響應面法優化干制無花果果醋發酵工藝的研究

王　鵬，張亞南，王　璐，王　威，王曉菡，古麗娜孜，武　運*（.新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊80052；2.新疆輕工職業技術學院食品與生物技術學院，新疆烏魯木齊8002；.新疆糧淮科學研究所，新疆烏魯木齊80002）

響應面法優化干制無花果果醋發酵工藝的研究

王鵬1，2，張亞南1，王璐1，王威1，王曉菡3，古麗娜孜1，武運1*
（1.新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆輕工職業技術學院食品與生物技術學院，新疆烏魯木齊830021；3.新疆糧淮科學研究所，新疆烏魯木齊830002）

以新疆干制無花果為原料釀制無花果果醋，通過單因素試驗和響應面分析試驗，得到最佳發酵工藝條件。結果表明：無花果果醋的最佳發酵工藝條件為初始酒精度為8.0%vol、醋酸菌接種量為0.6%、發酵溫度為30℃，在此最佳醋酸發酵工藝條件下，總酸含量為5.28 g/100 mL，所得果醋風味豐韻飽滿醇厚，色澤橙黃而透明，口感酸甜爽口。

干制無花果；醋酸發酵；工藝優化

無花果（Ficus caricaL.）在果樹分類學上屬桑科榕屬植物，為多年生落葉灌木或小喬木果樹，屬躍變型果實［1］。無花果除鮮食、藥用外，還可加工制干、制果脯、果醬、果汁、果茶、果酒、飲料、罐頭等。無花果干無任何化學添加劑，味道濃厚、甘甜。新疆是我國無花果最大的產區，栽培于南部，以阿圖什地區的無花果最好，品種以早黃較多。國內外大量研究表明，無花果含有豐富的維生素、氨基酸、蛋白質和多糖等人體所需的營養物質，具有清熱潤腸、生津止咳、消腫解毒、保肝護肝等藥用價值，故被稱為“營養之果，健康之神”［2］。由于無花果品質不一樣，干制無花果在加工過程中，會有部分營養損失，體態和色澤也會受到影響，試驗時選擇一些等級低、難銷售的無花果，將其制成果醋，不僅節約了資源，也為無花果新產品的開發提供了理論依據。隨著人們生活水平的提高，人們對健康保健意識的增強，果醋產品越來越受到青睞。果醋中含有的有機酸、花色素、酚類、類黃酮等物質具有維持生理平衡和預防疾病的作用［4］。

本實驗以新疆干制無花果為原料，以優化無花果果醋的發酵工藝條件為切入點，在整個發酵過程中設定不同發酵條件，研究干制無花果果汁中總酸等變化，采用單因素試驗以及響應面法分析，探究干制無花果果醋發酵的最佳工藝條件，以期為無花果果醋的工業化生產提供新思路和理論依據，滿足市場需求。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

干制無花果：烏魯木齊北園春市場；丹保利釀酒酵母：廣東丹保利酵母有限公司；醋酸菌（AS1.41）：上海佳民釀造食品有限公司；果膠酶（1.2×105U/g）：煙臺帝伯仕自釀機有限公司；氫氧化鈉、酚酞、葡萄糖（均為分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2儀器與設備

FA2004N型電子天平：上海菁海儀器有限公司；DZKWD-2型恒溫水浴鍋：北京市永光明醫療儀器有限公司；PHS-3C型pH計：上海越平科學儀器有限公司；MJ-35BE01A型攪拌機：廣東美的精品電器制造有限公司；LDZX-50KB立式電熱壓力蒸汽滅菌器：上海中安醫療器械廠；THZ-98A恒溫振蕩箱、DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海恒科技有限公司；W-CJ-ICU型超凈工作臺：蘇州凈化有限公司；酒精計：冀州市耀華器械儀表廠；WYT型手持糖度儀：成都光學廠；TD5A-WS型臺式低速離心機：長沙湘儀離心儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1無花果果醋加工工藝流程

干制無花果→分選→清洗→破碎、打漿→制備果汁→成分調整→酒精發酵→醋酸發酵→過濾→滅菌→灌裝→成品

1.3.2操作要點

果汁制備：從原材料中分選出殘次、等級低的干果按照1∶8（g∶mL）的料液比用清水浸泡10 min至果皮破裂、果肉軟爛為止，用打漿機打漿。向果漿中加入0.6%的果膠酶，酶解溫度為45℃，酶解時間2 h，pH值為3.0時測得干制無花果果汁出汁率為88.8%，用無紡棉紗布過濾可得無花果果汁。

調整成分：用白砂糖調整果汁提取液糖度為12%～16%，焦亞硫酸鈉添加量0.2 g/L（以SO2計），用檸檬酸將酸度調整為pH 3.5～4.0。

酵母菌種活化：將酵母菌用35～40℃的2%糖水或4～6倍的糖化醪復水15～20 min，然后在28～34℃下活化1～2 h。

醋酸菌擴大培養：1%葡萄糖，1%酵母膏，調整pH值為5.5，121℃滅菌15 min后冷卻加入4%無水乙醇。

醋酸菌二次擴大培養：無花果果汁121℃滅菌15 min后冷卻加入4%無水乙醇。

酒精發酵：將0.6%酵母菌菌液加入無花果果汁中，30℃發酵6 d，得到酒精度＞8%vol的發酵液。

醋酸發酵：將活化后的醋酸菌液加入酒精發酵液中，并在30℃、150 r/min的條件下搖床培養24～48 h，進行醋酸發酵。殺菌處理：將醋酸發酵液進行澄清后，120℃殺菌5 min。

1.3.3無花果果醋發酵單因素試驗

通過單因素試驗分別考察醋酸發酵液初始酒精度（2%vol、4%vol、6%vol、8%vol、10%vol、12%vol）、醋酸菌接種量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）、發酵溫度（26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃）對無花果果醋總酸含量的影響［5-8］。

1.3.4響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，采用響應面分析法對干制無花果果醋醋酸發酵試驗條件進行優化，選取初始酒精度（%vol）、接種量（%）和發酵溫度（℃）作為3個考察因素來研究最佳醋酸發酵條件，以總酸含量（Y）為響應值，利用Design Exper.V.8.0軟件設計3因素水平的響應面試驗［9-12］，因素與水平見表1。

表1　無花果果醋發酵工藝優化響應面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface analysis for fig vinegar fermentation technology optimization

1.3.5測定指標

總酸測定參照GB/T 15038—2006《葡糖酒、果酒通用試驗方法》中的酸堿滴定法。

2　結果與分析

2.1單因素試驗結果

2.1.1不同初始酒精度對干制無花果果醋醋酸發酵的影響

初始酒精度對干制無花果果醋醋酸發酵的影響結果如圖1所示。

圖1 初始酒精度對醋酸發酵的影響Fig. 1 Effect of initial alcohol content on acetic fermentation

由圖1可知，隨著發酵液初始酒精度增大和發酵時間的延長，總酸含量逐漸增大，發酵第6～7天時，達到最高值。酒精是醋酸菌發酵生成醋酸的底物，當初始酒精度＜6%vol時，由于初始酒精度過低，乙醇轉化成乙酸的能力減弱，產生總酸含量較少；當初始酒精度為8%vol，發酵產生的總酸含量最高為4.88 g/100 mL；當初始酒精度＞10%vol時，由于酒精度過高，抑制了醋酸菌的生長，總酸含量開始降低。因此，選擇初始酒精度8%vol為宜。

2.1.2接種量對干制無花果醋酸發酵的影響

選擇合適的菌種接種量，不僅可以縮短發酵期，也能將發酵液中的營養物質充分利用，提高果醋的質量。接種量的不同對醋酸發酵也有一定的影響，隨著醋酸菌接種量的增加，醋酸菌的含量也是不斷增加的，發酵速度由快到慢。接種量對干制無花果果醋醋酸發酵的影響結果如圖2所示。

由圖2可知，當接種量為0.2%～0.4%時，發酵液的總酸含量并不是很高，發酵7 d時總酸含量為3.33 g/100 mL，發酵不充分，醋酸菌數量增長緩慢，降低了生產率；當接種量為0.6%，發酵7 d時，總酸含量達到最大值為5.12 g/100 mL；當接種量為0.8%～1.0%時，總酸含量開始降低。因此，選擇接種量0.6%為宜。

圖2　接種量對醋酸發酵的影響Fig.2 Effect of inoculum on acetic fermentation

2.1.3發酵溫度對無花果果醋醋酸發酵的影響

發酵溫度是影響醋酸菌生長繁殖速度及產酸速度最重要的因素之一，在微生物發酵過程中，發酵溫度的高低直接影響著發酵產品的質量。發酵溫度對無花果果醋醋酸發酵的影響結果如圖3所示。

圖3　發酵溫度對醋酸發酵的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on acetic fermentation

由圖3可知，當發酵溫度為26～28℃時，產酸速度慢，底物代謝受到影響，發酵產生的總酸含量較低；當發酵溫度為30℃時，總酸含量達到最高為4.64 g/100 mL；當發酵溫度＞32℃時，總酸含量開始下降。因此，選擇發酵溫度30℃為宜。

2.2干制無花果果醋發酵工藝的優化

2.2.1響應面分析方案與結果

以初始酒精度（X1）、接種量（X2）和發酵溫度（X3）作為3個考察因素，以總酸含量（Y）為響應值，響應面試驗設計及結果見表2。

將表2試驗數據輸入計算機經SAS8.2統計軟件處理，采用響應曲面統計方法對試驗數據進行擬合，建立初始酒精度、接種量和發酵溫度3個因子的數學二次多項回歸方程。

表2　響應面試驗設計與結果Table 2 Design and results of response surface experiment

進一步對該回歸模型進行顯著性檢驗，響應曲面數據的方差分析結果見表3。

表3　回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of the regression model

由表3可知，分析結果顯示模型的F=35.59＞F0.05=3.18，P＜0.0001，表明回歸模型極顯著。失擬項F=3.77＜F0.05=8.81，不顯著，模型相關系數R2=0.978 6，說明該模型能解釋97.86%的相應值的變化，該模型的擬合程度良好，試驗誤差小，可以用此模型來分析和預測干制無花果果醋醋酸發酵試驗的結果。

2.2.2干制無花果果醋醋酸發酵試驗的響應曲面分析與優化

根據回歸分析結果，利用Design-Expert軟件進行分析，得到響應曲面及等高線圖（見圖4）。將其中一個因素固定做響應面可獲得另外兩個因素的交互作用圖，通過響應曲面及其等高線圖的形狀可直觀地反映出各因素間交互效應的強弱對響應值的影響。當響應曲面圖的拋物面開口向下時，具有極大值點；等高線圖的形狀呈橢圓形時表示兩因素之間作用顯著，圓形時相反［13-15］。由圖4可知，每個影響因子對于總酸含量都有一個最佳穩定條件，在試驗范圍內尋找到最優點并得到最佳發酵工藝條件為初始酒精度8.26%vol、接種量0.54%、發酵溫度29.81℃時，得到模型預測的總酸含量理論值為5.34 g/100 mL。

圖4　初始酒精度、接種量和發酵溫度對無花果果醋總酸含量影響的響應曲面及等高線Fig.4 Response surface plots and contour line of effect of interactions between initial alcohol content，inoculum，fermentation temperature on total acid content of fig vinegar

2.2.3驗證試驗

為了檢驗模型預測的準確性，考慮實際可操作性，設定初始酒精度為8.0%vol、接種量為0.6%、發酵溫度為30℃，在此最佳的醋酸發酵工藝條件下進行3組平行試驗，所得總酸含量平均值為5.28 g/100 mL。回歸方程所得到總酸含量預測值與驗證試驗的平均值相接近，說明該模型能夠較好地預測實際總酸含量情況。

3　結論

本研究以新疆干制無花果為原料，在單因素基礎上利用響應面分析法對干制無花果果醋醋酸發酵工藝條件進行優化，得到醋酸發酵最佳工藝條件為：初始酒精度為8.0%vol、醋酸菌接種量為0.6%、發酵溫度為30℃，發酵7 d，發酵后所得總酸含量為5.28 g/100 mL，經過發酵后的干制無花果果醋顏色呈黃色透亮，酸甜爽口，性狀穩定。利用殘次干無花果將其釀制成果醋，研究出最佳發酵條件，為無花果果醋飲料及營養成分的研究提供了理論依據，同時也為無花果產業的開發和研究提供了新的思路和方向。

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Optimization of the fermentation process of fig vinegar by response surface methodology

WANG Peng1，2，ZHANG Yanan1，WANG Lu2，WANG Wei1，WANG Xiaohan3，GU Linazi1，WU Yun1*
（1.College of Food Sciences and Pharmaceutical Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；2.College of Science and Biotechnology，Xinjiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi 830021，China；3.Xinjiang Institute of Grain and Oil Science，Urumqi 830002，China）

Using Xinjiang dried fig as raw materials，the fig vinegar was fermented.The fermentation technology was optimized by single factor experiments and response surface analysis experiments.The results indicated that the optimum conditions of fermentation technology of fig vinegar were as follows：initial alcohol content 8.0%vol，acetic bacteria inoculum 0.6%and fermentation temperature 30℃.Under this condition，total acid content of fig vinegar was 5.28 g/100 ml.The fig vinegar had mellow flavor，orange and transparent color，sweet and sour taste.

dried fig；acetic fermentation；process optimization

TS207.3

A

0254-5071（2015）11-0122-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.11.028

2015-10-09

王鵬（1986-），女，助教，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。

武運（1965-），女，教授，碩士，研究方向為食品生物技術。