沙棘番茄复合果醋的工艺研究

果醋是用果蔬，或果蔬加工下脚料为主要原料，利用现代生物技术酿制而成的一种营养丰富、风味优良的酸味调味品。它兼有水果和食醋的营养保健功能，是集营养、保健、食疗等功能为一体的新型饮品。研究表明，果醋具有许多功能，饮用果醋对人体健康有一定好处。如果能利用多种果蔬，将其制成复合型果醋，可以使得果醋的营养种类更为丰富。复合型果醋也拥有更广阔的市场前景。江南大学的李秋等人对沙棘果醋的固液结合法发酵进行了研究[1]。确定了沙棘果醋固液结合法发酵的工艺参数，并分析了其成分。杨颖等人对于醋酸菌的菌种筛选做过一些研究。他们对青梅果醋中筛选出的菌种进行了一些研究，主要研究了菌种的耐受性，产酸速率等，并鉴定了其种属，对其进行了命名。而本文采用了沙棘和番茄两种果蔬原料，来进行复合果醋的工艺研究。果醋饮料营养丰富，沙棘和番茄的复合果醋饮料将综合二者的优点，相比一种水果酿制的果醋营养更为丰富。如果把沙棘和番茄这两种果蔬制成复合型果醋，得到的新型果醋可以具有新的风味，和丰富的营养，市场价值更高。番茄与沙棘的功效可以得到互补增强，可显著地促进人体新陈代谢、改善血液循环、抗氧化、增强人体免疫力、预防疾病。其中的有益成分对人体器官具有保护作用还具有抗衰老、美容护肤的功效。本实验对沙棘番茄复合果醋的发酵工艺做了了初步的探究，采用了液态发酵的方法进行发酵。本实验使用的菌种是由山西农业大学食品微生物实验室分离得到的酿酒酵母421和巴氏醋杆菌22。先进行单因素实验初步确定发酵过程中各因素的大致范围，再通过正交实验对发酵的过程进行了优化，得到了酒精发酵中初始糖度、温度、初始pH的最优组合和醋酸发酵中初始酒精度、醋酸菌接种量、初始pH的最优组合。

1 材料与方法1.1 材料与仪器1.1.1 材料原料：番茄、沙棘。辅料：白砂糖、小苏打。菌种：酿酒酵母421（Saccharomyces cerevisiae 421）和巴氏醋杆菌22（Acetobacter pasteurianus 22）：均由山西农业大学食品微生物实验室提供。试剂：95%酒精、NaOH、甲醛、果胶酶、碳酸氢钠等均由山西农业大学食品微生物实验室提供。1.1.2 仪器设备。恒温水浴锅、恒温培养箱、HA/PHSJ-4F型pH计、超净工作台、恒温摇床培养振荡器、高压灭菌锅、电子分析天平、破壁机、酒精计、手持测糖仪。1.2 实验方法1.2.1 酒精发酵阶段的工艺优化。酒精发酵：将处理好的混合果汁接入酿酒酵母421，接种量为10%，搅拌均匀后用塑料膜密封瓶口，放入培养箱中进行酒精发酵7天。 对酒精发酵中初始糖度、发酵温度、初始pH值进行单因素实验确定各因素最佳水平的大致范围。以酒精度作为评判标准。通过进行正交实验来得到酒精发酵中初始糖度、发酵温度、初始pH的最优组合。表1为酒精发酵正交试验的因素水平表。酒精度的测定:看文献参考GB 5009.225-2016 《食品安全国家标准》中酒中乙醇浓度的测定方法，选择酒精计法进行测定。1.2.2 醋酸发酵阶段的工艺优化。醋酸发酵：将过滤后的发酵液接入巴氏醋杆菌22后，用8层纱布封住瓶口，放入30℃摇床培养箱中进行醋酸发酵7天。对醋酸发酵中初始酒精度、醋酸菌接种量、初始pH三个因素进行单因素实验，确定各因素最佳水平的大致范围，以乙酸含量为评判标准。通过进行正交实验来得到醋酸发酵中酒精度、初始pH、醋酸接种量的最优组合。总酸的测定：看文献参考GB/T 5009.41-2003 《食醋卫生标准分析方法》中乙酸的测定方法，选择电位滴定法进行测定。

2 结果与讨论2.1 酒精发酵单因素实验2.1.1 初始糖度对酒精发酵的影响。酒精浓度随着初始糖度的提高而提高，当初始糖度为17°Bx时酒精浓度达到最高，继续提高初始糖度会导致酒精度降低。由此可知，当初始糖度过低时，酒精发酵的底物不足，酵母菌生长缓慢，产出酒精的量也很少，此时提高初始糖度，可以明显提高酒精发酵的产物的量。当初始糖度过高时，由于渗透压过高，不利于酵母菌的生长，此时增加初始糖度只会抑制酵母菌的生长，导致酒精发酵产生的产物减少。初步确定的最适初始糖度与张军的研究中确定的18°Bx相接近。2.1.2 初始pH对酒精发酵的影响。在初始pH低于4.1时，酒精浓度随着初始pH的提高而提高，当初始pH为4.1时酒精浓度达到最高8.8%Vol，继续提高初始pH会导致酒精度降低。当初始pH过低时，环境偏酸性，不利于酵母菌的生长与分裂，也不利于酵母菌代谢活动的进行。此时升高初始pH有利于酵母菌的生长和酒精发酵的进行。当初始pH达到最适pH后，继续升高初始pH，则会抑制酵母菌的生长与繁殖，抑制酒精发酵，导致产物减少。得到的最适初始pH略高于张军[2]研究得到的最适初始pH3.8,原因可能是发酵采用的菌种不同。2.1.3 发酵温度对酒精发酵的影响。不同的发酵温度对酒精度的影响如图3所示。酒精浓度随着发酵温度的提高而提高，当发酵温度为30℃时，酒精浓度达到最高8.8%Vol，继续提高温度会导致酒精度降低。酵母菌的生长对温度非常敏感，而且升高温度可以加快酵母菌的代谢。30℃为酒精发酵的最适温度，当温度高于30℃时，继续升高温度将不利于酵母菌的生长，也不利于酵母菌的一些代谢活动的进行，导致产物酒精的减少。得到的最适温度30℃接近张军的研究中得到的28℃。2.2 酒精发酵条件优化正交试验本次实验以酒精度作为评价酒精发酵的指标。比较各因素的极差R值，可以得知RA>RB>RC，说明了A因素（初始糖度）对酒精发酵中酒精的产量影响最大。按照极差的大小可确定影响的主次顺序为A>B>C。得到较优的工艺为A3B2C1。即初始糖度为19°Bx，发酵温度为30°C，初始pH为3.9。2.3 醋酸发酵单因素实验2.3.1 酒精度对醋酸发酵的影响。不同的酒精度对醋酸发酵的影响的单因素实验如图4所示。由图4可知，酒精度过低时不利于醋酸发酵，适当升高酒精度可以提高产酸量。当酒精度过低时，由于缺少底物，醋酸发酵的周期较短，产酸较少，适当提升初始酒精度可以增加醋酸发酵的底物，有利于产酸的增加。但是提高初始酒精度，会导致发酵体系中酒精浓度过高，过高的酒精浓度对微生物有毒害作用，醋酸菌的生长受到了抑制，导致产酸量减少。当酒精度超过7%Vol时，酒精对醋酸菌的毒害作用使酵母菌产醋酸的减少量大于底物浓度提高导致产酸的增加量，最终醋酸发酵的产酸量开始减少。实验得到的最适初始酒精度与张军[2]的研究中得到的6%相接近。2.3.2 醋酸菌接种量对醋酸发酵的影响。接种量过低时，醋酸菌产酸较少。产酸量随着接种量升高而提升。当接种量升高到8%以上时，醋酸菌产酸量降低。当接种量过低时，醋酸菌含量低，产酸慢，适当提高接种量可使产酸速度加快。当接种量提高到8%以后，继续提高接种量，会导致醋酸菌浓度过高，底物消耗过快，醋酸发酵后期营养物质不足，不利于醋酸菌的生长，对醋酸发酵有抑制作用，产酸量减少。实验得到的最适接种量与张军的研究得到的8%相吻合。2.3.3 初始pH对醋酸发酵的影响。由图6可知，初始pH低于6时，产酸量随着pH的升高而升高；初始pH高于6时，产酸量随着pH的升高而降低。当pH过低时，发酵体系酸度过大，不利于醋酸菌的生长繁殖以及代谢活动，对醋酸发酵有抑制作用，所以适当提高醋酸发酵的初始pH可以提高产酸量。当初始pH超过最适初始pH时，继续提高初始pH会抑制醋酸菌前期的生长与分裂，导致产酸减少。实验初步得到的醋酸发酵最适初始pH与张军的研究中的得到的初始pH5.5相接接近。2.2 醋酸发酵条件优化正交试验本次实验以总酸（以醋酸计）作为评价醋酸发酵的指标。比较各因素的极差R值，可以得知RB>RC>RA，说明了B因素（接种量）对醋酸发酵中醋酸的产量影响最大，C因素（初始pH）的影响次之，A因素（酒精度）的影响最小，按照极差的大小可确定影响的主次顺序为B>C>A。得到较优的工艺为A1B3C1，即酒精度6%，接种量9%，初始pH5.5。