液態發酵甘蔗醋飲料的研制

李一，黃婷婷，李凱，2，鄧立高*，李紅，陳松蔚

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，南寧 530004；2.廣西蔗糖產業協同創新中心，南寧 530004）

液態發酵甘蔗醋飲料的研制

李一1，黃婷婷1，李凱1，2，鄧立高1*，李紅1，陳松蔚1

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，南寧 530004；2.廣西蔗糖產業協同創新中心，南寧 530004）

以甘蔗汁為原料，探究了液態發酵的最優生產條件和甘蔗醋飲料的生產方法，通過單因素和正交試驗優化了酒精發酵和醋酸液態發酵的生產工藝。結果表明：酒精發酵的工藝參數為糖度18%，溫度28℃，接種量3%，p H值4.5。以這種組合進行酒精發酵3天，酒精度達到9.5%（V／V）。醋酸液態發酵的最優條件為酒精度7%（V／V），接種量10%，裝液量75 m L，溫度32℃。以這種組合進行醋酸發酵5天，總酸含量達到4.86 g／d L。

甘蔗汁；酒精發酵；醋酸液態發酵；甘蔗醋

甘蔗汁清爽甘甜，富含人體尤其是女性容易缺乏的微量元素鐵，因此甘蔗常被人們稱作“補血果”和“鐵桿莊稼”，是女性人群補血的佳品。中醫認為：甘蔗性寒味甘，入肺、胃二經，能助脾和中、消痰鎮咳、治噎止嘔，為清熱、生津、潤燥、滋養之佳品，適用于低血糖、心功能不全、口干舌燥、咽喉腫痛、虛熱咳嗽、高燒煩渴、反胃嘔吐等病癥［1］。甘蔗汁水分含量高，糖分豐富，香氣清新，經過發酵后制備成果醋飲料，不僅拓展了甘蔗產品路線，增加了果醋飲料的品種，更重要的是果醋飲料是保健型飲料，賦予了甘蔗汁更高的營養保健價值，符合人們養生保健的健康理念［2］。

果醋，兼具水果和食醋的營養保健性能。明朝李時珍在《本草綱目》中載：“醋，消腫痛，散水氣，殺邪毒［3］。”果醋含有豐富的鉀、鈣、鈉、鎂等礦物質元素，在胃內代謝后呈堿性，能調節組織細胞的酸堿平衡，減少因血液酸化誘發的動脈硬化、高血糖、高血脂及高尿酸等多種疾病［4－8］，此外，果醋還有減肥瘦身的作用。

從20世紀80年代開始，果醋飲料逐漸實現商業化發展，到90年代，已經風靡歐美、日本等發達國家。英國的蘋果醋產量占食醋總量的10%，年產量達到0.1億升［9］；甘蔗果醋釀制工藝已有報道，但報道的甘蔗果醋釀制工藝仍不完善，具有發酵時間短則得率低、得率較高但發酵時間過長等缺點，因此探索發酵時間短且得率高的甘蔗果醋釀制工藝十分有意義。

1 材料與方法

1.1 原料與菌種

甘蔗汁：廣西明陽糖廠；白砂糖：市售；釀酒酵母（菌號GIM2.74）、醋酸桿菌（菌號AS1.41）：購于廣東微生物研究所菌種保藏中心。

1.2 儀器與設備

HH-B11型電熱恒溫培養箱 上海躍進醫療器械廠；YX-280D型YX系列手提式壓力蒸汽滅菌鍋 江陰濱江醫療設備有限公司；BSD-YX2400型智能精密搖床 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；PHS-3C型p H計 上海科研；WAY-2S型數字阿貝折光儀；SHY-100A型水浴恒溫培養搖床 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.3 分析檢測方法

總酸測定：GB／T 12456－2008［10］；還原糖測定：GB／T 5009.7－2016［11］；可溶性固形物測定：折光法；乙醇測定：GB／T 10345－2007［12］，酒精計法；菌落總數測定：GB 4789.2－2016［13］，平板計數法；大腸菌群測定：GB 4789.3－2010［14］，平板計數法；沙門氏菌檢驗：GB 4789.4－2016［15］；志賀氏菌檢驗：GB 4789.5－2012［16］；金黃色葡萄球菌檢驗：GB 4789.10－2016［17］。

1.4 操作要點

1.4.1 菌種的制備

1.4.1.1 酵母菌培養基

活化培養基：麥芽汁培養基；斜面培養基：麥芽汁瓊脂培養基；種子培養基：滅菌后的甘蔗汁。

1.4.1.2 醋酸桿菌培養基

醋酸桿菌活化培養基：葡萄糖10 g，酵母膏10 g，碳酸鈣15 g，無水乙醇20 m L，不必調p H，無水乙醇在培養基滅菌后冷卻至50～60℃加入。

醋酸桿菌斜面培養基：葡萄糖10 g，酵母膏10 g，碳酸鈣15 g，無水乙醇20 m L，瓊脂20 g，不必調p H，無水乙醇在培養基滅菌后冷卻至50～60℃加入。

一級種子培養基：甘蔗汁在121℃高壓滅菌30 min，冷卻至50～60℃后加入2%無水乙醇。

二級種子培養基：甘蔗汁在121℃高壓滅菌30 min，冷卻至50～60℃后加入3%無水乙醇。

發酵培養基：巴氏消毒后酒精度為5°的甘蔗果酒。

1.4.2 發酵前甘蔗汁成分調整

用阿貝折光儀測定甘蔗汁的可溶性固形物含量，根據讀數利用白砂糖調整糖度；利用檸檬酸和碳酸鈣調整p H值，以探索酒精發酵的較優工藝。

1.4.3 發酵前甘蔗果酒成分調整

用酒精計測定甘蔗果酒的酒精度，利用濃度稀釋公式用無菌水將甘蔗果酒稀釋到所需要的酒精度；用阿貝折光儀和白砂糖調整甘蔗果酒的可溶性固形物；用檸檬酸和碳酸鈣調整甘蔗果酒的p H值。

1.4.4 滅菌

用250 m L的錐形瓶裝入甘蔗果酒100 m L，塞上棉塞并用牛皮紙包好，在65℃左右的水浴鍋中恒溫30 min。

2 結果與分析

2.1 酒精發酵

2.1.1 酒精發酵單因素變量選擇

以酒精度為考察指標，通過對酒精發酵過程中的4個影響因素（糖度、溫度、接種量和p H值）進行單因素分析，結果見圖1。

圖1 糖度、溫度、接種量和p H對酒精度的影響Fig.1 Effects of sugar content，temperature，inoculation amount，p H on alcohol content

綜合考慮酒精度和可溶性固形物殘留，通過單因素試驗得出：甘蔗汁酒精發酵在糖度18%、溫度28℃、接種量3%以及p H值4.5水平下發酵效果較好。

2.1.2 酒精發酵正交試驗條件優化

在單因素試驗的基礎上，為了確定甘蔗汁酒精發酵最佳工藝條件，本試驗以酒精度為指標，對糖度（A）、溫度（B）、接種量（C）、p H值（D）進行四因素三水平正交試驗，表頭按照L9（34）正交表設計，見表1。正交試驗結果見表2。

表1 甘蔗汁酒精發酵正交試驗設計Table 1 Orthogonal test design for alcohol fermentation of sugarcane juice

表2 酒精發酵正交試驗結果Table 2 Orthogonal test results for alcohol fermentation of sugarcane juice

由表2可知，影響甘蔗汁酒精發酵效果的主次因素依次是RA＞RB＞RC＞RD，即糖度＞溫度＞接種量＞p H值，其中糖度對酒精發酵的影響最大，在一定范圍內，糖度的高低直接影響了酒精度的高低。在正交表中通過對K值的比較，可以得出試驗最佳組合是A3B3C2D2，即糖度為18%、溫度為28℃、接種量為3%以及p H值為4.5。

2.1.3 酒精發酵最佳工藝驗證試驗

由于得出的最佳組合A3B3C2D2沒有包括在9個正交試驗中，為了使結論嚴謹，將正交表中最佳組合A3B3C2D1和試驗最佳組合A3B3C2D2做了驗證試驗，以酒精度為指標，試驗結果見表3。

表3 驗證試驗結果Table 3 Results of verification test

由表3可知，試驗最佳組合工藝產的酒精含量比正交表中最佳組合工藝產的酒精含量要高，因此甘蔗汁酒精發酵最佳工藝組合應該是A3B3C2D2，即糖度為18%、溫度為28℃、接種量為3%以及p H值為4.5。以這種組合進行酒精發酵3天，酒精度達到9.5%（V／V），發酵效果良好。

2.2 醋酸液態發酵

2.2.1 醋酸液態發酵單因素變量選擇

以總酸含量為考察指標，通過對醋酸液態發酵過程中的6個影響因素（糖度、p H、酒精度、接種量、裝液量和溫度）進行單因素分析，結果見圖2。

圖2 糖度、p H、酒精度、接種量、裝液量和溫度對總酸含量的影響Fig.2 Effects of sugar content，p H value，alcohol content，inoculation amount，liquid volume and temperature on total acids content

綜合考慮總酸含量和成本，通過單因素試驗得出：醋酸液態發酵在糖度5.5%、p H值5.5、酒精度7%（V／V）、接種量10%、裝液量75 m L以及溫度32℃水平下發酵效果較好。

2.2.2 醋酸液態發酵正交試驗條件優化

根據單因素得到的結果，以總酸（以乙酸計）為指標，進一步選取酒精度（A）、接種量（B）、裝液量（C）、溫度（D）進行四因素三水平正交試驗，表頭按照L9（34）正交表設計，見表4，正交試驗結果見表5。

表4 醋酸液態發酵正交試驗設計Table 4 Orthogonal test design for acetic acid fermentation of sugarcane juice

表5 醋酸液態發酵正交試驗結果Table 5 Orthogonal test results for acetic acid fermentation of sugarcane juice

由表5可知，影響醋酸液態發酵效果的主次因素依次是RA＞RC＞RD＞RB，其中酒精度對醋酸發酵的影響最大，在一定范圍內，酒精度的高低直接決定了總酸含量的多少。在正交表中通過對K值的比較，可以得出最佳組合是A2B2C2D2，即酒精度為7%（V／V）、接種量為10%、裝液量為75 m L、溫度為32℃。

2.2.3 醋酸液態發酵最佳工藝驗證試驗

由于從試驗中得出的最佳組合A2B2C2D2沒有包括在9個正交試驗中，為了使結論嚴謹，將正交表中的最佳組合A2B3C1D2和試驗最佳組合A2B2C2D2做了驗證試驗，以總酸含量為指標，試驗結果見表6。

表6 驗證試驗結果Table 6 Results of verification test

由表6可知，試驗最佳組合工藝產的醋酸含量比正交表中最佳組合工藝產的醋酸含量要高，因此，甘蔗汁醋酸發酵最佳工藝組合應該是A2B2C2D2，即酒精度為7%（V／V）、接種量為10%、裝液量為75 m L、溫度為32℃。以這種組合進行醋酸發酵5天，總酸含量達到4.86 g／d L。

2.3 甘蔗醋質量評價

甘蔗醋的品質評價以及理化衛生測定結果見表7～表9。

表7 甘蔗醋感官評價結果Table 7 Sensory evaluation results of sugarcane vinegar

表8 甘蔗醋理化指標檢測結果Table 8 Physical and chemical indicators testing results of sugarcane vinegar

表9 甘蔗醋微生物指標檢測結果Table 9 Microbiological indicators testing results of sugarcane vinegar

我國果醋飲料目前發展尚不完善，除了蘋果醋飲料有可遵循的國家標準GB／T 30884－2014外，其他的果醋飲料標準尚未出臺。本試驗釀制的甘蔗果醋的感官品質、理化指標以及微生物指標能達到釀造食醋的國家質量標準GB 18187－2000和GB 2719－2003。

3 結論

本文通過兩步發酵的單因素與正交試驗探究，得出在酒精發酵中，影響發酵工藝的主次因素依次是糖度、溫度、接種量以及p H值，同時得到試驗最佳組合是A3B3C2D2，即糖度18%、溫度28℃、接種量3%和p H值4.5，酒精發酵3天后，酒精度達到9.5%（V／V）。在醋酸液態發酵中，影響發酵工藝的主次因素依次是酒精度、裝液量、溫度以及接種量，同時得到試驗最佳組合A2B2C2D2，即酒精度7%（V／V）、接種量10%、裝液量75 m L以及溫度32℃，醋酸發酵5天后，總酸含量達到4.86 g／d L。通過對甘蔗果醋進行感官評價和各項指標的測定得出：甘蔗果醋的感官品質、理化指標以及微生物指標能達到釀造食醋的國家質量標準GB 18187－2000和GB 2719－2003。

［1］蘇娟.冬令佳果甘蔗［J］.中國果菜，2014，34（11）：32-33.

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［11］GB／T 5009.7－2016，食品中還原糖的測定［S］.

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［13］GB 4789.2－2016，食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定［S］.

［14］GB 4789.3－2010，食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群測定［S］.

［15］GB 4789.4－2016，食品安全國家標準食品微生物學檢驗沙門氏菌檢驗［S］.

［16］GB 4789.5－2012，食品安全國家標準食品微生物學檢驗志賀氏菌檢驗［S］.

［17］GB 4789.10－2016，食品安全國家標準食品微生物學檢驗金黃色葡萄球菌檢驗［S］.

Preparation of Sugarcane Vinegar Beverage by Liquid Fermentation

LI Yi1，HUANG Ting-ting1，LI Kai1，2，DENG Li-gao1*，LI Hong1，CHEN Song-wei1
（1.Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，China；2.Collaborative Innovation Center of Guangxi Sugar Industry，Nanning 530004，China）

In this paper，the optimum production conditions of liquid fermentation and the production methods of sugarcane vinegar beverage are explored by using sugarcane juice as raw material.The production process of alcohol fermentation and liquid acetic acid fermentation is optimized by single factor and orthogonal experiments.The results show that the technological parameters of alcohol fermentation are as follows：sugar content is 18%，temperature is 28℃，inoculation amount is 3%，p H value is 4.5.In this combination，the alcohol is fermented for 3 days and the alcohol content is 9.5%（V／V）.The optimal conditions for acetic acid fermentation are as follows：alcohol content is 7%（V／V），inoculation amount is 10%，liquid volume is 75 m L，temperature is 32℃.In this combination，acetic acid is fermented for 5 days，and the total acid content reaches 4.86 g／d L.

sugarcane juice；alcohol fermentation；liquid acetic acid fermentation；sugarcane vinegar

TS201.5

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.018

1000-9973（2017）10-0083-06

2017－04－16 *通訊作者

廣西科學研究技術開發計劃項目（桂科AB16380283）；廣西科學研究技術開發計劃項目（桂科AB16380011）

李一（1991－），男，碩士，研究方向：制糖副產物的綜合利用；鄧立高（1974－），男，高級工程師，研究方向：制糖過程強化。