甘蔗醋及果醋飲料的生產(chǎn)工藝研究

鄭 平，吳幼茹，楊繼偉，王在謙，李 楠*

（1.廣西大學生命科學與技術學院，南寧530004；2.廣西海銘威釀酒股份有限公司，廣西來賓546500）

甘蔗醋及果醋飲料的生產(chǎn)工藝研究

鄭 平1，吳幼茹1，楊繼偉1，王在謙2，李 楠1*

（1.廣西大學生命科學與技術學院，南寧530004；2.廣西海銘威釀酒股份有限公司，廣西來賓546500）

以甘蔗汁為原料，探索了液態(tài)發(fā)酵甘蔗果醋的生產(chǎn)工藝條件和甘蔗果醋飲料研制方法。通過單因素和正交試驗，優(yōu)化了工藝條件和配方。結(jié)果表明，酒精發(fā)酵的工藝參數(shù)為溫度30℃、初始pH值為4.5、接種量12%、發(fā)酵時間6 d。醋酸發(fā)酵最佳工藝條件為酒精度8%vol、糖度7°Bx、pH值為5.0、接種量10%。在控制溫度32℃、轉(zhuǎn)速150 r/min條件下發(fā)酵7 d得到平均酸度約6.37 g/100 m L、殘?zhí)?.2 g/100 mL甘蔗果醋。甘蔗果醋飲料最佳配方為甘蔗原醋15%、鮮甘蔗汁40%、蔗糖2%、檸檬酸0.14%、DL-蘋果酸0.05%。

甘蔗果醋；酒精發(fā)酵；醋酸發(fā)酵；果醋飲料

蔗汁古人稱之為“脾果”，具有滋心脾，健胃潤肺，生津止渴的功效。它含有豐富的蔗糖、果糖、葡萄糖，還含天門冬素、天門冬氨酸、丙氨酸、檸檬酸、維生素A、維生素C、尼克酸、核黃素、鉀、鈣、磷、鐵等多種營養(yǎng)成分，其中鐵的含量為9 mg/kg，居水果之首，素有“補血果”的美稱[1-3]。

廣西是我國最大的甘蔗種植地，擁有非常豐富的甘蔗資源，甘蔗制糖為傳統(tǒng)甘蔗產(chǎn)業(yè)，目前為了提高甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈，增加甘蔗工業(yè)值，可以利用甘蔗豐富的糖分和多種營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)酵生產(chǎn)具有獨特、濃郁甘蔗清香的果酒及果醋產(chǎn)品[4-5]。它兼具水果和食醋的營養(yǎng)保健功能，是集營養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型飲品[6]。如果以甘蔗汁為釀醋原料生產(chǎn)果醋，不僅可以節(jié)約糧食，提高甘蔗附加值，而且可以開發(fā)風味獨特的醋品，并提高醋品的保健功能，對我國甘蔗資源開發(fā)具有促進意義[7]。

本研究以廣西地區(qū)甘蔗汁為原料，研究了液態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)甘蔗果酒、果醋的工藝參數(shù)，確定了適宜的工藝條件。對甘蔗果醋酸度、糖度、酒精度、可溶性固形物等成分進行了檢測，通過調(diào)配開發(fā)了風味純正、口感爽適的甘蔗果醋飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘蔗汁：廣西農(nóng)業(yè)科學院甘蔗基地，成熟甘蔗（糖度16～18°Bx）；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、巴氏醋桿菌（Acetobacter pasteurianus）：廣西大學生命科學與技術學院蘭姆酒研發(fā)實驗室。

一級白砂糖（符合GB 317—2006《白砂糖》）：南寧明陽糖廠；磷酸二氫鉀（食用級）：國藥集團化學試劑有限公司；磷酸、乙醇、DL-蘋果酸、檸檬酸（均為食用級）：廣田生化試劑經(jīng)營部；硅藻土（符合GB 14936—2012《食品安全國家標準硅藻土》）：青島三星硅藻土有限公司。

酵母種子培養(yǎng)基：12°Bx甘蔗汁，0.2%磷酸二氫鉀，pH值為4.5，28℃、160 r/m in培養(yǎng)22 h。

醋酸菌種子培養(yǎng)基：6°Bx甘蔗汁，0.2%磷酸二氫鉀，體積分數(shù)為3%的乙醇，pH值為4.5，32℃、180 r/m in培養(yǎng)20h。

1.2 儀器與設備

日本愛拓PAL-1迷你顯數(shù)折射計：廣州市愛宕科學儀器有限公司；雷磁PHS-3C pH計：上海楚柏實驗室設備有限公司；RE301型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、N510C手提式高壓滅菌鍋、TW-12恒溫水浴鍋：重慶雅馬拓科技有限公司；QJH-L 100A水果榨汁機：浙江蘇泊爾股份有限公司；Sup-250生化培養(yǎng)箱：上海精宏實驗設備有限公司；ZD-85A振蕩搖床：國華電氣有限公司；PL303型電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 測定方法

果酒理化檢測按GB/T 15038－2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》的相應規(guī)定檢測；果醋的理化檢測按GB/T 5009.41－2003《食醋衛(wèi)生標準的分析方法》中的方法測定；乙醇體積分數(shù)的測定按GB/T 5009.48－2003《蒸餾酒與配制酒衛(wèi)生標準的分析方法》中的方法測定；總糖（以葡萄糖計）：3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）還原糖法；微生物檢測按GB/T 4789.22－2003《食品衛(wèi)生微生物學檢驗調(diào)味品檢驗》[8]。

1.3.2 果醋發(fā)酵工藝流程

甘蔗→清洗→榨汁→過濾→處理→成分調(diào)整→滅菌→酒精發(fā)酵→過濾→醋酸發(fā)酵→粗濾→陳釀→甘蔗醋→調(diào)配→精濾→巴氏滅菌→成品醋飲料

1.3.3 操作要點

原料處理：用水對甘蔗進行表面清洗，后用榨汁機榨取甘蔗汁，用5層紗布過濾去除殘渣，對蔗汁80℃恒溫水浴30 m in，加石灰乳調(diào)節(jié)pH值至6.8～7.0，靜置4 h以上，取上清液。

成分調(diào)整：用白砂糖和去離子水調(diào)整初始糖度至18°Bx，再用食用級磷酸調(diào)整pH值至4.5，添加0.2%磷酸二氫鉀。

滅菌：將發(fā)酵液121℃滅菌20 m in。

酒精發(fā)酵：18°Bx甘蔗汁為原料接入酵母種子液進行酒精發(fā)酵，分別對發(fā)酵溫度、初始pH、接種量、發(fā)酵時間先后進行單因素試驗，研究其對酒精發(fā)酵階段的影響。酒精發(fā)酵效率計算公式[9]如下：

醋酸發(fā)酵：以甘蔗果酒為原料調(diào)整糖度、酒精度、pH，接入醋酸菌種子液進行醋酸發(fā)酵，研究各因素對醋酸發(fā)酵階段產(chǎn)酸量的影響。酒精轉(zhuǎn)酸率計算公式[9]如下：

陳釀：將發(fā)酵結(jié)束的甘蔗果醋（酸度6.0～6.3 g/100 m L）用硅藻土過濾，添加1.5%食鹽、1%金銀花，然后放入陶瓷罐密封陳釀15～20 d[10]。

過濾：采用硅藻土過濾器粗濾，0.22 μm醋酸纖維素膜精濾[11]。

調(diào)配：將陳釀半月的甘蔗醋，去除底部少量沉淀，分別按比例添加甘蔗原醋、18°Bx新鮮甘蔗汁、檸檬酸、DL-蘋果酸，通過補水總量添加量為100 m L，以甘蔗果醋飲料滋味酸甜適中、淡淡甘蔗清香、精濾后色澤金黃透亮為標準進行調(diào)配[12]。

1.3.4 甘蔗醋飲料感官評定

由7人組成品評小組，對試驗樣品進行品評，按表1的評分標準綜合打分，滿分10分，以7人打分的平均值作為試驗指標值[13]。

表1 甘蔗果醋飲料感官質(zhì)量評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of sugar cane vinegar drink

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精發(fā)酵階段

2.1.1 酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗

為確定較好的果酒酒精發(fā)酵工藝條件，在單因素條件基礎上進行正交試驗，以發(fā)酵溫度（A）、初始pH值（B）、接種量（C）、發(fā)酵時間（D）為考察因素，以酒精度為考察指標，試驗因素和水平見表2，試驗結(jié)果見表3。

由表3可知，該酒精發(fā)酵的4個因素中，較好因素水平為A3B2C3D3，即溫度30℃、初始pH值為4.5、接種量12%、發(fā)酵時間6 d。各因素對試驗結(jié)果影響的主次為初始pH值＞發(fā)酵時間＞接種量＞發(fā)酵溫度。以A3B2C3D3組合重復試驗3次，得到酒精度為10.4%vol，殘?zhí)呛浚ㄒ云咸烟怯嫞?.1 g/100 m L的甘蔗果酒，酒精發(fā)酵效率91.54%。10.4%vol，糖度為4.0°Bx，此后發(fā)酵液酒度和糖度變化較小，酒精發(fā)酵基本結(jié)束為發(fā)酵后期。整個酒精發(fā)酵過程中發(fā)酵液酸度變化較小，比較適合醋酸發(fā)酵，為了減低成本、縮短發(fā)酵周期，選擇發(fā)酵6 d的果酒進行過濾、成分調(diào)整、接入醋酸菌種子液進行醋酸發(fā)酵。

表2 酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal tests for alcoholic fermentation conditions optimization

表3 酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for alcoholic fermentation conditions optimization

2.2 醋酸發(fā)酵階段

2.2.1 醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗

為確定較好的果醋醋酸發(fā)酵工藝條件，在單因素試驗基礎上設計正交試驗，以總酸含量（以醋酸計）為考察指標，試驗因素與水平見表4，試驗結(jié)果見表5。

表4 醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 4 Factors and levels of orthogonal tests for acetic acid fermentation conditions optimization

表5 醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 5 Results and analysis of orthogonal tests for acetic acid fermentation conditions optimization

2.1.2 酒精發(fā)酵中糖度、酸度、酒精度的變化情況

為了在酒精發(fā)酵階段選擇酒精度、糖度合適的時間轉(zhuǎn)入醋酸發(fā)酵，以縮短發(fā)酵周期，保證果醋品質(zhì)[14]，研究了最適酒精發(fā)酵條件下的糖度、酸度、酒精度變化關系，結(jié)果如圖1所示。

圖1 酒精發(fā)酵曲線圖Fig.1 The alcoholic fermentation curve

為了釀造酸度為6.0～6.3 g/100 m L的甘蔗果醋，需要醋酸發(fā)酵初始酒精度應為7%vol～8%vol較合理。由圖1可知，將酵母種子液接入初始糖度為18°Bx的發(fā)酵液中，發(fā)酵初期由于營養(yǎng)豐富，酵母迅速繁殖，代謝較快，酒精發(fā)酵前3 d酒精度迅速上升，出酒率較高，隨后酒精度上升逐漸變慢，糖消耗速度也逐漸下降。酒精發(fā)酵6 d后發(fā)酵液酒精度為

由表5可知，在醋酸發(fā)酵的4個因素中，最適因素水平為A3B2C3D2，即酒精度8%vol、糖度7°Bx、pH值為5.0、接種量10%。各因素對試驗結(jié)果影響的主次為酒精度＞接種量＞糖度＞pH。以最優(yōu)組合A3B2C3D2重復試驗3次，發(fā)酵液平均醋酸含量6.37 g/100 m L，總糖含量（以葡萄糖計）4.2 g/100 m L，酒精度＜0.5%vol，酒精轉(zhuǎn)酸率71.19%。

2.2.2 醋酸發(fā)酵中酒精度、酸度的變化情況

由圖2可知，隨著醋酸發(fā)酵時間的延長，酒精度逐漸下降，酸度不斷增加；在1～6 d，發(fā)酵液的物質(zhì)變化幅度最大，酸度上升最快，酒精度下降迅速，為醋化的主要階段；發(fā)酵6 d之后，酒精度、酸度變化逐漸趨于平穩(wěn)，為發(fā)酵后期。7 d之后酸度上升已很緩慢，醋酸發(fā)酵基本結(jié)束。

圖2 醋酸發(fā)酵過程中酒度與酸度的變化曲線Fig.2 Changes of alcohol and acidity content during acetic acid fermentation

2.2.3 甘蔗果醋飲料配方的優(yōu)化試驗

影響甘蔗果醋飲料風味的主要因素為酸度和糖度含量[15]，為此選擇甘蔗原醋、甘蔗汁、檸檬酸、DL-蘋果酸添加量4因素設計正交試驗，以感官評分為考察指標，確定甘蔗果醋飲料最佳配方，各因素水平設計和結(jié)果見表6。

表6 甘蔗果醋醋飲料配方優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 6 Results and analysis of orthogonal tests for sugar cane vinegar drink formula optimization

由表6可知，4種因素對感官評分影響大小順序為A＞B＞C＞D，即甘蔗原醋＞甘蔗汁＞檸檬酸＞DL-蘋果酸。最佳組合為A2B1C3D1，即甘蔗原醋15%、甘蔗汁50%、檸檬酸0.14%、DL-蘋果酸0.05%。在此條件下進行驗證試驗，感官評分為8.90分。但考慮到50%甘蔗汁用量對飲料色澤以及后期保藏有一定影響，因而將50%甘蔗汁用量調(diào)整為40%甘蔗汁和2%蔗糖，調(diào)整后甘蔗果醋飲料甘蔗清香變淡，色澤透亮，更加利于保藏。甘蔗果醋飲料最適配方為甘蔗原醋15%、鮮甘蔗汁40%、蔗糖2%、檸檬酸0.14%、DL-蘋果酸0.05%。

2.3 甘蔗果醋質(zhì)量指標

2.3.1 感官指標

外觀與色澤：金黃色光澤、澄清透明、無懸浮沉淀物。

香味：具有濃郁和諧的醋香、甘蔗清香、香氣自然、協(xié)調(diào)、無異味。

2.3.2 理化指標

甘蔗果醋pH值為3.21，總酸（以醋酸計）≥6.0 g/100m L，酒精度＜0.5%vol，總糖含量（以葡萄糖計）為4.2 g/100 m L。

2.3.3 微生物指標

細菌總數(shù)≤100CFU/m L，大腸菌群≤3 MPN/m L，致病菌：未檢出。

3 結(jié)論

酒精發(fā)酵工藝中，通過正交試驗得到甘蔗果酒最優(yōu)酒精發(fā)酵條件：溫度30℃、初始pH值為4.5、接種量12%、發(fā)酵時間6 d，得到酒精度10.4%vol、殘?zhí)?.1 g/100 m L的甘蔗果酒，酒精發(fā)酵效率91.54%。通過單因素和正交試驗獲得醋酸發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)是：酒精度8%vol、糖度7°Bx、pH值為5.0、接種量10%，在溫度32℃，轉(zhuǎn)速150 r/min條件下發(fā)酵7d得到平均酸度約6.37g/100m L、殘?zhí)?.2 g/100 m L甘蔗果醋，酒精轉(zhuǎn)酸率71.19%。通過調(diào)配，甘蔗果醋飲料最佳配方為甘蔗原醋15%、鮮甘蔗汁40%、蔗糖2%、檸檬酸0.14%、DL-蘋果酸0.05%，產(chǎn)品色澤晶瑩剔透，淡淡甘蔗清香，清朗爽口。

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Fermentation technology of sugar cane vinegar and fruit vinegar drink

ZHENG Ping1,WU Youru1,YANG Jiwei1,WANG Zaiqian2,LI Nan1*
(1.College of Life Science and Technology,Guangxi University,Nanning 530004,China; 2.Guangxi Haimingwei Brewing Co.,Ltd.,Laibin 546500,China)

Sugar cane vinegar was produced via submerged fermentation of sugar cane juice and a new beverage was developed using sugar cane vinegar.Through single factor and orthogonal test,the optimal alcohol fermentation conditions and formula were as follows:temperature 30℃,initial pH 4.5,yeast inoculum 12%,fermentation time 6 d.The optimal acetic acid fermentation conditions were alcohol content 8%vol,sugar 7°Bx,pH 5.0, acetic acid bacteria inoculum 10%.Under the conditions of temperature 32℃,rotational speed 150 r/m in,fermentation time 7 d,the average acidity of sugar cane vinegar was about 6.37 g/100 m l,residual sugar 4.2 g/100 m l.The optimal formula for sugar cane vinegar drink was sugar cane vinegar 15%,sugar cane juice 40%,saccharose 2%,citric acid 0.14%,and DL-malic acid 0.05%.

sugar cane vinegar;alcoholic fermentation;acetic acid fermentation;fruit vinegar drink

TS264.2

A

0254-5071（2015）03-0154-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.03.037

2015-01-10

貴工信投資[2013]258

鄭平（1989-），男，碩士研究生，研究方向為甘蔗汁、糖蜜食品發(fā)酵與利用。

*通訊作者：李楠（1969-），男，副教授，博士，研究方向為食品微生物學及發(fā)酵工程。