沙棘果醋發酵工藝對其食用品質影響的研究

張莉莉，張軍*，蔡永國，馬驍，張哲，王明潔，梁文衛

(1.黑龍江省農業科學院鄉村振興科技研究所，哈爾濱 150086；2.新疆慧華沙棘生物科技有限公司，新疆 清河 836200)

食醋是人們日常生活中必不可少的重要調味品之一[1]。隨著社會的發展，人們對營養豐富的果醋更加關注、重視[2]。與糧食醋相比，果醋具有更好的風味以及更多的維生素、有機酸、無機酸[3]。而沙棘果在我國民間歷有“長壽果”之美稱，深受人們喜愛[4]。它含有多種維生素，其中富含的維生素A對于夜盲癥有緩解作用[5]；所含有的活性成分可以降低血脂，使血管恢復彈性，有效地延緩動脈硬化的進程[6]；含有的粗纖維能促進腸道蠕動、緩解便秘等[7]。沙棘果釀造的果醋更是含有豐富的黃酮、胡蘿卜素、甾醇、SOD等生命活性成分，具有一定的保健功能，受到人們的推崇和喜愛[8]。

1 研究材料與方法

1.1 供試材料

沙棘酒：新疆慧華沙棘生物科技有限公司用“深秋紅”沙棘果釀造；滬釀1.01醋酸菌：上海市釀造科學研究所；醋酸菌液體培養基：葡萄糖100 g，蒸餾水1000 mL，調pH至6.8， 0.1 MPa滅菌20 min后冷卻至40～42 ℃時加入95%酒精(食用級)40 mL，冷卻備用。

1.2 儀器設備

恒溫振蕩培養箱 江蘇國華儀器廠；雙層玻璃發酵罐 上海申生科技有限公司；LG10-2.4A高速離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司；HH.BII-360-S電熱恒溫培養箱 上海躍進醫療器械廠；PHS-3C型酸度計 上海雷磁儀器廠；79-1型磁力加熱攪拌器 山東華魯儀器廠；SHB-III循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司。

1.3 工藝流程

沙棘果醋工藝流程：沙棘酒液→(加活化液態菌種)醋酸發酵→生醋→殺菌→加鹽及調味→陳釀勾兌→殺菌→成品。

1.4 試驗與方法

1.4.1 酒度測定

采用酒精計法，按GB/T 10345-2007執行[9]。

1.4.2 產酸量測定

采用酸堿滴定法[10]。

1.4.3 單因素試驗設計

將沙棘酒液加入醋酸菌母液進行醋酸發酵，以酒精含量、接種量、起始pH值、發酵溫度為影響因素，研究各因素對醋酸發酵過程的影響，并確定沙棘果醋發酵工藝參數的最佳范圍。

1.4.4 響應曲面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，確定酒精含量、接種量、起始pH值、發酵溫度4個因素為自變量，產酸量和感官評定為響應值，利用SAS 9.1軟件分析試驗結果，并用SPSS 19.0 軟件對產酸量與感官評定之間的相關性進行分析。

1.4.5 數據標準化法

采用公式(1)進行數據的標準化處理[11]。

(1)

式中：Y為標準化值；y為指標值；ymin為指標最小值；ymax為指標最大值。

1.4.6 綜合評分法

將各指標進行權重分析，給出各指標的權重系數，并將各指標的標準化值與對應的權重系數相乘后，再進行相加作為綜合分數，計算公式如下：

(2)

式中：Yi為綜合分數；Bj為權重系數；Yij為指標標準化值；i為第i號試驗；j為第j個指標。

1.4.7 沙棘果醋感官評定標準

感官評定：評定小組由10人組成，都是從事食品行業的專業人員。要求評定人員在參加評定前12 h不吸煙，不喝酒，不食辛辣等刺激性食品，評定一個樣品前以清水漱口，間隔10 min進行下一個樣品的測定[12]。

表1 感官評分標準表Table 1 The sensory evaluation standard

2 結果與分析

沙棘果醋發酵工藝主要是酒精在醋酸菌的作用下轉化成醋酸的過程[13]，所以發酵過程中醋酸的產量是衡量發酵過程好壞的主要指標[14]，在得到產酸量的同時，還要兼顧感官評定的好壞。相關研究表明，酒精含量、接種量、起始pH值、發酵溫度對醋酸的發酵過程具有顯著的影響。通過單因素試驗，研究酒精含量、接種量、起始pH值、發酵溫度對醋酸發酵過程中產酸量和感官評定的影響。

2.1 酒精含量對發酵過程中總酸及感官評分的影響

由圖1可知，隨著酒精含量的增加，總酸含量逐漸增大，而隨著酒精含量的增加，感官評分呈現先增加后減少的趨勢，酒精含量在7%時感官評分最高。酒精濃度越高，醋酸菌種發酵過程中產酸量越大，但產酸過多會影響沙棘果醋的感官評分[15]。

圖1 酒精含量對總酸及感官評分的影響Fig.1 Effect of initial alcohol content on total acid and sensory score

2.2 接種量對發酵過程中總酸及感官評分的影響

由圖2可知，發酵過程中總酸含量隨著接種量的增加呈現出緩慢增加的趨勢。較低的接種量會導致產酸速率和產酸量都很低，而較高的接種量在前期產酸的速率較快。感官評分隨著接種量的增加呈現先增加后緩慢下降的趨勢，主要是因為發酵后期過多的菌體會導致發酵液被污染，使感官評分下降[16]。

圖2 接種量對總酸及感官評分的影響Fig.2 Effect of inoculation amount on total acid and sensory score

2.3 起始pH值對發酵過程中總酸及感官評分的影響

由圖3可知，隨著起始pH值的增加，總酸含量呈現先增高后降低的趨勢。感官評分隨著起始pH值的增加呈現先增加后下降的趨勢，感官評分的最佳起始pH值范圍在4.0～5.0之間。醋酸菌生長需要合適的pH環境，pH值太高或太低都不利于醋酸菌的生長，當pH值較適合時，醋酸菌的產酸速率和產酸量相對較高，同時還可以維持較高的感官評分。

圖3 起始pH值對總酸及感官評分的影響Fig.3 Effect of initial pH value on total acid and sensory score

2.4 發酵溫度對發酵過程中總酸及感官評分的影響

由圖4可知，隨著發酵溫度的增加，總酸含量呈現先升高后降低的趨勢，當發酵溫度為32 ℃時，總酸含量最大。感官評分隨著發酵溫度的增加也呈現先升高后降低的趨勢，最佳的發酵溫度范圍在30～34 ℃。當發酵溫度較低時，醋酸菌生長受到抑制，而當溫度較高時，其他雜菌大量繁殖，與醋酸菌形成競爭抑制，不利于醋酸菌的生長繁殖[17]，因此適合的發酵溫度不僅可以得到高產酸量，同時還可以維持較高的感官評分。

圖4 發酵溫度對總酸及感官評分的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on total acid and sensory score

2.5 響應面法優化沙棘醋發酵工藝

根據表3的試驗結果，由公式(1)將總酸和感官評分的數據進行標準化處理，再給出各指標的權重系數，由于發酵沙棘果醋的感官評分要比其總酸更為重要，因此在權重系數的分配上，總酸的權重系數為0.4，感官評分的權重系數為0.6。由公式(2)得出相應的綜合分數，并作為總指標進行試驗結果分析，選取酒精含量、接種量、起始pH值、發酵溫度為自變量進行響應面分析設計試驗，見表2。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 The factors and levels of response surface experiment

表3 Box-Behnken試驗方案及試驗結果Table 3 Box-Behnken experimental scheme and results

由表3中F值大小可知，各因素對綜合評分影響程度的主次關系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發酵溫度>接種量。由于各因素與綜合分之間的影響并不是簡單的線性關系，為了更明確各因素與綜合評分Y的關系，通過SAS 9.1軟件進行數據分析，建立二次響應曲面回歸模型為：Y=0.983+0.113X1+0.075X2+0.109X3+0.093X4-0.312X12-0.08X1X2+0.18X1X3+0.07X1X4-0.257X22+0.055X2X3+0.01X2X4-0.273X32-0.018X3X4-0.203X42。

對響應面試驗結果進行回歸與方差分析，由表4的分析結果可知，失擬項不顯著，回歸項顯著；且該模型R2=96.51%，RAdj2=92.43%，說明試驗設計所獲得的數學回歸方程與試驗結果能夠較好地進行擬合，自變量與響應值之間的線性關系較為顯著。各因素對綜合評分影響程度的主次關系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發酵溫度>接種量。

表4 回歸模型方差分析結果Table 4 The variance analysis for regression equation

由表5可知，4個因素的特征值都為負值，表明有極值。由SAS 9.1軟件分析得出各因素最優的水平組合為：x1=0.2793，x2=0.1394，x3=0.2972，x4=0.2662，考慮到實際工藝過程的操作情況，對各因素的最優水平進行修正，即x1=0.5，x2=0，x3=0，x4=0.5，修正后的優化工藝條件為：酒精含量7.5%，接種量8%，起始pH值4.5，發酵溫度33 ℃。

表5 典型分析表Table 5 The typical analysis

3 結論

通過單因素試驗初步確定沙棘醋發酵工藝的條件并在此基礎上以總酸含量和感官評分為主要指標，將總酸和感官評分的數據進行標準化處理，再給出各指標的權重系數，由于發酵沙棘果醋的感官評分要比其總酸含量更為重要，因此在權重系數的分配上，總酸含量的權重系數為0.4，感官評分的權重系數為0.6。采用響應曲面法中的Box-Behnken模式，得出各因素對綜合評分的影響程度的主次關系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發酵溫度>接種量，通過二次回歸設計優化沙棘；果醋發酵工藝的最佳條件：酒精含量7.5%，接種量8%，起始pH值4.5，發酵溫度33 ℃。