无甜苷罗汉果汁发酵制备果酒的研究

2018-02-01李思思李俊何星存苏小建蓝福生韦鸿飞

食品研究与开发 2018年3期

李思思，李俊，何星存，苏小建，蓝福生，韦鸿飞

（1.大连工业大学食品学院，辽宁大连116034；2.贺州学院食品科学与技术研究院，广西贺州542800；3.广西师范大学环境与资源学院，广西桂林541004；4.桂林吉福思罗汉果有限公司，广西桂林541004）

罗汉果（Siraitia grosvenorii（Swingle）C.Jeffrey），学名“光果木鳖”，又名拉江果、罗晃子、汉果、假苦瓜等，隶属于葫芦科（Cucurbitaceae）罗汉果属多年生草质藤本植物，据《中药志》等文献中相关的记载，罗汉果味道甘甜、性凉，具有清热解暑、润肺止咳的功效，传统医学认为，罗汉果可以用于治疗高血压、肺结核、哮喘、胃炎、百日咳、急慢性气管炎和急慢性扁桃腺炎等疾病[1-2]。在罗汉果之乡的广西壮族自治区，人们把罗汉果用作药材使用的历史已有300余年，是国家卫生部认定的药食两用的天然产物资源之一[3-4]。罗汉果甜甙因其具有高甜度、低热量的特点，适用于糖尿病和肥胖症患者的使用，因此当前国内外对罗汉果研究利用的重心仍旧主要集中在罗汉果甜甙的开发上。目前，广西的罗汉果企业在进行罗汉果生产及深加工时大都仅提取了占罗汉果质量2%的甜甙[5]，罗汉果甜甙可做成各式各样的甜味剂产品而被广泛应用[6-7]，而甜甙洗脱吸附过程需排放大量含糖和其他有机化合物的柱流液，国内对于罗汉果甜甙生产中这部分柱流液的利用研究较少，目前，国内报道的有苏小建等[8]进行了罗汉果甜甙加工废液发酵乙醇的研究；莫艳琴等[9]做了IC反应器处理罗汉果加工废液的启动研究；李玉英等[10]采用UASB工艺处理罗汉果加工废液，王庆[11]探索了罗汉果加工废液综合处理工艺研究，可为企业带来一定的经济社会效益。据文献统计[12-17]，国内利用罗汉果酿制发酵型酒类和罗汉果色素成分分析的的研究是相对较少的。国内仅有的几家企业只是生产罗汉果饮料，迄今为止尚未见对罗汉果柱流液（即无甜苷罗汉果汁）进行发酵为果酒的研究报道，因此，将罗汉果柱流液制成罗汉果酒对提高罗汉果附加值、拓展罗汉果市场具有积极作用和长远综合利用意义。

本选题以无甜苷浓缩罗汉果汁为原料酿制罗汉果酒，研究了罗汉果酒的生产工艺条件，不仅解决了罗汉果企业甜甙生产中柱流液废弃物的综合利用问题，提高了企业的经济效益，更为罗汉果的深加工开辟一条新的途径，丰富酒的种类。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

一水合柠檬酸（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；无水碳酸钙、NaOH、亚硫酸氢钠、酚酞（均为分析纯）：西陇化工股份有限公司；无甜苷浓缩罗汉果果汁（液状）：桂林吉福思罗汉果有限公司；白砂糖：市售；酵母菌：安琪酵母股份有限公司，均为食用级。

1.2 仪器与设备

L418110数字式水果糖度计：爱拓中国分公司（ATAGO）；PHSJ-3F型酸度计：成都世纪方舟科技有限公司；FA2004N电子天平：上海菁海仪器有限公司；DHG-9145A电热恒温鼓风干燥箱：上海齐欣科学仪器有限公司；IS-RDV3恒温振荡器：杭州诺丁器材有限公司；N-1300旋转蒸发仪、OSB-2200油浴锅、CA-1115A冷却水循环装置：上海爱朗仪器有限公司；LD5-10型低速离心机：北京医用离心机厂。

1.3 发酵工艺要点

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1）稀释：原料为浓缩60倍的无甜苷罗汉果汁，浓度过高，黏稠度大，需要按比例把浓缩的果汁加蒸馏水稀释至所需浓度，备用。

2）调配：果汁的含糖量过低，若仅用果汁发酵则酒精度较低。因此，用白砂糖调整果汁糖度，柠檬酸调整酸度，添加60 mg/L SO2，后在120℃下高温蒸汽灭菌10 min，冷却备用。

3）酵母活化：按活性干酵母粉∶蔗糖溶液比例为1∶10（g/mL）将酵母接入2%的无菌蔗糖溶液中，振摇均匀后在35℃～40℃条件下培养40 min。

4）主发酵：在无菌条件下按5%的比例接入活化的酵母液后置于30℃条件下发酵，每天测定糖度和酒精度，发酵至糖度和酒精度均达稳定值时，主发酵结束。

5）后发酵：将经过主发酵后的发酵醪用4层纱布过滤，滤液转入另一个消毒容器中在15℃～20℃左右发酵 15 d～20 d。

6）陈酿：将酒液更换经消毒的容器，控温在10℃～15℃之间陈酿2月～3月，期间适时更换容器1次～2次。

7）澄清：在酒液中按0.5 g/L添加壳聚糖，于室温静置72 h后采用低速离心机在3 000 r/min下离心20 min，得到澄清透亮的罗汉果酒。

1.3.3 发酵工艺条件试验

在预试验的基础上，本试验的主发酵发酵周期为5 d，发酵液总体积为500 mL。在单因素试验中，一般发酵条件为：体积稀释比1∶60，酵母菌菌液接种量5%，发酵温度26℃，发酵5 d，对发酵液的总糖、总酸、酒精含量和感官评价进行分析测定。具体条件如下：

1）无甜苷罗汉果汁稀释比例的确定：无甜苷浓缩罗汉果汁分别按体积比 1 ∶20、1 ∶40、1 ∶60、1 ∶80、1 ∶100的比例进行稀释；2）酵母菌菌液接种量的确定：无甜苷浓缩罗汉果汁稀释60倍，分别接种3%、5%、7%、9%、11%的酵母菌菌液；3）发酵温度的确定：把调配好的原始发酵液分别放置现在温度为22、24、26、28、30℃的摇床中进行发酵；4）发酵液初始糖度的确定：把发酵液的初始糖度分别调整为 9、11、13、15、17 °BX；5）初始pH值的确定：把发酵液的初始pH值分别调整为 3.0、3.2、3.4、3.8、4.2、4.6，其它发酵条件不变，然后进行检测分析。

1.4 发酵条件的优化

以发酵温度、接种量、初始糖度、初始pH值为单因素，考虑到罗汉果发酵制品为传统的低度酒饮料，以酒精度为检测指标，进行L9（34）正交试验，正交因素水平表如表1所示。

表1 正交试验因素表Table 1 Table of orthogonal experiment factors

1.5 理化指标分析

酒精含量测定：蒸馏比重法；

糖度的测定：数字式水果糖度计；

pH值的测定：酸度计法；

总酸的测定：酸碱滴定法，参照GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》，以乙酸计；

总糖的测定：菲林试剂滴定法，参照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，以葡萄糖计。

2 结果与分析

2.1 无甜苷浓缩罗汉果汁的稀释比对发酵制品糖度与酒精度的影响

无甜苷浓缩罗汉果汁按体积稀释成不同的比例时，发酵液的变化情况如图1、图2所示。

将发酵液初始糖度调整至15°BX，用柠檬酸调节pH值为4左右，发酵温度控制在26℃左右，选取安琪酵母为发酵菌种用于无甜苷罗汉果酒的发酵试验，由图1、图2可知，无甜苷浓缩罗汉果汁的稀释比不同，其发酵过程中酵母降糖量、产酒精量不等。稀释体积比为1∶20～1∶60的发酵液产酒精量较高，产酒精最高峰中稀释体积比为1∶60的发酵液在第5天出现，用时较短。综上，无甜苷浓缩罗汉果汁的稀释体积比为1∶60时，发酵液的各项指标较好。

图1 无甜苷浓缩罗汉果汁的稀释比对发酵制品糖度的影响Fig.1 Effect of dilution ratio of Siraitia grosvenorii juice without sweeteners glycosides concentrate on sugar degree of fermented products

图2 无甜苷浓缩罗汉果汁的稀释比对发酵制品酒精含量的影响Fig.2 Effect of dilution ratio of Siraitia grosvenorii juice without sweeteners glycosides concentrate on alcohol content of fermented products

2.2 不同初始糖度对发酵制品糖度与酒精度的影响

发酵液的初始糖度不一样时，发酵液的变化情况如图3、图4所示。

将发酵液初始糖度分别调至 9、11、13、15、17 °BX，以安琪酵母为发酵菌种，用柠檬酸把果汁pH值分别调4左右，发酵温度控制26℃左右，发酵5 d。由图3、图4可知，初始糖度越高，酒精量在不断增加，发酵时间较长，当初始糖度在15°BX～17°BX范围时，能在5 d内出现产酒精最高峰，为了节省发酵时间，提高效率，因而初始糖度在15°BX～17°BX范围内时较为合适。而在一定范围内初始糖度越高，得到的原酒酒精含量越高，酒的风味越发浓郁，但糖度太高，原酒残糖含量随之增加，相反可能因高糖会抑制酵母产酒代谢，其酒精含量反而降低。综合考虑，原酒酒精含量和感官评定，初始糖度控制在15°BX效果较好。

图3 不同初始糖度对发酵制品糖度的影响Fig.3 Effects of different initial sugar degree on sugar degree of fermented products

图4 不同初始糖度对发酵制品酒精含量的影响Fig.4 Effects of different initial sugar degree on alcohol content of fermented products

2.3 不同酵母菌液的接种量对发酵制品糖度与酒精度的影响

接种不同量的酵母菌菌液，发酵液的变化情况如图5、图6所示。

图5 不同酵母菌接种量对发酵制品糖度的影响Fig.5 Effects of different yeast inoculation on sugar degree of fermented products

图6 不同酵母菌接种量对发酵制品酒精含量的影响Fig.6 Effects of different yeast inoculation on alcohol content of fermented products

将发酵液初始糖度调整至15°BX，以安琪酵母作为发酵菌种，用柠檬酸把发酵液的pH值分别调至4.0左右，发酵温度控制在26℃左右，分别把安琪酵母菌液接种量控制为 3%、5%、7%、9%、11%，发酵 5 d。由图5、图6可知，发酵至4 d时，接种量为11%的发酵液最先到达产酒精最高峰，当发酵5d时接种量为11%和5%的发酵液产酒精最高，到达产酒精最高峰。总体来说，酵母菌接种量为11%和5%时，发酵液的产酒精量相比较而言较好。综合资源利用而言，酵母接种量在5%时较为适宜，此时酒体肥硕，酒味清新柔和。

2.4 不同发酵温度对发酵制品糖度与酒精度的影响

设置不同发酵温度，不同发酵温度下发酵液的变化情况如图7、图8所示。

图7 不同发酵温度对发酵制品糖度的影响Fig.7 Effects of different fermentation temperature on sugar degree of fermented products

将发酵液初始糖度调整至15°BX，以安琪酵母作为发酵菌种，用柠檬酸把发酵液的pH值分别调至4.0左右，分别把发酵温度控制为 22、24、26、28、30 ℃，发酵5 d。由图7、图8可知，发酵液的产酒精有一个由低到高的过程。发酵至5 d时，30℃的发酵制品产酒精量最高，当发酵温度低于26℃时，发酵迟缓、主发酵时间延长；当发酵温度为30℃时，发酵旺盛，糖降和酒精生成速度快，酒香较浓，因此主发酵温度控制在30℃左右较为合适。

图8 不同发酵温度对发酵制品酒精含量的影响Fig.8 Effects of different fermentation temperature on alcohol content of fermented products

2.5 不同初始pH值时对发酵制品糖度与酒精度的影响

发酵液的初始pH值不一样时，发酵液的变化情况如图9、图10所示。

图9 不同初始pH值对发酵制品糖度的影响Fig.9 Effect of different initial pH on sugar degree in fermented products

图10 不同初始pH值对发酵制品酒精含量的影响Fig.10 Effect of different initial pH on alcohol content in fermented products

将发酵液初始糖度调整至15°BX，以安琪酵母作为发酵菌种，用柠檬酸把发酵液的pH值分别调至3.0、3.4、3.8、4.0和 4.2，发酵温度 30 ℃，发酵 5 d。结果由图9、图10可知，将发酵液初始pH值调至3.4左右时，酒精发酵达最佳状态，酒体香气较浓，酸度适中；当pH值调至3.0左右时，酒精度相对较低，酸涩味重，风味和口感差；当pH值调至4.2左右时，酒体有强烈的辛辣味和刺喉感，口味欠佳，因此将主发酵初始pH值调至3.4左右较为合适。

2.6 发酵条件工艺的优化

以因素温度、酵母菌菌液接种量、初始pH值、初始糖度为单因素，做L9（34）的正交试验，以酒精含量为检测指标，结果如表2所示。

表2 浓缩无甜缩罗汉果汁发酵制品的正交试验结果Table 2 Orthogonal experimental results of concentrated sweet potato juice fermented products

由表2可知，影响发酵液的产酒精量的主次因素为C＞D＞A＞B，即主要的因素是初始糖度，其次是初始pH值，接着是发酵液温度，影响相对较小的是发酵液的酵母接种量。发酵的最优组合为A2B3C3D2，即浓缩无甜苷罗汉果汁发酵的最佳工艺为：发酵温度28℃，酵母菌菌液接种量7%，发酵液的初始糖度15°BX，发酵液初始pH 3.4。经过验证试验，最优组合在发酵6 d时酒精含量由最开始的0%vol增长到9.0%vol，达到产酒精量最高峰。

3 结论

本文利用无甜苷浓缩罗汉果汁为原料，接种酵母菌菌液，考察不同的接种量、不同的稀释比例、发酵液的初始糖度、初始pH值的发酵过程中发酵液的总糖、糖度、总酸的影响。根据单因素试验及正交试验结果显示，影响发酵液产酸的主要因素为初始糖度，初始pH值，接着是发酵液温度，影响相对较小的是发酵液的酵母接种量。得出浓缩无甜苷罗汉果汁的发酵最佳工艺为：发酵温度28℃，酵母菌菌液接种量7%，发酵液的初始糖度15°BX，发酵液初始pH 3.4。

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