蘋果幼果紅薯復(fù)合果糧醋發(fā)酵工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析

摘要：文章以蘋果幼果與紅薯為原料，采用單因素試驗與響應(yīng)面試驗確定蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋醋酸發(fā)酵的最佳工藝；在此基礎(chǔ)上，比較分析發(fā)酵前（蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁）、發(fā)酵后（蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋）以及市售蘋果醋的抗氧化能力；采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（HS-SPME-GC-MS）檢測發(fā)酵前（蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁）、發(fā)酵后（蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋）以及市售蘋果醋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。結(jié)果表明，醋酸發(fā)酵的最佳工藝為醋酸菌接種量10%、初始酒精度7%、發(fā)酵溫度31 ℃。與蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁、市售蘋果醋相比，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋具有較強(qiáng)的抗氧化能力，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)更豐富，酸類、酯類物質(zhì)的種類和含量顯著更高。該研究可為蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：蘋果幼果；紅薯；果糧醋；發(fā)酵工藝；抗氧化能力；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

中圖分類號：TS264.2 """""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A """"文章編號：1000-9973（2024）10-0001-08

Optimization of Fermentation Process and Quality Analysis of Young

Apple-Sweet Potato Compound Fruit Grain Vinegar

ZHANG Xia1， GUO Yu-qi1， AN Qi1， MA Yan-hong1，2， WANG Xiang3，

FAN Feng-ping4， WANG Yu1*

（1.College of Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Jinzhong 030801， China;

2.Institute of Agro-products Processing， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014，

China; 3.Jinzhong National Agricultural Hi-tech Industries Demonstration Zone Management

Committee， Jinzhong 030800， China; 4.Agricultural Comprehensive Administrative

Enforcement Team of Qi County， Jinzhong City， Shanxi Province，

Jinzhong 030800， China）

Abstract： In this paper， with young apple and sweet potato as the raw materials， the optimal process for acetic acid fermentation of young apple-sweet potato compound fruit grain vinegar is determined using single factor test and response surface test. Based on this， the antioxidant capacity of young apple-sweet potato compound fruit grain juice before fermentation， young apple-sweet potato compound fruit grain vinegar after fermentation and commercially available apple vinegar is compared and analyzed. Headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （HS-SPME-GC-MS） is used to detect the volatile flavor substances of young apple-sweet potato compound fruit grain juice before fermentation， young apple-sweet potato compound fruit grain vinegar after fermentation and commercially available apple vinegar. The results show that the optimal process for acetic acid fermentation is inoculation amount of acetic acid bacteria

of 10%， initial alcohol content of 7% and fermentation temperature" of 31 ℃. Compared with young apple-sweet potato compound fruit grain juice and commercially available apple vinegar， young apple-sweet potato compound fruit grain vinegar has stronger antioxidant capacity， more abundant volatile flavor substances， and significantly higher types and content of acids "and esters. This study could provide data support for the development of young apple-sweet potato compound fruit grain vinegar.

Key words： young apple; sweet potato; fruit grain vinegar; fermentation process; antioxidant capacity; volatile flavor substances

蘋果營養(yǎng)豐富，具有抗氧化、調(diào)節(jié)血糖、防癌、提高免疫力等保健功能[1-2]。目前，市面上的蘋果產(chǎn)品有濃縮蘋果汁、果醬、蘋果醋等，然而，以蘋果幼果為原料制成的產(chǎn)品比較罕見。蘋果在種植過程中會進(jìn)行疏花疏果，疏除的幼果造成了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題，因此，高值化利用蘋果幼果對經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)具有實(shí)際意義。根據(jù)研究，蘋果幼果富含多酚、多糖等功能性成分[3]，尤其是多酚含量約為成熟蘋果的10倍，研究表明，它們對人體有抗氧化、抑制腫瘤、抗誘變、防癌等多種保健功能[4-5]。因此，可利用蘋果幼果生產(chǎn)功能性產(chǎn)品。

紅薯營養(yǎng)豐富，富含淀粉、蛋白質(zhì)、VA、VC、氨基酸、膳食纖維等營養(yǎng)成分，具有降血壓、防癌、提高人體免疫力、潤腸通便等保健功能[6-7]。目前，利用紅薯開發(fā)的產(chǎn)品有果脯、軟糖、果醬、面包、鍋巴、全粉膨化薯片等。

本文以疏除的蘋果幼果為主要原料，與紅薯復(fù)配發(fā)酵制成果糧醋。紅薯淀粉含量多、味道香甜，蘋果幼果成熟度低、澀味重，兩者復(fù)配可使風(fēng)味更加協(xié)調(diào)。制成的果糧醋豐富了醋的種類，并將蘋果幼果變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了其功能化利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富士蘋果幼果：采自山西皓美果蔬股份有限公司基地，2022年6月下旬采集，單果平均質(zhì)量75 g，處理前保存于0 ℃冷庫中；紅薯：山東煙薯25號（市售）；α-淀粉酶、糖化酶、葡萄糖、檸檬酸、果膠酶、乙醇（均為食品級）：太谷縣永利化工試劑經(jīng)銷部；氫氧化鈉：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司;醋酸菌：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西老陳醋研究中心；福林酚：北京索萊寶科技有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2，2′-聯(lián)氮-雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）：上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

P4型紫外可見分光光度計 上海美譜達(dá)儀器有限公司；ZHWY-1102C恒溫培養(yǎng)振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司；SW-CJ-2FB超凈工作臺 紹興博緯儀器設(shè)備有限公司；Trace 1300氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及操作要點(diǎn)

1.3.1.1 工藝流程

1.3.1.2 操作要點(diǎn)

蘋果幼果汁的制備：將蘋果幼果熱燙處理1 min后，以1∶2的料液比打漿（加入1%的檸檬酸護(hù)色）。添加0.05%果膠酶于50 ℃水浴酶解3 h后，于90 ℃水浴滅酶10 min。在4 000 r/min條件下離心15 min，得到蘋果幼果汁。

紅薯液的制備：將紅薯去皮、切片、蒸熟，以1∶1.5的料液比打漿。加入0.2%的α-淀粉酶酶解90 min后，加入0.3%的糖化酶酶解45 min。在液化、糖化結(jié)束后分別在90 ℃條件下滅酶20 min。

調(diào)配：將蘋果幼果汁與紅薯液按1∶1的比例混合后，于85 ℃水浴滅酶15 min。

酵母菌活化：用2%蔗糖水在37 ℃條件下活化酵母菌10 min。

酒精發(fā)酵：將接種量為0.2%的酵母菌接入初始糖度為18 °Brix、pH為4的混合果糧汁中，在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵8 d。

醋酸菌活化：在100 mL蒸餾水中加入2%葡萄糖與1%酵母膏，用8層紗布封口，進(jìn)行高壓蒸汽滅菌。冷卻后，加入4%無水乙醇，搖勻，采用接種環(huán)接入兩環(huán)醋酸菌，放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中振蕩，直至吸光度為1時即醋酸菌活化成功。

醋酸發(fā)酵：將醋酸菌接種到蘋果幼果-紅薯酒醪中，在30 ℃、轉(zhuǎn)速150 r/min的搖床培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，9 d后測定總酸與多酚的含量。

殺菌：將發(fā)酵完成的果糧醋于85 ℃水浴25 min，迅速冷卻后，在無菌條件下灌裝。

1.3.2 醋酸發(fā)酵工藝優(yōu)化

1.3.2.1 單因素試驗

以醋酸菌接種量（4%、6%、8%、10%、12%）、初始酒精度（4%、5%、6%、7%、8%）、發(fā)酵溫度（26，28，30，32，34 ℃）為單因素，考察其對總酸、多酚含量的影響。

1.3.2.2 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以總酸含量為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗，試驗因素水平見表1。

1.3.3 指標(biāo)的測定

多酚含量的測定：采用福林酚法[8]；總酸含量的測定：參照GB 12456—2021中的方法。

1.3.4 抗氧化能力的測定

1.3.4.1 DPPH自由基清除率的測定

分別在0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9 mL的樣品液中加入2 mL濃度為0.2 mmol/L的DPPH溶液，避光放置0.5 h，在517 nm處測定其吸光度值，記為Ai;同等條件下，相同體積的樣品液與2 mL無水乙醇混合液的吸光度值記為Aj;相同體積無水乙醇與2 mL DPPH混合液的吸光度值記為A0[9]。DPPH自由基清除率計算公式：S=[1－（Ai－Aj）]/A0×100%。

1.3.4.2 ABTS自由基清除率的測定

用乙醇將ABTS溶液稀釋，使其在734 nm處的吸光度值為0.7±0.02。分別在0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9 mL的樣品液中加入0.8 mL ABTS溶液，搖勻并避光放置6 min，在734 nm處測其吸光度值記為Ai；同等條件下，相同體積的無水乙醇與0.8 mL ABTS溶液的混合液吸光度值記為Aj[9]。ABTS自由基清除率計算公式：S=（Aj－Ai）/Aj×100%。

1.3.4.3 羥基自由基清除率的測定

分別在0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9 mL的樣品液中依次加入2 mL 1.8 mmol/mL 的FeSO4溶液（使用時稀釋了10倍）、1.5 mL 1.8 mmol/mL的水楊酸溶液（使用時稀釋了10倍）、0.3% H2O2溶液0.1 mL，在37 ℃下水浴避光0.5 h，在510 nm處測定吸光度值，記為A。同等條件下，將樣品液換成蒸餾水，測定其吸光度值，記為A0[10]。羥基自由基清除率計算公式：S=（A0－A）/A0×100%。

1.3.5 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測定

在20 mL頂空瓶中移入6 mL樣品，加入1.2 g NaCl，搖勻，在30 ℃下平衡30 min，將老化的SPME萃取頭插入頂空瓶中吸附40 min后進(jìn)行解吸[11]。

色譜條件：DB-5MS石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm，0.25 mm），初溫35 ℃，保持6 min，以5 ℃/min升到150 ℃，再以10 ℃/min升到250 ℃。進(jìn)樣口溫度為250 ℃，不分流進(jìn)樣，載氣為氦氣（He）；流速為1 mL/min[12]。

質(zhì)譜條件：電子電離源；接口溫度280 ℃，離子源溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍43～500 amu。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019和IBM SPSS Statistics 2023對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，采用Origin 2022進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 醋酸發(fā)酵試驗結(jié)果

2.1.1 醋酸發(fā)酵單因素結(jié)果分析

2.1.1.1 醋酸菌接種量對醋酸發(fā)酵的影響

由圖1可知，當(dāng)醋酸菌接種量為4%～10%時，果糧醋的總酸含量呈上升趨勢，這是因為醋酸菌將乙醇轉(zhuǎn)化成醋酸，因此總酸含量增加。當(dāng)接種量大于10%時，總酸含量呈下降趨勢，這可能是接種量過大不僅會將乙醇氧化成水和二氧化碳，而且會使醋酸菌出現(xiàn)衰退、老化現(xiàn)象，因此總酸含量降低[13-14]。多酚含量隨著總酸含量的升高而降低，可能是醋酸發(fā)酵是氧化反應(yīng)，生成的醋酸越多意味著氧化反應(yīng)越強(qiáng)，多酚越易被氧化，因此多酚含量會隨著總酸含量的升高而降低[15]。綜合考慮，選擇最佳醋酸菌接種量為10%。

2.1.1.2 發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵的影響

由圖2可知，當(dāng)發(fā)酵溫度為26～30 ℃時，總酸含量隨著發(fā)酵溫度的上升而升高，當(dāng)發(fā)酵溫度高于30 ℃時，果糧醋的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸降低，這是因為溫度過低或過高都會抑制醋酸菌的活性，使果糧醋中的總酸含量降低[16]。多酚含量隨著總酸含量的上升而下降，這可能是因為多酚易溶于乙醇，在發(fā)酵溫度為30 ℃時，發(fā)酵液中的醋酸菌轉(zhuǎn)化率最高，因此酒精度最低，故溶解的多酚含量較低[17]。綜合考慮，選擇30 ℃為最佳發(fā)酵溫度。

2.1.1.3 初始酒精度對醋酸發(fā)酵的影響

由圖3可知，初始酒精度在4%～7%之間時，總酸含量隨著初始酒精度的增加而增加，可能是乙醇為醋酸菌提供了碳源，促進(jìn)了醋酸菌的生長，故總酸含量升高[18]。當(dāng)初始酒精度大于7%時，總酸含量降低，可能是初始酒精度過高會抑制醋酸菌的生長，使總酸含量下降[19]。初始酒精度為4%時，多酚含量最低；當(dāng)初始酒精度為8%時，多酚含量最高，這可能與發(fā)酵液中初始酒精度的含量有關(guān)，多酚在乙醇中的溶解度較大。綜合考慮，選擇7%為最佳初始酒精度。

2.1.2 響應(yīng)面優(yōu)化醋酸發(fā)酵工藝

2.1.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以總酸含量為指標(biāo)，設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面試驗，結(jié)果見表2，方差分析見表3。

應(yīng)用響應(yīng)面軟件進(jìn)行分析，得到二元多項式回歸方程： Y=4.45－0.11A－0.13B+0.15C+0.020AB+0.080AC+0.035BC－0.65A2－0.27B2－0.21C2。

由表3可知，回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P=0.247 4＞0.05），此模型的R2 =0.989 7，RAdj2=0.976 5，說明模型的擬合度較好，因此該模型能對果糧醋的總酸含量進(jìn)行分析[20]。由F值可知，3個因素對總酸含量的影響順序為發(fā)酵溫度（C）＞初始酒精度（B）＞醋酸菌接種量（A）。

2.1.2.2 各因素間交互作用分析

響應(yīng)面圖的曲面越陡峭，表明交互作用越強(qiáng)。等高線的形狀越接近橢圓形，表明交互作用越顯著[21]。各因素交互作用對總酸含量影響的等高線和響應(yīng)面圖見圖4。

由圖4可知，醋酸菌接種量與初始酒精度、初始酒精度與發(fā)酵溫度的交互作用對總酸含量的影響不顯著，醋酸菌接種量與發(fā)酵溫度的交互作用對總酸含量的影響顯著。

2.1.2.3 驗證試驗

通過響應(yīng)面分析軟件得到醋酸發(fā)酵最佳工藝為醋酸菌接種量9.868%、初始酒精度6.776%、發(fā)酵溫度30.677 ℃，在此條件下預(yù)測的總酸含量為4.492 g/100 mL。根據(jù)實(shí)際操作的可行性，將最佳工藝調(diào)整為醋酸菌接種量10%、初始酒精度7%、發(fā)酵溫度 31 ℃，在此條件下進(jìn)行3次平行試驗，得到總酸含量為（4.51±0.06） g/100 mL，多酚含量為（331.87±3.23） μg/mL，與預(yù)測值較接近，表明該工藝可行。

2.2 抗氧化能力的比較

2.2.1 DPPH自由基清除能力的比較

由圖5可知，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋、蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁的DPPH自由基清除能力隨著樣品添加量的增加呈上升趨勢，當(dāng)樣品添加量為0.9 mL時，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋、蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁的DPPH自由基清除率分別為（83.47±1.91）%、（79.34±2.16）%。市售蘋果醋的DPPH自由基清除能力隨著樣品添加量的增加而上升，當(dāng)樣品添加量為0.6 mL時，市售蘋果醋的DPPH自由基清除率為（41.66±1.79）%，繼續(xù)增加樣品添加量，DPPH自由基清除率變化不大，趨于穩(wěn)定。3種樣品的DPPH自由基清除率由大到小排序為蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋gt;蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁gt;市售蘋果醋。

2.2.2 ABTS自由基清除能力的比較

由圖6可知，3種樣品的ABTS自由基清除能力均隨著樣品添加量的增加而增加，當(dāng)樣品添加量為0.8，0.9 mL時，市售蘋果醋的ABTS自由基清除率高于蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁。但蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的ABTS自由基清除率始終高于蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁和市售蘋果醋。

2.2.3 羥基自由基清除能力的比較

由圖7可知，3種樣品的羥基自由基清除率隨著樣品添加量的增加而增加，當(dāng)樣品添加量為0.9 mL時，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的羥基自由基清除率最高，為（88.19±1.21）%；市售蘋果醋的羥基自由基清除率次之，為（71.74±1.2）%；蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁的羥基自由基清除率最低，為（69.95±1.41）%。

綜上，與蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁、市售蘋果醋相比，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的抗氧化能力較高。蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的抗氧化能力高于蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁，可能是因為發(fā)酵后多酚、黃酮等功能性成分含量升高，使果糧醋的抗氧化能力增強(qiáng)[22]。蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的抗氧化能力高于市售蘋果醋，可能是因為蘋果幼果中含有較多的多酚、多糖等功能性成分，這些功能性成分均具有較強(qiáng)的抗氧化能力[23-24]。

2.3 揮發(fā)性成分分析

由表4和圖8可知，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁、蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋、市售蘋果醋中共檢測到90種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁中含有33種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中酯類5種（占總量的0.81%），酸類1種（占總量的0.34%），醇類13種（占總量的19.87%），酮類2種（占總量的0.28%），酚類2種（占總量的0.45%），醛類5種（占總量的33.31%），烯烴類5種（占總量的0.46%）。發(fā)酵后，果糧醋中共含有42種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中，酯類15種（占總量的12.2%），酸類11種（占總量的73.55%），醇類5種（占總量的0.79%），酮類5種（占總量的0.97%），酚類1種（占總量的0.18%），醛類3種（占總量的0.13%），烯烴類2種（占總量的0.04%），比果糧汁增加了酸類、酯類和酮類物質(zhì)，包括乙酸、（±）-3-羥基月桂酸、乙酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯、己酸甲酯、異戊酸異戊酯、S（－）-2-甲基-1-丁醇、3-羥基-2-丁酮、大馬士酮、2，4-二叔丁基酚、α-柏木烯等物質(zhì)。乙酸會使人愉悅，乙酸含量越高說明發(fā)酵品質(zhì)越好；乙酸乙酯賦予果糧醋菠蘿香和蘋果香甜味；3-羥基-2-丁酮具有奶油香、甜香；大馬士酮賦予果糧醋玫瑰花香[25-26]，這些風(fēng)味物質(zhì)不僅賦予了果糧醋特殊的香氣，而且豐富了果糧醋的風(fēng)味。

市售蘋果醋中共檢測到27種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中酯類2種（占總量的0.88%），酸類7種（占總量的49.59%），醇類7種（占總量的45.87%），酮類1種（占總量的0.65%），酚類1種（占總量的0.05%），烯烴類4種（占總量的0.07%），醛類5種（占總量的1.19%）。與蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋相比，市售蘋果醋的酸類、酯類、酮類等物質(zhì)的種類與含量均較低，這是因為紅薯淀粉含量高，與蘋果幼果復(fù)配可彌補(bǔ)其淀粉少、糖度低等不足，從而使蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的風(fēng)味更佳。

3 結(jié)論

通過單因素試驗與響應(yīng)面試驗得到蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的最優(yōu)醋酸發(fā)酵工藝為醋酸菌接種量10%、發(fā)酵溫度31 ℃、初始酒精度7%，在此條件下，果糧醋的總酸含量為（4.51±0.06） g/100 mL，多酚含量為（331.87±3.23） μg/mL。與市售蘋果醋、蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁相比，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋具有較強(qiáng)的抗氧化能力。采用HS-SPME-GC-MS檢測蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧汁、蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋、市售蘋果醋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋的風(fēng)味最佳，含有較多的酸類與酯類物質(zhì)，這些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)使蘋果幼果-紅薯復(fù)合果糧醋清新淡雅、香味宜人。

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收稿日期：2024-04-21

基金項目：晉中國家農(nóng)高區(qū)食品科學(xué)與工程教授、博士工作站資助項目（JZNGQBSGZZ003）;呂梁市重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2021NYGG-2-38）；兵團(tuán)重點(diǎn)領(lǐng)域科技攻關(guān)計劃項目（2023AB004-01）

作者簡介：張霞（1995—），女，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。

*通信作者：王愈（1968—），男，教授，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。