.4初始糖度對酒精發酵的影響

適宜的糖度會使酵母菌產出最多的酒精。過高的糖度會使酵母菌的糖化活力降低，從而影響酒精的積累。過低的糖度不利于酵母菌的生長增殖，酵母菌數量不夠會影響到酒精的積累，產生的酒精就會較低。

初始糖度對酒精發酵的影響見圖4。

由圖4可知，初始糖度為16～20°Bx時，酒精度會隨著初始糖度的升高而增加；初始糖度為20°Bx以后，酒精度接近平穩后有稍微下降的趨勢，考慮到糖度不宜太高的問題，故選擇糖度20°Bx為酒精發酵最佳的發酵糖度條件，此時的酒精度為10%Vol。

2.2 Box-Behnken響應面法優化酒精發酵條件

2.2.1 酒精發酵Box-Behnken響應面試驗結果

根據單因素的結果，應用Design Expert 8.0.6軟件，采用Box-Behnken Design建立數學模型，以紅棗汁與桂圓汁比例（A）、酵母菌接種量（B）、發酵溫度 （C） 、 初始糖度 （D） 為自變量， 以酒精度（Y） 為因變量共設計29個處理組。

響應面四因素三水平試驗因素與水平設計見表3，Box-Behnken設計方案及響應值見表4。

表3 響應面四因素三水平試驗因素與水平設計

表4 Box-Behnken設計方案及響應值

2.2.2 回歸方程模型建立

以下為利用 Design-Expert軟件對表 4的試驗數據進行回歸分析所建立的回歸方程：

2.2.3 回歸方程模型方差分析

回歸方程模型方差分析見表5。

由表5可知，模型的F值為163.90，p＜0.01，表明模型具有極顯著性，有0.53%的概率是由于噪聲導致F值偏大；失擬項的數值為0.810 8＞0.05，表明該模型可以解釋響應面中81.08%的可變性，失擬項對于誤差不顯著，影響因素與響應值之間的影響顯著，說明該試驗數據所建立的回歸模型能夠優化酒精發酵條件，試驗誤差小。模型決定系數為R2=0.993 9，0.987 9，說明該模型的擬合度較好，能用此模型對紅棗桂圓復合果醋中酒精發酵過程的產酒量進行分析和預測。該模型中，各因素影響程度依次為C＞B＞D＞A，即發酵溫度＞酵母菌接種量＞初始糖度＞紅棗汁桂圓汁比例。

2.2.4 響應面交互作用分析

該模型中，通過F值檢驗，由p＜0.01得到，一次項B，C，D對產酒的影響極顯著，二次項A2，B2，C2，D2對產酒的影響極顯著，即發酵溫度、酵母菌接種量、初始糖度對酒精度的影響極為顯著；二次項中紅棗汁桂圓汁比例、酵母菌接種量、發酵溫度、初始糖度對紅棗桂圓復合果醋中酒精發酵具有極顯著影響，其他各因素相互之間的影響不顯著（p＞0.05）。回歸方程模型方差分析的結果與圖5中的3D效應面圖反映出的各因素間的交互作用相同。

各因素交互作用對酒精度的影響等高線和響應面見圖5。

2.2.5 驗證試驗

根據回歸方程分析，通過響應面Optimization程序得出模型最優添加量的預測值，即紅棗汁桂圓汁比例為1∶2.18，酵母菌接種量為0.16%，發酵溫度為27.70℃，初始糖度為20.25°Bx，在該優化條件下，酒精度的理論值是12.32%Vol。綜合以上條件進行驗證試驗，重復3次試驗，結果表明，得出紅棗桂圓復合果醋酒精發酵過程中酒精度為12.30%Vol。該值與預測值比較接近，該模型具有較高的可信度，因此選取此值為紅棗桂圓復合果醋酒精發酵的工藝參數。

表5 回歸方程模型方差分析

3 討論

3.1 紅棗桂圓復合果醋酒精發酵

酒精發酵過程是通過單因素試驗和響應面試驗得出紅棗桂圓復合果醋酒精發酵過程的最佳發酵工藝，其工藝為紅棗汁桂圓汁比例1∶2.18，酵母菌接種量0.16%，發酵溫度27.70℃，初始糖度20.25°Bx，酒精度的理論值是12.319 3%Vol，實際酒精度為12.3%Vol。通過數據分析，得出各因素影響程度依次為發酵溫度＞酵母菌接種量＞初始糖度＞紅棗汁桂圓汁比例。

3.2 與其他果醋加工工藝的對比

在研究果醋加工工藝的文獻數據時，對各種數據進行比較，發現紅棗桂圓復合果醋是有一定的優勢。紅棗和桂圓都是藥食同源的滋補食品，將這二者與果醋結合起來，能使這三者的優點結合起來，為消費者提供了一種新的保健飲料。此外，目前市場上還沒有出現紅棗桂圓復合果醋，研究可為后期的研究工作和果醋的生產工藝提供一定的參考意義[24]。紅棗桂圓復合果醋的酒精發酵階段的研究，為給果醋的發酵提供一些理論依據。

3.3 果醋的發展前景

目前人們對果醋的研究主要停留在果醋的發酵工藝上，對果醋的作用機制、活性成分、增大產量等的研究還較少，這對果醋的發展有極大的影響。此外，果醋是一種新型的保健食品，目前市場上的果醋品種還比較少，在物質生活越來越豐富的今天，目前市場上的果醋難以滿足消費者的需求。因此，深入研究果醋的作用機制、活性成分、提高產量和研發的新型果醋，對果醋的發展具有重要的意義[24-25]。

4 結論

以紅棗和桂圓為原料，對紅棗桂圓復合果醋在酒精發酵過程和醋酸發酵過程的發酵條件下進行優化研究。通過單因素試驗和Box-Behnken響應面法得出了紅棗桂圓復合果醋釀造的最佳工藝。酒精發酵過程，通過響應面Optimization程序得出模型最優添加量的預測值，即紅棗汁桂圓汁比例1∶2.18，酵母菌接種量0.16%，發酵溫度27.70℃，初始糖度20.25°Bx，在該優化條件下，酒精度的理論值是12.32%Vol。綜合以上條件進行驗證試驗，進行3次重復試驗，結果表明，紅棗桂圓復合果醋酒精發酵過程中酒精度為12.30%Vol。