發酵型石榴果醋澄清劑的篩選及工藝條件優化

韓希鳳

(天津天獅學院，天津 301700)

果醋作為一種酸性飲料或調味品，由水果及其下腳料經酒精發酵和醋酸發酵制得，因果實中營養物質種類繁多，而具有美白護膚、抗疲勞、生津止渴等多種保健功能[1-2]。隨著現代生物發酵技術的發展，傳統的食醋在保健作用、口感和風味等方面已不足以滿足市場需求，果醋因兼具營養和保健功能而受到消費者的青睞，我國水果資源多、分布廣，為果醋的開發提供了有利條件[3]。石榴(pomegranate)不僅含有人體所需的多種氨基酸和微量元素，還含有大量維生素、蛋白質、碳水化合物等營養物質[4]，成為近年來科研工作者研究與開發的對象，石榴果醋是其中的一種產品類型。但經發酵制得的石榴果醋由于果膠等大分子物質的存在，在加工、貯運過程中常常產生沉淀而造成渾濁，對果醋的感官品質和保質期產生不利影響[5]。同時，果醋澄清度是表明其品質高低的重要指標之一，由此，果醋澄清在加工過程中顯得尤為重要。

本文以發酵型石榴果醋為研究對象，在前期研究的基礎上，利用單因素試驗對殼聚糖、明膠、皂土3種澄清劑對發酵型石榴果醋的澄清效果進行對比研究，得出適合發酵型石榴果醋澄清的澄清劑，并通過正交試驗優化適宜澄清劑的澄清工藝條件，以期為石榴的開發和利用提供一定的技術支持和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

陜西酸石榴：選擇表皮無損傷、色澤明亮的新鮮石榴。

明膠(食品級)、殼聚糖(食品級)：浙江一諾生物科技有限公司；皂土(食品級)：煙臺帝伯士自釀機有限公司，脫乙酰度85%。化學試劑均為分析純。

TCP2全自動測色色差計 北京奧依克光電儀器有限公司；UV2550紫外可見分光光度計 日本島津公司；2100Q 便攜式濁度儀 上海精密儀器儀表有限公司；WAY-2S型數字阿貝折光儀 上海儀電物理光學儀器有限公司；施都凱MJ-78A型立式全自動高壓蒸汽滅菌鍋 上海恰森儀器有限公司。

1.2 澄清方法處理

1.2.1 發酵型石榴果醋的制備工藝流程[6]

新鮮石榴→篩選→清洗→榨汁→成分調整(含糖量為16%，pH為4)→滅菌(沸水浴15 min)→冷卻→酵母菌活化(2%蔗糖水，28 ℃，15 min)→酵母菌接種→酒精發酵→醋酸菌接種→醋酸發酵→粗濾→澄清→殺菌→成品。

1.2.2 澄清劑的配制

參照吳凱儀等[7]的方法配制。

1.2.3 發酵型石榴果醋澄清劑篩選試驗

取粗濾后的發酵型石榴果醋25.00 mL，按照表1分別加入殼聚糖、明膠、皂土3種不同的澄清劑，混勻后，在20 ℃下靜置24 h，以4000 r/min離心15 min，取上清液，于720 nm處測定其吸光度值，用公式轉換成發酵型石榴果醋的澄清度(T)。

表1 3種澄清劑澄清試驗設計

1.2.4 發酵型石榴果醋澄清條件的優化

在單因素試驗的基礎上，以發酵型石榴果醋澄清度(T)為指標，以殼聚糖用量、處理時間、溫度和pH設計四因素三水平L9(43)正交試驗，優化殼聚糖的澄清工藝條件，因素水平表見表2。

表2 正交試驗因素水平表

1.3 理化指標的檢測方法

1.3.1 澄清度(T)的測定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測，用分光光度計測定A720處的吸光度值，然后用公式轉換成透光率T=10-A720 [8-9]。

1.3.2 色度的測定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測，用分光光度計分別測定A420和A520處的吸光度值，然后用公式轉換成色度值A=A420+A520[10]。

1.3.3 發酵型石榴果醋濁度的測定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液10 mL，利用濁度儀進行測定。

1.3.4 發酵型石榴果醋色差的測定

取澄清處理后的石榴果醋5 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測，參照周禹含等[11]的方法進行測定。

1.3.5 發酵型石榴果醋可溶性固形物的測定

取澄清處理后的石榴果醋5 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液，利用WAY-2S數字阿貝折光儀重復測定3次，取平均值。

2 結果分析

2.1 發酵型石榴果醋澄清劑的篩選

2.1.1 明膠對發酵型石榴果醋澄清效果的影響

明膠分散在水溶液中時會形成帶正電荷的體系，可與發酵型石榴果醋中帶負電的單寧、多酚、果膠等物質通過靜電相互作用，聚集、絮凝而形成沉淀，使果醋得以澄清[12]。

由圖1可知，隨著明膠用量的增加，發酵型石榴果醋的澄清度(T)呈先增后降的趨勢，在明膠用量為0.6 g/L時澄清效果最佳，澄清度(T)由0.74提高至0.85，說明一定量的明膠可提高發酵型石榴果醋的澄清度(T)，但過量的明膠會導致澄清效果下降，可能是由于過量的明膠在果醋中形成絮狀體或膠體懸浮液，重新導致了醋體渾濁[13]。因此，選擇濃度為0.6 g/L的明膠為發酵型石榴果醋的最佳用量。

圖1 明膠用量對發酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.2 殼聚糖對發酵型石榴果醋澄清效果的影響

由圖2可知，隨著殼聚糖用量的增加，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先增后降，這與程浩等[14]的研究結果一致。殼聚糖用量為0.3 g/L時，果醋的澄清度(T)高達0.97，澄清效果最好，說明適量的殼聚糖可有效提高發酵型石榴果醋的澄清度(T)。但殼聚糖用量過高則澄清效果不佳，可能與殼聚糖作為一種增稠劑，在果醋中溶解可形成相對穩定的絮凝體系有關，即當殼聚糖吸附能力達到平衡后，過量的殼聚糖反而造成了醋體渾濁。因此，0.3 g/L的殼聚糖用量較為合適。

圖2 殼聚糖用量對發酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.3 皂土對發酵型石榴果醋澄清效果的影響

皂土由硅酸鹽薄片組成，吸收水溶脹后，形成的膠體懸浮液帶負電，致使果醋中帶正電荷的蛋白質和單寧等物質通過電荷中和作用絮凝沉淀，使果醋澄清[15]。由圖3可知，隨著皂土用量的增加，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先增后降，皂土用量為0.4 g/L時果醋的澄清度(T)由0.88提高至0.96，說明皂土用量適當時，可使果醋中部分渾濁物和帶顏色物質發生絮凝沉淀，但過量的皂土由于形成了交替懸濁液，而不利于發酵型石榴果醋的澄清。因此，0.4 g/L的皂土為適宜用量。

圖3 皂土用量對發酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.4 不同澄清劑對發酵型石榴果醋澄清效果的比較

由表3可知，殼聚糖和皂土對發酵型石榴果醋的澄清效果接近，都達到0.95以上，明膠的澄清效果較差，且發酵型石榴果醋澄清后的色度、色差、濁度均比未澄清的低。進一步分析發現，使用殼聚糖澄清的果醋中的總酸、可溶性固形物均高于用皂土澄清的，因此，殼聚糖是適合發酵型石榴果醋澄清的澄清劑。

表3 發酵型石榴果醋澄清前后的比較分析

2.2 發酵型石榴果醋澄清條件的優化

2.2.1 殼聚糖用量對澄清效果的影響

由圖4可知，在一定的處理溫度、時間和pH值條件下，殼聚糖用量在0.1～0.5 g/L范圍內時，隨著殼聚糖用量的增加，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，當殼聚糖的用量為0.3 g/L時，澄清效果最好，果醋的澄清度(T)達到最大值0.97，隨后隨著殼聚糖用量的增加，果醋的澄清度(T)開始下降，故殼聚糖用量為0.3 g/L較適宜。

圖4 殼聚糖用量對發酵型石榴果醋的影響

2.2.2 處理溫度對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋效果的影響

由圖5可知，在一定的殼聚糖添加量、處理時間和pH值條件下，處理溫度在20～45 ℃范圍內時，隨著處理溫度的升高，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，當處理溫度為30 ℃時，果醋的澄清度(T)達到最大值0.97，隨著處理溫度的升高，果醋的澄清度(T)開始下降，故選取處理溫度30 ℃較適宜。

圖5 處理溫度對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋的影響

2.2.3 處理時間對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋效果的影響

由圖6可知，在一定的殼聚糖添加量、溫度和pH值條件下，處理時間在1.0～3.5 h范圍內時，隨著處理時間的增加，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，2.5 h時果醋的澄清度(T)達到最大值0.96，隨后果醋的澄清度(T)開始下降，故選取2.5 h為適宜的處理時間。

圖6 處理時間對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋的影響

2.2.4 不同pH值對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋效果的影響

由圖7可知，在一定的殼聚糖添加量、溫度和時間條件下，pH值在3.0～5.0范圍內時，隨著pH值升高，發酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，在pH值為4時達到最大值0.93，即果醋的澄清度最高。此后隨著pH值的升高，果醋的澄清度(T)開始下降，故選取pH 4較適宜。

圖7 不同pH值對殼聚糖澄清發酵型石榴果醋的影響

2.3 正交試驗

2.3.1 正交試驗分析

在單因素試驗的基礎上，以澄清度(T)為評價指標，殼聚糖用量(A)、處理溫度(B)、處理時間(C)、pH(D)為評價因素，利用L9(43)的正交表設計四因素三水平的正交試驗，優化殼聚糖的澄清工藝條件，結果見表4；正交試驗結果的方差分析見表5。

表4 發酵型石榴果醋殼聚糖澄清條件優化正交試驗結果

由表4可知，本次試驗的4個因素對發酵型石榴果醋澄清度(T)的影響順序為A>D>B>C，即殼聚糖用量>pH值>處理溫度>處理時間，結合表5的方差分析結果，殼聚糖用量對澄清度的影響差異顯著，為主要因素，處理溫度、pH值和處理時間的影響差異均不顯著。由此得到的最佳工藝組合為A3B3C1D1，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，時間為1.5 h，pH為4。

表5 方差分析結果

2.3.2 驗證試驗

方案1是正交試驗得到的最佳澄清條件，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，pH值為4的條件下處理1.5 h。方案2是正交試驗表中澄清度(T)最高的方案，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，pH值為4的條件下處理2 h。因方案1未出現在列表中，正交表中最優方案為方案2，因此需對正交試驗結果進行驗證，結果見表6。

表6 正交試驗結果的驗證試驗分析

由表6可知，由方案1澄清后的發酵型石榴果醋中的總酸、可溶性固形物、色度、色差均優于方案2，因此，方案1為最佳澄清工藝條件，即在殼聚糖用量0.3 g/L、30 ℃、pH值為4的條件下處理1.5 h為發酵型石榴果醋的最佳澄清條件，與正交試驗結果一致。

3 結論

通過對比3種澄清劑(殼聚糖、皂土和明膠)對發酵型石榴果醋澄清度(T)變化的影響，發現殼聚糖是通過在果醋中形成帶正電荷的分子，而與果醋中帶負電微粒如蛋白質、單寧、纖維素等物質發生絮凝沉淀作用，使醋體得以澄清，且對發酵型石榴果醋的澄清效果優于其他兩種澄清劑，因此，殼聚糖為適宜發酵型石榴果醋澄清的澄清劑。

在單因素試驗的基礎上，以澄清度(T)為指標，通過正交試驗得到了殼聚糖的最佳工藝條件：對發酵型石榴果醋澄清度(T)的影響順序為A>D>B>C，即殼聚糖用量>pH值>處理溫度>處理時間，且殼聚糖用量對果醋的澄清效果有顯著性，時間、溫度、pH值對果醋的澄清效果無顯著性。經分析得到最優方案A3B3C1D1，即殼聚糖用量0.3 g/L、30 ℃、pH值4的條件下處理1.5 h，發酵型石榴果醋的澄清度為(T)高達0.98，且經澄清處理后的發酵型石榴果醋清澈透明、口味清新、品質上佳。