響應(yīng)面法優(yōu)化干制無花果果醋發(fā)酵工藝的研究

王　鵬，張亞南，王　璐，王　威，王曉菡，古麗娜孜，武　運(yùn)*（.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊80052；2.新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊8002；.新疆糧淮科學(xué)研究所，新疆烏魯木齊80002）

響應(yīng)面法優(yōu)化干制無花果果醋發(fā)酵工藝的研究

王鵬1，2，張亞南1，王璐1，王威1，王曉菡3，古麗娜孜1，武運(yùn)1*
（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052；2.新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊830021；3.新疆糧淮科學(xué)研究所，新疆烏魯木齊830002）

以新疆干制無花果為原料釀制無花果果醋，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析試驗(yàn)，得到最佳發(fā)酵工藝條件。結(jié)果表明：無花果果醋的最佳發(fā)酵工藝條件為初始酒精度為8.0%vol、醋酸菌接種量為0.6%、發(fā)酵溫度為30℃，在此最佳醋酸發(fā)酵工藝條件下，總酸含量為5.28 g/100 mL，所得果醋風(fēng)味豐韻飽滿醇厚，色澤橙黃而透明，口感酸甜爽口。

干制無花果；醋酸發(fā)酵；工藝優(yōu)化

無花果（Ficus caricaL.）在果樹分類學(xué)上屬?？崎艑僦参?，為多年生落葉灌木或小喬木果樹，屬躍變型果實(shí)［1］。無花果除鮮食、藥用外，還可加工制干、制果脯、果醬、果汁、果茶、果酒、飲料、罐頭等。無花果干無任何化學(xué)添加劑，味道濃厚、甘甜。新疆是我國無花果最大的產(chǎn)區(qū)，栽培于南部，以阿圖什地區(qū)的無花果最好，品種以早黃較多。國內(nèi)外大量研究表明，無花果含有豐富的維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)和多糖等人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)，具有清熱潤腸、生津止咳、消腫解毒、保肝護(hù)肝等藥用價(jià)值，故被稱為“營養(yǎng)之果，健康之神”［2］。由于無花果品質(zhì)不一樣，干制無花果在加工過程中，會(huì)有部分營養(yǎng)損失，體態(tài)和色澤也會(huì)受到影響，試驗(yàn)時(shí)選擇一些等級低、難銷售的無花果，將其制成果醋，不僅節(jié)約了資源，也為無花果新產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。隨著人們生活水平的提高，人們對健康保健意識的增強(qiáng)，果醋產(chǎn)品越來越受到青睞。果醋中含有的有機(jī)酸、花色素、酚類、類黃酮等物質(zhì)具有維持生理平衡和預(yù)防疾病的作用［4］。

本實(shí)驗(yàn)以新疆干制無花果為原料，以優(yōu)化無花果果醋的發(fā)酵工藝條件為切入點(diǎn)，在整個(gè)發(fā)酵過程中設(shè)定不同發(fā)酵條件，研究干制無花果果汁中總酸等變化，采用單因素試驗(yàn)以及響應(yīng)面法分析，探究干制無花果果醋發(fā)酵的最佳工藝條件，以期為無花果果醋的工業(yè)化生產(chǎn)提供新思路和理論依據(jù)，滿足市場需求。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

干制無花果：烏魯木齊北園春市場；丹保利釀酒酵母：廣東丹保利酵母有限公司；醋酸菌（AS1.41）：上海佳民釀造食品有限公司；果膠酶（1.2×105U/g）：煙臺帝伯仕自釀機(jī)有限公司；氫氧化鈉、酚酞、葡萄糖（均為分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

FA2004N型電子天平：上海菁海儀器有限公司；DZKWD-2型恒溫水浴鍋：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；PHS-3C型pH計(jì)：上海越平科學(xué)儀器有限公司；MJ-35BE01A型攪拌機(jī)：廣東美的精品電器制造有限公司；LDZX-50KB立式電熱壓力蒸汽滅菌器：上海中安醫(yī)療器械廠；THZ-98A恒溫振蕩箱、DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海恒科技有限公司；W-CJ-ICU型超凈工作臺：蘇州凈化有限公司；酒精計(jì)：冀州市耀華器械儀表廠；WYT型手持糖度儀：成都光學(xué)廠；TD5A-WS型臺式低速離心機(jī)：長沙湘儀離心儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1無花果果醋加工工藝流程

干制無花果→分選→清洗→破碎、打漿→制備果汁→成分調(diào)整→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→過濾→滅菌→灌裝→成品

1.3.2操作要點(diǎn)

果汁制備：從原材料中分選出殘次、等級低的干果按照1∶8（g∶mL）的料液比用清水浸泡10 min至果皮破裂、果肉軟爛為止，用打漿機(jī)打漿。向果漿中加入0.6%的果膠酶，酶解溫度為45℃，酶解時(shí)間2 h，pH值為3.0時(shí)測得干制無花果果汁出汁率為88.8%，用無紡棉紗布過濾可得無花果果汁。

調(diào)整成分：用白砂糖調(diào)整果汁提取液糖度為12%～16%，焦亞硫酸鈉添加量0.2 g/L（以SO2計(jì)），用檸檬酸將酸度調(diào)整為pH 3.5～4.0。

酵母菌種活化：將酵母菌用35～40℃的2%糖水或4～6倍的糖化醪復(fù)水15～20 min，然后在28～34℃下活化1～2 h。

醋酸菌擴(kuò)大培養(yǎng)：1%葡萄糖，1%酵母膏，調(diào)整pH值為5.5，121℃滅菌15 min后冷卻加入4%無水乙醇。

醋酸菌二次擴(kuò)大培養(yǎng)：無花果果汁121℃滅菌15 min后冷卻加入4%無水乙醇。

酒精發(fā)酵：將0.6%酵母菌菌液加入無花果果汁中，30℃發(fā)酵6 d，得到酒精度＞8%vol的發(fā)酵液。

醋酸發(fā)酵：將活化后的醋酸菌液加入酒精發(fā)酵液中，并在30℃、150 r/min的條件下?lián)u床培養(yǎng)24～48 h，進(jìn)行醋酸發(fā)酵。殺菌處理：將醋酸發(fā)酵液進(jìn)行澄清后，120℃殺菌5 min。

1.3.3無花果果醋發(fā)酵單因素試驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)分別考察醋酸發(fā)酵液初始酒精度（2%vol、4%vol、6%vol、8%vol、10%vol、12%vol）、醋酸菌接種量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）、發(fā)酵溫度（26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃）對無花果果醋總酸含量的影響［5-8］。

1.3.4響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對干制無花果果醋醋酸發(fā)酵試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，選取初始酒精度（%vol）、接種量（%）和發(fā)酵溫度（℃）作為3個(gè)考察因素來研究最佳醋酸發(fā)酵條件，以總酸含量（Y）為響應(yīng)值，利用Design Exper.V.8.0軟件設(shè)計(jì)3因素水平的響應(yīng)面試驗(yàn)［9-12］，因素與水平見表1。

表1　無花果果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface analysis for fig vinegar fermentation technology optimization

1.3.5測定指標(biāo)

總酸測定參照GB/T 15038—2006《葡糖酒、果酒通用試驗(yàn)方法》中的酸堿滴定法。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1不同初始酒精度對干制無花果果醋醋酸發(fā)酵的影響

初始酒精度對干制無花果果醋醋酸發(fā)酵的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 初始酒精度對醋酸發(fā)酵的影響Fig. 1 Effect of initial alcohol content on acetic fermentation

由圖1可知，隨著發(fā)酵液初始酒精度增大和發(fā)酵時(shí)間的延長，總酸含量逐漸增大，發(fā)酵第6～7天時(shí)，達(dá)到最高值。酒精是醋酸菌發(fā)酵生成醋酸的底物，當(dāng)初始酒精度＜6%vol時(shí)，由于初始酒精度過低，乙醇轉(zhuǎn)化成乙酸的能力減弱，產(chǎn)生總酸含量較少；當(dāng)初始酒精度為8%vol，發(fā)酵產(chǎn)生的總酸含量最高為4.88 g/100 mL；當(dāng)初始酒精度＞10%vol時(shí)，由于酒精度過高，抑制了醋酸菌的生長，總酸含量開始降低。因此，選擇初始酒精度8%vol為宜。

2.1.2接種量對干制無花果醋酸發(fā)酵的影響

選擇合適的菌種接種量，不僅可以縮短發(fā)酵期，也能將發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質(zhì)充分利用，提高果醋的質(zhì)量。接種量的不同對醋酸發(fā)酵也有一定的影響，隨著醋酸菌接種量的增加，醋酸菌的含量也是不斷增加的，發(fā)酵速度由快到慢。接種量對干制無花果果醋醋酸發(fā)酵的影響結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)接種量為0.2%～0.4%時(shí)，發(fā)酵液的總酸含量并不是很高，發(fā)酵7 d時(shí)總酸含量為3.33 g/100 mL，發(fā)酵不充分，醋酸菌數(shù)量增長緩慢，降低了生產(chǎn)率；當(dāng)接種量為0.6%，發(fā)酵7 d時(shí)，總酸含量達(dá)到最大值為5.12 g/100 mL；當(dāng)接種量為0.8%～1.0%時(shí)，總酸含量開始降低。因此，選擇接種量0.6%為宜。

圖2　接種量對醋酸發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of inoculum on acetic fermentation

2.1.3發(fā)酵溫度對無花果果醋醋酸發(fā)酵的影響

發(fā)酵溫度是影響醋酸菌生長繁殖速度及產(chǎn)酸速度最重要的因素之一，在微生物發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度的高低直接影響著發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量。發(fā)酵溫度對無花果果醋醋酸發(fā)酵的影響結(jié)果如圖3所示。

圖3　發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on acetic fermentation

由圖3可知，當(dāng)發(fā)酵溫度為26～28℃時(shí)，產(chǎn)酸速度慢，底物代謝受到影響，發(fā)酵產(chǎn)生的總酸含量較低；當(dāng)發(fā)酵溫度為30℃時(shí)，總酸含量達(dá)到最高為4.64 g/100 mL；當(dāng)發(fā)酵溫度＞32℃時(shí)，總酸含量開始下降。因此，選擇發(fā)酵溫度30℃為宜。

2.2干制無花果果醋發(fā)酵工藝的優(yōu)化

2.2.1響應(yīng)面分析方案與結(jié)果

以初始酒精度（X1）、接種量（X2）和發(fā)酵溫度（X3）作為3個(gè)考察因素，以總酸含量（Y）為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

將表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)經(jīng)SAS8.2統(tǒng)計(jì)軟件處理，采用響應(yīng)曲面統(tǒng)計(jì)方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立初始酒精度、接種量和發(fā)酵溫度3個(gè)因子的數(shù)學(xué)二次多項(xiàng)回歸方程。

表2　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of response surface experiment

進(jìn)一步對該回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，響應(yīng)曲面數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果見表3。

表3　回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of the regression model

由表3可知，分析結(jié)果顯示模型的F=35.59＞F0.05=3.18，P＜0.0001，表明回歸模型極顯著。失擬項(xiàng)F=3.77＜F0.05=8.81，不顯著，模型相關(guān)系數(shù)R2=0.978 6，說明該模型能解釋97.86%的相應(yīng)值的變化，該模型的擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，可以用此模型來分析和預(yù)測干制無花果果醋醋酸發(fā)酵試驗(yàn)的結(jié)果。

2.2.2干制無花果果醋醋酸發(fā)酵試驗(yàn)的響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化

根據(jù)回歸分析結(jié)果，利用Design-Expert軟件進(jìn)行分析，得到響應(yīng)曲面及等高線圖（見圖4）。將其中一個(gè)因素固定做響應(yīng)面可獲得另外兩個(gè)因素的交互作用圖，通過響應(yīng)曲面及其等高線圖的形狀可直觀地反映出各因素間交互效應(yīng)的強(qiáng)弱對響應(yīng)值的影響。當(dāng)響應(yīng)曲面圖的拋物面開口向下時(shí)，具有極大值點(diǎn)；等高線圖的形狀呈橢圓形時(shí)表示兩因素之間作用顯著，圓形時(shí)相反［13-15］。由圖4可知，每個(gè)影響因子對于總酸含量都有一個(gè)最佳穩(wěn)定條件，在試驗(yàn)范圍內(nèi)尋找到最優(yōu)點(diǎn)并得到最佳發(fā)酵工藝條件為初始酒精度8.26%vol、接種量0.54%、發(fā)酵溫度29.81℃時(shí)，得到模型預(yù)測的總酸含量理論值為5.34 g/100 mL。

圖4　初始酒精度、接種量和發(fā)酵溫度對無花果果醋總酸含量影響的響應(yīng)曲面及等高線Fig.4 Response surface plots and contour line of effect of interactions between initial alcohol content，inoculum，fermentation temperature on total acid content of fig vinegar

2.2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測的準(zhǔn)確性，考慮實(shí)際可操作性，設(shè)定初始酒精度為8.0%vol、接種量為0.6%、發(fā)酵溫度為30℃，在此最佳的醋酸發(fā)酵工藝條件下進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，所得總酸含量平均值為5.28 g/100 mL?；貧w方程所得到總酸含量預(yù)測值與驗(yàn)證試驗(yàn)的平均值相接近，說明該模型能夠較好地預(yù)測實(shí)際總酸含量情況。

3　結(jié)論

本研究以新疆干制無花果為原料，在單因素基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面分析法對干制無花果果醋醋酸發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到醋酸發(fā)酵最佳工藝條件為：初始酒精度為8.0%vol、醋酸菌接種量為0.6%、發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵7 d，發(fā)酵后所得總酸含量為5.28 g/100 mL，經(jīng)過發(fā)酵后的干制無花果果醋顏色呈黃色透亮，酸甜爽口，性狀穩(wěn)定。利用殘次干無花果將其釀制成果醋，研究出最佳發(fā)酵條件，為無花果果醋飲料及營養(yǎng)成分的研究提供了理論依據(jù)，同時(shí)也為無花果產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和研究提供了新的思路和方向。

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Optimization of the fermentation process of fig vinegar by response surface methodology

WANG Peng1，2，ZHANG Yanan1，WANG Lu2，WANG Wei1，WANG Xiaohan3，GU Linazi1，WU Yun1*
（1.College of Food Sciences and Pharmaceutical Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；2.College of Science and Biotechnology，Xinjiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi 830021，China；3.Xinjiang Institute of Grain and Oil Science，Urumqi 830002，China）

Using Xinjiang dried fig as raw materials，the fig vinegar was fermented.The fermentation technology was optimized by single factor experiments and response surface analysis experiments.The results indicated that the optimum conditions of fermentation technology of fig vinegar were as follows：initial alcohol content 8.0%vol，acetic bacteria inoculum 0.6%and fermentation temperature 30℃.Under this condition，total acid content of fig vinegar was 5.28 g/100 ml.The fig vinegar had mellow flavor，orange and transparent color，sweet and sour taste.

dried fig；acetic fermentation；process optimization

TS207.3

A

0254-5071（2015）11-0122-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.11.028

2015-10-09

王鵬（1986-），女，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。

武運(yùn)（1965-），女，教授，碩士，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。