香蕉復合果醋醋酸菌種的固定化條件及生產工藝研究

陳智理，楊昌鵬，趙永峰，韋璐，時米，彭玉姣

（1.廣西農業職業技術學院，廣西南寧530007；2.南寧海關技術中心，廣西南寧530021）

香蕉是我國南方的重要熱帶水果，也是我國的大宗優勢特色農產品。據文獻統計顯示，2017年我國香蕉產量達1 250萬噸[1]；果醋是一類兼具調味和飲用功能的新興食品，是以水果及其附屬產品為主要原料，利用現代酶技術以及酒精-醋酸二次發酵技術釀造，最后經陳釀調配而成[2]。發酵型果醋風味獨特，酸甜適中，有降血壓、降膽固醇，解除疲勞，補充能量，減肥美容等功效[3]，深受消費者的歡迎。西番蓮和龍眼也是常見的熱帶水果，若二者與香蕉原料一同進行發酵釀造復合果醋，可利用西番蓮中天然的有機酸能抑制香蕉醋的酶促褐變，同時還有利于豐富香蕉醋的營養成分、改進香蕉醋的色澤，富有熱帶水果風味。

固定化菌種可以克服發酵中菌種與產品分離困難、易流失等問題，且具有反應快、生長迅速、可連續使用、產物分離方便等優點。玉米芯、絲瓜絡、甘蔗渣、紅棗等天然食材具有半木質化纖維，纖維交織后呈多孔性，吸附能力強，對生物無毒性，傳質性能好，反應條件溫和，可吸附醋酸菌為其提供繁殖生長，可作為果醋發酵的固定化載體。

目前，利用固定化菌種發酵生產金柑果醋[4]、藍莓果醋[5]、冬果梨果醋[6]等其他單一水果原料進行發酵釀造果醋的一些技術研發已有報道，但利用固定化菌種發酵生產香蕉復合果醋的研究尚未見報道。本研究探討香蕉果醋醋酸菌種的固定化條件及利用固定化醋酸菌種發酵生產香蕉復合果醋的生產工藝條件，為食品工業上生產香蕉復合果醋提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗原料

新鮮香蕉、西番蓮、龍眼、玉米芯、絲瓜絡、甘蔗渣、紅棗：市售。

1.1.2 菌種和試劑

果膠酶（酶活力＞50 U/mg）：南寧東南恒華道生物科技有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；醋酸菌（滬釀1.01號）：上海佳民釀造食品有限公司。

1.1.3 主要儀器

ME204T型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TM-767III型攪拌機：中山市海盤電器有限公司；800B型臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；HH-S型數顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇實驗儀器有限公司；pHS-3C型酸度計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 分析測定方法

1）總酸測定：參照GB 5009.239-2016《食品中總酸的測定中的酸堿滴定》；

2）酒精含量的測定：參照GB 5009.225-2016《酒中乙醇濃度的測定中的酒精計法》；

3）總糖的測定：參照GB 5009.8-2016《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》。按Q/SBRY 0018S-2018中的感官要求進行品評，滿分100分。其中色澤30分，滋味40分，香氣30分。

1.2.2 固定化醋酸菌的制備

取一定量的干醋酸菌，用少量純水溶解活化→加入不同固定化材料（玉米芯、絲瓜絡、甘蔗渣、紅棗）平衡固化24 h，固定化醋酸菌。

1.2.3 香蕉復合果醋的工藝流程

香蕉、西番蓮和龍眼→脫皮→果肉按8∶1∶1的質量比混合→添加果膠酶液混合打漿→酶解→離心分離→果汁糖度調整→加酵母（經活化）→酒精發酵→粗濾去渣→加入固定化醋酸菌→醋酸發酵→陳釀→過濾→殺菌→灌裝→成品→果醋品質分析檢測。

1.2.4 不同有機載體固定化材料對復合果醋的品質影響

在相同的酒精度及酸度的發酵液中，加入玉米芯、絲瓜絡、甘蔗渣和紅棗作為載體的固定化醋酸菌種，重復發酵4次，考察固定化菌種的完好程度及對果醋品質的影響。

1.2.5 初始酒精度對固定化醋酸發酵的影響

將經過酒精發酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，設定酒體的初始酒精度為6、7、8、9、10°加入固定化醋酸菌種，測定不同初始酒精度條件下對醋體總酸含量的影響。

1.2.6 發酵時間對固定化醋酸發酵的影響

將經過酒精發酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌種，將發酵溫度分別設定為30℃進行醋酸發酵8 d，每天測定總酸度含量。測定不同發酵時間下總酸含量的變化情況。

1.2.7 發酵溫度對固定化醋酸發酵的影響

將經過酒精發酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，加入固定化醋酸菌種，將發酵溫度分別設定為 20、25、30、35、40 ℃進行醋酸發酵 8 d。測定不同發酵溫度下總酸含量的變化情況。

1.2.8 初始pH值對固定化醋酸發酵的影響

將經過酒精發酵后的初始酒體按60%的裝瓶量裝入玻璃瓶中，分別將pH值調到2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，接入醋酸菌種在發酵溫度30℃的條件下發酵8 d。測定不同初始pH值下醋體總酸含量的變化情況。

1.2.9 正交試驗

在以上單因素試驗的基礎上，以發酵后醋體的總酸度為指標，利用正交設計軟件取初始酒精度、發酵溫度、發酵時間、初始pH值4因素3水平進行L9（34）正交試驗，對固定化菌種發酵香蕉復合果醋的生產工藝條件進行優化，確定最佳生產工藝。

表1 正交試驗因素與水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

2 結果與分析

2.1 不同有機載體固定化材料對復合果醋的品質影響

2.1.1 不同有機載體固定化材料對復合果醋的感官品質影響

不同有機載體固定化材料對復合果醋的感官品質影響結果見表2。

表2 固定化載體對果醋感官品質的影響Table 2 Effects of immobilized material on the quality of vinegar

由表2可知，經過游離醋酸菌、以絲瓜絡為載體的固定化菌種發酵的果醋為棕黃色，以紅棗為載體的固定化菌種發酵的果醋為紅棕色，以玉米芯和甘蔗渣為載體的固定化菌種發酵的果醋的顏色為淺黃色。加入以玉米芯和甘蔗渣為載體的固定化菌種發酵的果醋香氣濃，加入以玉米芯和絲瓜絡為載體的固定化菌種發酵的果醋口感佳。

2.1.2 固定化菌種的完好程度及發酵力的變化

固定化菌種的完好程度及發酵力的變化結果見表3。

由表3可知，一酵結束后，5種載體固定化菌種都完好，但二次重復發酵結束后，以紅棗為載體的固定化菌種開始溶解。三酵結束后，以甘蔗渣和紅棗為載體的固定化菌種已經離散和溶解。從產酸率和酒精殘留量來看，固定化菌種的產酸量均高于游離醋酸菌種。其中，以玉米芯做為醋酸菌固定化載體所發酵的香蕉果醋酸度最高，酒精殘留量最少，而且經過4次重復發酵后外觀完好。

表3 固定化醋酸菌種的完好程度及發酵力的變化表Table 3 Intact degree and fermentation ability of immobilized acetic acid bacteria

綜合固定化載體對果醋感官品質的影響，最后確定選擇玉米芯做為香蕉復合果醋的醋酸菌固定化載體。與何炯靈[7]研究的獼猴桃酒固定化醋酸菌種固定化載體相同。

2.2 初始酒精度對果醋總酸度的影響

初始酒精度對固定化醋酸發酵的影響結果見圖1。

圖1 初始酒精度對果醋總酸度的影響Fig.1 Effect of initial alcohol on total acidity of fruit vinegar

由圖1可知，酒精濃度對醋酸菌生長有極大的影響。隨著酒精濃度的增大，產酸量呈逐漸上升的趨勢。當酒精濃度為8°時，產酸量到達最高，隨后下降。由此可知固定化醋酸菌種生產香蕉復合果醋發酵的最佳酒精濃度為8°左右。與香蕉山楂復合果醋[8]、金桔果醋[4]的最佳發酵酒精度8°相同。

2.3 發酵時間對醋酸菌發酵的影響

發酵時間對固定化醋酸發酵的影響結果見圖2。

圖2 發酵時間對果醋總酸度的影響Fig.2 Effect of fermentation time on total acidity of fruit vinegar

由圖2可知，隨著時間的增加，產酸量呈逐漸上升的趨勢。當時間為6 d的時候，果醋的產酸量達到最高，隨后呈平行趨勢。由此可知固定化醋酸菌種生產香蕉復合果醋發酵的最佳時間為6 d，與沙棘果醋[9]的最佳發酵時間6 d相同。

2.4 發酵溫度對果醋總酸度的影響

發酵溫度對果醋總酸度影響結果見圖3。

圖3 發酵溫度對果醋總酸度的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on total acidity of fruit vinegar

由圖3可知，溫度對醋酸菌發酵有較大的影響，在溫度低于30℃時，產酸量隨著溫度的增加而增加，在30℃時果醋的產酸量達到最高，隨后呈逐漸下降的趨勢。由此可知固定化醋酸菌種生產香蕉復合果醋發酵的最佳溫度在30℃左右。與火龍果、木瓜復合果醋[10]、蘋果胡蘿卜復合果醋[11]的發酵溫度30℃相同，與香蕉山楂復合果醋[8]的發酵溫度32℃相似。

2.5 pH值對醋酸菌發酵的影響

pH值對對醋酸菌發酵的影響結果見圖4。

圖4 pH值對果醋總酸度的影響Fig.4 Effect of pH on total acidity of fruit vinegar

由圖4可知，當pH值為3.5時，果醋的產酸量達到最高，隨后呈逐漸下降的趨勢。由此可知固定化醋酸菌種生產香蕉復合果醋發酵的最佳pH值為3.5左右。與胡蘿卜蘋果復合果醋[12]的最佳pH值3.5相同。

2.6 正交試驗

香蕉果醋的最佳發酵工藝L9（34）正交試驗結果正交試驗結果見表4。

表4 香蕉果醋的最佳發酵工藝L9（34）正交試驗結果正交試驗結果Table 4 The results of the orthogonal test of the optimal conditions of fermentation banana vinegar

由表4可知，影響香蕉復合果醋產品品質的因素主次順序為：A＞C＞D＞B，即初始酒精度對香蕉復合果醋的品質影響最大，其次是發酵溫度和初始pH值，發酵時間對香蕉復合果醋總酸度的影響較小。最佳試驗組合為A2B1C3D2，即初始酒精度8°、發酵時間為6 d、發酵溫度35℃、初始pH值3.5。為驗證該工藝條件是否最佳，特進行3次平行試驗，結果表明，在此最佳工藝條件下的香蕉復合果醋總酸量可達5.05%，高于正交試驗中的任何一組。

3 結論

以玉米芯為醋酸菌固定化材料生產的香蕉果醋品質最好，其發酵后酒精度殘留低、可重復利用4次；固定化醋酸菌種發酵生產香蕉、西番蓮復合果醋的最佳工藝條件為：初始酒精度8°，發酵溫度35℃，發酵時間為6 d，pH值為3.5。在最佳工藝條件下生產的復合果醋醋體的總酸度達到最大值5.05%。果醋色澤鮮亮、果香濃郁、酸味柔和，具有典型的香蕉、西番蓮等熱帶水果風味。