沙棘果醋发酵工艺对其食用品质影响的研究
2021-09-10张莉莉张军蔡永国马骁张哲王明洁梁文卫
张莉莉，张军*，蔡永国，马骁，张哲，王明洁，梁文卫
(1.黑龙江省农业科学院乡村振兴科技研究所，哈尔滨 150086；2.新疆慧华沙棘生物科技有限公司，新疆 清河 836200)
食醋是人们日常生活中必不可少的重要调味品之一[1]。随着社会的发展，人们对营养丰富的果醋更加关注、重视[2]。与粮食醋相比，果醋具有更好的风味以及更多的维生素、有机酸、无机酸[3]。而沙棘果在我国民间历有“长寿果”之美称，深受人们喜爱[4]。它含有多种维生素，其中富含的维生素A对于夜盲症有缓解作用[5]；所含有的活性成分可以降低血脂，使血管恢复弹性，有效地延缓动脉硬化的进程[6]；含有的粗纤维能促进肠道蠕动、缓解便秘等[7]。沙棘果酿造的果醋更是含有丰富的黄酮、胡萝卜素、甾醇、SOD等生命活性成分，具有一定的保健功能，受到人们的推崇和喜爱[8]。
1 研究材料与方法
1.1 供试材料
沙棘酒：新疆慧华沙棘生物科技有限公司用“深秋红”沙棘果酿造；沪酿1.01醋酸菌：上海市酿造科学研究所；醋酸菌液体培养基：葡萄糖100 g，蒸馏水1000 mL，调pH至6.8， 0.1 MPa灭菌20 min后冷却至40～42 ℃时加入95%酒精(食用级)40 mL，冷却备用。
1.2 仪器设备
恒温振荡培养箱 江苏国华仪器厂；双层玻璃发酵罐 上海申生科技有限公司；LG10-2.4A高速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司；HH.BII-360-S电热恒温培养箱 上海跃进医疗器械厂；PHS-3C型酸度计 上海雷磁仪器厂；79-1型磁力加热搅拌器 山东华鲁仪器厂；SHB-III循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司。
1.3 工艺流程
沙棘果醋工艺流程：沙棘酒液→(加活化液态菌种)醋酸发酵→生醋→杀菌→加盐及调味→陈酿勾兑→杀菌→成品。
1.4 试验与方法
1.4.1 酒度测定
采用酒精计法，按GB/T 10345-2007执行[9]。
1.4.2 产酸量测定
采用酸碱滴定法[10]。
1.4.3 单因素试验设计
将沙棘酒液加入醋酸菌母液进行醋酸发酵，以酒精含量、接种量、起始pH值、发酵温度为影响因素，研究各因素对醋酸发酵过程的影响，并确定沙棘果醋发酵工艺参数的最佳范围。
1.4.4 响应曲面试验设计
在单因素试验的基础上，确定酒精含量、接种量、起始pH值、发酵温度4个因素为自变量，产酸量和感官评定为响应值，利用SAS 9.1软件分析试验结果，并用SPSS 19.0 软件对产酸量与感官评定之间的相关性进行分析。
1.4.5 数据标准化法
采用公式(1)进行数据的标准化处理[11]。
(1)
式中：Y为标准化值；y为指标值；ymin为指标最小值；ymax为指标最大值。
1.4.6 综合评分法
将各指标进行权重分析，给出各指标的权重系数，并将各指标的标准化值与对应的权重系数相乘后，再进行相加作为综合分数，计算公式如下：
(2)
式中：Yi为综合分数；Bj为权重系数；Yij为指标标准化值；i为第i号试验；j为第j个指标。
1.4.7 沙棘果醋感官评定标准
感官评定：评定小组由10人组成，都是从事食品行业的专业人员。要求评定人员在参加评定前12 h不吸烟，不喝酒，不食辛辣等刺激性食品，评定一个样品前以清水漱口，间隔10 min进行下一个样品的测定[12]。
表1 感官评分标准表Table 1 The sensory evaluation standard
2 结果与分析
沙棘果醋发酵工艺主要是酒精在醋酸菌的作用下转化成醋酸的过程[13]，所以发酵过程中醋酸的产量是衡量发酵过程好坏的主要指标[14]，在得到产酸量的同时，还要兼顾感官评定的好坏。相关研究表明，酒精含量、接种量、起始pH值、发酵温度对醋酸的发酵过程具有显著的影响。通过单因素试验，研究酒精含量、接种量、起始pH值、发酵温度对醋酸发酵过程中产酸量和感官评定的影响。
2.1 酒精含量对发酵过程中总酸及感官评分的影响
由图1可知，随着酒精含量的增加，总酸含量逐渐增大，而随着酒精含量的增加，感官评分呈现先增加后减少的趋势，酒精含量在7%时感官评分最高。酒精浓度越高，醋酸菌种发酵过程中产酸量越大，但产酸过多会影响沙棘果醋的感官评分[15]。
图1 酒精含量对总酸及感官评分的影响Fig.1 Effect of initial alcohol content on total acid and sensory score
2.2 接种量对发酵过程中总酸及感官评分的影响
由图2可知，发酵过程中总酸含量随着接种量的增加呈现出缓慢增加的趋势。较低的接种量会导致产酸速率和产酸量都很低，而较高的接种量在前期产酸的速率较快。感官评分随着接种量的增加呈现先增加后缓慢下降的趋势，主要是因为发酵后期过多的菌体会导致发酵液被污染，使感官评分下降[16]。
图2 接种量对总酸及感官评分的影响Fig.2 Effect of inoculation amount on total acid and sensory score
2.3 起始pH值对发酵过程中总酸及感官评分的影响
由图3可知，随着起始pH值的增加，总酸含量呈现先增高后降低的趋势。感官评分随着起始pH值的增加呈现先增加后下降的趋势，感官评分的最佳起始pH值范围在4.0～5.0之间。醋酸菌生长需要合适的pH环境，pH值太高或太低都不利于醋酸菌的生长，当pH值较适合时，醋酸菌的产酸速率和产酸量相对较高，同时还可以维持较高的感官评分。
图3 起始pH值对总酸及感官评分的影响Fig.3 Effect of initial pH value on total acid and sensory score
2.4 发酵温度对发酵过程中总酸及感官评分的影响
由图4可知，随着发酵温度的增加，总酸含量呈现先升高后降低的趋势，当发酵温度为32 ℃时，总酸含量最大。感官评分随着发酵温度的增加也呈现先升高后降低的趋势，最佳的发酵温度范围在30～34 ℃。当发酵温度较低时，醋酸菌生长受到抑制，而当温度较高时，其他杂菌大量繁殖，与醋酸菌形成竞争抑制，不利于醋酸菌的生长繁殖[17]，因此适合的发酵温度不仅可以得到高产酸量，同时还可以维持较高的感官评分。
图4 发酵温度对总酸及感官评分的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on total acid and sensory score
2.5 响应面法优化沙棘醋发酵工艺
根据表3的试验结果，由公式(1)将总酸和感官评分的数据进行标准化处理，再给出各指标的权重系数，由于发酵沙棘果醋的感官评分要比其总酸更为重要，因此在权重系数的分配上，总酸的权重系数为0.4，感官评分的权重系数为0.6。由公式(2)得出相应的综合分数，并作为总指标进行试验结果分析，选取酒精含量、接种量、起始pH值、发酵温度为自变量进行响应面分析设计试验，见表2。
表2 响应面试验因素水平表Table 2 The factors and levels of response surface experiment
表3 Box-Behnken试验方案及试验结果Table 3 Box-Behnken experimental scheme and results
由表3中F值大小可知，各因素对综合评分影响程度的主次关系为：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>发酵温度>接种量。由于各因素与综合分之间的影响并不是简单的线性关系，为了更明确各因素与综合评分Y的关系，通过SAS 9.1软件进行数据分析，建立二次响应曲面回归模型为：Y=0.983+0.113X1+0.075X2+0.109X3+0.093X4-0.312X12-0.08X1X2+0.18X1X3+0.07X1X4-0.257X22+0.055X2X3+0.01X2X4-0.273X32-0.018X3X4-0.203X42。
对响应面试验结果进行回归与方差分析，由表4的分析结果可知，失拟项不显著，回归项显著；且该模型R2=96.51%，RAdj2=92.43%，说明试验设计所获得的数学回归方程与试验结果能够较好地进行拟合，自变量与响应值之间的线性关系较为显著。各因素对综合评分影响程度的主次关系为：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>发酵温度>接种量。
表4 回归模型方差分析结果Table 4 The variance analysis for regression equation
由表5可知，4个因素的特征值都为负值，表明有极值。由SAS 9.1软件分析得出各因素最优的水平组合为：x1=0.2793，x2=0.1394，x3=0.2972，x4=0.2662，考虑到实际工艺过程的操作情况，对各因素的最优水平进行修正，即x1=0.5，x2=0，x3=0，x4=0.5，修正后的优化工艺条件为：酒精含量7.5%，接种量8%，起始pH值4.5，发酵温度33 ℃。
表5 典型分析表Table 5 The typical analysis
3 结论
通过单因素试验初步确定沙棘醋发酵工艺的条件并在此基础上以总酸含量和感官评分为主要指标，将总酸和感官评分的数据进行标准化处理，再给出各指标的权重系数，由于发酵沙棘果醋的感官评分要比其总酸含量更为重要，因此在权重系数的分配上，总酸含量的权重系数为0.4，感官评分的权重系数为0.6。采用响应曲面法中的Box-Behnken模式，得出各因素对综合评分的影响程度的主次关系为：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>发酵温度>接种量，通过二次回归设计优化沙棘；果醋发酵工艺的最佳条件：酒精含量7.5%，接种量8%，起始pH值4.5，发酵温度33 ℃。
