桑椹果醋的液态发酵工艺

范作卿，李公存，施新琴，王娜，朱琳，郭光*

(1.山东省蚕业研究所，山东 烟台 264002； 2.烟台市农业科学研究院，山东 烟台 264002)

桑椹(FructusMori)又名桑果、桑枣、桑子、桑实等，果肉多汁，滋味甘美，是水果中的珍品，有“中华果王”之美誉。桑椹含有丰富的有机酸、游离氨基酸、多种维生素及微量元素等[1-2]，不仅具有极高的营养价值，而且具有固气益肾、乌发明目、安神、解酒毒、降三高等功效[3-5]，1993年被卫生部列为药食同源农产品之一。

果醋是新一代健康饮品，果醋与传统米醋工艺区别较大，传统米醋是以谷物为原料，通过固态发酵法生产以调味为目的的食用醋，果醋是以水果或果品加工下脚料为主要原料，利用现代生物技术酿制而成的一种营养丰富、风味优良的健康饮品。它兼有水果和食醋的营养保健功能，是集营养、保健、食疗等功能为一体的新型饮料[6-7]。果醋品类众多，现研究开发的果醋主要有苹果醋[8]、芒果醋[9]、猕猴桃果醋[10]等。

桑椹醋分为配制型桑椹醋和发酵型桑椹醋。王艳丽等[11]对以桑椹、大枣、枸杞等水果及食用醋为主要原料，通过单因素及正交试验对配制型桑椹醋生产工艺进行了研究。发酵型桑椹果醋的工艺研究主要有山东省葡萄研究院采用液体深层发酵法，经酵母、红曲霉及醋酸菌发酵酿制保健型桑椹红曲果醋[12]。Wang等[13]以响应面法优化了桑椹果醋的发酵工艺中初始乙醇体积分数、接种量和转速等因素。通过前期研究发现，桑椹果醋的醋酸发酵工艺受不同的酒精浓度、接种量、通气量、发酵温度等因素条件的交叉影响。本研究通过对以上4个因素的单因素分析，利用正交试验优化了桑椹果醋的醋酸液态发酵工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

桑椹原料品种为大十，2019年6月采于山东省蚕业研究所果桑资源圃。酒精发酵过程发酵菌种为BV818葡萄酒活性干酵母(安琪酵母股份有限公司)。醋酸发酵过程发酵菌种为DBSFL果醋菌(烟台帝伯仕自酿机有限公司)。主要仪器有ACO-001增氧泵(森森集团股份有限公司)、ME204分析天平(METTLER TOLEDO)、H2200R冷冻离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司)、PHS-25C台式酸度计。

1.2 方法

1.2.1 酒精浓度与产酸量变化

本醋酸发酵是在桑椹汁酒精发酵工艺[14-15]的基础上进行调配，以初始酒精浓度为8%的桑椹发酵汁，在36 ℃条件下接种醋酸菌进行发酵，通气量0.02 m3·h-1，每日检测发酵液中总酸及酒精浓度，并绘制酒精浓度与产酸量变化规律曲线。

1.2.2 工艺优化正交试验

由于桑椹果醋在醋酸发酵工艺同时受不同的酒精含量、接种量、通气量、发酵温度等因素条件的交叉影响，因此，采用单因素试验和正交试验进行工艺条件的优化。根据前期的探索试验，桑椹发酵汁酒精浓度分别选用4%、6%、8%、10%、12%等不同初始浓度，醋酸菌接种量分别选用0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%，分别按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通气量通入净化空气，发酵温度分别控制在30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃、38 ℃的条件下进行发酵。

2 结果与分析

2.1 酒精浓度与产酸量变化规律

由图1可以看出，醋酸酸度和酒精浓度呈负相关趋势，随着醋酸发酵的进行，发酵液中的酒精逐渐转化为醋酸，在发酵的第7天基本转化完毕，标志着醋酸发酵的结束。

图1 酒精浓度随时间的产酸量变化规律

2.2 单因素试验

2.2.1 不同酒精浓度对桑椹醋酸发酵的影响

酒精初始浓度为4%、6%、8%、10%、12%，桑椹发酵汁在35 ℃条件下，分别接种0.8%醋酸菌液发酵7 d，通风量为0.02 m3·h-1，每日检测发酵液中总酸含量并记录，绘制不同初始酒精含量与产酸量变化规律曲线。图2显示，当初始酒精浓度低于10%时，桑椹醋的产酸量与初始酒精浓度呈正相关，但高于10%时，高浓度的酒精对醋酸菌的繁殖起到抑制作用。因此，选用6%、8%、10%三个酒精浓度水平进行正交试验。

图2 酒精浓度对桑椹醋酸发酵的影响

2.2.2 不同接种量对桑椹果醋发酵的影响

以初始酒精浓度为8%的桑椹发酵汁，在35 ℃下分别接种0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%醋酸菌，发酵7 d，通风量为0.02 m3·h-1，每日检测发酵液中总酸含量，绘制不同接种量与产酸量变化规律曲线，图3显示，发酵至第7天，随着接种量的增大，醋酸的生成量在增多；但当接种量大于1.0%时，对最终的含酸量影响不大。考虑经济因素及减少污染菌的机会，选用0.8%、1.0%、1.2%三个水平进行正交试验。

图3 接种量对桑椹果醋发酵的影响

2.2.3 不同通气量对醋酸发酵的影响

以初始酒精浓度为8%的桑椹发酵汁，在35 ℃下分别按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通气量通入净化空气，接种0.8%醋酸菌，发酵7 d，每日检测发酵液中总酸含量，并绘制不同通风量与产酸量变化规律曲线。图4显示，随着净化空气的通入，产酸量明显上升，醋酸菌将空气中的氧气与酒精转化为醋酸，从而提高了总酸含量；当通气量高于0.04 m3·h-1时，通入氧气量达到饱合，总酸量也达到最高，考虑经济因素及减少污染菌的机会，选用0.02、0.03、0.04 m3·h-1三个水平进行正交试验。

图4 通气量对醋酸发酵的影响

2.2.4 不同发酵温度对醋酸发酵的影响

由图5可以看出，桑椹果醋发酵明显受到温度的影响。从发酵第1～7天，在低于36 ℃条件下，醋酸菌的生长繁殖随着温度的上升而增加，发酵产酸能力增强，至第7天基本发酵完毕，产酸量趋于稳定；而高于36 ℃时，随温度的升高产酸量反而下降，说明当温度过高或过低时，由于醋酸菌的生长代谢开始受阻，从而影响产酸量。由此可知，醋酸菌发酵产酸的最适温度在34～38 ℃，在此范围内醋酸菌产酸量最高可达58.1 g·L-1。

图5 发酵温度对醋酸发酵的影响

2.3 正交试验

由于桑椹果醋的醋酸发酵工艺受不同的酒精浓度(A)、接种量(B)、通气量(C)和发酵温度(D)等因素的交叉影响，因此，在进行上述单因素试验后，设计3水平4因素的正交试验，即以A、B、C、D 4项因素进行L9(34)正交试验。

由表1可知，根据极值大小，4因素的影响排列顺序为A>B>C>D，即初始酒精浓度> 接种量> 通气量>发酵温度。根据以上试验结果中比较每列因素中的极值大小，分析可以得出，桑椹果醋优化最佳发酵组合为A2B3C2D3，即初始发酵酒精浓度为8%，接种醋酸菌种量为发酵液量的1.2%，通气量为0.03 m3·h-1，发酵温度为38 ℃。在此确定的最优组合工艺条件下进行发酵能力测试。

表1 正交试验设计及结果

2.4 最佳工艺参数

在上述优化出的最佳工艺条件下，检测桑椹果醋发酵产品感观特性评价与理化指标。

感观特性:色泽鲜亮、清澈、透明、有光感；香气醋香浓郁、协调、有典型的桑椹果香；滋味口感柔和、无异味；体态澄清、无异物、无悬浮物及沉淀。

理化指标:总酸(以乙酸计)≥56.0 g·L-1；还原糖(以葡萄糖计)4.0 g·L-1；100 mL中可溶性无盐固形物≥1.5 g。

3 小结与讨论

本研究在桑椹果汁酒精发酵的基础上，通过单因素与正交试验，对影响桑椹果醋液态发酵的不同的酒精含量、接种量、通气量、发酵温度等4个因素进行优化，最终确定了桑椹果醋液态发酵法的最佳工艺条件为:初始发酵酒精浓度为8%，接种醋酸菌种量为发酵液量的1.2%，通风量为0.03 m3·h-1，发酵温度为38 ℃，在此最优组合条件下桑椹果醋产酸能力为56.9 g·L-1。发酵成的桑椹果醋口感柔和、醋香浓郁，具有典型的桑果风味。

桑椹果醋利用自身的酸性条件可以较完整的保存桑椹中的营养成分，具有较佳的感观特性，是一款营养价值较高的保健型健康饮品。由于其能保留桑椹的典型风味，而挥发性呈香成分与桑椹的品种有很大关系[16-17]，所以有关桑椹果醋中的挥发性呈香成分还有待于进一步分析验证。