沙棘果醋發(fā)酵工藝對(duì)其食用品質(zhì)影響的研究

張莉莉，張軍*，蔡永國(guó)，馬驍，張哲，王明潔，梁文衛(wèi)

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄉(xiāng)村振興科技研究所，哈爾濱 150086；2.新疆慧華沙棘生物科技有限公司，新疆 清河 836200)

食醋是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾{(diào)味品之一[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)豐富的果醋更加關(guān)注、重視[2]。與糧食醋相比，果醋具有更好的風(fēng)味以及更多的維生素、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸[3]。而沙棘果在我國(guó)民間歷有“長(zhǎng)壽果”之美稱，深受人們喜愛(ài)[4]。它含有多種維生素，其中富含的維生素A對(duì)于夜盲癥有緩解作用[5]；所含有的活性成分可以降低血脂，使血管恢復(fù)彈性，有效地延緩動(dòng)脈硬化的進(jìn)程[6]；含有的粗纖維能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)、緩解便秘等[7]。沙棘果釀造的果醋更是含有豐富的黃酮、胡蘿卜素、甾醇、SOD等生命活性成分，具有一定的保健功能，受到人們的推崇和喜愛(ài)[8]。

1 研究材料與方法

1.1 供試材料

沙棘酒：新疆慧華沙棘生物科技有限公司用“深秋紅”沙棘果釀造；滬釀1.01醋酸菌：上海市釀造科學(xué)研究所；醋酸菌液體培養(yǎng)基：葡萄糖100 g，蒸餾水1000 mL，調(diào)pH至6.8， 0.1 MPa滅菌20 min后冷卻至40～42 ℃時(shí)加入95%酒精(食用級(jí))40 mL，冷卻備用。

1.2 儀器設(shè)備

恒溫振蕩培養(yǎng)箱 江蘇國(guó)華儀器廠；雙層玻璃發(fā)酵罐 上海申生科技有限公司；LG10-2.4A高速離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HH.BII-360-S電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；PHS-3C型酸度計(jì) 上海雷磁儀器廠；79-1型磁力加熱攪拌器 山東華魯儀器廠；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

1.3 工藝流程

沙棘果醋工藝流程：沙棘酒液→(加活化液態(tài)菌種)醋酸發(fā)酵→生醋→殺菌→加鹽及調(diào)味→陳釀勾兌→殺菌→成品。

1.4 試驗(yàn)與方法

1.4.1 酒度測(cè)定

采用酒精計(jì)法，按GB/T 10345-2007執(zhí)行[9]。

1.4.2 產(chǎn)酸量測(cè)定

采用酸堿滴定法[10]。

1.4.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將沙棘酒液加入醋酸菌母液進(jìn)行醋酸發(fā)酵，以酒精含量、接種量、起始pH值、發(fā)酵溫度為影響因素，研究各因素對(duì)醋酸發(fā)酵過(guò)程的影響，并確定沙棘果醋發(fā)酵工藝參數(shù)的最佳范圍。

1.4.4 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定酒精含量、接種量、起始pH值、發(fā)酵溫度4個(gè)因素為自變量，產(chǎn)酸量和感官評(píng)定為響應(yīng)值，利用SAS 9.1軟件分析試驗(yàn)結(jié)果，并用SPSS 19.0 軟件對(duì)產(chǎn)酸量與感官評(píng)定之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

1.4.5 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化法

采用公式(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理[11]。

(1)

式中：Y為標(biāo)準(zhǔn)化值；y為指標(biāo)值；ymin為指標(biāo)最小值；ymax為指標(biāo)最大值。

1.4.6 綜合評(píng)分法

將各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，給出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，并將各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值與對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘后，再進(jìn)行相加作為綜合分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Yi為綜合分?jǐn)?shù)；Bj為權(quán)重系數(shù)；Yij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；i為第i號(hào)試驗(yàn)；j為第j個(gè)指標(biāo)。

1.4.7 沙棘果醋感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

感官評(píng)定：評(píng)定小組由10人組成，都是從事食品行業(yè)的專業(yè)人員。要求評(píng)定人員在參加評(píng)定前12 h不吸煙，不喝酒，不食辛辣等刺激性食品，評(píng)定一個(gè)樣品前以清水漱口，間隔10 min進(jìn)行下一個(gè)樣品的測(cè)定[12]。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表Table 1 The sensory evaluation standard

2 結(jié)果與分析

沙棘果醋發(fā)酵工藝主要是酒精在醋酸菌的作用下轉(zhuǎn)化成醋酸的過(guò)程[13]，所以發(fā)酵過(guò)程中醋酸的產(chǎn)量是衡量發(fā)酵過(guò)程好壞的主要指標(biāo)[14]，在得到產(chǎn)酸量的同時(shí)，還要兼顧感官評(píng)定的好壞。相關(guān)研究表明，酒精含量、接種量、起始pH值、發(fā)酵溫度對(duì)醋酸的發(fā)酵過(guò)程具有顯著的影響。通過(guò)單因素試驗(yàn)，研究酒精含量、接種量、起始pH值、發(fā)酵溫度對(duì)醋酸發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)酸量和感官評(píng)定的影響。

2.1 酒精含量對(duì)發(fā)酵過(guò)程中總酸及感官評(píng)分的影響

由圖1可知，隨著酒精含量的增加，總酸含量逐漸增大，而隨著酒精含量的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，酒精含量在7%時(shí)感官評(píng)分最高。酒精濃度越高，醋酸菌種發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)酸量越大，但產(chǎn)酸過(guò)多會(huì)影響沙棘果醋的感官評(píng)分[15]。

圖1 酒精含量對(duì)總酸及感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of initial alcohol content on total acid and sensory score

2.2 接種量對(duì)發(fā)酵過(guò)程中總酸及感官評(píng)分的影響

由圖2可知，發(fā)酵過(guò)程中總酸含量隨著接種量的增加呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢(shì)。較低的接種量會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量都很低，而較高的接種量在前期產(chǎn)酸的速率較快。感官評(píng)分隨著接種量的增加呈現(xiàn)先增加后緩慢下降的趨勢(shì)，主要是因?yàn)榘l(fā)酵后期過(guò)多的菌體會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵液被污染，使感官評(píng)分下降[16]。

圖2 接種量對(duì)總酸及感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of inoculation amount on total acid and sensory score

2.3 起始pH值對(duì)發(fā)酵過(guò)程中總酸及感官評(píng)分的影響

由圖3可知，隨著起始pH值的增加，總酸含量呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)。感官評(píng)分隨著起始pH值的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，感官評(píng)分的最佳起始pH值范圍在4.0～5.0之間。醋酸菌生長(zhǎng)需要合適的pH環(huán)境，pH值太高或太低都不利于醋酸菌的生長(zhǎng)，當(dāng)pH值較適合時(shí)，醋酸菌的產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量相對(duì)較高，同時(shí)還可以維持較高的感官評(píng)分。

圖3 起始pH值對(duì)總酸及感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of initial pH value on total acid and sensory score

2.4 發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵過(guò)程中總酸及感官評(píng)分的影響

由圖4可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，總酸含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)發(fā)酵溫度為32 ℃時(shí)，總酸含量最大。感官評(píng)分隨著發(fā)酵溫度的增加也呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，最佳的發(fā)酵溫度范圍在30～34 ℃。當(dāng)發(fā)酵溫度較低時(shí)，醋酸菌生長(zhǎng)受到抑制，而當(dāng)溫度較高時(shí)，其他雜菌大量繁殖，與醋酸菌形成競(jìng)爭(zhēng)抑制，不利于醋酸菌的生長(zhǎng)繁殖[17]，因此適合的發(fā)酵溫度不僅可以得到高產(chǎn)酸量，同時(shí)還可以維持較高的感官評(píng)分。

圖4 發(fā)酵溫度對(duì)總酸及感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on total acid and sensory score

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化沙棘醋發(fā)酵工藝

根據(jù)表3的試驗(yàn)結(jié)果，由公式(1)將總酸和感官評(píng)分的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再給出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，由于發(fā)酵沙棘果醋的感官評(píng)分要比其總酸更為重要，因此在權(quán)重系數(shù)的分配上，總酸的權(quán)重系數(shù)為0.4，感官評(píng)分的權(quán)重系數(shù)為0.6。由公式(2)得出相應(yīng)的綜合分?jǐn)?shù)，并作為總指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果分析，選取酒精含量、接種量、起始pH值、發(fā)酵溫度為自變量進(jìn)行響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)試驗(yàn)，見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 The factors and levels of response surface experiment

表3 Box-Behnken試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental scheme and results

由表3中F值大小可知，各因素對(duì)綜合評(píng)分影響程度的主次關(guān)系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發(fā)酵溫度>接種量。由于各因素與綜合分之間的影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，為了更明確各因素與綜合評(píng)分Y的關(guān)系，通過(guò)SAS 9.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)曲面回歸模型為：Y=0.983+0.113X1+0.075X2+0.109X3+0.093X4-0.312X12-0.08X1X2+0.18X1X3+0.07X1X4-0.257X22+0.055X2X3+0.01X2X4-0.273X32-0.018X3X4-0.203X42。

對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸與方差分析，由表4的分析結(jié)果可知，失擬項(xiàng)不顯著，回歸項(xiàng)顯著；且該模型R2=96.51%，RAdj2=92.43%，說(shuō)明試驗(yàn)設(shè)計(jì)所獲得的數(shù)學(xué)回歸方程與試驗(yàn)結(jié)果能夠較好地進(jìn)行擬合，自變量與響應(yīng)值之間的線性關(guān)系較為顯著。各因素對(duì)綜合評(píng)分影響程度的主次關(guān)系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發(fā)酵溫度>接種量。

表4 回歸模型方差分析結(jié)果Table 4 The variance analysis for regression equation

由表5可知，4個(gè)因素的特征值都為負(fù)值，表明有極值。由SAS 9.1軟件分析得出各因素最優(yōu)的水平組合為：x1=0.2793，x2=0.1394，x3=0.2972，x4=0.2662，考慮到實(shí)際工藝過(guò)程的操作情況，對(duì)各因素的最優(yōu)水平進(jìn)行修正，即x1=0.5，x2=0，x3=0，x4=0.5，修正后的優(yōu)化工藝條件為：酒精含量7.5%，接種量8%，起始pH值4.5，發(fā)酵溫度33 ℃。

表5 典型分析表Table 5 The typical analysis

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)初步確定沙棘醋發(fā)酵工藝的條件并在此基礎(chǔ)上以總酸含量和感官評(píng)分為主要指標(biāo)，將總酸和感官評(píng)分的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再給出各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，由于發(fā)酵沙棘果醋的感官評(píng)分要比其總酸含量更為重要，因此在權(quán)重系數(shù)的分配上，總酸含量的權(quán)重系數(shù)為0.4，感官評(píng)分的權(quán)重系數(shù)為0.6。采用響應(yīng)曲面法中的Box-Behnken模式，得出各因素對(duì)綜合評(píng)分的影響程度的主次關(guān)系為：x1>x3>x4>x2，即酒精含量>起始pH值>發(fā)酵溫度>接種量，通過(guò)二次回歸設(shè)計(jì)優(yōu)化沙棘；果醋發(fā)酵工藝的最佳條件：酒精含量7.5%，接種量8%，起始pH值4.5，發(fā)酵溫度33 ℃。