響應(yīng)面優(yōu)化庫(kù)爾勒香梨果醋發(fā)酵工藝的研究
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
劉文玉1，歐婷婷2，魏長(zhǎng)慶2*，單春會(huì)2*
新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院（石河子832000）；2．石河子大學(xué)食品學(xué)院（石河子832000）
摘要 以新疆庫(kù)爾勒香梨果汁為原料，通過(guò)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵工藝，研究了不同初始糖度、溫度、接種量、酒精度和液料比等單因素對(duì)發(fā)酵效果的影響，結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化最終確定香梨果醋酒精發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)：初始糖度為16 Bx0，酵母添加量為0.04%,發(fā)酵溫度為28 0C,發(fā)酵時(shí)間為5 d，得到酒精度為8%vo1香梨果酒；醋酸發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)：初始酒精度為8%，接種量為8%，溫度為32 0C，發(fā)酵時(shí)間6d，制得酸度為5.82 g/100 m L的庫(kù)爾勒香梨果醋。
關(guān)鍵詞庫(kù)爾勒香梨；果醋；酒精發(fā)酵；醋酸發(fā)酵
新疆庫(kù)爾勒香梨是新疆乃至我國(guó)的“名、優(yōu)、特”水果，因其皮薄肉嫩，汁多味甘，富含多種礦物質(zhì)、維生素和氨基酸等微量營(yíng)養(yǎng)成分而受到國(guó)內(nèi)外客商及廣大消費(fèi)者的青睞。然而由于庫(kù)爾勒香梨采季集中，生長(zhǎng)及貯藏過(guò)程中香梨腐爛率達(dá)50%以上，造成極大的損失浪費(fèi)。因此，如何減少庫(kù)爾勒香梨的腐爛損失是迫切需要解決的問(wèn)題。
梨醋是近年發(fā)展起來(lái)并逐漸受到消費(fèi)者喜愛的梨果加工產(chǎn)品。醋中的多酚對(duì)于減輕動(dòng)脈粥樣硬化、抑制炎癥以及預(yù)防心血管疾病有良好作用，具有提高人體免疫力和抗衰老的作用，在一定程度上也有利于預(yù)防、治療癌癥和肥胖癥狀，符合現(xiàn)代人們健康飲食的追求。試驗(yàn)擬以新疆兵團(tuán)第二師庫(kù)爾勒香梨為原料，采用液態(tài)生物發(fā)酵技術(shù)，結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化方法， 探索適合新疆庫(kù)爾勒香梨果醋釀造的最佳工藝條件及參數(shù)，以期為新疆庫(kù)爾勒香梨精深加工提供理論和實(shí)踐依據(jù)。
1材料與方法
1 .1試驗(yàn)原料和主要試劑
庫(kù)爾勒香梨：新疆鐵門關(guān)市；白香郁活性干酵母：新疆頂峰進(jìn)口有限公司；滬釀醋酸菌、檸檬酸、護(hù)色劑（VC-Na、檸檬酸）：石河子大學(xué)食品學(xué)院實(shí)驗(yàn)室；白砂糖：市售。
1.2主要儀器和設(shè)備
榨汁機(jī)AUX-508:佛山市海迅電器有限公司；潔 凈工作臺(tái)：蘇州蘇潔凈化有限公司；電子秤ACS-30:大河電子有限公司；手持式折光儀WT0-80:成都泰華光學(xué)有限公司；酒精計(jì)（普通型）：黃驊渤海比重計(jì)廠；快速恒溫?cái)?shù)顯水箱HH-42:常州國(guó)華電器；臺(tái)式恒溫振蕩器TH2-98:太倉(cāng)市華美生化儀器廠；數(shù)顯不銹鋼電熱培養(yǎng)箱HPX-9272MBE:上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1基本工藝流程
1.3.2操作要點(diǎn)
1.3.2.1原料處理
將庫(kù)爾勒香梨在清水中洗凈，去掉果梗及果核果籽，切塊，榨汁，過(guò)濾，并加入0.08%的抗壞血酸，混合攪拌均勻，備用。
1.3.2.2梨汁糖分分調(diào)整
為了促進(jìn)果汁全面發(fā)酵，澄清后的梨汁需要根據(jù)果汁的成分檢測(cè)情況及成品所要求的酒精度進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)用白砂糖調(diào)整庫(kù)爾勒梨汁糖濃度于12%～20%不等。
1.3.2.3調(diào)整酸度
庫(kù)爾勒香梨榨出的果汁酸度較低，pH大概在4.5左右，有利于酵母菌的生長(zhǎng)，故可以不用做調(diào)整。
1.3.2.4酒精發(fā)酵
根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)加入不同比例的酵母菌。酵母菌先由活性干酵母在34℃果汁溶液中活化30 min左右，然后搖床培養(yǎng)1h后，于28℃～30℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行酒精發(fā)酵，酒精發(fā)酵至酒精度不再上升為止。
1.3.2.5醋酸發(fā)酵
將活化的醋酸菌以不同接種量接種于酒精發(fā)酵液中，用紗布封口，放入30℃～35℃的恒溫箱內(nèi)進(jìn)行醋酸發(fā)酵，測(cè)定總酸含量（以醋酸計(jì)算），醋酸發(fā)酵至乙酸的含量不再上升為止。
1.3.2.6陳釀
采用常溫陳釀處理。在陳釀過(guò)程中，庫(kù)爾勒香梨果醋色澤逐步由淡黃色向金黃色轉(zhuǎn)變；發(fā)酵液味道由原有的苦澀味向甘甜味轉(zhuǎn)變；發(fā)酵液隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐步變澄清、透明。
1.3.2.7過(guò)濾
為了提高果醋的穩(wěn)定性和透明度，可使用人工冷凍法使原醋在-6℃左右存放7d，再過(guò)濾。
1.3.2.8成品果醋
調(diào)配增香的醋液中裝入潔凈玻璃瓶中，采用巴氏殺菌，趁熱密封，密封后冷卻至38℃，即為成品果醋。
1.3.3測(cè)定方法
1.3.3.1糖度測(cè)定
以可溶性固形物含量表示，采用手持折光儀測(cè)定。
1.3.3.2酒精含量的測(cè)定（蒸餾法）
按國(guó)標(biāo)執(zhí)行。
1.3.3.3總酸測(cè)定（酸堿滴定法）
總酸含量測(cè)定按照GB/T 12456-2008的方法滴定，總酸以醋酸計(jì)。
2結(jié)果與分析
2.1 香梨果醋工藝條件的確定
2.1.1酒精發(fā)酵單因素試驗(yàn)
前期預(yù)試驗(yàn)已確定庫(kù)爾勒香梨果汁酒精發(fā)酵時(shí)間為5d，故酒精發(fā)酵試驗(yàn)主要考察初始糖度、發(fā)酵溫度和酵母接種量對(duì)香梨果汁酒精發(fā)酵的影響。
2.1.1.1 初始糖度對(duì)香梨果汁酒精發(fā)酵的影響
初始糖度對(duì)酒精發(fā)酵有很大的影響，糖是微生物發(fā)酵過(guò)程中的一種重要基質(zhì)。發(fā)酵基質(zhì)所含糖度的高低直接決定了酒精含量的高低。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)酵基質(zhì)中糖度越高，所得酒精體積分?jǐn)?shù)也相對(duì)較高。從圖1可以看出隨著初始糖度的升高，酒精度也不斷在升高，推斷出大約每2 Bx0左右的糖度發(fā)酵產(chǎn)生1%Vol的果酒。從節(jié)省生產(chǎn)成本的角度考慮，最終選擇初始糖度為18 Bx0。
2.1.2酵母添加量對(duì)香梨果汁酒精發(fā)酵的影響
酵母添加量的大小直接影響酒精發(fā)酵周期，接人酵母菌的量較多時(shí)，可明顯縮短發(fā)酵周期，節(jié)約發(fā)酵培養(yǎng)的動(dòng)力消耗，但接種量過(guò)大時(shí)，會(huì)不利于發(fā)酵風(fēng)味物質(zhì)的形成，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生酵母菌體的自溶現(xiàn)象，使得發(fā)酵產(chǎn)品帶有較重的酵母味。由圖2可以看出酵母接種量在0.04%時(shí)比較合適，產(chǎn)生的酒度最高。
2.1.3發(fā)酵溫度對(duì)香梨果汁酒精發(fā)酵的影響
溫度對(duì)酒精發(fā)酵有著重要的影響，溫度過(guò)低，不利于酵母繁殖，酒精發(fā)酵速度緩慢，溫度過(guò)高，酒精發(fā)酵會(huì)受到抑制。由圖3可以看出，24℃和32℃都不利于果酒發(fā)酵，30℃雖然發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，但發(fā)酵液風(fēng)味比較差，發(fā)酵酒液顏色沒(méi)有26℃和28℃的清澈透亮，并且與發(fā)酵溫度為28℃時(shí)的酒精含量相差不大，綜合比較，選擇28℃為庫(kù)爾勒香梨果酒的發(fā)酵溫度。
2.2醋酸發(fā)酵單因素試驗(yàn)
2.2.1 初始酒精度對(duì)醋酸發(fā)酵的影響
將前期酒精發(fā)酵果酒的酒精度分別調(diào)節(jié)至4，5，6.7和8%vol，按10%接入醋酸菌的二次擴(kuò)培液，放人32℃培養(yǎng)箱進(jìn)行醋酸發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束之后定期測(cè)定其總酸含量，測(cè)定結(jié)果如圖4所示。由圖4分析可知，醋酸含量在前12 d基本均呈拋物線狀增加狀態(tài)，12 d以后，醋酸含量的增長(zhǎng)相對(duì)于前期發(fā)酵有所減緩。酒精度7%vol的果酒在醋酸發(fā)酵過(guò)程中，前期醋酸增長(zhǎng)較其它幾組相對(duì)較緩慢，但后期卻呈持續(xù)增長(zhǎng)，這主要由于前期酒精度太高而使醋酸菌的生理活動(dòng)受到抑制，但隨著酒精不斷被消耗，抑制作用逐步被解除，產(chǎn)酸量得到大幅度提升。綜合考慮，醋酸發(fā)酵過(guò)程中可選擇8%vol的初始酒精度發(fā)酵6～8 d。
2.2.2醋酸菌接種量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響
由圖5可知，在庫(kù)爾勒香梨果汁液態(tài)發(fā)酵中，醋酸菌接種量在10%時(shí)產(chǎn)酸量最高，總酸含量可達(dá)到4.6g/100 m L，其它幾組總酸含量按接種量從小到大依次為4.1，4.37, 4.30和4.38 g/100 m L。整體來(lái)看，各組數(shù)據(jù)結(jié)果相差不是特別大，這說(shuō)明接種量加大，發(fā)酵效果并非越好，當(dāng)接種量過(guò)大時(shí)，發(fā)酵液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)多的被用于醋酸菌的生長(zhǎng)繁殖，使醋酸發(fā)酵底物減少，產(chǎn)酸速度下降，生成的酸的量因此就不高。
2.2.3發(fā)酵溫度對(duì)醋酸發(fā)酵的影響
由圖6分析可知，醋酸菌發(fā)酵最佳溫度在30℃~32℃范圍之間。溫度對(duì)于醋酸菌發(fā)酵影響比較大，由于溫度不同，使醋酸菌在開始時(shí)增長(zhǎng)時(shí)就已經(jīng)拉開差距，一直到發(fā)酵完成，說(shuō)明溫度對(duì)于醋酸菌的生理活動(dòng)有著比較重要的意義。
2.2.4響應(yīng)面分析法優(yōu)化半固態(tài)醋酸發(fā)酵工藝
根據(jù)單因素試驗(yàn)所得各參數(shù)，對(duì)初始酒精度、發(fā)酵溫度和醋酸菌接種量進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以總酸含量為指標(biāo)，確定最佳工藝參數(shù)。
2.2.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理以酒精度(A)、接種量(B)和發(fā)酵溫度(C)三個(gè)因素為自變量，醋酸總酸測(cè)量值為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)了三因素三水平共15個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表1。
通過(guò)Design Expert Trail V8.0.6軟件進(jìn)行回歸分析，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果回歸擬合后所得的模擬
方程為：
2.2.4.2響應(yīng)面結(jié)果分析
響應(yīng)面的回歸顯著分析見表2。
通過(guò)表2和表3可知，方程模型F值為44.85，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.000 3，達(dá)到極顯著水平，表明試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理，回歸方程在其試驗(yàn)點(diǎn)上與試驗(yàn)結(jié)果擬合得較好。同時(shí)，方程失擬項(xiàng)的F=2.5，p=0.298 5>0.05，失擬檢驗(yàn)不顯著，表明回歸方程在整個(gè)回歸區(qū)域的擬合情況良好，即采用該模型是合理的，可以用該方程對(duì)不同發(fā)酵條件下的酸度進(jìn)行預(yù)測(cè)。Box-Behnken模型響應(yīng)優(yōu)化結(jié)果為：酒精度8%vol，接種量8%，溫度32℃，發(fā)酵時(shí)間6d，此時(shí)香梨果醋發(fā)酵醋酸理論總量為5.76%，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)酵醋酸含量為5.82%，與理論值接近。
3試驗(yàn)結(jié)論
1)庫(kù)爾勒香梨酒精發(fā)酵最佳工藝參數(shù)：初始糖度為18 B xo，酵母接種量0.04%，發(fā)酵溫度為28 0C時(shí)，酒精度可達(dá)到8%vol。
2)經(jīng)Box-Behnken模型響應(yīng)面優(yōu)化，庫(kù)爾勒香梨醋酸發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果為：酒精度8%vol，接種量8%，溫度32℃，此時(shí)香梨果醋發(fā)酵醋酸理論總量為5.76%，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)酵醋酸含量為5.82%，與理論值接近。
