SO2 對(duì)黑果腺肋花楸果酒的抑菌規(guī)律及發(fā)酵啟動(dòng)的影響

王 鵬，馬興華，韓文忠，姜鎮(zhèn)榮，馬艷麗

（遼寧省干旱地區(qū)造林研究所，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa）屬薔薇科的落葉灌木，原產(chǎn)于美國(guó)，上世紀(jì)九十年代初期引入我國(guó)。黑果腺肋花楸的果實(shí)富含花青素、類(lèi)黃酮等多種抗氧化性成分[1]。這些成分能夠有效地清除生物體內(nèi)的自由基[2]，對(duì)于人體保健及防御疾病具有重要的意義。因此，黑果腺肋花楸是一種非常珍貴的藥、食兩用的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種。

在黑果腺肋花楸果酒的釀造前期，果汁需要經(jīng)過(guò)SO2處理，以達(dá)到抑制雜菌生長(zhǎng)、護(hù)色、澄清等目的。但是，由于黑果腺肋花楸果汁中含有大量帶有羰基的有機(jī)物，其分子中的羰基可以與游離態(tài)的SO2相結(jié)合，從而使SO2喪失抑制雜菌生長(zhǎng)的作用。提高SO2的處理量可以增加果汁中游離態(tài)SO2的濃度，但高濃度的SO2又會(huì)使發(fā)酵的延遲期增長(zhǎng)，從而延緩果酒的發(fā)酵啟動(dòng)[3]。為了更好地解決黑果腺肋花楸果酒的抑菌與發(fā)酵啟動(dòng)的互斥性，本試驗(yàn)試圖通過(guò)測(cè)定SO2在黑果腺肋花楸果汁中的結(jié)合率、游離態(tài)SO2的變化趨勢(shì)與抑菌效果，以及不同濃度的SO2對(duì)果酒發(fā)酵啟動(dòng)的延遲作用，從而總結(jié)出SO2對(duì)黑果腺肋花楸果酒的抑菌規(guī)律、推遲發(fā)酵啟動(dòng)的規(guī)律以及SO2處理量的最佳區(qū)間。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料及試劑

黑果腺肋花楸果實(shí)：遼寧省干旱地區(qū)造林研究所提供；釀酒活性干酵母：廣東丹寶利酵母有限公司；培養(yǎng)基：PDA－細(xì)菌復(fù)合培養(yǎng)基；指示劑：甲基紅－次甲基藍(lán)混合指示劑；

其他藥品：偏重亞硫酸鈉、氫氧化鈉、雙氧水和磷酸均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：梅特勒儀器（上海）有限公司；培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；超凈工作臺(tái)：蘇州蘇潔凈化設(shè)備有限公司；高壓滅菌鍋：鐵嶺醫(yī)療器械總廠(chǎng)；真空泵：上海亞榮生化儀器廠(chǎng)；熱電爐：北京市永光明醫(yī)療儀器。

1.1.3 分析方法

游離態(tài)SO2及SO2總量的測(cè)定：GB/T 15038－2005，氧化－中和法。

活菌總數(shù)的測(cè)定：平板菌落計(jì)數(shù)法。

1.2 方法

1.2.1 黑果腺肋花楸果汁中SO2結(jié)合率的測(cè)定、游離態(tài)SO2的變化及抑菌效果的測(cè)定

果實(shí)→挑選→清洗→瀝干→榨汁→不同濃度SO2處理→在20～22℃條件下半密封保存→每24 h測(cè)定一次游離態(tài)SO2濃度、總SO2濃度及活菌總數(shù)，計(jì)算SO2結(jié)合率，計(jì)算公式見(jiàn)公式（1）。

1.2.2 接種后果汁中游離態(tài)SO2的變化及發(fā)酵啟動(dòng)情況

果汁→不同濃度SO2處理→24 h后接種酵母菌→每12 h測(cè)定1次游離態(tài)SO2濃度及觀(guān)察發(fā)酵啟動(dòng)的情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑果腺肋花楸果汁中SO2 結(jié)合率的變化

利用不同濃度的SO2處理花楸果汁，測(cè)定各樣品游離態(tài)SO2濃度及總SO2濃度，并計(jì)算SO2的結(jié)合率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 花楸果汁中二氧化硫的結(jié)合率隨不同處理濃度的變化Fig.1 Variation of the binding rate of SO2 in aronia juice along with different concentrations of SO2

由圖1可知，當(dāng) SO2處理濃度為 50 mg·L－1時(shí)，黑果腺肋花楸果汁中SO2的結(jié)合率在35%以上。而當(dāng)SO2處理濃度大于100 mg·L－1時(shí)，黑果腺肋花楸果汁中SO2的結(jié)合率處于20%～25%之間，即此時(shí)的結(jié)合率為相對(duì)穩(wěn)定的值。這說(shuō)明當(dāng)SO2處理濃度在100 mg·L－1以上時(shí)，羰基化合物與SO2的結(jié)合在短時(shí)間內(nèi)形成一種動(dòng)態(tài)的平衡。果汁中SO2與羰基化合物的反應(yīng)式見(jiàn)公式（2）[5]。

此反應(yīng)為可逆反應(yīng)。當(dāng)SO2濃度很低時(shí)，由于反應(yīng)物中羰基化合物相對(duì)過(guò)量，化學(xué)反應(yīng)向正方向移動(dòng)，因此SO2的結(jié)合率很高。當(dāng)SO2處理濃度大于100 mg·L－1時(shí)，此反應(yīng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，即結(jié)合態(tài)SO2占SO2總量的比例保持不變。此時(shí)SO2的結(jié)合率約為22%。

2.2 黑果腺肋花楸果汁中游離態(tài)SO2 隨時(shí)間的變化及抑菌效果

利用不同濃度的SO2處理花楸果汁，測(cè)定游離態(tài)SO2隨時(shí)間的變化及抑菌效果，結(jié)果見(jiàn)圖2、3。

圖2 花楸果汁中游離態(tài)二氧化硫隨時(shí)間的變化Fig.2 Variation of the free SO2 in aronia juice along with time

圖3 二氧化硫處理后活菌數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.3 Variation of the number of viable organism along with time after SO2 treatment

由圖2可知，花楸果汁中游離態(tài)SO2濃度會(huì)逐漸減小。當(dāng)SO2處理量≥150 mg·L－1時(shí)，游離態(tài)SO2濃度在24～48 h保持相對(duì)穩(wěn)定。這說(shuō)明羰基化合物與SO2的結(jié)合為暫時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡，它將逐漸地轉(zhuǎn)移為另一平衡。即當(dāng)SO2處理花楸果汁時(shí)，羰基化合物與SO2的結(jié)合會(huì)立即達(dá)到平衡，此時(shí)SO2的結(jié)合率相對(duì)穩(wěn)定。但此平衡是暫時(shí)的，它會(huì)緩慢地向另一個(gè)平衡轉(zhuǎn)移，并最終達(dá)到新的平衡。綜合圖2、3可以看出，樣品D、E和F的抑菌效果最好。原因是這些樣品中含有較高濃度且穩(wěn)定的游離態(tài)SO2。樣品B（SO2處理量為50 mg·L－1）中游離態(tài)SO2在24 h內(nèi)開(kāi)始迅速降低，其活菌數(shù)出現(xiàn)明顯增加。樣品C（SO2處理量為100 mg·L－1）中游離態(tài)SO2在24～72 h開(kāi)始迅速降低，尤其48～72 h降幅最大，并在72 h后降低到15 mg·L－1以下，其活菌數(shù)開(kāi)始明顯增加。綜上所述，當(dāng)果汁中保持很高濃度的游離態(tài)SO2時(shí)，活菌數(shù)沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化情況，當(dāng)游離態(tài)SO2降到很低濃度時(shí)，活菌數(shù)會(huì)明顯增加。因此，保持較高濃度的游離態(tài)SO2是抑制雜菌生長(zhǎng)的關(guān)鍵。

2.3 接種后游離態(tài)SO2的變化及發(fā)酵啟動(dòng)

利用不同濃度的SO2處理花楸果汁，測(cè)定接種后果汁中游離態(tài)SO2的變化及觀(guān)察發(fā)酵啟動(dòng)情況，結(jié)果見(jiàn)圖4和表1。

圖4 花楸果汁中游離態(tài)二氧化硫隨時(shí)間的變化Fig.4 Variation of the free SO2 in aronia juice along with time

表1 二氧化硫處理后的發(fā)酵啟動(dòng)現(xiàn)象Table 1 Phenomena of starting the fermentation after SO2 treatment

從圖4可以看出，接種酵母菌后，各樣品的游離態(tài)SO2均迅速降低，并最終低于15 mg·L－1。這是因?yàn)榻湍妇鷮?duì)SO2的抗性與其他雜菌相比較強(qiáng)。當(dāng)接種相當(dāng)數(shù)量的酵母菌后，菌體代謝產(chǎn)生CO2，降低了果汁中SO2的分氣壓[9]，使SO2不斷地從果汁中揮發(fā)出來(lái)，而這個(gè)過(guò)程又會(huì)降低SO2對(duì)酵母菌代謝的阻礙，使其產(chǎn)生更多的CO2。并且，溶解在水中的CO2也會(huì)使SO2與羰基化合物的結(jié)合向正反應(yīng)方向移動(dòng)，增加了SO2的結(jié)合率。當(dāng)果汁中游離態(tài)SO2降低到一定程度時(shí)，酵母菌完全突破游離態(tài)SO2的限制，此時(shí)發(fā)酵開(kāi)始啟動(dòng)了。從圖4可知，SO2處理量為 100 mg·L－1時(shí)，游離態(tài) SO2的降速最快。在12 h內(nèi)降到15 mg·L－1以下。從表1也可以看出，此樣品在12 h內(nèi)出現(xiàn)發(fā)酵啟動(dòng)，而其他樣品則是在24～36 h出現(xiàn)發(fā)酵啟動(dòng)。原因是處理量為100 mg·L－1樣品的SO2初始濃度較低，因此其下降速度也較快，它的發(fā)酵延遲時(shí)間就比較短。

3 討論

當(dāng)SO2處理黑果腺肋花楸果汁時(shí)，SO2首先會(huì)殺死一部分雜菌，并抑制剩余雜菌的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)僅對(duì)SO2的抑菌效果進(jìn)行了研究，并沒(méi)有對(duì)SO2的殺菌效果與處理時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行研究。根據(jù)相關(guān)資料[5]，當(dāng)SO2處理時(shí)間為24h時(shí)，殺菌效果達(dá)到最好。因此本試驗(yàn)選擇SO2處理24h后接種酵母菌。

根據(jù)本試驗(yàn)的結(jié)果與分析，如果將SO2處理時(shí)間設(shè)為24 h，發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間設(shè)為12 h，則SO2處理量應(yīng)為 100 mg·L－1；如果將 SO2處理時(shí)間設(shè)為48 h，發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)間設(shè)為24～36 h，則SO2處理量可選擇150 mg·L－1。也可以根據(jù)黑果腺肋花楸果酒實(shí)際加工需要，選擇兩者之間的數(shù)值。但在實(shí)際果酒加工中，生產(chǎn)者往往希望在SO2處理效果滿(mǎn)足要求的情況下，發(fā)酵啟動(dòng)越快越好，并且生產(chǎn)者也傾向于添加較少的SO2。因此，在黑果腺肋花楸果酒加工中，應(yīng)將100 mg·L－1的SO2處理量作為首先考慮的應(yīng)用參數(shù)。

4 結(jié)論

a.SO2處理黑果腺肋花楸果汁時(shí)，果汁中羰基化合物與SO2的結(jié)合會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)平衡。但這一平衡是暫時(shí)的。在24～48 h內(nèi)，它會(huì)緩慢地向另一個(gè)平衡轉(zhuǎn)移，并達(dá)到新的平衡。

b.花楸果汁中游離態(tài)SO2的濃度會(huì)隨時(shí)間逐漸變小。當(dāng)SO2處理量為50 mg·L－1時(shí)，雜菌在24 h內(nèi)出現(xiàn)明顯增殖；當(dāng)SO2處理量為100 mg·L－1時(shí)，在48～72 h，雜菌在24～48 h出現(xiàn)明顯增殖；當(dāng)SO2處理量≥150 mg·L－1時(shí)，96 h后游離態(tài)SO2應(yīng)然保持較高濃度，且雜菌沒(méi)有出現(xiàn)明顯增殖。

c.接種酵母菌后，各樣品的游離態(tài)SO2全部迅速降低。當(dāng)SO2處理量為100 mg·L－1時(shí)，在12 h內(nèi)發(fā)酵開(kāi)始啟動(dòng)；當(dāng)SO2處理量≥150 mg·L－1時(shí)，在24～36 h發(fā)酵開(kāi)始啟動(dòng)。

d.根據(jù)結(jié)論2和3可以得出SO2處理量的最佳區(qū)間為100～150 mg·L－1。

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