張 雪,于重偉,鄒汶蓉,劉春華,李婷婷,于殿宇

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(guò)程中除產(chǎn)出主產(chǎn)物大米外,還有副產(chǎn)品碎米,但目前對(duì)于碎米副產(chǎn)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(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[4-6]。菇娘是東北特產(chǎn)水果,年產(chǎn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而受到當(dāng)?shù)叵M(fèi)者的青睞。然而由于菇娘不耐貯藏,對(duì)市場(chǎng)鮮銷造成一定限制,因而開(kāi)發(fā)符合市場(chǎng)需求的菇娘系列產(chǎn)品,可使菇娘鮮果有更多用途,有利于促進(jìn)該產(chǎn)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(guó)有著悠久的歷史[10]。米醋能促進(jìn)新陳代謝、調(diào)節(jié)酸堿平衡[11-12]。目前,國(guó)內(nèi)已有蘋果醋[13-14]、柑橘醋[15]等果醋產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn),而利用碎米生產(chǎn)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(jìn)腸道蠕動(dòng)、助消化、降低血脂、促進(jìn)血液循環(huán)、美容護(hù)膚的保健功能[18-21]。菇娘果和米醋優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，兩者結(jié)合有望得到營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，口感更加完美的醋類產(chǎn)品。

本實(shí)驗(yàn)以菇娘果汁、碎米為原料,采用響應(yīng)面分析方法對(duì)菇娘米醋的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化,從而確定最佳發(fā)酵工藝參數(shù),同時(shí)測(cè)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(jìn)行比較。開(kāi)發(fā)出營(yíng)養(yǎng)健康、風(fēng)味獨(dú)特具有保健功能的菇娘米醋產(chǎn)品,為提高菇娘、碎米的資源利用和工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮菇娘 哈爾濱家樂(lè)福超市;商業(yè)化米醋A/B 哈爾濱家樂(lè)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(fù)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(dá)生物科技有限公司;沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;其他試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析純。

LRH-250生化培養(yǎng)箱、DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī) 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;YXQ-280MD型小型粉碎機(jī) 上海經(jīng)濟(jì)區(qū)沈蕩中新電器廠;JJ200型電子天平 美國(guó)雙杰兄弟有限公司;YXQ-280MD型高壓滅菌鍋 上海經(jīng)濟(jì)區(qū)沈蕩中新電器廠;FDU-1100型冷凍干燥機(jī) 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(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)型酸度計(jì) 廣州市深華生物技術(shù)有限公司。UV3000型紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(yīng)體系中加入12 U/g的α-淀粉酶進(jìn)行液化,保持pH為6.0,進(jìn)行1 h的液化反應(yīng)。降溫至55 ℃,在反應(yīng)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(jìn)行酒精發(fā)酵，待酒精度達(dá)到5.7%時(shí)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(zhuǎn)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(wú)霉變腐爛、無(wú)病蟲(chóng)害的菇娘成熟果實(shí)去皮,按照2.5∶1 (w/w)的料液比,90 ℃預(yù)煮20～25 min,再加入菇娘果4倍質(zhì)量的水打漿,加0.4%的果膠酶,45 ℃條件下酶解3 h后離心過(guò)濾,取上清液備用。

1.2.4 菇娘米醋制備的單因素實(shí)驗(yàn) 根據(jù)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?jǐn)?shù)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(zhuǎn)速120 r/min條件下振蕩培養(yǎng)進(jìn)行醋酸發(fā)酵。然后在發(fā)酵溫度31 ℃,發(fā)酵時(shí)間72 h,裝液量40 mL/250 mL,接種量分別為6%、8%、10%、12%和14%時(shí),考察接種量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響;在發(fā)酵溫度31 ℃,發(fā)酵時(shí)間72 h,接種量10%,裝液量分別為20、30、40、50和60 mL/250 mL時(shí),考察裝液量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響;在發(fā)酵時(shí)間72 h,裝液量40 mL/250 mL,接種量10%時(shí),發(fā)酵溫度分別為25、27、29、31和33 ℃時(shí),考察發(fā)酵溫度對(duì)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(shí)間分別為48、72、96、120和144 h時(shí),以含總酸為指標(biāo),考察發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋酸發(fā)酵的影響[24]。

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

1.2.6 菇娘米醋發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分別以發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時(shí)間(C)及接種量(D)作為自變量,以總酸(R)為響應(yīng)值,按Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn),如表1所示。

表1 醋酸發(fā)酵工藝響應(yīng)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(píng)價(jià) 隨機(jī)選取20嗅覺(jué)味覺(jué)視覺(jué)無(wú)障礙的感官評(píng)定員,評(píng)定員均為食品專業(yè)在校學(xué)生,男女比例1∶1。然后按照GB/T 18187-2000《釀造食醋》對(duì)菇娘米醋進(jìn)行感官評(píng)定[27-28]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次,采用Oringe 7.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理、分析與作圖,利用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種量對(duì)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(shì)。當(dāng)醋酸桿菌接種量小于10%時(shí),接種量太少,醋酸發(fā)酵速率慢,發(fā)酵液發(fā)酵不充分,產(chǎn)酸量少。當(dāng)醋酸桿菌接種量大于10%時(shí),總酸含量的增幅很小,由于發(fā)酵液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多數(shù)用于醋酸菌菌體細(xì)胞增殖和代謝,這將會(huì)導(dǎo)致醋酸菌細(xì)胞過(guò)早發(fā)生老化、自溶等現(xiàn)象,最后影響產(chǎn)酸量[29]。因此,為降低生產(chǎn)成本,醋酸桿菌接種量為10%左右為宜。

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

2.2 裝液量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

如圖3可知,裝液量小時(shí),總酸含量高,推測(cè)發(fā)酵速度較快,醋酸轉(zhuǎn)化率高,裝液量增大時(shí),發(fā)酵速度相對(duì)較慢。裝液量小于40 mL/250 mL時(shí),過(guò)多的溶解氧加速了菌種的繁殖,消耗了發(fā)酵液中過(guò)多的養(yǎng)分,過(guò)多的氧也會(huì)抑制代謝,所以會(huì)發(fā)生過(guò)氧化現(xiàn)象[30-31]。裝液量大于40 mL/250 mL時(shí),由于裝液量過(guò)大,溶氧量不足,菌體不能夠得到充分的氧氣進(jìn)行生長(zhǎng)代謝,進(jìn)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(duì)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(duì)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(cè)醋酸菌的生長(zhǎng)繁殖隨著溫度的上升而增加,在發(fā)酵溫度低于31 ℃時(shí),發(fā)酵溫度過(guò)低,醋酸轉(zhuǎn)化率低。當(dāng)發(fā)酵溫度為31 ℃時(shí),菇娘米醋中總酸含量最高。當(dāng)發(fā)酵溫度大于31 ℃時(shí),總酸含量下降,推測(cè)由于醋酸菌活性受到抑制,醋酸轉(zhuǎn)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(duì)醋酸發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on acetic acid fermentation

2.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

如圖5可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,總酸含量呈先上升后平穩(wěn)的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間小于72 h時(shí),醋酸轉(zhuǎn)化率高。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間大于72 h時(shí),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(shí)間在72 h左右為宜。

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

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,以發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時(shí)間(C)、接種量(D)為自變量,以總酸(R)為響應(yīng)值設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果如表2所示。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到總酸(R)對(duì)發(fā)酵溫度(A)、裝液量(B)、發(fā)酵時(shí)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(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Response surface analysis of acetic acid fermentation process

注:共29個(gè)試驗(yàn),其中5個(gè)為中心試驗(yàn),以估計(jì)誤差。

表3 方差分析結(jié)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(shí)間、接種量4個(gè)變量在兩兩交互時(shí),保持其中2個(gè)變量不變,隨著另外2個(gè)變量的增加,總酸呈現(xiàn)先上升的趨勢(shì),當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)又呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。4個(gè)因素中AB、BC、AD、CD和BD交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響為極顯著(P<0.01),AC交互作用對(duì)響應(yīng)值影響不顯著,即發(fā)酵溫度和裝液量、裝液量和發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度和接種量、發(fā)酵時(shí)間和接種量之間以及裝液量和接種量?jī)蓛山换プ饔脤?duì)響應(yīng)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(duì)響應(yīng)值的影響不顯著。

對(duì)回歸方程求一階偏導(dǎo)數(shù),當(dāng)響應(yīng)值總酸取最大值時(shí),所得4個(gè)因素最佳值分別為醋酸發(fā)酵溫度31.66 ℃、醋酸發(fā)酵時(shí)間71.14 h、裝液量39.40 mL/250 mL、接種量10.30%,對(duì)應(yīng)總酸最大值為6.38 g/100 mL。對(duì)4個(gè)因素進(jìn)行整理為醋酸發(fā)酵溫度32 ℃、醋酸發(fā)酵時(shí)間72 h、裝液量40 mL/250 mL、接種量11%。為檢驗(yàn)響應(yīng)面方法所得結(jié)果的可靠性,按照上述整理值進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到的總酸含量為6.25 g/100 mL,誤差為0.13%。預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值之間具有良好的擬合性,從而證實(shí)了模型的有效性。

2.6 產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)

感官指標(biāo):產(chǎn)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(wú)異味;無(wú)沉淀與異物,符合GB 1 8187-2000《釀造食醋》的要求。

表4 感官評(píng)價(jià)Table 4 Sensory evaluation

圖6 總酸響應(yīng)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(duì)比,對(duì)本試驗(yàn)的菇娘米醋中的保健性營(yíng)養(yǎng)成分多酚及VC進(jìn)行分析。

由圖7可知,不同醋產(chǎn)品中多酚含量的比較結(jié)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(chǎn)品中VC含量的比較結(jié)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(chǎn)品中多酚和VC含量對(duì)比Fig.7 Comparison of the contents of polyphenols and VC in vinegar products

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以菇娘果汁、碎米為原料,對(duì)米醋的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、裝液量及接種量等因素的參數(shù),成品中的總酸含量可達(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如用于工業(yè)化生產(chǎn),為了節(jié)約成本可以略調(diào)低接種量、適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間。

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