樺樹液醋醋酸發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

賈鵬博，周建宇，姜秀煜，王玉紅

(黑龍江省帶嶺林業(yè)科學研究所，黑龍江 伊春 153106)

樺樹液是樺樹自然流淌出來的一種無色或微帶淡黃色的透明液體，因其蘊含著人體所需要的多種營養(yǎng)物質(zhì)，具有獨特的藥用價值、營養(yǎng)價值，開發(fā)利用的價值極大，故被稱為“神奇的樹水”。通過對國內(nèi)外相關(guān)的數(shù)據(jù)信息查閱得知，樺樹液中蘊含著人類身體中需要的各種不同的氨基酸[1]，尤其是鈣、鎂、鈉等不同的微量元素，含量很高，其中氨基酸的總共含有量基本上達到了160.84 mg/L[2]。這些物質(zhì)對人體的生命活動起著重要的作用，經(jīng)常飲用樺樹液天然飲料能促進人體新陳代謝，并可以抗血管硬化和抗疲勞，其可以增強人體的抵抗力，且不會造成污染，是一種植物飲料。生物醋飲品從過去到現(xiàn)在，一直都是國內(nèi)人民群眾使用的養(yǎng)生方式，最近幾年，醋保健已經(jīng)順應(yīng)了時代發(fā)展的潮流，在保健飲品里面占據(jù)著重要的位置[3]。我們以樺樹液為主要原料，經(jīng)過一系列的釀制過程，制成的樺樹樹液醋不僅在營養(yǎng)、風味?？诟猩嫌歇毺刂帲冶裙椎木S生素、礦物質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分更高，是集營養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：樺樹液，4月中下旬于伊春市帶嶺區(qū)東方紅林場采集樺樹液。

試劑：酒精 (95%)，望奎縣春燕消毒液制造有限公司；氫氧化鈉(分析純)哈爾濱新春化工產(chǎn)品有限公司；酚酞，天津市致遠化學試劑有限公司；蔗糖，天津市鼎盛鑫化工有限公司；白砂糖為吉林省鴻海有限公司所售；安琪酵母，安琪酵母股份有限公司；皂土，拉曼德皂土澄清劑，山東煙臺憨酒匠自釀工坊；殼聚糖，食品級，河南億航生物科技有限公司。

試驗菌種：醋酸菌，中科1.41滬釀1.01號活性醋酸菌上海釀造一廠釀醋菌種。

1.2 試驗儀器與設(shè)備

ESJ182-4型電子天平；EPED-E2-20實驗室級超純水器；YXQ-LS-50SⅡ型立式壓力蒸汽滅菌鍋；THZ-92C氣浴恒溫振蕩器；DL-CJ-2NDⅠ潔凈工作臺；HH-4數(shù)顯型恒溫水浴鍋；PHS-3C型精密PH計；HJ-6磁力攪拌器；PHB-10微量移液器；HWS-70B恒溫恒濕箱；T6新世紀紫外可見分光光度計；RHB-92ATC手持折光儀；KDM型可調(diào)控溫電熱套。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

樺樹液→過濾→稱重→糖度調(diào)節(jié)→加入酵母菌→酒精發(fā)酵→檢測→加入醋酸菌→醋酸發(fā)酵→檢測→澄清→過濾、澄清→滅菌→成品檢測→陳釀→成品

1.3.2 醋酸發(fā)酵的單因素實驗。在實驗的過程中，將樺樹液酒的初始酒精度、發(fā)酵時的相關(guān)溫度以及醋酸菌進行接種時的數(shù)量作為作用因子，然后促使醋酸進行發(fā)酵，將酸度作為指標，進行實驗，進而明確這些作用因子對醋酸發(fā)酵產(chǎn)生的影響[4]。

1.3.3 醋酸發(fā)酵的工藝優(yōu)化。將單因素試驗作為前提條件，將樺樹液酒的初始酒精度、發(fā)酵過程中的相關(guān)溫度以及醋酸菌進行接種時的相關(guān)量作為主要因素，設(shè)置L9(33)三因素三水平正交試驗，將酸度當作相關(guān)的評判指標，以酸度為評價指標進而明確醋酸在發(fā)酵過程中效果最佳的參數(shù)[5]，醋酸在發(fā)酵過程中需要的時間是10 d。醋酸發(fā)酵正交試驗因素與水平如表1所示。

表1 樺樹液醋酸發(fā)酵正交試驗因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵溫度對醋酸的影響

在溫度的選擇方面，我們選擇了5個各不相同的溫度，分別是27、29、31、33、35 ℃，然后對初始酒精含量為5.8%的樺樹液酒進行醋酸發(fā)酵，醋酸菌接種量為12%[6]。醋酸發(fā)酵產(chǎn)酸量與時間變化關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同溫度條件下產(chǎn)酸量隨時間的變化

在35 ℃的溫度變化范圍內(nèi)，總產(chǎn)酸量的變化過程從逐漸升高到最后變化不明顯，在27 ℃條件下，產(chǎn)酸量逐漸升高在第10天總酸含量最高4.95 g/100 mL，然后呈下降趨勢最后保持穩(wěn)定。在35 ℃條件下，總酸量最高達4.63 g/100 mL，隨后呈下降趨勢。當發(fā)酵過程中發(fā)酵溫度為29 ℃，發(fā)酵到第10天時，發(fā)酵液產(chǎn)生的酸的最大值是6.08 g/100mL，之后會呈現(xiàn)下降的趨勢。醋酸在溫度太低的時候，會對醋酸菌的成長造成一定的影響，發(fā)酵過程中倘若溫度太高，會致使菌體處于加速老化的狀態(tài)，進而在一定程度上影響醋酸的發(fā)酵[7]。在本文的設(shè)計試驗中，在發(fā)酵過程中的溫度是29 ℃時，發(fā)酵液里面總酸含量最高，其次是31 ℃，33 ℃。所以，選擇發(fā)酵溫度29 ℃、31 ℃以及33 ℃為樺樹液醋酸發(fā)酵的正交試驗水平。

2.2 醋酸菌接種量對產(chǎn)酸的影響

醋酸菌接種量分別為：6%、8%、10%、12%、14%、16%，發(fā)酵溫度為29 ℃。醋酸發(fā)酵產(chǎn)酸量隨時間的變化見下圖2。

圖2 不同接種量條件下產(chǎn)酸量隨時間的變化

從圖2可以看出，發(fā)酵液里產(chǎn)生的總酸量與醋酸菌接種數(shù)量息息相關(guān)，前者會因為后者的上升而上升，醋酸菌接種數(shù)量為12%時，發(fā)酵液里面產(chǎn)生的總酸量最高能夠達到6.21 g/100 mL，醋酸菌的接種數(shù)量繼續(xù)增長時，發(fā)酵液總酸量呈現(xiàn)下降的趨勢。接種量大的時候，發(fā)酵體系里面產(chǎn)生的菌體濃度比較高，相應(yīng)的發(fā)酵速率會比較快，但是，如果接種的數(shù)量超出了一定的范圍，菌體細胞自身的成長會耗用大部分的營養(yǎng)物質(zhì)，因此能夠形成醋酸的相關(guān)底物量就會明顯不足，醋酸產(chǎn)量也會相應(yīng)下降，加之營養(yǎng)物質(zhì)的迅速消耗，且伴隨許多代謝物質(zhì)產(chǎn)生，菌體細胞生存的環(huán)境就會受到污染，進而還會出現(xiàn)過菌體細胞過早的衰老以及軟化、液化等現(xiàn)象。倘若醋酸菌接種量為14%，發(fā)酵液產(chǎn)生的總酸量是5.62 g/100 mL，相對來說比醋酸菌接種量為8%的總酸含量高一些。所以，在本次正交試驗的過程中，選擇醋酸的接種數(shù)量是10%、12%和14%。

2.3 酒精度對產(chǎn)酸的影響

在無菌條件下，將12%的醋酸菌分別接種于初始酒精度為5.0%、5.2%、5.4%、5.6%、5.8%、6.0%、6.2%的樺樹液酒中，接入12%的醋酸菌進行發(fā)酵，發(fā)酵溫度為29 ℃，醋酸發(fā)酵產(chǎn)酸量隨時間變化情況見圖3。

圖3 不同酒精度條件下產(chǎn)酸量隨時間的變化

從圖3可以看出，發(fā)酵液里面醋酸含量與初始酒精度數(shù)有著密切的聯(lián)系，前者會因為后者的增長而增長，當初始酒精度數(shù)是5.8°的時候，產(chǎn)生的總酸含量是最高的，為6.15 g/100mL，如果酒精含量持續(xù)提升，醋酸的含量則呈現(xiàn)出下降的趨勢，主要原因是發(fā)酵初始階段，高濃度酒精會在一定程度上影響著醋酸菌成長以及代謝作用，相關(guān)酸的產(chǎn)量就會降低，且相應(yīng)的發(fā)酵時間也會產(chǎn)生推遲。由此可見，初始酒精度數(shù)是5.8°的時候最為合適，所以本次正交試驗過程中，應(yīng)該選用初始酒精度數(shù)是5.6°，5.8°和6.0°。

2.4 樺樹液醋酸發(fā)酵正交試驗結(jié)果與分析

樺樹液醋酸發(fā)酵正交試驗結(jié)果見表2。

從表2研究結(jié)果可以看出：考慮產(chǎn)酸量：從K值的角度來說，進行相關(guān)的醋酸發(fā)酵試驗效果最好的組合方式是A2B2C3，也就是初始酒精度數(shù)是5.8°，溫度是29 ℃，醋酸菌接種量是14%，然后對比實驗過程中產(chǎn)生的A、B、C極差，即R值的大小，Rb>Rc>Ra，進而推出相應(yīng)的關(guān)系：醋酸發(fā)酵溫度>醋酸接種量>初始酒精度，得出發(fā)酵溫度能夠在很大程度上影響著酸的產(chǎn)量，其次就是醋酸菌的接種量，樺樹液酒精度影響最小。在實驗過程中效果最好的組合方式是A2B2C3，所對應(yīng)的溫度是29 ℃，醋酸菌的接種數(shù)量是14%，相應(yīng)的酒精度是5.8°。

表2 樺樹液醋酸發(fā)酵L9(33)正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論

本實驗以新鮮樺樹液為原料，經(jīng)過酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵生產(chǎn)樺樹液醋，通過單因素實驗和正交實驗表明：樺樹液醋酸發(fā)酵的最佳工藝條件為：發(fā)酵溫度為：29 ℃，醋酸菌接種量為：14%，初始酒精度為5.8°。經(jīng)過濾，調(diào)配、殺菌等后處理可調(diào)配生產(chǎn)出具有林區(qū)特色的樺樹液醋飲品。