利用表面靜態(tài)法發(fā)酵干紅棗生產(chǎn)果醋的研究

諶井岡

(陜西師范大學(xué)食品工程系，陜西西安710062)

利用表面靜態(tài)法發(fā)酵干紅棗生產(chǎn)果醋的研究

諶井岡

(陜西師范大學(xué)食品工程系，陜西西安710062)

以干紅棗為原料，采用表面靜態(tài)法發(fā)酵工藝，對發(fā)酵的重要參數(shù)進行研究。結(jié)果表明:酒精發(fā)酵酵母采用BM45或者活性干酵母，接種量為3%，發(fā)酵溫度28℃;醋酸發(fā)酵菌種應(yīng)選用中科1.41(A.S1.41)，溫度35℃，酒精度7%，接種量10%，發(fā)酵32d或者更長，為最佳生產(chǎn)工藝。

紅棗，發(fā)酵，工藝

Abstract:Using dry Chinese jujube as raw materials，important fermentation parameters were studied by surface static fermentation method.The results showed that yeast BM45 or active dry yeast，3%inoculum concentration，28℃ fermentation temperature were used in alcoholic fermentation.In acetic fermentation，A.S1.41 acetic acid bacteria，35℃，7%alcohol，10%inoculum concentration and 32d or longer fermentation were optional production technique.

Key words:Chinese jujube;fermentation;technology

關(guān)于果醋生產(chǎn)技術(shù)，近幾年來報道的多為果汁液體深層發(fā)酵法。這種工藝雖較先進，但主要以鮮果汁為原料，且對菌種、設(shè)備要求都很高，建廠投資也大。若采用傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵法，雖簡單易行，但也存在輔料消耗多及需要浸淋工序等不足。鑒于日本和我國南方采用表面發(fā)酵法的優(yōu)點，如風(fēng)味佳，質(zhì)量好，便于實驗室研究，本文對液體表面發(fā)酵法生產(chǎn)紅棗果醋的一些重要因素作了實驗研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

啤酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae) ACCC 21138，中國農(nóng)科院植物研究所;活性干酵母(Saccharomyces cerevisiae) 廣東丹寶利酵母有限公司生產(chǎn);干紅專用酵母菌(Saccharomyces ellipsoideus)Y2323，BM45 寧夏大學(xué)提供;小橢圓啤酒酵母菌(Saccharomyce scerevisiae Meyen ex Hansen)B184 陜西省微生物研究所提供;酵母液態(tài)培養(yǎng)基 麥芽汁(5～6°Be)，pH6.4，121℃滅菌20min;酵母活化培養(yǎng)基

紅棗汁(SSC 10%)，121℃滅菌20min;醋酸活化培養(yǎng)基 1%葡萄糖，1%酵母膏，1.5%碳酸鈣，2%無水乙醇，pH6.8;中科1.41，滬釀1.01，醋酸菌膜。

發(fā)酵罐 自制;滅菌鍋、恒溫培養(yǎng)箱、手持糖量計、旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)儀、722分光光度計 上海;無菌操作臺 江蘇;天平 德國;低速離心機 重慶。

1.2 菌種活化方法

1.2.1 酵母菌活化［1，3，9－10］活性干酵母的處理方法:活性干酵母用35～40℃新制紅棗果汁復(fù)水15～20min，溫度降至34℃以下活化1～2h。一級擴大培養(yǎng):新制紅棗果汁，121℃高壓滅菌20min，冷卻，接種，28℃條件下培養(yǎng)24h，血細(xì)胞計數(shù)板計數(shù)得酵母菌的濃度為108/mL;二級擴大培養(yǎng):新制紅棗果汁，121℃高壓滅菌20min，冷卻，接入一級培養(yǎng)酵母菌，28℃培養(yǎng)24h，血細(xì)胞計數(shù)板計數(shù)得酵母菌的濃度為108/mL。

1.2.2 醋酸菌活化［1，3，9－10］一級擴大培養(yǎng):取 150mL三角瓶，醋酸菌活化培養(yǎng)基，121℃高壓滅菌30min，冷卻，接種，八層紗布封口，30℃恒溫?fù)u床培養(yǎng)24h，轉(zhuǎn)速為60r/min;二級擴大培養(yǎng):取250mL三角瓶，121℃高壓滅菌30min，冷卻，接入一級培養(yǎng)醋酸菌，八層紗布封口，30℃恒溫?fù)u床培養(yǎng) 24h，轉(zhuǎn)速為60r/min。

1.3 工藝流程

干紅棗→挑選→提汁→糖調(diào)整→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→成分分析［3］

文中在沒有特別指出的情況下，按如下操作要點進行:干紅棗(60℃熱風(fēng)烘干、含水量約38%)經(jīng)過挑選，100℃熱水提汁(先加棗重4倍的水，提汁，然后再往渣中加干棗重4倍水提汁)，兩次提取的汁液合并［3］。

1.4 酒精發(fā)酵最佳條件的確定方法

1.4.1 酵母菌最佳菌株的確定方法 向配制好的紅棗汁中接入3%的不同菌種:活性干酵母、BM45、Y2323、ACCC21138、B184，每小時測定一次酒精度和SSC含量。

1.4.2 酵母菌最佳接種量的確定方法 將新制紅棗汁裝入自制發(fā)酵罐，接入1%、3%、5%和10%的活化BM45酵母，發(fā)酵溫度26℃，酒精度上升緩慢，不再產(chǎn)氣即停止發(fā)酵。

1.4.3 酵母菌最佳發(fā)酵溫度的確定方法 向新制紅棗汁中接入3%活化BM45酵母菌，控制發(fā)酵溫度分別為22、25、28、30、33℃。至酒精度上升緩慢，不再產(chǎn)氣即停止發(fā)酵。

1.5 醋酸發(fā)酵最佳條件的確定方法

1.5.1 菌種的選擇 新制紅棗酒酒精度調(diào)為7%，接入10%三種活化醋酸菌，1000mL廣口發(fā)酵瓶裝液量為800mL，八層紗布封口，32℃發(fā)酵。

1.5.2 酒精度對醋酸發(fā)酵的影響 紅棗酒酒精度調(diào)為4%、7%、10%和13%，接入 10%活化 A.S1.41，1000mL廣口發(fā)酵瓶裝液量為800mL，八層紗布封口，32℃發(fā)酵。

1.5.3 接種量對醋酸發(fā)酵的影響 新制紅棗酒，酒精度調(diào)為 7%，接入 5%、8%、10%和 13%活化A.S1.41，1000mL廣口發(fā)酵瓶裝液量為800mL，八層紗布封口，32℃發(fā)酵。

1.5.4 溫度對醋酸發(fā)酵的影響 新制紅棗酒，酒精度調(diào)為7%，接入10%的活化A.S1.41，1000mL廣口發(fā)酵瓶裝液量為800mL，八層紗布封口，在27、32、35、38℃不同發(fā)酵溫度下發(fā)酵。

1.5.5 醋酸發(fā)酵正交實驗因素 新制棗酒，用蔗糖調(diào)可溶性固形物至4%，選擇對醋酸發(fā)酵影響較大的接種量(A)、酒精度(B)、發(fā)酵溫度(C)進行三因素三水平的正交實驗，32d后測醋酸度，實驗按L9(34)正交表設(shè)計，見表1。

表1 醋酸發(fā)酵正交實驗因素水平表

1.6 測定方法

還原糖的測定采用菲林法［7］;可溶性固形物(SSC)的測定采用手持糖度計直接測定［7］;pH的測定采用醋酸度計直接測定［7］;總酸的測定按照 GB 18187－2000的方法測定;酒精度的測定按照GB/T 15038－1994。

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精發(fā)酵

2.1.1 酵母菌最佳菌株的確定測定結(jié)果 如圖1和圖2。

圖1 不同菌株對主發(fā)酵的影響

圖2 不同酵母發(fā)酵時SSC的變化

從圖1、圖2中可得出，在主發(fā)酵階段，活性干酵母起發(fā)快，轉(zhuǎn)化速度也明顯高于其他菌種，發(fā)酵7d基本結(jié)束，其余四種酵母菌的酒精發(fā)酵時間基本一致，需要8d。從酵母菌轉(zhuǎn)化的酒精度和發(fā)酵結(jié)束時發(fā)酵液中SSC含量分析，活性干酵母和BM45酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精的能力較高，酒精度可達7.0%和6.5%。確定BM45為酒精發(fā)酵適合菌種。

2.1.2 酵母菌最佳接種量的確定 由圖3可知，葡萄酒酵母BM45的添加量為3%時，主發(fā)酵結(jié)束時酒精度為7.2%，當(dāng)添加量為5%時生成的酒精度反而降低為6.4%，1%添加量的最終酒精度為6.2%則處于中間。在起發(fā)時間和前期發(fā)酵中，大的接種量則表現(xiàn)好于低接種量，隨著酵母菌添加量的增大，發(fā)酵速度相應(yīng)加快，主要是因為大量酵母存在并且繁殖，需要消耗果汁中的營養(yǎng)物質(zhì)，使得生成酒精的底物減少，最終酒精度低。接種量如果過低，酵母需要長時間進行增殖，因而發(fā)酵時間會延長。

圖3 接種量對酒精發(fā)酵的影響

2.1.3 酵母菌最佳發(fā)酵溫度的確定 從圖4可得出，22℃酒精度上升緩慢平穩(wěn)，第8d后仍在發(fā)酵;28℃的發(fā)酵早于25℃的1d結(jié)束，最終二者酒精度最高達到7%;30℃及33℃發(fā)酵溫度下，前4d酒精度上升最快，后4d酒精度上升變慢，最終酒精度為6.5%。溫度高，起發(fā)快，消耗營養(yǎng)物質(zhì)多;溫度低，起發(fā)慢，加上重氧化的影響，不利發(fā)酵。最終確定28℃為酒精發(fā)酵最適溫度。

圖4 溫度對主發(fā)酵的影響

2.2 醋酸發(fā)酵單因素分析

2.2.1 過程分析 由圖5可知，隨著發(fā)酵時間的延長，酒精度逐漸下降，醋酸度逐漸增加，在11～25d之間，醋酸度上升最快，平均每天為0.32g/100mL，酒精度下降迅速，平均每天為0.33%，產(chǎn)酸曲線為直線，是醋化的主要階段。27d后，產(chǎn)酸達到高峰，酒精度、醋酸度變化平緩。從表觀來看，在整個過程中，菌膜不斷形成，破裂，再形成，再破裂，最后沉于缸底，醋酸化完畢。

圖5 醋酸發(fā)酵曲線

2.2.2 菌種的選擇 從圖6可以得出，三種醋酸菌的發(fā)酵結(jié)果相近。前期，滬釀1.01的發(fā)酵速度大于A.S1.41和醋酸菌膜，醋酸菌膜的發(fā)酵過程明顯長于前兩者。后期，滬釀1.01的發(fā)酵速度減慢，低于A.S1.41和醋酸菌膜的發(fā)酵速度，最終醋酸度分別為5.46、6.24和6.0g/100mL，A.S 1.41在發(fā)酵中，總酸含量達到最大值6.36g/100mL后又下降至6.24g/100mL，符合A.S1.41可以分解利用醋酸的生理特性。綜合發(fā)酵速度和產(chǎn)酸量，確立A.S1.41為醋酸發(fā)酵最佳菌種。

圖6 菌種對醋酸發(fā)酵的影響

2.2.3 酒精度對醋酸發(fā)酵的影響 從圖7可以得出，隨著酒精度增大，最終醋酸度依次 3、6.3、3.54、1.46g/100mL，從醋酸轉(zhuǎn)化率和酒精殘留量可知，當(dāng)酒精度為4%時，雖然轉(zhuǎn)化率高，但獲得的醋酸度低;當(dāng)酒精度在7%時酒精轉(zhuǎn)化率較高，醋酸度最高;酒精含量10%至13%時發(fā)酵受阻，轉(zhuǎn)化率大幅降低，特別是13%時28d后，總酸含量不足1.5g/100mL。確定7%為醋酸發(fā)酵最適酒精度。

圖7 酒精度對醋酸發(fā)酵的影響

2.2.4 接種量對醋酸發(fā)酵的影響 從圖8可以得出，隨接種量的增大，最終醋酸度依次為5.1、5.86、6.3、6.1g/100mL。在5%～13%接種量范圍內(nèi)，醋酸含量有一個由小增大，又由大變小的過程，發(fā)酵液中營養(yǎng)物質(zhì)的量是一定的，接種量過大時，發(fā)酵液內(nèi)醋酸菌密度較大，其消耗的營養(yǎng)也越多，用于產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的酒精減少，因此醋酸產(chǎn)生量也少。確定10%左右為醋酸發(fā)酵最適接種量。

圖8 接種量對醋酸發(fā)酵的影響

2.2.5 溫度對醋酸發(fā)酵的影響 從圖9可以得出，32℃和35℃時，發(fā)酵速度隨溫度的增大而增大，28d發(fā)酵完成后，醋酸度高達6.3g/100mL。27℃和38℃時，醋酸含量增加緩慢，第32d的醋酸度也不足3g/100mL。主要是由于低溫不利于醋酸菌增殖和代謝，高溫影響菌體內(nèi)的酶系活力所致。確定32℃左右為醋酸發(fā)酵最適溫度。

圖9 溫度對醋酸發(fā)酵的影響

2.3 醋酸發(fā)酵的正交實驗

從表2中可以得出，酵母菌的存在，可溶性固形物調(diào)到4%時，糖轉(zhuǎn)化為酒精，初始酒精度為5%，最醋酸度能達到5.40g/100mL，甚至是6.06g/100mL，可見在進行醋酸發(fā)酵時，酵母菌的存在可以達到增酸的效果。用DPS數(shù)據(jù)分析軟件處理表2，極差分析可見，因素為C＞A＞B，即溫度＞接種量＞酒精度;各水平的的優(yōu)選是 C3A2B3，即酒精度為7%，接種量10%，溫度35℃。

表2 實驗結(jié)果表

3 討論

酵母菌屬于兼性厭氧菌，而醋酸菌屬于嚴(yán)格需氧菌，在發(fā)酵過程應(yīng)不斷供應(yīng)氧氣。深層發(fā)酵可使醋酸發(fā)酵在7d內(nèi)達到發(fā)酵所需醋酸度，但通過這種方法生產(chǎn)的果醋風(fēng)味較差，揮發(fā)酸的含量低，刺鼻感強。且醋的風(fēng)味物質(zhì)主要來自各種酯類，而酯類來自微生物代謝產(chǎn)物和酸與堿的酯化反應(yīng)。通過靜止表面發(fā)酵研究紅棗醋的發(fā)酵工藝，確定了酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵的最佳工藝條件。本研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)靜止表面發(fā)酵法的發(fā)酵時間和風(fēng)味物質(zhì)形成量介于固態(tài)發(fā)酵法和液態(tài)深層發(fā)酵法之間，可作為發(fā)酵技術(shù)發(fā)展方向由固向液轉(zhuǎn)變的過渡，并且更符合當(dāng)前我國果醋生產(chǎn)實際水平。

［1］沈萍，范秀容，李廣武.微生物學(xué)實驗［M］.北京:高等教育出版社，1999(6):214－218.

［2］張寶善，陳錦屏，楊莉，等.紅棗酒發(fā)酵工藝研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37(1):112－118.

［3］錢存柔，黃儀秀.微生物學(xué)實驗教程［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2008，1:94－101.

［4］寧正祥.食品成分分析手冊［M］.中國輕工業(yè)出版社，1998:192－193，306－308，516－517.

［5］張意靜.食品分析技術(shù)［M］.中國輕工業(yè)出版社，2001:149－151.

［6］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).食品衛(wèi)生檢驗方法(理化部分)［M］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，205－206.

［7］黃偉坤.食品檢驗與分析［M］.中國輕工業(yè)出版社，1989:20－21.

［8］牛天貴.食品微生物學(xué)實驗技術(shù)［M］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2002:68－72

［9］何國慶.食品微生物學(xué)［M］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2002:120－254.

［10］張寶善，陳錦屏，李東梅.利用次等紅棗生產(chǎn)果醋的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004(3):213－216.

Study on development of Chinese jujube vinegar by surface static fermentation method

CHEN Jing－gang
(Department of Food Engineering，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)

TS255.47

A

1002－0306(2010)08－0172－04

2009－08－25

諶井岡(1984－)，男，碩士研究生，研究方向:微生物發(fā)酵。