桑椹果醋的液態發酵工藝

范作卿，李公存，施新琴，王娜，朱琳，郭光*

(1.山東省蠶業研究所，山東 煙臺 264002； 2.煙臺市農業科學研究院，山東 煙臺 264002)

桑椹(FructusMori)又名桑果、桑棗、桑子、桑實等，果肉多汁，滋味甘美，是水果中的珍品，有“中華果王”之美譽。桑椹含有豐富的有機酸、游離氨基酸、多種維生素及微量元素等[1-2]，不僅具有極高的營養價值，而且具有固氣益腎、烏發明目、安神、解酒毒、降三高等功效[3-5]，1993年被衛生部列為藥食同源農產品之一。

果醋是新一代健康飲品，果醋與傳統米醋工藝區別較大，傳統米醋是以谷物為原料，通過固態發酵法生產以調味為目的的食用醋，果醋是以水果或果品加工下腳料為主要原料，利用現代生物技術釀制而成的一種營養豐富、風味優良的健康飲品。它兼有水果和食醋的營養保健功能，是集營養、保健、食療等功能為一體的新型飲料[6-7]。果醋品類眾多，現研究開發的果醋主要有蘋果醋[8]、芒果醋[9]、獼猴桃果醋[10]等。

桑椹醋分為配制型桑椹醋和發酵型桑椹醋。王艷麗等[11]對以桑椹、大棗、枸杞等水果及食用醋為主要原料，通過單因素及正交試驗對配制型桑椹醋生產工藝進行了研究。發酵型桑椹果醋的工藝研究主要有山東省葡萄研究院采用液體深層發酵法，經酵母、紅曲霉及醋酸菌發酵釀制保健型桑椹紅曲果醋[12]。Wang等[13]以響應面法優化了桑椹果醋的發酵工藝中初始乙醇體積分數、接種量和轉速等因素。通過前期研究發現，桑椹果醋的醋酸發酵工藝受不同的酒精濃度、接種量、通氣量、發酵溫度等因素條件的交叉影響。本研究通過對以上4個因素的單因素分析，利用正交試驗優化了桑椹果醋的醋酸液態發酵工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

桑椹原料品種為大十，2019年6月采于山東省蠶業研究所果桑資源圃。酒精發酵過程發酵菌種為BV818葡萄酒活性干酵母(安琪酵母股份有限公司)。醋酸發酵過程發酵菌種為DBSFL果醋菌(煙臺帝伯仕自釀機有限公司)。主要儀器有ACO-001增氧泵(森森集團股份有限公司)、ME204分析天平(METTLER TOLEDO)、H2200R冷凍離心機(長沙湘儀離心機儀器有限公司)、PHS-25C臺式酸度計。

1.2 方法

1.2.1 酒精濃度與產酸量變化

本醋酸發酵是在桑椹汁酒精發酵工藝[14-15]的基礎上進行調配，以初始酒精濃度為8%的桑椹發酵汁，在36 ℃條件下接種醋酸菌進行發酵，通氣量0.02 m3·h-1，每日檢測發酵液中總酸及酒精濃度，并繪制酒精濃度與產酸量變化規律曲線。

1.2.2 工藝優化正交試驗

由于桑椹果醋在醋酸發酵工藝同時受不同的酒精含量、接種量、通氣量、發酵溫度等因素條件的交叉影響，因此，采用單因素試驗和正交試驗進行工藝條件的優化。根據前期的探索試驗，桑椹發酵汁酒精濃度分別選用4%、6%、8%、10%、12%等不同初始濃度，醋酸菌接種量分別選用0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%，分別按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通氣量通入凈化空氣，發酵溫度分別控制在30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃、38 ℃的條件下進行發酵。

2 結果與分析

2.1 酒精濃度與產酸量變化規律

由圖1可以看出，醋酸酸度和酒精濃度呈負相關趨勢，隨著醋酸發酵的進行，發酵液中的酒精逐漸轉化為醋酸，在發酵的第7天基本轉化完畢，標志著醋酸發酵的結束。

圖1 酒精濃度隨時間的產酸量變化規律

2.2 單因素試驗

2.2.1 不同酒精濃度對桑椹醋酸發酵的影響

酒精初始濃度為4%、6%、8%、10%、12%，桑椹發酵汁在35 ℃條件下，分別接種0.8%醋酸菌液發酵7 d，通風量為0.02 m3·h-1，每日檢測發酵液中總酸含量并記錄，繪制不同初始酒精含量與產酸量變化規律曲線。圖2顯示，當初始酒精濃度低于10%時，桑椹醋的產酸量與初始酒精濃度呈正相關，但高于10%時，高濃度的酒精對醋酸菌的繁殖起到抑制作用。因此，選用6%、8%、10%三個酒精濃度水平進行正交試驗。

圖2 酒精濃度對桑椹醋酸發酵的影響

2.2.2 不同接種量對桑椹果醋發酵的影響

以初始酒精濃度為8%的桑椹發酵汁，在35 ℃下分別接種0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%醋酸菌，發酵7 d，通風量為0.02 m3·h-1，每日檢測發酵液中總酸含量，繪制不同接種量與產酸量變化規律曲線，圖3顯示，發酵至第7天，隨著接種量的增大，醋酸的生成量在增多；但當接種量大于1.0%時，對最終的含酸量影響不大。考慮經濟因素及減少污染菌的機會，選用0.8%、1.0%、1.2%三個水平進行正交試驗。

圖3 接種量對桑椹果醋發酵的影響

2.2.3 不同通氣量對醋酸發酵的影響

以初始酒精濃度為8%的桑椹發酵汁，在35 ℃下分別按0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 m3·h-1的通氣量通入凈化空氣，接種0.8%醋酸菌，發酵7 d，每日檢測發酵液中總酸含量，并繪制不同通風量與產酸量變化規律曲線。圖4顯示，隨著凈化空氣的通入，產酸量明顯上升，醋酸菌將空氣中的氧氣與酒精轉化為醋酸，從而提高了總酸含量；當通氣量高于0.04 m3·h-1時，通入氧氣量達到飽合，總酸量也達到最高，考慮經濟因素及減少污染菌的機會，選用0.02、0.03、0.04 m3·h-1三個水平進行正交試驗。

圖4 通氣量對醋酸發酵的影響

2.2.4 不同發酵溫度對醋酸發酵的影響

由圖5可以看出，桑椹果醋發酵明顯受到溫度的影響。從發酵第1～7天，在低于36 ℃條件下，醋酸菌的生長繁殖隨著溫度的上升而增加，發酵產酸能力增強，至第7天基本發酵完畢，產酸量趨于穩定；而高于36 ℃時，隨溫度的升高產酸量反而下降，說明當溫度過高或過低時，由于醋酸菌的生長代謝開始受阻，從而影響產酸量。由此可知，醋酸菌發酵產酸的最適溫度在34～38 ℃，在此范圍內醋酸菌產酸量最高可達58.1 g·L-1。

圖5 發酵溫度對醋酸發酵的影響

2.3 正交試驗

由于桑椹果醋的醋酸發酵工藝受不同的酒精濃度(A)、接種量(B)、通氣量(C)和發酵溫度(D)等因素的交叉影響，因此，在進行上述單因素試驗后，設計3水平4因素的正交試驗，即以A、B、C、D 4項因素進行L9(34)正交試驗。

由表1可知，根據極值大小，4因素的影響排列順序為A>B>C>D，即初始酒精濃度> 接種量> 通氣量>發酵溫度。根據以上試驗結果中比較每列因素中的極值大小，分析可以得出，桑椹果醋優化最佳發酵組合為A2B3C2D3，即初始發酵酒精濃度為8%，接種醋酸菌種量為發酵液量的1.2%，通氣量為0.03 m3·h-1，發酵溫度為38 ℃。在此確定的最優組合工藝條件下進行發酵能力測試。

表1 正交試驗設計及結果

2.4 最佳工藝參數

在上述優化出的最佳工藝條件下，檢測桑椹果醋發酵產品感觀特性評價與理化指標。

感觀特性:色澤鮮亮、清澈、透明、有光感；香氣醋香濃郁、協調、有典型的桑椹果香；滋味口感柔和、無異味；體態澄清、無異物、無懸浮物及沉淀。

理化指標:總酸(以乙酸計)≥56.0 g·L-1；還原糖(以葡萄糖計)4.0 g·L-1；100 mL中可溶性無鹽固形物≥1.5 g。

3 小結與討論

本研究在桑椹果汁酒精發酵的基礎上，通過單因素與正交試驗，對影響桑椹果醋液態發酵的不同的酒精含量、接種量、通氣量、發酵溫度等4個因素進行優化，最終確定了桑椹果醋液態發酵法的最佳工藝條件為:初始發酵酒精濃度為8%，接種醋酸菌種量為發酵液量的1.2%，通風量為0.03 m3·h-1，發酵溫度為38 ℃，在此最優組合條件下桑椹果醋產酸能力為56.9 g·L-1。發酵成的桑椹果醋口感柔和、醋香濃郁，具有典型的桑果風味。

桑椹果醋利用自身的酸性條件可以較完整的保存桑椹中的營養成分，具有較佳的感觀特性，是一款營養價值較高的保健型健康飲品。由于其能保留桑椹的典型風味，而揮發性呈香成分與桑椹的品種有很大關系[16-17]，所以有關桑椹果醋中的揮發性呈香成分還有待于進一步分析驗證。