富硒藍莓果醋發酵工藝優化及市場成本分析

步首志，張占哲，楊秀華

(1.鄭州信息工程職業學院，鄭州 450121；2.華北水利水電大學，鄭州 450045)

藍莓的學名為越橘,是杜鵑花科多年生常綠灌木或半喬木果樹[1]。藍莓果實形狀為扁圓形,藍莓果實成熟之后,呈現的顏色為深藍色和藍紫色[2]。每個藍莓果實的均重為0.7～3.0 g,果肉細膩,種子較細,味道香甜可口,是鮮食和加工為果醋的佳品。藍莓果醋中富含碳水化合物,對眼睛有很好的保護作用[3]。

我國擁有豐富的藍莓資源,主要分布于東北、西南、華南等地[4]。藍莓果醋中富含有機酸,能夠促進人體的新陳代謝,促進人體進行三羧酸循環,分解機體中的各種易疲勞物質,從而消除人體疲勞[5]。藍莓果醋還能促進消化吸收,增強食欲,從而改善消化功能。食醋中的有機酸能夠提高肝臟的保護功能,促進新陳代謝,此外,食醋還具有軟化血管、降血糖、降血脂、預防人類心血管疾病等多種功能[6]。

硒是人體生長發育所必需的微量元素,是含硒酶的重要組成成分,能夠有效地提高機體免疫能力,人體缺乏硒會導致機體免疫力下降,導致疾病的發生。目前,缺硒已經慢慢成為世界廣泛關注的問題[7]。據世界衛生組織統計,全球有大約70%的地域在不同程度上缺乏硒。人體不能合成硒,硒的來源主要從外界獲得,食物中的硒是人體硒的主要來源[8]。本研究基于此,研究富硒藍莓果醋的加工工藝,為人類新的硒來源提供了途徑[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藍莓、糯米、麥曲和果膠酶;葡萄糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、氯化鈣、甲基紅、無水乙醇、鹽酸、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、酵母浸膏等。

1.2 儀器和設備

恒溫水浴鍋、離心機、調溫電爐、滅菌鍋、冰箱、電子分析天平、恒溫培養箱、顯微鏡、干燥箱、酸度計和磁力攪拌器。

1.3 測定方法

生物量的測定:利用血球計數法[10];總糖的測定:利用亞鐵氰化鉀滴定法[11];糖度的測定:利用手持式折光儀[12];pH 值的測定:利用酸度計;酒精度的測定:利用蒸餾法;總酸:利用酸堿中和滴定法。

1.4 生產工藝流程

藍莓的挑選→藍莓清洗、破碎和打漿→果膠酶處理→糖酸比例的調整→酒精發酵→過濾、調配→醋酸發酵→生醋→陳釀→加熱滅菌→檢驗和灌裝→藍莓果醋。

1.5 單因素試驗

根據參考文獻[13-14],設定酒精的初始濃度為6%,接入8%的醋酸桿菌,發酵溫度為28 ℃,使用檸檬酸調節發酵pH至3。改變其中一個變量,研究這個變量對富硒藍莓果醋中總酸含量的影響。初始酒精濃度的變量分別為 2%、4%、6%、8%、10%;pH 值的變量分別為2,3,4,5,6;發酵溫度的變量分別為20,25,30,35,40 ℃;醋酸菌接種量的變量分別為4%、6%、8%、10%、12%。

1.6 正交試驗

為了篩選出藍莓果醋的最佳發酵工藝,本試驗采用四因素三水平的正交試驗(見表1),以富硒藍莓果醋中的總酸量作為評價指標,選取最佳的富硒藍莓果醋加工工藝。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test

2 結果與討論

2.1 富硒藍莓果醋酒精發酵時間的確定

藍莓果醋中的酒精是由酵母菌通過分解和發酵藍莓汁中的糖而產生的,發酵過程中的總糖和酒精濃度的高低息息相關。

圖1 富硒藍莓果醋酒精發酵過程中總糖含量和酒精濃度的變化Fig.1 Changes in total sugar content and alcohol concentration during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖1可知,在酒精發酵的過程中,總糖含量隨著發酵時間的增加而逐漸降低,在發酵的前3 d,總糖的含量迅速下降,這是由于發酵過程中酵母菌快速繁殖,總糖被迅速地消耗。隨著發酵時間的增加,富硒藍莓果醋中的總糖含量接近于0。

富硒藍莓果醋中的酒精濃度隨著發酵時間的延長而迅速增加,這是由于酵母菌快速消耗藍莓果醋中的總糖,轉化為酒精。當發酵時間超過3 d時,藍莓果醋中的酒精濃度趨于穩定,隨著發酵時間的延長,藍莓果醋的酒精濃度出現下降的趨勢,這是由于藍莓果醋中的總糖量已經被消耗得不足以為酵母菌的生長提供能量[15]。

圖2 富硒藍莓果醋酒精發酵過程中pH 值和總酸含量的變化Fig.2 Changes in pH value and total acid content during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖2可知,富硒藍莓果醋在酒精發酵的過程中,總酸含量隨著發酵時間的增加呈現先升高后降低再升高的趨勢,當發酵時間為4 d時,藍莓果醋的總酸含量最高,為3.87 g/dL。當發酵時間大于4 d時,藍莓果醋的總酸含量呈現上下波動的趨勢。

藍莓果醋的pH 值隨著發酵時間的增加呈現先降低后升高的趨勢,這是由于當藍莓果醋剛剛開始發酵時,發酵液中的細菌生長速度快,導致藍莓果醋的pH值快速下降,隨著發酵時間的增加,藍莓果醋發酵液體中酵母菌開始正常生長,導致發酵液的pH值快速升高[16]。

綜合圖1和圖2的結果,最終確定藍莓果醋酒精發酵的最優時間為4 d。

2.2 富硒藍莓果醋醋酸發酵時間的確定

藍莓果醋發酵4 d 后,接種醋酸菌,接種量為10%,醋酸發酵溫度設置為30 ℃,pH 設置為3～4,初始酒精濃度為6%,富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中總酸含量的變化見圖3。

圖3 富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中總酸含量的變化Fig.3 Changes in total acid content during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由圖3可知,藍莓果醋的總酸含量隨著發酵時間的延長不斷地增加。接種醋酸菌后,在發酵的前4 d,藍莓果醋的總酸含量快速增加;當發酵時間超過4 d 時,藍莓果醋的總酸含量增長速度逐漸減緩,這主要是由于藍莓果醋的酒精含量逐漸減少。當發酵到第7天時,富硒藍莓果醋的總酸含量達到4.6 g/dL,此時藍莓果醋的總酸含量不再改變,富硒藍莓果醋發酵結束。

2.3 pH 值對醋酸發酵的影響

圖4 富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中不同pH值對總酸含量的影響Fig.4 Effect of different pH values during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖4可知,富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中的總酸含量隨著pH 值的增大先升高后降低。當pH值小于3.5時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著pH 值的增大而升高,當pH 大于3.5時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著pH 值的增大而降低,這是由于當富硒藍莓果醋的pH 值過低時,過酸的環境抑制了醋酸菌的生長發育;當pH 值過高時,醋酸菌的生長同樣受到了抑制。

2.4 發酵溫度對醋酸發酵的影響

圖5 富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中不同溫度對總酸含量的影響Fig.5 Effect of different temperatures during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖5可知,溫度對富硒藍莓果醋的總酸含量影響較大,這是由于發酵溫度直接地影響了發酵過程中醋酸菌的生長和繁殖,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發酵溫度的升高先升高后降低。當溫度低于35 ℃時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發酵溫度的升高而升高,35 ℃時的總酸含量最高,為4.5 g/dL;當溫度超過35 ℃時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著發酵溫度的升高而降低,這是由于溫度過高影響了藍莓果醋發酵液中酶的活性,導致醋酸菌由于新陳代謝過剩而過度老化,從而影響醋酸菌的產酸量。所以,過高或者過低的發酵溫度都會影響藍莓果醋發酵過程中的總酸含量[17],結果表明,最佳的醋酸發酵溫度為35 ℃。

2.5 初始酒精濃度對醋酸發酵的影響

圖6 富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中不同初始酒精濃度對總酸含量的影響Fig.6 Effect of different initial alcohol concentrations during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖6可知,總酸含量也會受到初始酒精濃度的影響,且隨著初始酒精濃度的升高,藍莓果醋的總酸含量先升高后降低。酒精是醋酸發酵過程中醋酸菌的生產原料,其含量直接對富硒藍莓果醋的總酸含量造成影響。當初始酒精濃度小于6%時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著初始酒精濃度的增加而升高；當初始酒精濃度大于6%時,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著初始酒精濃度的增加而降低；當初始酒精濃度超過6%時,過高的酒精濃度影響了醋酸菌的正常生長發育[18]。所以,6%為最優的初始酒精濃度。

2.6 醋酸菌接種量對醋酸發酵的影響

圖7 富硒藍莓果醋醋酸發酵過程中不同醋酸菌接種量對總酸含量的影響Fig.7 Effect of different acetic acid bacteria inoculation amounts during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由圖7可知,富硒藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而呈現先升高后降低的趨勢,當醋酸菌接種量為6%～10%時,藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而升高,當醋酸菌接種量超過10%時,藍莓果醋的總酸含量隨著醋酸菌接種量的增加而逐漸降低,這是由于隨著醋酸菌接種量的增加,醋酸菌的生長發育需要更多的營養物質,導致藍莓果醋中的營養成分消耗,從而影響藍莓果醋的總酸含量。所以,當醋酸菌接種量為10%時,藍莓果醋的總酸含量最高,為4.71 g/dL。

2.7 正交試驗優化醋酸發酵工藝最佳參數的確定

根據單因素試驗結果,進一步對富硒藍莓果醋發酵工藝進行優化,以總酸含量作為指標,對pH 值、發酵溫度、初始酒精濃度和醋酸菌接種量進行四因素三水平的正交試驗分析(見表2),以期獲得最佳的醋酸發酵條件。

表2 富硒藍莓果醋正交試驗結果Table 2 Orthogonal test results of selenium-rich blueberry fruit vinegar

續 表

由表2可知,對富硒藍莓果醋的醋酸發酵產酸影響程度大小依次是A=C>B>D,即發酵溫度=初始酒精濃度>pH值>醋酸菌接種量,其中發酵溫度對藍莓果醋發酵過程中總酸含量的影響最明顯,發酵溫度過高或者過低均會對醋酸菌的產酸速率產生明顯的影響。通過方差分析可以獲得最佳的藍莓果醋發酵工藝組合為發酵溫度40 ℃、初始酒精濃度8%、醋酸菌接種量6%和發酵pH 值3.0。

2.8 富硒藍莓果醋與普通藍莓果醋制作成本及效益分析

表3 富硒藍莓果醋與普通藍莓果醋制作成本及效益分析Table 3 Production cost and benefit analysis of selenium-rich blueberry fruit vinegar and ordinary blueberry fruit vinegar

硒慢慢被人們所認識,具有抗氧化和解毒等多種生物學功能,是生命的保護劑。由表3可知,普通藍莓果醋獲取的純利潤更高,但是,隨著人們對富硒產品的認識,雖然富硒藍莓果醋獲取的純利潤低,但是每年的銷售額度明顯高于普通藍莓果醋的銷售額度。

3 小結

硒對人體具有很明顯的抗氧化功效,近些年,富硒產品的研究逐漸火熱;藍莓果醋的研究雖然已經很多,但是富硒藍莓果醋的工藝研究較少,本研究通過單因素試驗對富硒藍莓果醋的發酵工藝進行優化和分析,初步獲得富硒藍莓果醋的加工工藝,再利用正交試驗對富硒藍莓果醋的加工工藝進行優化。研究結果表明,最優的加工工藝為發酵溫度40 ℃、初始酒精濃度8%、醋酸菌接種量6%和發酵pH 值3.0。同時,對富硒藍莓果醋和普通藍莓果醋的成本效益進行分析,雖然富硒藍莓果醋相比普通藍莓果醋獲得的純利潤較少,但是,隨著富硒產品被人們認識,富硒藍莓果醋明顯更有市場前景。