富含VC菇娘果米醋的研究

張 雪,于重偉,鄒汶蓉,劉春華,李婷婷,于殿宇

(東北農業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

稻米是世界上主要的糧食品種之一。稻米在加工過程中除產出主產物大米外,還有副產品碎米,但目前對于碎米副產品的綜合利用水平較低[1-3]。因此,如何充分利用這些碎米,提高稻米副產品的經濟、環(huán)境及社會效益具有重大的現(xiàn)實意義[4-6]。菇娘是東北特產水果,年產量約為6000～7500 kg,菇娘因其果肉中含有豐富的維生素C(VC)和多酚[7-8]等營養(yǎng)物質而受到當地消費者的青睞。然而由于菇娘不耐貯藏,對市場鮮銷造成一定限制,因而開發(fā)符合市場需求的菇娘系列產品,可使菇娘鮮果有更多用途,有利于促進該產業(yè)持續(xù)發(fā)展[9]。

米醋是用糯米或大米釀造的一種食醋,在我國有著悠久的歷史[10]。米醋能促進新陳代謝、調節(jié)酸堿平衡[11-12]。目前,國內已有蘋果醋[13-14]、柑橘醋[15]等果醋產品實現(xiàn)了批量生產,而利用碎米生產菇娘米醋的企業(yè)則很少,菇娘果富含豐富的VC和多酚[16-17],米醋具有抗氧化、促進腸道蠕動、助消化、降低血脂、促進血液循環(huán)、美容護膚的保健功能[18-21]。菇娘果和米醋優(yōu)勢互補，兩者結合有望得到營養(yǎng)價值更高，口感更加完美的醋類產品。

本實驗以菇娘果汁、碎米為原料,采用響應面分析方法對菇娘米醋的發(fā)酵條件進行優(yōu)化,從而確定最佳發(fā)酵工藝參數,同時測定菇娘米醋中VC和多酚的含量，并與自制米醋和商業(yè)化米醋A、B進行比較。開發(fā)出營養(yǎng)健康、風味獨特具有保健功能的菇娘米醋產品,為提高菇娘、碎米的資源利用和工業(yè)化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮菇娘 哈爾濱家樂福超市;商業(yè)化米醋A/B 哈爾濱家樂福超市;碎米 響水米業(yè)公司;酒曲 安琪酵母股份有限公司;復合果膠酶(3000 U/g) 天津利華酶制劑廠;活性醋酸菌 沂源康源生物科技有限公司;果膠酶(50 U/mg) 上海源葉生物科技有限公司;福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑 上海荔達生物科技有限公司;沒食子酸標準品 國藥集團化學試劑有限公司;其他試劑 均為國產分析純。

LRH-250生化培養(yǎng)箱、DHG-9140A電熱恒溫鼓風干燥機 上海一恒科學儀器有限公司;YXQ-280MD型小型粉碎機 上海經濟區(qū)沈蕩中新電器廠;JJ200型電子天平 美國雙杰兄弟有限公司;YXQ-280MD型高壓滅菌鍋 上海經濟區(qū)沈蕩中新電器廠;FDU-1100型冷凍干燥機 日本東京理化儀器有限公司;DKS-Ⅱ型不銹鋼新型電熱恒溫水浴鍋 上海經濟區(qū)沈蕩中新電器廠;BS110S分析天平 北京賽多利斯天平有限公司;PB21 標準型酸度計 廣州市深華生物技術有限公司。UV3000型紫外/可見分光光度計 日本島津公司產品。

1.2 實驗方法

1.2.1 菇娘米醋的工藝流程

圖1 菇娘米醋制備的工藝流程Fig.1 Fructus physalis rice vinegar preparation process

1.2.2 純米醋的制備 按照1.2.1節(jié)工藝流程,將熟碎米溫度加熱至90 ℃,向反應體系中加入12 U/g的α-淀粉酶進行液化,保持pH為6.0,進行1 h的液化反應。降溫至55 ℃,在反應體系中加入160 U/g的活化的果酒專用干酵母,pH為5.0,靜置糖化2 h,沖缸發(fā)酵[22],添加0.25%的酒曲，在30 ℃下進行酒精發(fā)酵，待酒精度達到5.7%時終止發(fā)酵，接種10%醋酸菌，發(fā)酵72 h，取出混合液，在1500 r/min轉速下離心10 min，分離上清液自然澄清，將得到的米醋在90 ℃水浴鍋中滅菌20 min，制得不添加菇娘果汁的米醋。

1.2.3 菇娘汁的制備 將新鮮、無霉變腐爛、無病蟲害的菇娘成熟果實去皮,按照2.5∶1 (w/w)的料液比,90 ℃預煮20～25 min,再加入菇娘果4倍質量的水打漿,加0.4%的果膠酶,45 ℃條件下酶解3 h后離心過濾,取上清液備用。

1.2.4 菇娘米醋制備的單因素實驗 根據1.2.1工藝流程，糖化液化步驟同1.2.2純米醋制備，之后添加一定量的菇娘果汁(果汁與碎米比例為2.5∶1),將混合物裝入三角瓶中,添加SO260 mg/L,滅菌,按體積分數0.6%的接種量接入果酒酵母,控制發(fā)酵溫度為26 ℃左右,酒精發(fā)酵3 d,得到酒精含量為5.7%的醪液[23]。接種一定量的醋酸菌，在pH4.5、初始酒精度為5.7%,搖床轉速120 r/min條件下振蕩培養(yǎng)進行醋酸發(fā)酵。然后在發(fā)酵溫度31 ℃,發(fā)酵時間72 h,裝液量40 mL/250 mL,接種量分別為6%、8%、10%、12%和14%時,考察接種量對醋酸發(fā)酵的影響;在發(fā)酵溫度31 ℃,發(fā)酵時間72 h,接種量10%,裝液量分別為20、30、40、50和60 mL/250 mL時,考察裝液量對醋酸發(fā)酵的影響;在發(fā)酵時間72 h,裝液量40 mL/250 mL,接種量10%時,發(fā)酵溫度分別為25、27、29、31和33 ℃時,考察發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響;在發(fā)酵溫度31 ℃,接種量10%,裝液量40 mL/250 mL,發(fā)酵時間分別為48、72、96、120和144 h時,以含總酸為指標,考察發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響[24]。

1.2.5 菇娘米醋各指標的測定 酒精度:參照GB/T 394.2-2008《酒精通用分析方法》進行測定;總酸:參照GB/T 5009.41-2003《食醋衛(wèi)生標準的分析方法》進行測定;VC:參照GB 5009.86-2016 《食品中抗壞血酸的測定》2,6-二氯靛酚測定法進行測定;多酚:以沒食子酸標準溶液的質量濃度(mg/mL)為橫坐標,溶液吸光度為縱坐標,得到回歸方程為y=0.1573x+0.1302(R2=0.995)。取1 mL樣液按標準方法測定,代入回歸方程計算其多酚含量[25-26]。

1.2.6 菇娘米醋發(fā)酵工藝參數優(yōu)化 在單因素實驗的基礎上,分別以發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時間(C)及接種量(D)作為自變量,以總酸(R)為響應值,按Box-Behnken試驗設計四因素三水平響應面試驗,如表1所示。

表1 醋酸發(fā)酵工藝響應面因素水平表Table 1 Table of factors for the orthogonal test of acetic acid fermentation

1.2.7 感官評價 隨機選取20嗅覺味覺視覺無障礙的感官評定員,評定員均為食品專業(yè)在校學生,男女比例1∶1。然后按照GB/T 18187-2000《釀造食醋》對菇娘米醋進行感官評定[27-28]。

1.3 數據處理

每個試驗重復3次,采用Oringe 7.5統(tǒng)計分析軟件進行基礎數據整理、分析與作圖,利用Design Expert 8.0.6軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 接種量對醋酸發(fā)酵的影響

如圖2可知,隨著接種量的增加,總酸呈上升趨勢。當醋酸桿菌接種量小于10%時,接種量太少,醋酸發(fā)酵速率慢,發(fā)酵液發(fā)酵不充分,產酸量少。當醋酸桿菌接種量大于10%時,總酸含量的增幅很小,由于發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質多數用于醋酸菌菌體細胞增殖和代謝,這將會導致醋酸菌細胞過早發(fā)生老化、自溶等現(xiàn)象,最后影響產酸量[29]。因此,為降低生產成本,醋酸桿菌接種量為10%左右為宜。

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

2.2 裝液量對醋酸發(fā)酵的影響

如圖3可知,裝液量小時,總酸含量高,推測發(fā)酵速度較快,醋酸轉化率高,裝液量增大時,發(fā)酵速度相對較慢。裝液量小于40 mL/250 mL時,過多的溶解氧加速了菌種的繁殖,消耗了發(fā)酵液中過多的養(yǎng)分,過多的氧也會抑制代謝,所以會發(fā)生過氧化現(xiàn)象[30-31]。裝液量大于40 mL/250 mL時,由于裝液量過大,溶氧量不足,菌體不能夠得到充分的氧氣進行生長代謝,進而影響發(fā)酵[29]。因此選擇裝液量為40 mL/250 mL較適宜。

圖3 裝液量對醋酸發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of liquid loading on acetic acid fermentation

2.3 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響

如圖4可知,隨著發(fā)酵溫度的增加,總酸先增加后降低,推測醋酸菌的生長繁殖隨著溫度的上升而增加,在發(fā)酵溫度低于31 ℃時,發(fā)酵溫度過低,醋酸轉化率低。當發(fā)酵溫度為31 ℃時,菇娘米醋中總酸含量最高。當發(fā)酵溫度大于31 ℃時,總酸含量下降,推測由于醋酸菌活性受到抑制,醋酸轉化率降低[33]。因此,醋酸發(fā)酵的發(fā)酵溫度為31 ℃左右。

圖4 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on acetic acid fermentation

2.4 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響

如圖5可知,隨著發(fā)酵時間的增加,總酸含量呈先上升后平穩(wěn)的趨勢。當發(fā)酵時間小于72 h時,醋酸轉化率高。當發(fā)酵時間大于72 h時,曲線趨于平滑,總酸含量增幅不明顯。為縮短發(fā)酵周期,醋酸發(fā)酵時間在72 h左右為宜。

圖5 發(fā)酵時間對醋酸發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of fermentation time on acetic acid fermentation

2.5 響應面試驗結果

在單因素實驗的基礎上,采用Box-Behnken試驗設計方法,以發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時間(C)、接種量(D)為自變量,以總酸(R)為響應值設計四因素三水平響應面試驗。試驗設計方案及結果如表2所示。將試驗所得數據進行多元回歸擬合,得到總酸(R)對發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時間(C)以及接種量(D)的回歸方程為:R=+6.34+0.18A-0.033B-0.017C+0.20D-0.10AB+0.075AC-0.025AD+0.22BC+0.075BD-0.050CD-0.28A2-0.53B2-0.18C2-0.63D2。

表2 醋酸發(fā)酵工藝響應面優(yōu)化試驗結果Table 2 Response surface analysis of acetic acid fermentation process

注:共29個試驗,其中5個為中心試驗,以估計誤差。

表3 方差分析結果Table 3 The test results of variance analysis

注:*:差異顯著(P<0.05);**:差異極顯著(P<0.01)。

由圖6可以看出,發(fā)酵溫度、裝液量、發(fā)酵時間、接種量4個變量在兩兩交互時,保持其中2個變量不變,隨著另外2個變量的增加,總酸呈現(xiàn)先上升的趨勢,當達到一定值時又呈現(xiàn)出下降趨勢。4個因素中AB、BC、AD、CD和BD交互作用對響應值的影響為極顯著(P<0.01),AC交互作用對響應值影響不顯著,即發(fā)酵溫度和裝液量、裝液量和發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度和接種量、發(fā)酵時間和接種量之間以及裝液量和接種量兩兩交互作用對響應值影響極顯著(P<0.01),但發(fā)酵溫度和接種量之間交互作用對響應值的影響不顯著。

對回歸方程求一階偏導數,當響應值總酸取最大值時,所得4個因素最佳值分別為醋酸發(fā)酵溫度31.66 ℃、醋酸發(fā)酵時間71.14 h、裝液量39.40 mL/250 mL、接種量10.30%,對應總酸最大值為6.38 g/100 mL。對4個因素進行整理為醋酸發(fā)酵溫度32 ℃、醋酸發(fā)酵時間72 h、裝液量40 mL/250 mL、接種量11%。為檢驗響應面方法所得結果的可靠性,按照上述整理值進行實驗,得到的總酸含量為6.25 g/100 mL,誤差為0.13%。預測值與實驗值之間具有良好的擬合性,從而證實了模型的有效性。

2.6 產品感官評價

感官指標:產品外觀呈橙黃色,富有光澤,且均勻一致;具有菇娘米醋特有的清爽香氣和滋味,酸味純正,無異味;無沉淀與異物,符合GB 1 8187-2000《釀造食醋》的要求。

表4 感官評價Table 4 Sensory evaluation

圖6 總酸響應面圖Fig.6 Response surface of variables on acid value

2.7 菇娘米醋VC、多酚成分分析

以自制純米醋和商業(yè)化米醋A、B為對比,對本試驗的菇娘米醋中的保健性營養(yǎng)成分多酚及VC進行分析。

由圖7可知,不同醋產品中多酚含量的比較結果為:菇娘米醋中多酚含量最高,其次為商業(yè)化米醋B、商業(yè)化米醋A,含量最低的為自制純米醋。其中菇娘米醋多酚含量為340 mg/100 mL。不同醋產品中VC含量的比較結果為:菇娘米醋中VC含量最高,其次為商業(yè)化米醋A、商業(yè)化米醋B,最低的為自制純米醋。其中菇娘米醋中VC含量為65 mg/100 mL。

圖7 醋產品中多酚和VC含量對比Fig.7 Comparison of the contents of polyphenols and VC in vinegar products

3 結論

本實驗以菇娘果汁、碎米為原料,對米醋的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化并對其產品質量進行分析。實驗結果表明,通過優(yōu)化發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、裝液量及接種量等因素的參數,成品中的總酸含量可達6.25 g/100 mL。所制備的菇娘米醋中VC含量為65 mg/100 mL、多酚含量為340 mg/100 mL,均高于自制純米醋及商業(yè)化米醋。實驗結果如用于工業(yè)化生產,為了節(jié)約成本可以略調低接種量、適當延長發(fā)酵時間。

在本試驗參數制得菇娘米醋具有菇娘果汁的天然色澤,無沉淀物、酸味柔和有醋香味,是眾多醋產品中的佳品,符合GB 18187-2000《釀造食醋》及GB 2719-2003《食醋衛(wèi)生標準》的要求,具有很好的開發(fā)前景。