軟棗獼猴桃玫瑰醋發(fā)酵條件響應(yīng)面法優(yōu)化

鐘　寶，李鳳林，張傳軍（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，吉林 吉林 132101）

軟棗獼猴桃玫瑰醋發(fā)酵條件響應(yīng)面法優(yōu)化

鐘寶，李鳳林，張傳軍
（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，吉林 吉林 132101）

該試驗(yàn)以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料制作果醋，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法對(duì)軟棗獼猴桃玫瑰果醋的發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。采用Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示最優(yōu)發(fā)酵條件為：溫度32℃，初始pH值3.4，初始酒精度為7%vol。在此條件下果醋酸度最高可達(dá)5.39 g/100 mL。三個(gè)因素與果醋酸度之間建立的回歸模型均為極顯著，可用于實(shí)際生產(chǎn)預(yù)測(cè)。

軟棗獼猴桃；玫瑰；果醋；響應(yīng)面；優(yōu)化

軟棗獼猴桃（Actinidia arguta）又名軟棗子、狗棗子，為獼猴桃科、獼猴桃屬多年生木質(zhì)藤本植物，分布在我國東北、華北、西北以及長江流域，世界其他國家也有一定分布。軟棗獼猴桃具有生津、滋補(bǔ)、強(qiáng)身、潤肺、減肥、抗衰老、抗癌等功效，是現(xiàn)代人養(yǎng)生之佳品。玫瑰為薔薇科薔薇屬植物，在北半球分布廣泛，研究表明，玫瑰花中含有300多種有效化學(xué)成分，素有“花中皇后”之美稱。具有解悶、解郁、化胃氣、強(qiáng)肝、強(qiáng)肺、解毒等功效［1］。

隨著人們養(yǎng)生觀念的加強(qiáng)，果醋將成為人們關(guān)注的新產(chǎn)品，與傳統(tǒng)糧食醋相比，果醋具有調(diào)節(jié)機(jī)體酸堿平衡、促進(jìn)機(jī)體新陳代謝、消除機(jī)體疲勞、提高機(jī)體免疫力、促進(jìn)血液循環(huán)、降壓和美容等功效，并且果醋種類豐富、風(fēng)味獨(dú)特，是未來醋類制品的一大發(fā)展趨勢(shì)。因此，利用發(fā)酵技術(shù)釀制營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的果醋，必將具有廣闊的市場前景。本實(shí)驗(yàn)以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料，開發(fā)特殊風(fēng)味的果醋，為長白山野生資源開發(fā)利用及其企業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

軟棗獼猴桃、玫瑰花（食品級(jí)）：市售；惡臭醋酸桿菌（Acetobacter rancens）AS1.41：北京微生物研究所；蒸餾水、葡萄糖、無水乙醇、酚酞、NaOH（0.1 mol/L）、CaCO3（均為分析純）：廣州化學(xué)試劑廠；殼聚糖（食品級(jí)）：天津化學(xué)試劑有限公司；液體培養(yǎng)基（0.5%葡萄糖、1%酵母膏、4%無水乙醇）。

1.2儀器與設(shè)備

ZWHY恒溫振動(dòng)培養(yǎng)箱：上海枝城分析儀器有限公司；LDZX-75KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；PE20K酸度計(jì)：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；UV-1700紫外可見分光光度計(jì)：日本津島公司；BCN-1360超凈工作臺(tái)：北京東聯(lián)哈爾儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1工藝流程及操作要點(diǎn)

軟棗獼猴桃、玫瑰→打漿→調(diào)配→接種主發(fā)酵→酒精發(fā)酵→果酒→接入醋酸菌（活化菌種）→醋酸發(fā)酵→澄清→殺菌→果醋

操作要點(diǎn)：

原料選擇及處理：選擇新鮮、無病蟲害的軟棗獼猴桃及玫瑰，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎榨汁，軟棗獼猴桃、玫瑰添加量分別為90%、10%。

成分調(diào)整：用白砂糖將發(fā)酵液總糖度調(diào)整到20%。

酵母活化：將釀酒干酵母加入1.5%的糖水中，放入35℃水浴鍋中，活化35 min。

酒精發(fā)酵：在發(fā)酵溫度為27℃、pH為4.2、酵母菌接種量為1.4 g/L條件下進(jìn)行發(fā)酵。

醋酸桿菌活化［2-3］：將AS1.41醋酸菌桿菌接入液體養(yǎng)基中（0.5%葡萄糖、1%酵母膏、4%無水乙醇），在30℃、155 r/min的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中活化24 h。

醋酸發(fā)酵：將種子液加入到果酒中，放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵。

澄清［4］：采用殼聚糖（添加量為0.07%）對(duì)成品進(jìn)行澄清處理。

殺菌：將果醋裝入瓶中封蓋，采用巴氏殺菌法進(jìn)行殺菌（水溫75℃、時(shí)間30 min）。

1.3.2產(chǎn)酸量測(cè)定［5］

取1mL發(fā)酵液，加入50 mL蒸餾水，滴入2～4滴0.5%的酚酞酒精溶液，用0.1mol/mL的NaOH溶液滴定至淺粉紅色，由消耗的NaOH的體積計(jì)算樣品中的醋酸產(chǎn)量（g/100mL）。

式中：V1為滴定發(fā)酵液樣品耗用的NaOH溶液的體積，mL；V0為滴定加入醋酸菌之前調(diào)好的果酒耗用的NaOH溶液的體積，mL；60.05為醋酸的物質(zhì)的量濃度，g/mol；C為NaOH溶液的濃度，mol/L；10為100 mL與1 L的換算系數(shù)；V為樣品的體積，mL。

1.3.3單因素試驗(yàn)［6-10］

選用惡臭醋酸桿菌AS1.41菌種，120 r/min搖床發(fā)酵7 d，裝液量為20mL/100mL，分別以發(fā)酵溫度、初始pH值、初始酒精度及接種量為評(píng)價(jià)因素，果醋酸度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行醋酸發(fā)酵單因素試驗(yàn)。

1.3.4響應(yīng)面試驗(yàn)［11-15］

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定醋酸菌的接種量，選取發(fā)酵溫度、初始pH值、初始酒精度為評(píng)價(jià)因素，果醋酸度（Y）為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，因素與水平見表1。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

2　結(jié)果與分析

2.1軟棗獼猴桃玫瑰果醋發(fā)酵單因素試驗(yàn)

2.1.1發(fā)酵溫度對(duì)果醋發(fā)酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，調(diào)整初始酒精度至7%vol，在初始pH值為3.4條件下，分別在溫度28℃、30℃、32℃、34℃、36℃條件下發(fā)酵7 d后進(jìn)行酸度測(cè)定，結(jié)果見圖1。

圖1　發(fā)酵溫度對(duì)果醋酸度的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on vinegar acidity

如圖1所示，果醋酸度隨著發(fā)酵溫度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著發(fā)酵溫度的上升，醋酸菌的活性增強(qiáng)，超過一定發(fā)酵溫度后，乙酸被氧化，導(dǎo)致醋酸含量降低。因此，選取30～34℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.2初始pH值對(duì)果醋發(fā)酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，調(diào)整初始酒精度為7%vol，發(fā)酵溫度為32℃，分別在pH值為3.0、3.2、3.4、3.6、3.8條件下發(fā)酵7 d后進(jìn)行酸度測(cè)定，結(jié)果見圖2。

圖2　初始pH值對(duì)果醋酸度的影響Fig.2 Effect of initial pH on vinegar acidity

如圖2所示，初始pH值越高，醋酸菌在中、前期發(fā)酵速度越快，但初始pH值過高，醋酸菌生長受到抑制，導(dǎo)致醋酸菌退化。因此，選取初始pH值為3.2～3.6進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.3初始酒精度對(duì)果醋發(fā)酵的影響

取100 mL酒液，裝入500 mL的三角瓶中，接入15%醋酸菌種子液，發(fā)酵溫度為32℃、初始pH值為3.4，在初始酒精度分別為4%vol、5%vol、6%vol、7%vol、8%vol、9%vol條件下發(fā)酵7 d后進(jìn)行酸度測(cè)定，結(jié)果見圖3。

醋酸菌利用乙醇作碳源，初始酒精度過低，生成的醋酸也相對(duì)較少，當(dāng)酒精度過高，超過醋酸發(fā)酵的可耐受值時(shí)，產(chǎn)酸能力便會(huì)下降。由圖3可知，果醋酸度隨初始酒精度的增加而先升高后降低，選用初始酒精度6%vol～8%vol進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

圖3　初始酒精度對(duì)果醋酸度的影響Fig.3 Effect of initial alcohol content on vinegar acidity

2.1.4醋酸菌最佳接種量確定

在發(fā)酵溫度為32℃，初始pH值為3.4，初始酒精度為7%vol的條件下，分別在醋酸菌接種量為11%、13%、15%、17%、19%的條件下進(jìn)行接種量優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4　接種量對(duì)果醋酸度的影響Fig.4 Effect of inoculum on vinegar acidity

由圖4可知，當(dāng)接種量過小時(shí)，醋酸菌產(chǎn)生速度慢，醋酸度就越低；接種量過大時(shí)，發(fā)酵液有代謝物生產(chǎn)，導(dǎo)致細(xì)胞老化；只有接種量最佳時(shí)產(chǎn)酸速度最快。醋酸菌接種量為15%時(shí)菌種活力最大，因此，確定試驗(yàn)醋酸菌接種量為15%。

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化軟棗獼猴桃玫瑰果醋工藝條件

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，在確定醋酸菌接種量為15%的條件下，進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面分析，安排17組處理組合，考察發(fā)酵溫度（A），初始pH值（B），初始酒精度（C）對(duì)軟棗獼猴桃果醋酸度（Y）的影響，結(jié)果見表2。

表2　果醋醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of response surface methodology for vinegar fermentation condition optimization

采用Design-Expert8.0.6軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸模型擬合，得到初步回歸方程為

對(duì)該模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，可得到方差分析見表3，模型的可信度分析見表4。

表3　回歸方程ANOVA分析Table 3 Variance analysis of regression equation

表4　回歸模型的可信度分析Table 4 Reliability analysis of the established regression model

由表3、表4可知，模型的P值＜0.000 1，說明該模型極顯著，回歸模型設(shè)計(jì)與實(shí)際測(cè)定值能夠最大限度的擬合，試驗(yàn)誤差較小，因此，可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到R2=99.85%，說明預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間存在著高度相關(guān)性，說明該方程具有較高的可靠性。回歸模型中，一次項(xiàng)、交互項(xiàng)（AC、BC）、二次項(xiàng)均表現(xiàn)出了極顯著水平。方差分析結(jié)果還表明，影響醋酸發(fā)酵酸度的因素為發(fā)酵溫度A＞初始酒精度C＞初始pH值B。

在回歸模型方差分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用軟件作發(fā)酵溫度、初始pH值、初始酒精度對(duì)果醋酸度交互作用影響的等高線圖和響應(yīng)面圖，結(jié)果如圖5所示。

圖5　初始酒精度、初始pH值、溫度交互作用對(duì)酸度影響的等高線和響應(yīng)面Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between alcohol content，initial pH and temperature on vinegar acidity

由回歸方程可知，最佳組合為發(fā)酵溫度31.57℃，初始pH值3.35，初始酒精度7.19%vol。對(duì)應(yīng)的醋酸酸度響應(yīng)值為5.39 g/100 mL。考慮實(shí)際操作問題，將最佳條件修正為發(fā)酵溫度32℃，初始pH3.4，初始酒精度7%vol。在修正后的條件下，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到果醋酸度的平均值為5.39 g/100 mL，與理論預(yù)測(cè)值較為接近，表明響應(yīng)面試驗(yàn)得到的數(shù)學(xué)模型是可靠的，具有實(shí)用價(jià)值。

3　結(jié)論

本試驗(yàn)以軟棗獼猴桃、玫瑰為原料，研究軟棗獼猴桃玫瑰果醋醋酸發(fā)酵工藝，在釀制過程中，對(duì)發(fā)酵溫度、初始pH值、初始酒精度等因素對(duì)果醋酸度的影響進(jìn)行分析。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)軟棗獼猴桃玫瑰果醋釀造條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過響應(yīng)面分析，所得數(shù)據(jù)表明，各因素對(duì)結(jié)果的影響依次為發(fā)酵溫度A＞初始酒精度C＞初始pH值B。最佳醋酸發(fā)酵工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度32℃，初始pH值3.4，初始酒精度7%vol。在此條件下制得果醋酸度的平均值為5.39 g/100 mL。通過建立回歸模型方程、驗(yàn)證試驗(yàn)表明該模型合理、可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

［1］劉長江，金月婷.軟棗獼猴桃果醋釀制及調(diào)配技術(shù)研究［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，45（5）：629-632.

［2］徐佳，高萌.桑葚果醋發(fā)酵條件的優(yōu)化［J］.中國釀造，2015，34（8）：160-163.

［3］劉青娥，鐘仙龍.柑桔果醋釀造用菌種分離及其生產(chǎn)性能測(cè)定［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（20）：80-85.

［4］朱暢，李偉.龍葵果醋飲料的研制［J］.食品研究與開發(fā)，2015，36（21）：86-89.

［5］牛廣財(cái)，嚴(yán)寶冬，朱丹，等.響應(yīng)面法優(yōu)化黑加侖果醋的發(fā)酵條件［J］.食品科學(xué)，2012，33（1）：157-161.

［6］王宇鴻，雷湘蘭，梁青.番木瓜芒果復(fù)合發(fā)酵果醋工藝研究［J］.中國釀造，2013，32（10）：142-145.

［7］韓瑨烜，程衛(wèi)東，田洪磊，等.混合發(fā)酵法制備高酸海棠果果醋的工藝研究［J］.食品工業(yè)，2015（8）：45-50.

［8］李加興，孫金玉，陳雙平，等.獼猴桃果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化及質(zhì)量分析［J］.食品科學(xué)，2011，32（24）：306-310.

［9］王毅，劉學(xué)文，伍學(xué)明.檸檬果醋醋酸發(fā)酵工藝的研究［J］.食品研究與開發(fā)，2011，32（1）：75-78.

［10］杜國豐，朱寶偉，吳美毅，等.蘆薈蘋果保健醋飲料的研制［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（31）：196-199.

［11］唐曉璇，王成忠，李守衛(wèi)，等.靈芝醋飲料制備工藝的研究［J］.食品工業(yè)，2015（36）：141-145.

［12］徐妍.黑穗醋栗果醋發(fā)酵工藝研究及營養(yǎng)成分分析［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文，2012.

［13］吳婧婧，梁貴秋，陸春霞，等.響應(yīng)面法對(duì)桑果醋發(fā)酵工藝的優(yōu)化［J］.南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，45（3）：278-284.

［14］王鵬，張亞南，王璐，等.響應(yīng)面法優(yōu)化干制無花果果醋發(fā)酵工藝的研究［J］.中國釀造，2015，34（11）：122-125.

［15］賀小賢，趙會(huì)芳，孫福林，等.杏果醋液態(tài)深層發(fā)酵工藝優(yōu)化［J］.食品科技，2012，37（2）：278-282.

Optimization of fermentation conditions of Actinidia arguta and Rosa rugosa vinegar by response surfave methodology

ZHONG Bao，LI Fenglin，ZHANG Chuanjun
（School of Food Technology，College of Jilin Agricultural Science and Technology，Jilin 132101，China）

UsingActinidia argutaandRosa rugosaas main raw material，fruit vinegar was produced.Based on the single factor experiments results， the fermentation condition of the vinegar was optimized by response surface methodology.Using Design-Expert 8.0.6 analysis，the results showed that the optimal fermentation condition was temperature 32℃，initial pH 3.4，initial alcohol content 7%vol，and the maximum acetic acid concentration of the product was 5.39 g/100 ml.Multivariate regression analysis showed that the three factors all showed significant effect on the regression model，which could be used for practical prediction.

Actinidia arguta；Rosa rugosa；fruit vinegar；response surface methodology；optimization

TS255.47

0254-5071（2016）02-0088-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.02.020

2015-11-16

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院校級(jí)青年基金（吉農(nóng)院合字【2014】第205號(hào)）

鐘寶（1987-），男，助教，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。