红心火龙果醋发酵工艺的研究

陆 敏，肖 敏，周景瑞，吴拥军*

（1.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省贵阳市云岩区市场监督管理局，贵州 贵阳 550004；3.贵州省产品质量监督检验院，贵州 贵阳 550016；4.贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025）

火龙果属于典型的热带、亚热带水果，因其外皮鳞片酷似蛟龙的外鳞以及明亮的红色而得名[1]，在我国的广西省、广东省、海南省、浙江省、福建省、云南省、贵州省均有种植[2]。火龙果果肉营养价值丰富，具有较高的维生素、膳食纤维素、磷脂，丰富的碳水化合物、有机酸、植物蛋白、矿物质及甜菜红素，而且具有低脂肪、低热量等特点[3-8]，使其具有良好的加工特性。主要加工产品包括果汁、果酱、果冻、果脯、果糖、酸奶、冰淇淋、果酒、果醋、罐头等[9]。

果醋作为一种集营养、保健、食疗等功能为一体的新型食用调味品和饮料[10-12]，近年来在我国发展迅速，具有较好的市场前景。但相较于日本等先进国家，我国的果醋生产存在果醋生产规模小、果醋品种差且单一、果醋通用国家标准尚未出台、果醋的消费意识和消费量有待提高等问题[13]，而且目前真正投入生产的果醋品种较少，主要有葡萄果醋[14]、苹果醋[15]等，红心火龙果醋的研究相对较少。宁恩创等[16]研究了火龙果果醋的生产工艺为起始酒精度6%vol，糖度5%，酵母菌接种量10%，30℃恒温发酵6 d；沈晓怡等[17]研究确定的红心火龙果营养果醋醋酸发酵最佳工艺条件为起始酒精度6%vol，醋酸菌接种量10%，33℃恒温发酵6 d。

近年来，贵州省大面积引进红心火龙果种植，针对贵州红心火龙果产量大，鲜果上市相对集中，保质期较短等问题。为提高红心火龙果的附加值，本研究以贵州关岭生产的红心火龙果为原料，对发酵型红心火龙果醋的加工工艺进行探索，通过单因素试验和正交试验优化其生产工艺，并在此基础上进行30 L果醋发酵罐放大试验进行验证，以期为红心火龙果的产业化开发提供参考及红心火龙果醋的工业生产奠定理论基础和实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红心火龙果原果酒：贵州省关岭县火龙果种植基地红心火龙果酿造所得；光明牌酿醋醋酸菌：上海佳民酿造食品有限公司；迪发牌酿醋醋酸菌：上海迪发酿造生物制品有限公司；LB1醋酸菌种：福建永春醋厂；蔗糖（食品级）、饮用水：市售；冰醋酸（食品级）：湖北鑫润德化学有限公司。

1.2 仪器与设备

BX53显微镜：奥林巴斯有限公司；QYC-200恒温摇床：上海福玛实验设备有限公司；JCC-30L果醋发酵罐：福建省永春金春酿造有限公司；YX-280B手提式灭菌锅：广州康迈医疗器械有限公司；0～100%酒精计：河北省武强县华鸥仪器仪表厂；Mode1828奥立隆pH计：德国Thermo上海分公司；JOANLAB酸碱滴定管：宁波鄞州群安实验仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 红心火龙果醋摇瓶发酵试验工艺流程

红心火龙果原果酒→酒精度调整→接种醋酸菌→醋化→陈酿→过滤→澄清→过滤→红心火龙果原果醋

操作要点：

原料：九成熟新鲜红心火龙果经酒精发酵（按实验室前期得到的酒精最佳酿造工艺）至酒精度≥13%vol，陈酿30 d过滤后得火龙果原果酒。

酒精度调整：按照一定比例添加饮用水调整原果酒酒精度至5%vol～9%vol作为果醋发酵的初始酒精度。

醋酸发酵：无菌环境加入一定量活化后的醋酸菌种（果酒体积8%～12%），四层已灭菌医用纱布封口，于30℃、180 r/min摇床振荡发酵，当酸度不变时，终止发酵。

果醋陈酿：将红心火龙果醋在10～15℃条件下陈酿40～60 d，能改善果醋风味和澄清醋液。

过滤：陈酿好的红心火龙果醋经400目滤布过滤，注意适时更换滤布。

澄清：过滤后果醋在室温条件下澄清20～30 d，再次取上清液用400目滤布过滤得红心火龙果原果醋。

1.3.2 醋酸菌种的选择

将光明牌、迪发牌酿醋醋酸菌和LB1醋酸菌种在180r/min、32℃条件下培养24～36h，当菌液酸度在2g/100mL以上时，即为醋酸菌种子液。加入果酒体积10%的醋酸菌种子液，表面拌匀，盖上塑料薄膜，分别进行红心火龙果醋发酵试验，以果醋酸度及感官评分为评价指标，确定适宜的发酵菌种。

1.3.3 醋酸发酵单因素试验

从初始酒精度、接种量、初始pH、发酵温度4个方面进行红心火龙果醋发酵单因素试验。设置火龙果酒初始酒精度分别为5%vol、6%vol、7%vol、8%vol、9%vol；火龙果酒初始pH分别为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0；醋酸菌种接种量分别为8%、9%、10%、11%、12%；发酵温度26℃、28℃、30℃、32℃、34℃。采用单一变量法试验，发酵完成后对各组果醋进行酸度的测定。

1.3.4 正交试验优化醋酸发酵试验条件

在单因素的试验结果的基础上，确定醋酸发酵阶段影响红心火龙果醋产酸量及感官品质的主要影响因素分别为：初始pH（A）、发酵温度（B）、接种量（C）、初始酒精度（D）。以4个重要影响因素进行L9（34）正交试验优化，因素与水平如表1所示。

表1 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

1.3.5 30 L果醋发酵罐放大试验

在实验室摇瓶发酵试验确定的最佳发酵工艺条件下，实验室采用小型自吸式果醋发酵罐，进行30 L红心火龙果醋发酵放大试验，为红心火龙果醋工业化生产提供参考。

1.3.6 火龙果醋感官评定

参照国标GB/T 30884—2014《苹果醋饮料》中感官指标要求，结合红心火龙果醋自身特点，对红心火龙果醋进行感官评价，满分100分，感官评分标准见表2。

表2 红心火龙果醋感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of red pitaya vinegar

1.3.7 检测方法

酒精度、酸度（以醋酸计g/100 mL）：按照国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》规定的酒精计法及电位滴定法测定；细菌总数：按国标GB/4789.2—2010《食品微生物学检验菌落总数测定》规定方法测定；大肠菌群：按照国标GB/4789.3—2010《食品微生物学检验大肠菌群计数》中规定方法。

2 结果与分析

2.1 醋酸菌种的确定

不同醋酸菌种发酵过程中果醋酸度的变化如图1所示。由图1可知，三种醋酸菌种发酵过程中产酸规律一致，随着发酵时间增加酸度先增加后趋于平稳，其中LB1醋酸菌种产酸量最高，发酵速度快。三种菌种发酵周期存在一定的差异，LB1醋酸菌种发酵周期较光明牌和迪发牌菌种短。产酸能力由大到小依次为LB1醋酸菌种＞光明牌＞迪发牌。LB1醋酸菌种产酸明显高于其余两个菌种，酸度最高达5.29 g/100 mL，光明牌产酸略高于迪发牌。

图1 不同醋酸菌种醋酸发酵结果Fig.1 Results of acetic acid fermentation with different acetic acid bacteria

对不同醋酸菌种发酵所得火龙果醋进行感官评价，结果如表3所示。

表3 不同醋酸菌种发酵红心火龙果醋感官评价结果Table 3 Results of sensory evaluation of red pitaya vinegar with different acetic acid bacteria

由表3可知，三种不同菌种产酸存在较大的差异，经LB1醋酸菌种发酵得到的红心火龙果醋醋香浓郁，口感柔和，评分最高，为89分；迪发牌醋酸菌发酵果醋酸味柔和，但口感偏涩，稍差；光明牌醋酸菌发酵果醋口感最差，刺激性较强。因此，选用LB1醋酸菌种作为红心火龙果醋的醋酸菌种。

2.2 醋酸发酵单因素试验

2.2.1 初始酒精度对红心火龙果醋发酵的影响

考察不同初始酒精度对红心火龙果醋发酵的影响，结果见图2。

图2 初始酒精度对红心火龙果醋发酵的影响Fig.2 Effect of initial alcohol content on red pitaya vinegar fermentation

由图2可知，在发酵初期，初始酒精度对红心火龙果醋酸度影响不大；随着发酵时间的延长，初始酒精度越高，红心火龙果醋酸度逐渐升高；当初始酒精度＞8%vol时，发酵产酸速率与产酸量开始下降，这可能是因为当初始酒精度较低时，醋酸菌能利用物质的较少，产酸量较少，生产效率低；而过高的酒精度对醋酸菌种繁殖代谢具有一定抑制作用，会降低其代谢活力，延长发酵周期，降低产酸量。当初始酒精度为8%vol时醋酸发酵效率较高、发酵周期较短，因此确定初始酒精度为8%vol。

2.2.2 初始pH对红心火龙果醋发酵的影响

考察不同初始pH值对红心火龙果醋发酵的影响，结果见图3。

图3 初始pH对红心火龙果醋发酵的影响Fig.3 Effects of initial pH on red pitaya vinegar fermentation

由图3可知，随着初始pH值的增加，红心火龙果醋酸度呈先增加后下降的趋势。当红心火龙果酒发酵液初始pH值为4.0时，酸度达到最高为5.28 g/100 mL；继续增加初始pH值，则发酵液酸度开始降低，这是由于较高的初始pH值不利于醋酸菌种的生长，影响了发酵产酸量。当红心火龙果酒初始pH值在3.5～4.5范围内，对果醋发酵产酸量影响较小，因此确定调整红心火龙果酒发酵液初始pH值在3.5～4.5范围内进行果醋发酵试验。

2.2.3 接种量对红心火龙果醋发酵的影响

考察不同接种量对红心火龙果醋发酵的影响，结果见图4。

图4 接种量对红心火龙果醋发酵的影响Fig.4 Effects of inoculum on red pitaya vinegar fermentation

由图4可知，当接种量在8%～10%范围内，随着接种量增加，对应果醋发酵周期缩短；当接种量为10%时，果醋发酵速率快，产酸量高；而接种量为8%或12%时，果醋的发酵速率明显低于10%的醋酸菌接种量。接种量过少，果醋发酵初期菌体量不够，产酸能力弱，发酵不完全，且易受杂菌污染，不利于果醋规模化生产；当接种量过大时，果酒发酵液中的营养物质主要用于醋酸菌菌体生长繁殖，同时产生大量的代谢废物，使醋酸菌种提前进入老化阶段、发生自溶现象，从而影响果醋发酵产酸量及果醋品质。因此，选择LB1醋酸菌种接种量为10%进行红心火龙果醋发酵试验。

2.2.4 发酵温度对红心火龙果醋发酵的影响

考察不同发酵温度对红心火龙果醋发酵的影响，结果见图5。

图5 发酵温度对红心火龙果醋发酵的影响Fig.5 Effects of temperature on red pitaya vinegar fermentation

由图5可知，在发酵温度28～32℃范围内，醋酸菌种发酵速度较快，产酸量高，当发酵温度为30℃时，红心火龙果醋酸度达到最高为5.29 g/100 mL。由于生物机体内酶活性与环境温度具有一定相关性，生产过程中应合理控制环境温度，促进生物机体进行生产和代谢产物。发酵温度对醋酸菌生长、繁殖及代谢速率具有重要的影响，过低或过高的环境温度都不利于醋酸菌种的发酵。在一定温度范围内，随着发酵温度升高，醋酸菌代谢活跃，缩短醋酸发酵周期；当发酵温度升高到一定程度时，醋酸菌种提前进入老化阶段，从而导致产酸量降低。因此，确定红心火龙果醋发酵温度为30℃。

2.2.5 正交试验优化红心火龙果醋发酵工艺

在单因素试验结果的基础上，对红心火龙果醋发酵工艺进行L9（34）正交试验优化，正交试验结果见表4，方差分析见表5。

表4 红心火龙果醋发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of red pitaya vinegar fermentation

由表4可知，影响红心火龙果醋发酵主次因素顺序为D＞B＞A=C，即初始酒精度＞发酵温度＞初始pH值=接种量。红心火龙果醋发酵工艺最优方案为A2B2C2D2即，初始pH值4.0，发酵温度30℃，LB1醋酸菌种接种量10%，初始酒精度8%vol。在此工艺条件下，发酵所得红心火龙果醋酸度为5.30 g/100 mL。沈晓怡等[17]在初始酒精度为6%vol、AS1.41醋酸菌种接种量10%、33℃恒温发酵6 d的条件下，所得火龙果醋酸度为3.63 g/100 mL，较本实验工艺条件下酸度低1.67 g/100 mL，说明实验所得红心火龙果工业生产技术具有可推广意义。

表5 正交试验结果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表5可知，初始酒精度对红心火龙果醋发酵结果影响显著（P＜0.05），其他3个因素对果醋发酵结果影响不显著（P＞0.05），这与表4极差分析结果一致，由于醋酸菌自身对环境的温度、酸碱度就有一个耐受范围，合理范围内温度、酸碱度的的波动对其自身的生长、繁殖和代谢没有太大影响，则对最终发酵结果影响不大；醋酸菌9%～11%的接种量本身也属于正常合理范围，对菌体产酸能力没有太大影响。

2.2.6 红心火龙果醋发酵工艺验证试验

在正交优化试验确定的最佳发酵工艺条件下进行火龙果醋发酵验证试验，重复3次。3次试验果醋酸度分别为5.30 g/100 mL、5.30 g/100 mL、5.31 g/100 mL，平均值为5.30 g/100 mL，与正交试验结果相吻合，故正交试验结果可行。

2.3 30 L果醋发酵罐放大试验

醋酸菌为严格好氧菌，因此通气量对发酵效率具有重要的影响。通气量过大会带走大量的酒精和醋酸，影响醋酸发酵过程的进行，而通气量过小，醋酸菌会出现缺氧情况，醋酸菌会出现大量死亡情况，这对于酷酸发酵过程的进行是十分不利的。有关研究表明[18]，液体深层米醋发酵过程中，酸生成速度为0.1 g/（100 mL·h）时，每升发酵液的通气量为0.1 mL/（mL·min）能满足正常发酵。余永建等[18]对桑葚果醋生产工艺的研究发现100 L的发酵罐取通气量为0.15 mL/（mL·min）时比较适合桑葚果醋的发酵。结合实验实际情况，最终调整通气量为（0.16±0.02）m3/h。按照实验室摇瓶发酵最佳工艺参数进行30 L果醋发酵放大试验，得到的红心火龙果醋呈淡琥珀色、澄清透明、无肉眼可见沉淀及悬浮物、有清淡的火龙果香味、酸甜爽口，柔和无异味，各项理化指标及微生物指标均符合相应国标要求。结果表明，3次酸度分别为6.32 g/100 mL、6.34 g/100 mL、6.36 g/100 mL，平均酸度为6.34 g/100 mL，较摇瓶发酵酸度增加1.04 g/100 mL，分析放大试验酸度增加的原因主要由于两种试验醋酸发酵过程中供氧方式发生根本性改变。

3 结论

本研究采用正交试验对红心火龙果醋发酵工艺进行了优化，确定红心火龙果醋发酵最佳工艺参数为：初始酒精度8%vol，初始pH值4.0，LB1醋酸菌种接种量10%和发酵温度30℃。在此工艺条件下，发酵所得红心火龙果醋酸度为5.30 g/100 mL，感官指标、理化指标及微生物指标均符合相关国标，得到的红心火龙果醋为淡琥珀色、澄清透明、无肉眼可见沉淀及悬浮物、有清淡的火龙果香味、酸甜爽口柔和，无异味。30 L果醋发酵罐放大试验，最终酸度达6.34 g/100 mL，初步确定发酵型红心火龙果醋工业生产工艺条件，为贵州红心火龙果的产业化开发提供了参考，为火龙果醋的工业生产奠定了理论基础及实际意义。

[1]STINTZING F C,CARLE R.Functional properties of anthocyanins and betalainsinplants,food,andinhumannutrition[J].Trend Food Sci Tech,2004,15(1):19-38.

[2]黄爱萍，姜 帆，高慧颖，等.我国大陆火龙果引种栽培与利用现状[J].台湾农业探索，2005（4）：44-45.

[3]李升锋，刘学铭，舒 娜，等.火龙果的开发与利用[J].食品工业科技，2003，24（7）：88-89.

[4]王 彬，郑 伟，韦 茜，等.火龙果的保健价值及发展前景[J].广西热带农业，2004（3）：19-21.

[5]韩 冰，韩 剑.海南省火龙果产业发展形势及其建议[J].中国南方果树，2015，44（5）：156-158.

[6]王 彬，郑 伟.火龙果在贵州南亚热带地区的发展前景[J].福建果树，2004（1）：36-38.

[7]SONG H,ZHENG Z,WU J,et al.White pitaya(Hylocereus undatus)juice attenuates insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obese mice[J].Plos One,2016,11(2):e0149670.

[8]SONG H,QIANG C,YAN F,et al.Red pitaya betacyanins protects from diet-induced obesity,liver steatosis and insulin resistance in association with modulation of gut microbiota in mice[J].J Gastroen Hepatol,2016,31(8):1462-1469.

[9]朱春华，李进学，龚 琪，等.火龙果加工综合利用状况[J].保鲜与加工，2014，14（1）：57-61，64.

[10]张秀玲，高学军，冯一兵.果醋加工研究进展[J].北方园艺，2004（5）：75-76.

[11]黄亚东，董明盛.液态深层发酵苹果醋的研制试验[J].中国酿造，2004，23（9）：33-35.

[12]叶 宇.醋酸液态半连续发酵技术的研究[D].南京：南京工业大学，2006.

[13]王 敏.发酵型果醋饮料的研究现状与发展趋势[J].饮料工业，2016，19（3）：76-78.

[14]薛淑琴，谢思芸，肖仔君，等.完全发酵与适度发酵苹果醋主要成分的差异性分析[J].食品科学，2017，38（12）：137-143.

[15]陈 炳，冷云伟，权 武，等.响应面分析法优化玫瑰香葡萄醋发酵工艺的研究[J].中国酿造，2017，36（2）：111-114.

[16]宁恩创，刘小玲，秦小明，等.火龙果果醋及其醋饮料的工艺研究[J].中国酿造，2008，27（3）：82-84，94.

[17]沈晓怡，何艳梅，覃丽娟，等.红心火龙果营养果醋加工工艺研究[J].中国调味品，2016，41（11）：91-94.

[18]余永建.桑葚果醋液态深层发酵工艺的研究[J].中国酿造，2010，29（11）：175-177.