王磊，陳宇飛，楊柳

(吉林工商學院 食品工程學院，長春 130507)

黑木耳紅棗復合果醋酒精發(fā)酵工藝的研究

王磊，陳宇飛，楊柳

(吉林工商學院 食品工程學院，長春 130507)

以黑木耳、紅棗為主要原料釀造復合果醋，采用響應面法優(yōu)化果醋的酒精發(fā)酵工藝條件。選取酵母接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度為影響因子，以發(fā)酵液的酒精度為響應值，在單因素試驗基礎上，采用Box-Behnken設計建立數(shù)學模型。結(jié)果表明：黑木耳紅棗復合果醋酒精發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為酵母接種量4%，發(fā)酵溫度30 ℃，初始糖度12.5%，發(fā)酵7天，在此優(yōu)化條件下，發(fā)酵液的酒精度為11.7%，與模型預測值基本一致。

果醋；黑木耳；紅棗；酒精發(fā)酵

黑木耳屬真菌門、擔子菌綱、木耳目、木耳科的一種藥食兩用的菌類植物，是營養(yǎng)價值極高的黑色滋補食品，香嫩可口，被譽為“菌中之冠”。黑木耳含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖、脂肪和鈣、磷、鐵等元素以及多種維生素，此外還含有磷脂、固醇等營養(yǎng)素及人體必需的8種氨基酸[1]。黑木耳具有益氣強身、滋腎養(yǎng)胃、活血等功能，它具有抗凝血和血栓形成、降低血脂和血液粘度、軟化血管、促進免疫功能、降血糖、延緩衰老等廣泛的藥理作用[2]。

紅棗是一種藥食兼用、營養(yǎng)豐富的“果中珍品”。紅棗含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、纖維素、多種人體必需氨基酸以及鐵、鋅、磷、鈣、硒等，同時還含有豐富的維生素，其中維生素C的含量是蘋果的70～100倍，且在人體內(nèi)的生物利用度高，平均達到86.3%[3]。醫(yī)學研究證明：紅棗具有健脾益胃、補氣養(yǎng)血、抗腫瘤、抗氧化、降血壓、提高免疫力等多重功效。

果醋是以果品或其加工下腳料為主要原料，用釀酒酵母經(jīng)酒精發(fā)酵，而后用醋酸菌發(fā)酵釀造而成的一種營養(yǎng)豐富、風味獨特的飲品[4]。果醋除了具有一般食醋的解除疲勞、降低血壓、分解血膽固醇、預防動脈硬化和心血管病、增進食欲、促進消化等作用，還兼有水果的保健功能，是集營養(yǎng)、保健于一體的健康飲品，具有廣泛的實用性[5]。本研究將黑木耳與紅棗復合發(fā)酵成果醋，利用純液態(tài)釀醋工藝，開發(fā)出營養(yǎng)豐富的復合果醋。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

黑木耳：吉林長白山野生山木耳；紅棗：新疆和田玉棗；酵母菌：丹寶利釀酒高活性干酵母；醋酸菌：AS1.41醋酸菌；其余化學試劑均為分析純。

電子天平 上海分析儀器廠；PHS-3C數(shù)字酸度計 上海精密科學儀器有限公司；低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；722分光光度計 上海光譜儀器有限公司；303A電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海智誠實驗儀器有限公司；組織搗碎機 江蘇金壇榮華儀器制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 黑木耳汁的制備

將優(yōu)質(zhì)的干黑木耳于30 ℃左右水中浸泡50～60 min，清洗干凈；將浸泡好的黑木耳加適量水，用組織搗碎機粉碎。稱取一定量已磨好的黑木耳，在75 ℃左右的恒溫水浴中浸提2 h，得到汁液。浸提后的汁液用8層紗布過濾，再經(jīng)離心機3000 r/min離心5 min，制得黑木耳汁。

1.2.2 紅棗汁的制備[6]

選擇優(yōu)質(zhì)的和田玉棗，將其去核，水洗干凈，然后加3倍質(zhì)量的清水放入組織搗碎機進行粉碎。將粉碎后的紅棗泥再加3倍質(zhì)量的水，于70 ℃的恒溫水浴中浸提1.5 h。向紅棗浸提液中添加0.5%的果膠酶，于50 ℃恒溫水浴繼續(xù)浸提30 min。用8層紗布過濾，得到略微粘稠的紅棗汁。

1.2.3 黑木耳紅棗果醋的加工工藝

1.2.3.1 工藝流程

釀酒酵母 醋酸菌

↓ ↓

黑木耳與紅棗混合汁→調(diào)整糖度→酒精發(fā)酵→醋酸發(fā)酵→粗濾→調(diào)配→精濾→殺菌、灌裝→二次殺菌→冷卻→檢驗→果醋成品。

1.2.3.2 操作要點

黑木耳與紅棗混合：將制備好的黑木耳漿液、紅棗漿液和水按5∶3∶2混合，-2 ℃保藏。

調(diào)整糖度：采用低糖原果汁直接發(fā)酵法發(fā)酵，混合漿含糖量控制在15%。

酒精發(fā)酵：將活化后的釀酒酵母接入黑木耳紅棗混合漿汁中發(fā)酵，接種量2%～4%，發(fā)酵溫度24～32 ℃，初始糖度10%～14%，發(fā)酵7天，當酒精度達到10%左右且不再升高時酒精發(fā)酵結(jié)束。

醋酸發(fā)酵：將擴大培養(yǎng)后的醋酸菌直接接入酒精度達到7%左右的發(fā)酵液中。調(diào)整醋酸菌發(fā)酵液最適pH 到4.5，接種量10%左右，發(fā)酵溫度30～35 ℃，發(fā)酵時間5～7天，當醋酸轉(zhuǎn)化率達到80%左右且不再升高時醋酸發(fā)酵結(jié)束。

粗濾：用200目的過濾器進行過濾，將發(fā)酵后的剩余殘渣濾除，使不溶性固形物含量下降到20%以下。

殺菌、灌裝：將熟化后的果醋迅速加熱到85 ℃以上維持幾秒，迅速裝入消毒過的玻璃瓶內(nèi)，趁熱(不低于70 ℃)立即封口，密封后迅速冷卻至35 ℃以下，得到復合果醋成品。

1.2.4 酒精發(fā)酵工藝單因素試驗

1.2.4.1 酵母接種量對酒精發(fā)酵的影響

以不同酵母接種量對酒精度的影響為研究對象，選擇酵母接種量1%，2%，3%，4%，5%，發(fā)酵溫度為32 ℃，初始糖度為10%，發(fā)酵7 天，計算發(fā)酵液的酒精度。

1.2.4.2 發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響

以不同發(fā)酵溫度對酒精度的影響為研究對象，選擇發(fā)酵溫度為24，28，32，36，40 ℃，酵母接種量為4%，初始糖度為10%，發(fā)酵7 天，計算發(fā)酵液的酒精度。

1.2.4.3 初始糖度對酒精發(fā)酵的影響

以不同初始糖度對酒精度的影響為研究對象，選擇初始糖度為8%，10%，12%，14%，16%，酵母接種量為4%，發(fā)酵溫度為32 ℃，發(fā)酵7 天，計算發(fā)酵液的酒精度。

1.2.5 響應面試驗設計

根據(jù)單因素試驗優(yōu)化的結(jié)果，選取對酒精度有影響的酵母接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度為因素，采用Box-Behnken中心組合試驗設計，進行三因素三水平RSM分析試驗，確定最佳工藝參數(shù)，然后用響應面分析法對試驗結(jié)果進行分析，試驗設計的因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗設計的因素水平

1.2.6 測定指標及方法[7]

酒精度：采用GB/T 5009.48-2003中的比重計法，以乙醇的體積分數(shù)計；總酸(以醋酸計)的測定：采用酸堿滴定法，參照國家標準GB/T 12456-1990《食品中總酸的測定方法》。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素對酒精發(fā)酵的影響

2.1.1 酵母接種量對酒精發(fā)酵的影響

圖1 酵母接種量對酒精度的影響

由圖1可知，酵母菌接種量在1%～3%之間，產(chǎn)生的酒精量隨接種量的增加上升趨勢明顯，在3%時酒精度相對較高，更利于后續(xù)的醋酸發(fā)酵。接種量大于3%時，酒精度出現(xiàn)下降的趨勢，可能是因為酵母接種量過大時，發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質(zhì)主要用于菌體細胞增殖，并且有大量的代謝廢物生成，不利于獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)物[8]。綜合來看，選取酒精度2%,3%,4%做進一步實驗。

2.1.2 發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響

發(fā)酵溫度過高會導致酵母菌的提前老化，影響產(chǎn)酒率及最后的酒精度。

圖2 發(fā)酵溫度對酒精度的影響

由圖2可知，在一定范圍內(nèi)微生物的生長繁殖隨著溫度的上升而增加，而當溫度升高到一定程度時，微生物的生長代謝開始受阻，進一步升高會導致菌體細胞內(nèi)酶蛋白和核酸等發(fā)生不可逆變性或細胞受損而死亡。綜合來看，選取發(fā)酵溫度24，28，32 ℃做進一步實驗。

2.1.3 初始糖度對酒精發(fā)酵的影響

圖3 初始糖度對酒精度的影響

由圖3可知，初始糖度在8%～12%之間，酒精含量呈增加趨勢，在14%后明顯下降。糖度高時產(chǎn)生的酒精度也相對較高，但糖度過高會抑制酵母菌的生長繁殖。綜合來看，選取初始糖度10%，12%，14%做進一步實驗。

2.2 響應面分析法優(yōu)化試驗設計

2.2.1 模型的建立及顯著性檢驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用Box-Behnken中心組合試驗設計，考察各因素對酒精度的影響，進行三因素三水平的RSM分析試驗。以酒精度為評價指標，考察酵母接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度對復合汁酒精發(fā)酵的影響，試驗方案及結(jié)果見表2。

表2 響應面分析試驗設計及結(jié)果

以回歸系數(shù)建立黑木耳紅棗復合果醋的酒精度(Y)與酵母添加量(A)、發(fā)酵溫度(B)、初始糖度(C)的響應面回歸方程為：Y=11.26+0.38A+0.60B+0.16C+0.062AB+0.21AC+0.17BC-0.33A2-0.80B2-0.56C2。

表3 方差分析

注：“*”為差異顯著，p<0.05；“**”為差異極顯著，p<0.01。

由表3可知，由此建立的回歸方程模型極顯著(p<0.01)；而失擬項p值為0.054>0.05，模型失擬項不顯著。相關系數(shù)(Adj R-Squared)Radj2=0.9930和R2=0.9969，說明該模型能反映99%響應值變化，因而該模型擬合程度好，實驗誤差較小，模型的預測值與真實值非常吻合。由F值可得各因素對黑木耳紅棗復合果醋酒精發(fā)酵工藝的影響從大到小為：發(fā)酵溫度>酵母接種量>初始糖度。

2.2.2 因素交互作用響應面分析

各因素對酒精度影響的響應面優(yōu)化圖見圖4。

圖4 交互因素對酒精度影響的響應曲面圖

由圖4可知，各因素在酒精發(fā)酵過程中的交互作用，AC，BC交互作用差異極顯著，由于AB交互作用不顯著，所以不在此列出。比較圖4可知，發(fā)酵溫度(B)曲線相對較陡，因此對酒精度的影響最顯著；而酵母接種量(A)曲線較為平滑，響應值變化隨其數(shù)值的變化較小，因此對酒精度影響較小。發(fā)酵溫度(B)、初始糖度(C)的交互作用最顯著，表現(xiàn)為等高線形狀為橢圓形。

2.2.3 驗證試驗

采用Design Expert 8.0.5軟件對回歸模型進行分析，獲得的最佳工藝參數(shù)為：酵母接種量3.78%，發(fā)酵溫度29.6 ℃，初始糖度12.65%，發(fā)酵7天，在此條件下，酒精含量的理論值可達11.56%。

為檢驗試驗結(jié)果是否與真實情況一致，進行近似驗證試驗?？紤]實際操作條件，將最佳酒精發(fā)酵工藝條件定為：酵母接種量4%，發(fā)酵溫度30℃，初始糖度12.5%，發(fā)酵7天，在此工藝條件下經(jīng)3次平行驗證試驗所得酒精含量為11.7%，與預測值11.56%相近，證明所得試驗結(jié)果具有可靠性。

3 結(jié)論

隨著人們生活水平的提高，天然營養(yǎng)的保健食品越來越受到消費者的青睞。本文以長白山黑木耳與和田玉棗為原料研制復合果醋，通過單因素試驗和中心組合設計試驗，采用響應面分析法優(yōu)化了黑木耳紅棗復合果醋的酒精發(fā)酵工藝條件，得出最佳的發(fā)酵工藝參數(shù)為：酵母接種量4%，發(fā)酵溫度30 ℃，初始糖度12.5%，發(fā)酵7天。在此條件下，復合汁的酒精度可達到11.7%。在本試驗范圍內(nèi)建立的二次線性回歸模型準確有效，為開發(fā)新型復合果醋提供了新的途徑。

[1]吳憲瑞，孔令元.黑木耳多糖的醫(yī)療保健價值[J].林業(yè)科技,2006,21(3):32-33.

[2]黃文，王益，胡必忠.黑木耳軟糖的工藝技術[J].特產(chǎn)研究,2001,24(4):28.

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[4]劉鳳珠,牛小明.水果醋的營養(yǎng)研究分析[J].中國調(diào)味品,2011,36(6):93-96.

[5]李加興,陳雙平,梁先長，等.獼猴桃干型果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化[J].食品科學,2010,31(22): 504-507.

[6]劉松濤.百合紅棗復合飲料的研制[J].食品與機械,2003(4):35-36.

[7]王福榮.釀酒分析與檢測[M].北京：化工出版社,2005:27-29.

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Study on Alcoholic Fermentation Conditions for Compound Fruit Vinegar ofAuriculariaauricularand Red Jujube

WANG Lei, CHEN Yu-fei, YANG Liu

(School of Food Engineering, Jilin Business and Technology College, Changchun 130507,China)

Auriculariaauricularand red jujube are used as raw materials to produce compound fruit vinegar. Response surface methodology (RSM) is applied to optimize the alcoholic fermentation conditions for the fruit vinegar. Based on the single factor test, the yeast inoculum dosage, fermentation temperature and initial sugar content are chosen as the influencing factors, and the alcohol content is selected as the response value. The mathematical model is established by Box-Behnken design. The optimal fermentation conditions are determined as follows: the yeast inoculum dosage is 4%, fermentation temperature is 30 ℃, initial sugar content is 12.5%, fermentation time is 7 days. Under such optimal conditions, the alcohol content of fermentation broth is 11.7%, which is close to the estimated value.

fruit vinegar;Auriculariaauricular;red jujube;alcoholic fermentation

2016-12-18

王磊(1982-)，男，講師，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與檢測。

TS201.5

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.06.021

1000-9973(2017)06-0101-04