库尔勒香梨果醋发酵工艺条件的优化
2018-09-15张旺史学伟郑晓吉姚晓瑞宁徐建坤
张旺，史学伟，郑晓吉，姚晓瑞宁，徐建坤
(石河子大学 食品学院，新疆 石河子 832000)
近年兴起的果醋产品是含有丰富营养的酸性饮品或调味品[1，2]，饮用果醋不但能提高肝脏的解毒功能，还可以降低人体胆固醇、血脂、调节血液循环系统[3，4]，因此果醋深受广大消费者喜爱。目前市场上还没有香梨果醋产品，被誉为“西域圣果”的库尔勒香梨汁多味甜，适合作为果醋产品的原材料。库尔勒香梨在加工、包装、保藏、销售等过程中会产生大量的残次果，这些残次果可以用来生产果醋、避免造成资源浪费以及环境污染[5]，从而达到变废为宝的效果，大大提高了库尔勒香梨的利用率，促进了新疆水果产业，提高了经济效益。
果醋需要经过2个发酵过程：酒精发酵和醋酸发酵[6]，果醋醋酸发酵常用的醋酸菌有AS1.41和沪酿1.01[7]。本试验以库尔勒香梨为原料，利用葡萄酒活性干酵母进行酒精发酵，利用醋酸菌沪酿1.01进行醋酸发酵[8]，采用单因素试验和正交试验对香梨果醋发酵工艺条件进行优化。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
梨：市售库尔勒香梨；亚硫酸氢钠、果胶酶、氢氧化钠、蔗糖等：均为分析纯；葡萄酒活性干酵母：澳大利亚MAURI公司；沪酿1.01：石河子大学食品学院。
1.2 仪器与设备
糖度仪 上海天垒公司；全自动高压灭菌锅 浙江新丰医疗器械有限公司；标准型pH计 上海精密科学仪器有限公司；超净工作台 苏州安泰空气技术有限公司；智能生化培养箱 上海精宏试验设备有限公司；碱式滴定管 北京玻璃集团公司。
1.3 试验方法
1.3.1 香梨果醋加工工艺流程[9]
香梨→榨汁→预处理→接种酵母菌→酒精发酵→接种醋酸菌→醋酸发酵→陈酿→过滤→调配→灌装→杀菌→成品。
1.3.2 操作要点
1.3.2.1 原料预处理
选择新鲜、成熟的库尔勒香梨。将库尔勒香梨在清水中洗净，去表皮、果柄、种子和机械损伤及腐烂部位，并将香梨切分成小块，再将果块分批次放入已洗净的水果打浆机中进行破碎榨汁，榨汁后放0.02%果胶酶进行酶解抑制酶活性，再添加0.03 g/dL的亚硫酸氢钠防止果汁发生酶促褐变以保持香梨果汁原有的色泽，往果汁中添加蔗糖调整糖度至11%～13%。
1.3.2.2 酒精发酵[10，11]
称取一定量葡萄酒活性干酵母置于锥形瓶中，添加蒸馏水使得酵母菌含量为0.05%,在30 ℃下水浴活化15 min，活化之后添加香梨果汁进行酒精发酵，发酵时间为7天。本试验控制酒精发酵温度为26，28，30，32 ℃，酵母菌接种量为0.10，0.15，0.20，0.25 g/L做单因素试验，测量残糖量，确定发酵较优参数。
1.3.2.3 醋酸发酵
沪酿1.01培养基(GYP)：葡萄糖0.1%，蛋白胨0.2%，酵母浸粉0.5%，用蒸馏水配制，121 ℃杀菌20 min，冷却至室温后以无菌操作加入过滤除菌的无水乙醇6%。
将4 ℃保藏的沪酿1.01接种于GYP液体培养基，在28 ℃下活化培养24 h。取一定量的活化菌种置于香梨果酒中进行醋酸发酵。本试验控制发酵温度为28，30，32，34 ℃，醋酸菌接种量为6%，8%，10%，12%，初始pH为3.5，4.5，5.5，6.5做单因素试验以及正交试验，测量总酸，确定发酵较优参数。
1.4 分析方法
糖度测定：采用手持糖度计测定。
pH值测定：采用酸度计法测定。
酸度测定：总酸测定按照GB/T 12456-2008[12]的方法滴定。
2 结果与分析
2.1 酒精发酵工艺的优化
2.1.1 发酵温度对香梨果汁酒精发酵的影响
图1 温度对酒精发酵的影响Fig.1 Effect of temperature on alcohol fermentation
香梨果酒发酵过程中果汁的含糖量随发酵时间逐渐减少，含糖量与酒精度成反比，由图1可知，温度对香梨果汁酒精发酵的影响较大，在30 ℃下酒精发酵速率明显比其他温度下发酵的要高，且发酵完毕时残糖量相对较低，所以温度过低不利于酵母菌的繁殖，温度过高不利于酒精发酵。香梨果汁酒精发酵较优温度为30 ℃。
2.1.2 酵母菌接种量对香梨果汁酒精发酵的影响
图2 酵母菌接种量对酒精发酵的影响Fig.2 Effect of yeast inoculation amount on alcohol fermentation
由图2可知，接种量为0.1 g/L的香梨果汁酒精发酵效率高且残糖量低，酵母菌的生长空间有限，营养物质不够充足，因此并不是酵母菌接种量越大酒精发酵速率就越快。
2.2 醋酸发酵工艺的优化
2.2.1 温度对香梨果醋醋酸发酵的影响
图3 温度对醋酸发酵的影响Fig.3 Effect of temperature on acetic acid fermentation
由图3可知，温度对香梨果醋醋酸发酵有较大的影响，32 ℃前期发酵速率快，但在4 天后发酵基本停止，醋酸菌生长受到抑制。在30 ℃下发酵速率相对较快，发酵平稳且产酸量较高，最大产酸量为5.316 g/dL。
2.2.2 醋酸菌接种量对香梨果醋醋酸发酵的影响
图4 醋酸菌接种量对醋酸发酵的影响Fig.4 Effect of acetic acid bacteria inoculation amount on acetic acid fermentation
由图4可知，醋酸菌接种量对香梨果醋醋酸发酵有较大的影响，接种量为10%的醋酸发酵速率相对较快且产酸量较高。接种量为12%发酵前4天产酸速率相对较高，在4 天之后发酵基本停止，因此接种量过高或过低都会降低醋酸发酵的速率。
2.2.3 pH对香梨果醋醋酸发酵的影响
图5 pH对醋酸发酵的影响Fig.5 Effect of pH on acetic acid fermentation
由图5可知，初始pH对香梨果醋醋酸发酵速率影响较大，对产酸量影响差异相对较小，醋酸菌在初始pH为5.5时生长速度快，发酵速率高，到了发酵后期醋酸菌自身产酸使得发酵环境pH降低，抑制醋酸菌的生长。
2.2.4 醋酸发酵正交分析
根据醋酸发酵单因素试验可知发酵温度为30 ℃、沪酿1.01接种量为10%、初始pH 5.5、发酵天数为10天为库尔勒香梨果醋醋酸发酵的较优工艺参数，为进一步优化醋酸发酵工艺参数，进行正交设计，见表1。
表1 L9 (34)水平因素表Table 1 Levels and factors table of L9(34)
表2 醋酸发酵正交试验表Table 2 Acetic acid fermentation orthogonal test table
由表2可知，对库尔勒香梨果醋醋酸发酵影响的重要性为：D>B>A>C，即发酵时间>初始pH>发酵温度>接种量。由正交试验直观结果可知，最佳醋酸发酵工艺为A1B2C3D3，即发酵温度为29 ℃，初始pH 5.5，醋酸菌接种量为11%，发酵11 天。
3 结论
本研究通过测量库尔勒香梨果醋酒精发酵过程中可溶性固体的消耗量来确定发酵温度、酵母菌接种量对酒精发酵的影响，通过测量库尔勒香梨果醋醋酸发酵过程中总酸含量确定发酵温度、沪酿1.01接种量、初始pH对醋酸发酵的影响，最终确定温度为30℃，接种量为0.1g/L，发酵7天为酒精发酵的最佳工艺；温度为29℃，初始pH5.5，接种量为11%，发酵11天为醋酸发酵的最佳工艺。
