葡萄皮渣醋的工藝優化條件及主要物質動態監測

段海亭，楠極*，賈曉鯤，張鑫，卜春嬋

1. 內蒙古農業大學職業技術學院（包頭 014000）；2. 烏蘭察布醫學高等專科學校（烏蘭察布 012000）

葡萄是世界普遍栽培的水果，全球產量約6 500萬 t。在我國，每年約200萬 t的葡萄用于葡萄酒的生產，約80%的葡萄用于葡萄酒的生產、13%用于烹飪、7%用于加工果汁及其他產品。葡萄酒是世界第二大酒種，很受人們的歡迎。隨著人民生活水平的改善，我國的葡萄酒需求量持續增加，在葡萄酒的釀造過程中產生的副產品主要有葡萄皮、葡萄籽和葡萄酒腳。大多數葡萄酒廠將葡萄籽當作廢物丟棄，不僅是一種資源浪費，對環境也造成污染。因此，積極展開葡萄酒釀造過程中產生的副產品再利用的研究具有重要意義[1]。葡萄釀酒過程產生的葡萄皮渣和葡萄籽等副產物，占葡萄加工量的25%～30%。新鮮紅葡萄皮中，含有白藜蘆醇、花色素類、黃酮類、酵母自溶物質等多種有效物質，具有降低血脂膽固醇、抗氧化、抗癌抑癌、軟化血管等作用。我國絕大多數的葡萄皮渣得不到有效利用，一般作為肥料、飼料，甚至垃圾處理，資源綜合利用率很低[2]。

果醋是用果品或者果品加工剩余的腳料作為主要原料，利用微生物發酵法釀造的一種營養豐富、風味優良的酸性飲品或調味品。在釀造工業方面對傳統釀造原料進行改善，試驗以水果替代糧食，不僅解決了果品資源浪費問題，也節約了糧食，還豐富了醋產品的品種[3]。這一類型產品與食醋的區別是主要原料為水果，經過酒精發酵和醋酸發酵，一般采用液態發酵法釀造而成，既保留了水果特有的營養成分，又兼具了食醋特有的功效，含有各種人體所需氨基酸、有機酸、維生素、糖類、醇以及酯等營養物質及風味成分，具有獨特的色、香、味。它不僅是調味佳品，而且長期食用對人體健康十分有益[4]。

果醋是一款具有優良風味、含有豐富營養的酸味調味品或飲料，它同時有水果和食醋的營養保健功能，是集營養、食療、保健等功能為一體的新型飲品，被譽為“第四代飲料”[5]。葡萄醋中不但含有花青素、白黎蘆醇等多酚類抗氧化活性成分[6]，具有抗衰老、抗氧化、保護心臟等功效[7-9]，還富含維生素、氨基酸和礦物質等，具有保健功能[10]，具有消除疲勞、健脾開胃、促進代謝、加強機體免疫力，補血養顏、祛除皮膚色斑、延緩衰老、助眠、解酒醒酒、降低血液的粘稠度、防治心腦血管疾病等功效，幾乎適合所有人群。葡萄皮渣果醋是用葡萄酒或者葡萄酒廠的皮渣等副產物，在醋酸菌作用下再次發酵而成[5]。葡萄皮渣含有大量的多酚類物質和殘余葡萄酒，以此為原料釀制的醋不但有利于保護環境、節約資源，還賦予葡萄皮渣醋良好的保健功能。

以葡萄皮渣為原料釀制葡萄皮渣醋的研究已有報道[11-18]，介紹了近年來葡萄酒副產品深度利用開發的最新研究進展，包括利用葡萄酒釀造過程中產生的副產品釀醋、提取色素、提取抗氧化劑等深度利用途徑；葡萄皮渣可用在釀醋、釀酒、吸附重金屬、提取多酚等途徑，葡萄籽可以提取葡萄籽蛋白、葡萄籽油和抗氧化物質；酒腳可以提取酒石酸鹽。開展葡萄酒副產品的深度利用，不但可獲得良好的經濟效益，而且可有效降低環保壓力，獲得巨大的社會效益[1]。

傳統葡萄醋發酵工藝多以固態發酵為主，但發酵時間長，勞動強度大，占地面積廣，原材料利用率低。新型葡萄醋生產工藝主要利用液態發酵法，通過酒精發酵和醋酸發酵，最終得到的產品不但含有果醋的營養價值，還具備葡萄酒的特點和風格。試驗以實驗室丟棄的葡萄皮渣為原料，以液態發酵法參考葡萄酒釀造過程，以期最大化地提高葡萄皮渣果醋中的營養成分和改善口感[19]。

葡萄皮渣醋釀制過程酒精發酵階段和醋酸發酵階段主要物質隨發酵時間的變化規律報道不多，所以對酒精發酵、醋酸發酵過程主要物質的動態變化進行分析，以期為葡萄皮渣釀制果醋工業化發展提供理論基礎[20]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原材料

寧夏赤霞珠葡萄皮渣（實驗室釀造紅葡萄酒產生）。

1.1.2 試劑

酚酞（上海山浦化工有限公司）；無水乙醇（武漢市鑫昌酒精化工有限責任公司）；氫氧化鈉（天津市華嘉化學試劑有限公司）；酒石酸鉀鈉（南京大茂化學試劑廠）；硫酸銅（北京化工廠）；硫酸（北京市河東區紅巖試劑廠）；次甲基藍（天津博星奧生物技術有限公司）；亞鐵氰化鉀（上海坤邁化工有限公司）；乙酸鋅（天津化學試劑三廠）；冰乙酸（四川多元化工有限責任公司）；葡萄糖（天津市廣茂化學試劑有限公司）；果膠酶（安徽沐康食品有限公司）；亞硫酸（山東正馳化工有限公司）；蔗糖（市售）。

1.1.3 菌種

醋酸菌（直投式，帝伯仕）；酵母菌（安琪）。

1.1.4 主要儀器與設備

酒精計（上海耶茂儀器儀表有限公司）；手持式折光儀（杭州三永德儀器儀表有限公司）；pH計（上海皓莊儀器有限公司）；恒溫培養箱（上海博訊實業有限公司醫療設備廠）；玻璃發酵罐（市售）。

1.2 試驗方法

1.2.1 釀造方法

采用液態發酵法進行釀造。

1.2.2 正交試驗設計將所需要的醋酸菌活化后加入酒精發酵的酒醪中，裝液量為發酵罐的70%，在恒溫培養箱里進行恒溫培養觀察。以葡萄皮渣發酵液總酸含量為考察指標，以發酵溫度、發酵時間、醋酸菌接種量作為影響因子進行單因素試驗。在此基礎上，考察3個因素對醋酸發酵過程的影響，從而優化醋酸發酵過程中工藝條件參數。試驗設計因素水平見表1。

表1 葡萄皮渣醋醋酸發酵L9(33)正交試驗因素水平表

1.2.3 檢測方法

葡萄皮渣醋中的酒精含量的測定利用蒸餾法進行測定，還原糖含量的測定采用直接滴定法（GB/T 5009.7—2003），總酸的測定利用電位滴定法，糖度用手持式折光儀進行測定，酸度用pH計進行測定。

1.2.4 感官評定方法

對葡萄皮渣醋進行感官評定，評定細則見表2。

表2 葡萄皮渣醋感官評定的標準

2 結果與分析

2.1 釀造工藝研究

2.1.1 工藝流程

葡萄皮渣預處理→裝入已消毒的發酵罐→加蒸餾水定容→加蔗糖→加酵母菌→酒精發酵→加醋酸菌→醋酸發酵→過濾→殺菌→密封裝瓶

2.1.2 操作要點

發酵罐的清洗。將發酵罐洗滌干凈，加入2%亞硫酸溶液沖洗殺菌。

葡萄皮渣預處理。從葡萄酒發酵罐中取出葡萄皮渣立即倒入殺菌的玻璃發酵罐中，加入滅菌水攪拌均勻，葡萄皮渣和滅菌水比例為1∶1。

調整糖度。用糖度計測量糖度，根據初始糖度進行調糖。依據1%vol的酒精每升需要18 g糖的標準添加蔗糖。

酵母菌活化。酵母菌用量為0.02%，酵母菌∶蔗糖∶水三者比例為1∶1∶10（m/m/V），于38 ℃活化30 min，直到溶液出現大量氣泡為止。

酒精發酵。加入酵母菌后擰緊瓶蓋封口，在27 ℃條件下培養15 d，每天監測酒精度和糖度，酒精度達到7%vol時發酵結束。

醋酸發酵。開展正交試驗，醋酸菌用量為0.02%，0.04%和0.06%。加入醋酸菌后，用滅菌的紗布封口，于32，34和36 ℃培養10，20和30 d，發酵前期每天攪拌2次，直到形成菌膜時停止攪拌。發酵液形成菌膜后隔天測量酒精度和酸度直至發酵結束。

殺菌裝瓶。將葡萄皮渣醋用殺菌的濾布進行過濾，裝入滅菌的玻璃瓶中煮沸殺菌。

2.2 醋酸發酵最優工藝條件的研究

葡萄皮渣醋醋酸發酵L9(33)正交試驗結果見表3。

表3 葡萄皮渣醋醋酸發酵L9(33)正交試驗結果

由表3和表4可知，醋酸發酵階段試驗的最佳組合為A2B3C2，即醋酸菌接種量0.04%、發酵時間30 d、發酵溫度34 ℃。通過極差分析可以看出，RB＞RC＞RA，即在正交試驗設計的各因素水平下，發酵溫度、醋酸菌接種量和發酵時間對葡萄皮渣醋醋酸發酵階段產酸量的影響依次加大，發酵時間是影響產酸量的主要因素。

表4 葡萄皮渣醋醋酸發酵L9(33)試驗結果方差分析表

2.3 動態監測

2.3.1 酒精發酵階段

酒精發酵階段糖度和酒精度的變化見圖1和圖2。在發酵過程中，酒精度從第2天開始有明顯上升趨勢，第7天時達到頂峰，整個發酵過程呈線性上升。糖度與酒精度對應從第2天開始快速下降直至發酵結束。說明酵母菌不斷分解原料液中的糖分，將其轉化為乙醇和二氧化碳，并且發酵過程速度較快。

圖1 酒精發酵階段糖度隨時間的變化

圖2 酒精發酵階段酒精度隨時間的變化

2.3.2 醋酸發酵階段

醋酸發酵階段酸度和酒精度的變化見圖3和圖4。在發酵過程中，前期發酵酸度變化不大，這是由于剛接種時醋酸菌活力低。隨著發酵時間的延長，在第22天醋酸菌逐漸形成菌膜，菌膜形成后酸度開始快速增加，從第28天開始發酵接近尾聲時酸度數值不再增加，趨于平穩。酒精度與酸度對應并且下降速度較慢。兩者皆在發酵結束時數值趨于平穩，基本保持不變[21]。此時醋酸發酵結束，酒精轉換為醋酸。

圖3 醋酸發酵階段酸度隨時間的變化

圖4 醋酸發酵階段酒精度隨時間的變化

2.4 質量指標

2.4.1 葡萄皮渣醋感官評價

2.4.1.1 葡萄皮渣醋發酵期間發酵液狀態分析

由表5可知：葡萄皮渣酒醪在發酵開始前期顏色較深，隨著時間的推移，酵母開始進入生長旺盛期，將大量的糖代謝轉化為酒精、二氧化碳氣體及大量的熱量[22]。在發酵液上層會出現酒體分層現象，會產生酒帽；在發酵后期，發酵體產生渾濁現象這是由于有少許果膠物質存在，沉淀后落于缸底。

表5 酒精發酵期間發酵液狀態變化結果分析

由表6可知：葡萄皮渣汁液在發酵初期顏色較深，醋酸菌活力較小，產酸能力較弱。在發酵中期，隨著時間的延長，在氧氣的作用下初步形成菌膜，氧化反應開始進行，但反應較慢。發酵后期，醋酸菌開始進入生長旺盛期，菌膜變厚，產酸能力增強。

表6 醋酸發酵期間發酵液狀態變化結果分析

2.4.1.2 葡萄皮渣醋感官指標檢驗結果

感官評定結果顯示，葡萄皮渣醋具有葡萄果品的色澤，果香味與醋香味。口味柔和醇厚，果香濃郁。果醋的香氣主要包括品種香、發酵香和陳釀香，各種香氣成分相互調配協同，使醋風味獨特，豐滿協調。醋液澄清透明，無明顯懸浮物及沉淀物。

表7 葡萄皮渣醋感官指標檢驗結果

2.4.2 理化指標

總酸（以乙酸含量計）＞3.2 g/100 g；還原糖（以葡萄糖含量計）＜1 g/100 g；pH 3.6～3.8。

2.4.3 微生物指標菌落總數≤100 CFU/100 mL；大腸菌群≤3 CFU/100 mL；致病菌未檢出。

3 結論

在葡萄皮渣汁pH 3.2、初始糖度7 g/100 g條件下，酒精發酵工藝條件：酵母菌的菌種接入量0.02%，發酵溫度27 ℃，發酵時間15 d。 經正交試驗得出葡萄皮渣醋酸發酵工藝優化條件：醋酸菌接種量0.04%，醋酸發酵溫度34 ℃，初始酒精度控制在7%vol，時間30 d。整個發酵過程中酒精發酵過程較快，酒精度線性上升。醋酸發酵過程前期發酵較慢，菌膜形成后隨著發酵時間的延長酸度不斷增加，直至發酵結束。釀酒葡萄皮渣醋各項指標均符合相應標準。