香蕉复合果醋醋酸菌种的固定化条件及生产工艺研究

陈智理，杨昌鹏，赵永峰，韦璐，时米，彭玉姣

（1.广西农业职业技术学院，广西南宁530007；2.南宁海关技术中心，广西南宁530021）

香蕉是我国南方的重要热带水果，也是我国的大宗优势特色农产品。据文献统计显示，2017年我国香蕉产量达1 250万吨[1]；果醋是一类兼具调味和饮用功能的新兴食品，是以水果及其附属产品为主要原料，利用现代酶技术以及酒精-醋酸二次发酵技术酿造，最后经陈酿调配而成[2]。发酵型果醋风味独特，酸甜适中，有降血压、降胆固醇，解除疲劳，补充能量，减肥美容等功效[3]，深受消费者的欢迎。西番莲和龙眼也是常见的热带水果，若二者与香蕉原料一同进行发酵酿造复合果醋，可利用西番莲中天然的有机酸能抑制香蕉醋的酶促褐变，同时还有利于丰富香蕉醋的营养成分、改进香蕉醋的色泽，富有热带水果风味。

固定化菌种可以克服发酵中菌种与产品分离困难、易流失等问题，且具有反应快、生长迅速、可连续使用、产物分离方便等优点。玉米芯、丝瓜络、甘蔗渣、红枣等天然食材具有半木质化纤维，纤维交织后呈多孔性，吸附能力强，对生物无毒性，传质性能好，反应条件温和，可吸附醋酸菌为其提供繁殖生长，可作为果醋发酵的固定化载体。

目前，利用固定化菌种发酵生产金柑果醋[4]、蓝莓果醋[5]、冬果梨果醋[6]等其他单一水果原料进行发酵酿造果醋的一些技术研发已有报道，但利用固定化菌种发酵生产香蕉复合果醋的研究尚未见报道。本研究探讨香蕉果醋醋酸菌种的固定化条件及利用固定化醋酸菌种发酵生产香蕉复合果醋的生产工艺条件，为食品工业上生产香蕉复合果醋提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

1.1.1 试验原料

新鲜香蕉、西番莲、龙眼、玉米芯、丝瓜络、甘蔗渣、红枣：市售。

1.1.2 菌种和试剂

果胶酶（酶活力＞50 U/mg）：南宁东南恒华道生物科技有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；醋酸菌（沪酿1.01号）：上海佳民酿造食品有限公司。

1.1.3 主要仪器

ME204T型电子分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；TM-767III型搅拌机：中山市海盘电器有限公司；800B型台式离心机：上海安亭科学仪器厂；HH-S型数显恒温水浴锅：江苏金坛实验仪器有限公司；pHS-3C型酸度计：上海精密科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 分析测定方法

1）总酸测定：参照GB 5009.239-2016《食品中总酸的测定中的酸碱滴定》；

2）酒精含量的测定：参照GB 5009.225-2016《酒中乙醇浓度的测定中的酒精计法》；

3）总糖的测定：参照GB 5009.8-2016《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》。按Q/SBRY 0018S-2018中的感官要求进行品评，满分100分。其中色泽30分，滋味40分，香气30分。

1.2.2 固定化醋酸菌的制备

取一定量的干醋酸菌，用少量纯水溶解活化→加入不同固定化材料（玉米芯、丝瓜络、甘蔗渣、红枣）平衡固化24 h，固定化醋酸菌。

1.2.3 香蕉复合果醋的工艺流程

香蕉、西番莲和龙眼→脱皮→果肉按8∶1∶1的质量比混合→添加果胶酶液混合打浆→酶解→离心分离→果汁糖度调整→加酵母（经活化）→酒精发酵→粗滤去渣→加入固定化醋酸菌→醋酸发酵→陈酿→过滤→杀菌→灌装→成品→果醋品质分析检测。

1.2.4 不同有机载体固定化材料对复合果醋的品质影响

在相同的酒精度及酸度的发酵液中，加入玉米芯、丝瓜络、甘蔗渣和红枣作为载体的固定化醋酸菌种，重复发酵4次，考察固定化菌种的完好程度及对果醋品质的影响。

1.2.5 初始酒精度对固定化醋酸发酵的影响

将经过酒精发酵后的初始酒体按60%的装瓶量装入玻璃瓶中，设定酒体的初始酒精度为6、7、8、9、10°加入固定化醋酸菌种，测定不同初始酒精度条件下对醋体总酸含量的影响。

1.2.6 发酵时间对固定化醋酸发酵的影响

将经过酒精发酵后的初始酒体按60%的装瓶量装入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌种，将发酵温度分别设定为30℃进行醋酸发酵8 d，每天测定总酸度含量。测定不同发酵时间下总酸含量的变化情况。

1.2.7 发酵温度对固定化醋酸发酵的影响

将经过酒精发酵后的初始酒体按60%的装瓶量装入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌种，将发酵温度分别设定为 20、25、30、35、40 ℃进行醋酸发酵 8 d。测定不同发酵温度下总酸含量的变化情况。

1.2.8 初始pH值对固定化醋酸发酵的影响

将经过酒精发酵后的初始酒体按60%的装瓶量装入玻璃瓶中，分别将pH值调到2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，接入醋酸菌种在发酵温度30℃的条件下发酵8 d。测定不同初始pH值下醋体总酸含量的变化情况。

1.2.9 正交试验

在以上单因素试验的基础上，以发酵后醋体的总酸度为指标，利用正交设计软件取初始酒精度、发酵温度、发酵时间、初始pH值4因素3水平进行L9（34）正交试验，对固定化菌种发酵香蕉复合果醋的生产工艺条件进行优化，确定最佳生产工艺。

表1 正交试验因素与水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

2 结果与分析

2.1 不同有机载体固定化材料对复合果醋的品质影响

2.1.1 不同有机载体固定化材料对复合果醋的感官品质影响

不同有机载体固定化材料对复合果醋的感官品质影响结果见表2。

表2 固定化载体对果醋感官品质的影响Table 2 Effects of immobilized material on the quality of vinegar

由表2可知，经过游离醋酸菌、以丝瓜络为载体的固定化菌种发酵的果醋为棕黄色，以红枣为载体的固定化菌种发酵的果醋为红棕色，以玉米芯和甘蔗渣为载体的固定化菌种发酵的果醋的颜色为浅黄色。加入以玉米芯和甘蔗渣为载体的固定化菌种发酵的果醋香气浓，加入以玉米芯和丝瓜络为载体的固定化菌种发酵的果醋口感佳。

2.1.2 固定化菌种的完好程度及发酵力的变化

固定化菌种的完好程度及发酵力的变化结果见表3。

由表3可知，一酵结束后，5种载体固定化菌种都完好，但二次重复发酵结束后，以红枣为载体的固定化菌种开始溶解。三酵结束后，以甘蔗渣和红枣为载体的固定化菌种已经离散和溶解。从产酸率和酒精残留量来看，固定化菌种的产酸量均高于游离醋酸菌种。其中，以玉米芯做为醋酸菌固定化载体所发酵的香蕉果醋酸度最高，酒精残留量最少，而且经过4次重复发酵后外观完好。

表3 固定化醋酸菌种的完好程度及发酵力的变化表Table 3 Intact degree and fermentation ability of immobilized acetic acid bacteria

综合固定化载体对果醋感官品质的影响，最后确定选择玉米芯做为香蕉复合果醋的醋酸菌固定化载体。与何炯灵[7]研究的猕猴桃酒固定化醋酸菌种固定化载体相同。

2.2 初始酒精度对果醋总酸度的影响

初始酒精度对固定化醋酸发酵的影响结果见图1。

图1 初始酒精度对果醋总酸度的影响Fig.1 Effect of initial alcohol on total acidity of fruit vinegar

由图1可知，酒精浓度对醋酸菌生长有极大的影响。随着酒精浓度的增大，产酸量呈逐渐上升的趋势。当酒精浓度为8°时，产酸量到达最高，随后下降。由此可知固定化醋酸菌种生产香蕉复合果醋发酵的最佳酒精浓度为8°左右。与香蕉山楂复合果醋[8]、金桔果醋[4]的最佳发酵酒精度8°相同。

2.3 发酵时间对醋酸菌发酵的影响

发酵时间对固定化醋酸发酵的影响结果见图2。

图2 发酵时间对果醋总酸度的影响Fig.2 Effect of fermentation time on total acidity of fruit vinegar

由图2可知，随着时间的增加，产酸量呈逐渐上升的趋势。当时间为6 d的时候，果醋的产酸量达到最高，随后呈平行趋势。由此可知固定化醋酸菌种生产香蕉复合果醋发酵的最佳时间为6 d，与沙棘果醋[9]的最佳发酵时间6 d相同。

2.4 发酵温度对果醋总酸度的影响

发酵温度对果醋总酸度影响结果见图3。

图3 发酵温度对果醋总酸度的影响Fig.3 Effect of fermentation temperature on total acidity of fruit vinegar

由图3可知，温度对醋酸菌发酵有较大的影响，在温度低于30℃时，产酸量随着温度的增加而增加，在30℃时果醋的产酸量达到最高，随后呈逐渐下降的趋势。由此可知固定化醋酸菌种生产香蕉复合果醋发酵的最佳温度在30℃左右。与火龙果、木瓜复合果醋[10]、苹果胡萝卜复合果醋[11]的发酵温度30℃相同，与香蕉山楂复合果醋[8]的发酵温度32℃相似。

2.5 pH值对醋酸菌发酵的影响

pH值对对醋酸菌发酵的影响结果见图4。

图4 pH值对果醋总酸度的影响Fig.4 Effect of pH on total acidity of fruit vinegar

由图4可知，当pH值为3.5时，果醋的产酸量达到最高，随后呈逐渐下降的趋势。由此可知固定化醋酸菌种生产香蕉复合果醋发酵的最佳pH值为3.5左右。与胡萝卜苹果复合果醋[12]的最佳pH值3.5相同。

2.6 正交试验

香蕉果醋的最佳发酵工艺L9（34）正交试验结果正交试验结果见表4。

表4 香蕉果醋的最佳发酵工艺L9（34）正交试验结果正交试验结果Table 4 The results of the orthogonal test of the optimal conditions of fermentation banana vinegar

由表4可知，影响香蕉复合果醋产品品质的因素主次顺序为：A＞C＞D＞B，即初始酒精度对香蕉复合果醋的品质影响最大，其次是发酵温度和初始pH值，发酵时间对香蕉复合果醋总酸度的影响较小。最佳试验组合为A2B1C3D2，即初始酒精度8°、发酵时间为6 d、发酵温度35℃、初始pH值3.5。为验证该工艺条件是否最佳，特进行3次平行试验，结果表明，在此最佳工艺条件下的香蕉复合果醋总酸量可达5.05%，高于正交试验中的任何一组。

3 结论

以玉米芯为醋酸菌固定化材料生产的香蕉果醋品质最好，其发酵后酒精度残留低、可重复利用4次；固定化醋酸菌种发酵生产香蕉、西番莲复合果醋的最佳工艺条件为：初始酒精度8°，发酵温度35℃，发酵时间为6 d，pH值为3.5。在最佳工艺条件下生产的复合果醋醋体的总酸度达到最大值5.05%。果醋色泽鲜亮、果香浓郁、酸味柔和，具有典型的香蕉、西番莲等热带水果风味。