發(fā)酵型石榴果醋澄清劑的篩選及工藝條件優(yōu)化

韓希鳳

(天津天獅學(xué)院，天津 301700)

果醋作為一種酸性飲料或調(diào)味品，由水果及其下腳料經(jīng)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵制得，因果實(shí)中營養(yǎng)物質(zhì)種類繁多，而具有美白護(hù)膚、抗疲勞、生津止渴等多種保健功能[1-2]。隨著現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的食醋在保健作用、口感和風(fēng)味等方面已不足以滿足市場需求，果醋因兼具營養(yǎng)和保健功能而受到消費(fèi)者的青睞，我國水果資源多、分布廣，為果醋的開發(fā)提供了有利條件[3]。石榴(pomegranate)不僅含有人體所需的多種氨基酸和微量元素，還含有大量維生素、蛋白質(zhì)、碳水化合物等營養(yǎng)物質(zhì)[4]，成為近年來科研工作者研究與開發(fā)的對(duì)象，石榴果醋是其中的一種產(chǎn)品類型。但經(jīng)發(fā)酵制得的石榴果醋由于果膠等大分子物質(zhì)的存在，在加工、貯運(yùn)過程中常常產(chǎn)生沉淀而造成渾濁，對(duì)果醋的感官品質(zhì)和保質(zhì)期產(chǎn)生不利影響[5]。同時(shí)，果醋澄清度是表明其品質(zhì)高低的重要指標(biāo)之一，由此，果醋澄清在加工過程中顯得尤為重要。

本文以發(fā)酵型石榴果醋為研究對(duì)象，在前期研究的基礎(chǔ)上，利用單因素試驗(yàn)對(duì)殼聚糖、明膠、皂土3種澄清劑對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果進(jìn)行對(duì)比研究，得出適合發(fā)酵型石榴果醋澄清的澄清劑，并通過正交試驗(yàn)優(yōu)化適宜澄清劑的澄清工藝條件，以期為石榴的開發(fā)和利用提供一定的技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

陜西酸石榴：選擇表皮無損傷、色澤明亮的新鮮石榴。

明膠(食品級(jí))、殼聚糖(食品級(jí))：浙江一諾生物科技有限公司；皂土(食品級(jí))：煙臺(tái)帝伯士自釀機(jī)有限公司，脫乙酰度85%?；瘜W(xué)試劑均為分析純。

TCP2全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì) 北京奧依克光電儀器有限公司；UV2550紫外可見分光光度計(jì) 日本島津公司；2100Q 便攜式濁度儀 上海精密儀器儀表有限公司；WAY-2S型數(shù)字阿貝折光儀 上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；施都凱MJ-78A型立式全自動(dòng)高壓蒸汽滅菌鍋 上海恰森儀器有限公司。

1.2 澄清方法處理

1.2.1 發(fā)酵型石榴果醋的制備工藝流程[6]

新鮮石榴→篩選→清洗→榨汁→成分調(diào)整(含糖量為16%，pH為4)→滅菌(沸水浴15 min)→冷卻→酵母菌活化(2%蔗糖水，28 ℃，15 min)→酵母菌接種→酒精發(fā)酵→醋酸菌接種→醋酸發(fā)酵→粗濾→澄清→殺菌→成品。

1.2.2 澄清劑的配制

參照吳凱儀等[7]的方法配制。

1.2.3 發(fā)酵型石榴果醋澄清劑篩選試驗(yàn)

取粗濾后的發(fā)酵型石榴果醋25.00 mL，按照表1分別加入殼聚糖、明膠、皂土3種不同的澄清劑，混勻后，在20 ℃下靜置24 h，以4000 r/min離心15 min，取上清液，于720 nm處測(cè)定其吸光度值，用公式轉(zhuǎn)換成發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)。

表1 3種澄清劑澄清試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4 發(fā)酵型石榴果醋澄清條件的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以發(fā)酵型石榴果醋澄清度(T)為指標(biāo)，以殼聚糖用量、處理時(shí)間、溫度和pH設(shè)計(jì)四因素三水平L9(43)正交試驗(yàn)，優(yōu)化殼聚糖的澄清工藝條件，因素水平表見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表

1.3 理化指標(biāo)的檢測(cè)方法

1.3.1 澄清度(T)的測(cè)定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測(cè)，用分光光度計(jì)測(cè)定A720處的吸光度值，然后用公式轉(zhuǎn)換成透光率T=10-A720 [8-9]。

1.3.2 色度的測(cè)定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測(cè)，用分光光度計(jì)分別測(cè)定A420和A520處的吸光度值，然后用公式轉(zhuǎn)換成色度值A(chǔ)=A420+A520[10]。

1.3.3 發(fā)酵型石榴果醋濁度的測(cè)定

取澄清處理后的石榴果醋15 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液10 mL，利用濁度儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 發(fā)酵型石榴果醋色差的測(cè)定

取澄清處理后的石榴果醋5 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液待測(cè)，參照周禹含等[11]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 發(fā)酵型石榴果醋可溶性固形物的測(cè)定

取澄清處理后的石榴果醋5 mL，以4000 r/min離心15 min，取上清液，利用WAY-2S數(shù)字阿貝折光儀重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 發(fā)酵型石榴果醋澄清劑的篩選

2.1.1 明膠對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清效果的影響

明膠分散在水溶液中時(shí)會(huì)形成帶正電荷的體系，可與發(fā)酵型石榴果醋中帶負(fù)電的單寧、多酚、果膠等物質(zhì)通過靜電相互作用，聚集、絮凝而形成沉淀，使果醋得以澄清[12]。

由圖1可知，隨著明膠用量的增加，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)呈先增后降的趨勢(shì)，在明膠用量為0.6 g/L時(shí)澄清效果最佳，澄清度(T)由0.74提高至0.85，說明一定量的明膠可提高發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)，但過量的明膠會(huì)導(dǎo)致澄清效果下降，可能是由于過量的明膠在果醋中形成絮狀體或膠體懸浮液，重新導(dǎo)致了醋體渾濁[13]。因此，選擇濃度為0.6 g/L的明膠為發(fā)酵型石榴果醋的最佳用量。

圖1 明膠用量對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.2 殼聚糖對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清效果的影響

由圖2可知，隨著殼聚糖用量的增加，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先增后降，這與程浩等[14]的研究結(jié)果一致。殼聚糖用量為0.3 g/L時(shí)，果醋的澄清度(T)高達(dá)0.97，澄清效果最好，說明適量的殼聚糖可有效提高發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)。但殼聚糖用量過高則澄清效果不佳，可能與殼聚糖作為一種增稠劑，在果醋中溶解可形成相對(duì)穩(wěn)定的絮凝體系有關(guān)，即當(dāng)殼聚糖吸附能力達(dá)到平衡后，過量的殼聚糖反而造成了醋體渾濁。因此，0.3 g/L的殼聚糖用量較為合適。

圖2 殼聚糖用量對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.3 皂土對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清效果的影響

皂土由硅酸鹽薄片組成，吸收水溶脹后，形成的膠體懸浮液帶負(fù)電，致使果醋中帶正電荷的蛋白質(zhì)和單寧等物質(zhì)通過電荷中和作用絮凝沉淀，使果醋澄清[15]。由圖3可知，隨著皂土用量的增加，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先增后降，皂土用量為0.4 g/L時(shí)果醋的澄清度(T)由0.88提高至0.96，說明皂土用量適當(dāng)時(shí)，可使果醋中部分渾濁物和帶顏色物質(zhì)發(fā)生絮凝沉淀，但過量的皂土由于形成了交替懸濁液，而不利于發(fā)酵型石榴果醋的澄清。因此，0.4 g/L的皂土為適宜用量。

圖3 皂土用量對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果

2.1.4 不同澄清劑對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清效果的比較

由表3可知，殼聚糖和皂土對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果接近，都達(dá)到0.95以上，明膠的澄清效果較差，且發(fā)酵型石榴果醋澄清后的色度、色差、濁度均比未澄清的低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，使用殼聚糖澄清的果醋中的總酸、可溶性固形物均高于用皂土澄清的，因此，殼聚糖是適合發(fā)酵型石榴果醋澄清的澄清劑。

表3 發(fā)酵型石榴果醋澄清前后的比較分析

2.2 發(fā)酵型石榴果醋澄清條件的優(yōu)化

2.2.1 殼聚糖用量對(duì)澄清效果的影響

由圖4可知，在一定的處理溫度、時(shí)間和pH值條件下，殼聚糖用量在0.1～0.5 g/L范圍內(nèi)時(shí)，隨著殼聚糖用量的增加，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，當(dāng)殼聚糖的用量為0.3 g/L時(shí)，澄清效果最好，果醋的澄清度(T)達(dá)到最大值0.97，隨后隨著殼聚糖用量的增加，果醋的澄清度(T)開始下降，故殼聚糖用量為0.3 g/L較適宜。

圖4 殼聚糖用量對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的影響

2.2.2 處理溫度對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋效果的影響

由圖5可知，在一定的殼聚糖添加量、處理時(shí)間和pH值條件下，處理溫度在20～45 ℃范圍內(nèi)時(shí)，隨著處理溫度的升高，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，當(dāng)處理溫度為30 ℃時(shí)，果醋的澄清度(T)達(dá)到最大值0.97，隨著處理溫度的升高，果醋的澄清度(T)開始下降，故選取處理溫度30 ℃較適宜。

圖5 處理溫度對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋的影響

2.2.3 處理時(shí)間對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋效果的影響

由圖6可知，在一定的殼聚糖添加量、溫度和pH值條件下，處理時(shí)間在1.0～3.5 h范圍內(nèi)時(shí)，隨著處理時(shí)間的增加，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，2.5 h時(shí)果醋的澄清度(T)達(dá)到最大值0.96，隨后果醋的澄清度(T)開始下降，故選取2.5 h為適宜的處理時(shí)間。

圖6 處理時(shí)間對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋的影響

2.2.4 不同pH值對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋效果的影響

由圖7可知，在一定的殼聚糖添加量、溫度和時(shí)間條件下，pH值在3.0～5.0范圍內(nèi)時(shí)，隨著pH值升高，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度(T)先升后降，在pH值為4時(shí)達(dá)到最大值0.93，即果醋的澄清度最高。此后隨著pH值的升高，果醋的澄清度(T)開始下降，故選取pH 4較適宜。

圖7 不同pH值對(duì)殼聚糖澄清發(fā)酵型石榴果醋的影響

2.3 正交試驗(yàn)

2.3.1 正交試驗(yàn)分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以澄清度(T)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，殼聚糖用量(A)、處理溫度(B)、處理時(shí)間(C)、pH(D)為評(píng)價(jià)因素，利用L9(43)的正交表設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，優(yōu)化殼聚糖的澄清工藝條件，結(jié)果見表4；正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析見表5。

表4 發(fā)酵型石榴果醋殼聚糖澄清條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，本次試驗(yàn)的4個(gè)因素對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清度(T)的影響順序?yàn)锳>D>B>C，即殼聚糖用量>pH值>處理溫度>處理時(shí)間，結(jié)合表5的方差分析結(jié)果，殼聚糖用量對(duì)澄清度的影響差異顯著，為主要因素，處理溫度、pH值和處理時(shí)間的影響差異均不顯著。由此得到的最佳工藝組合為A3B3C1D1，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，時(shí)間為1.5 h，pH為4。

表5 方差分析結(jié)果

2.3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

方案1是正交試驗(yàn)得到的最佳澄清條件，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，pH值為4的條件下處理1.5 h。方案2是正交試驗(yàn)表中澄清度(T)最高的方案，即殼聚糖用量為0.3 g/L，溫度為30 ℃，pH值為4的條件下處理2 h。因方案1未出現(xiàn)在列表中，正交表中最優(yōu)方案為方案2，因此需對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表6。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證試驗(yàn)分析

由表6可知，由方案1澄清后的發(fā)酵型石榴果醋中的總酸、可溶性固形物、色度、色差均優(yōu)于方案2，因此，方案1為最佳澄清工藝條件，即在殼聚糖用量0.3 g/L、30 ℃、pH值為4的條件下處理1.5 h為發(fā)酵型石榴果醋的最佳澄清條件，與正交試驗(yàn)結(jié)果一致。

3 結(jié)論

通過對(duì)比3種澄清劑(殼聚糖、皂土和明膠)對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清度(T)變化的影響，發(fā)現(xiàn)殼聚糖是通過在果醋中形成帶正電荷的分子，而與果醋中帶負(fù)電微粒如蛋白質(zhì)、單寧、纖維素等物質(zhì)發(fā)生絮凝沉淀作用，使醋體得以澄清，且對(duì)發(fā)酵型石榴果醋的澄清效果優(yōu)于其他兩種澄清劑，因此，殼聚糖為適宜發(fā)酵型石榴果醋澄清的澄清劑。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以澄清度(T)為指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)得到了殼聚糖的最佳工藝條件：對(duì)發(fā)酵型石榴果醋澄清度(T)的影響順序?yàn)锳>D>B>C，即殼聚糖用量>pH值>處理溫度>處理時(shí)間，且殼聚糖用量對(duì)果醋的澄清效果有顯著性，時(shí)間、溫度、pH值對(duì)果醋的澄清效果無顯著性。經(jīng)分析得到最優(yōu)方案A3B3C1D1，即殼聚糖用量0.3 g/L、30 ℃、pH值4的條件下處理1.5 h，發(fā)酵型石榴果醋的澄清度為(T)高達(dá)0.98，且經(jīng)澄清處理后的發(fā)酵型石榴果醋清澈透明、口味清新、品質(zhì)上佳。