响应面优化库尔勒香梨果醋发酵工艺的研究

 刘文玉1，欧婷婷2，魏长庆2*，单春会2*

 新疆石河子职业技术学院（石河子832000）；2．石河子大学食品学院（石河子832000）

摘要  以新疆库尔勒香梨果汁为原料，通过酒精发酵和醋酸发酵工艺，研究了不同初始糖度、温度、接种量、酒精度和液料比等单因素对发酵效果的影响，结合响应面优化最终确定香梨果醋酒精发酵的最佳工艺参数：初始糖度为16 Bx0，酵母添加量为0.04%,发酵温度为28 0C,发酵时间为5 d，得到酒精度为8%vo1香梨果酒；醋酸发酵的最佳工艺参数：初始酒精度为8%，接种量为8%，温度为32 0C，发酵时间6d，制得酸度为5.82 g/100 m L的库尔勒香梨果醋。

关键词库尔勒香梨；果醋；酒精发酵；醋酸发酵

  新疆库尔勒香梨是新疆乃至我国的“名、优、特”水果，因其皮薄肉嫩，汁多味甘，富含多种矿物质、维生素和氨基酸等微量营养成分而受到国内外客商及广大消费者的青睐。然而由于库尔勒香梨采季集中，生长及贮藏过程中香梨腐烂率达50%以上，造成极大的损失浪费。因此，如何减少库尔勒香梨的腐烂损失是迫切需要解决的问题。

 梨醋是近年发展起来并逐渐受到消费者喜爱的梨果加工产品。醋中的多酚对于减轻动脉粥样硬化、抑制炎症以及预防心血管疾病有良好作用，具有提高人体免疫力和抗衰老的作用，在一定程度上也有利于预防、治疗癌症和肥胖症状，符合现代人们健康饮食的追求。试验拟以新疆兵团第二师库尔勒香梨为原料，采用液态生物发酵技术，结合响应面优化方法，  探索适合新疆库尔勒香梨果醋酿造的最佳工艺条件及参数，以期为新疆库尔勒香梨精深加工提供理论和实践依据。

1材料与方法

1 .1试验原料和主要试剂

库尔勒香梨：新疆铁门关市；白香郁活性干酵母：新疆顶峰进口有限公司；沪酿醋酸菌、柠檬酸、护色剂（VC-Na、柠檬酸）：石河子大学食品学院实验室；白砂糖：市售。

  1.2主要仪器和设备

 榨汁机AUX-508:佛山市海迅电器有限公司；洁 净工作台：苏州苏洁净化有限公司；电子秤ACS-30:大河电子有限公司；手持式折光仪WT0-80:成都泰华光学有限公司；酒精计（普通型）：黄骅渤海比重计厂；快速恒温数显水箱HH-42:常州国华电器；台式恒温振荡器TH2-98:太仓市华美生化仪器厂；数显不锈钢电热培养箱HPX-9272MBE:上海博讯实业有限公司。

  1.3试验方法

  1.3.1基本工艺流程

1.3.2操作要点

1.3.2.1原料处理

  将库尔勒香梨在清水中洗净，去掉果梗及果核果籽，切块，榨汁，过滤，并加入0.08%的抗坏血酸，混合搅拌均匀，备用。

1.3.2.2梨汁糖分分调整

 为了促进果汁全面发酵，澄清后的梨汁需要根据果汁的成分检测情况及成品所要求的酒精度进行调整，根据预试验用白砂糖调整库尔勒梨汁糖浓度于12%～20%不等。

1.3.2.3调整酸度

  库尔勒香梨榨出的果汁酸度较低，pH大概在4.5左右，有利于酵母菌的生长，故可以不用做调整。

1.3.2.4酒精发酵

  根据试验设计加入不同比例的酵母菌。酵母菌先由活性干酵母在34℃果汁溶液中活化30 min左右，然后摇床培养1h后，于28℃～30℃的培养箱中进行酒精发酵，酒精发酵至酒精度不再上升为止。

1.3.2.5醋酸发酵

  将活化的醋酸菌以不同接种量接种于酒精发酵液中，用纱布封口，放入30℃～35℃的恒温箱内进行醋酸发酵，测定总酸含量（以醋酸计算），醋酸发酵至乙酸的含量不再上升为止。

1.3.2.6陈酿

  采用常温陈酿处理。在陈酿过程中，库尔勒香梨果醋色泽逐步由淡黄色向金黄色转变；发酵液味道由原有的苦涩味向甘甜味转变；发酵液随着发酵的进行逐步变澄清、透明。

1.3.2.7过滤

 为了提高果醋的稳定性和透明度，可使用人工冷冻法使原醋在-6℃左右存放7d，再过滤。

1.3.2.8成品果醋

 调配增香的醋液中装入洁净玻璃瓶中，采用巴氏杀菌，趁热密封，密封后冷却至38℃，即为成品果醋。

1.3.3测定方法

1.3.3.1糖度测定

 以可溶性固形物含量表示，采用手持折光仪测定。

1.3.3.2酒精含量的测定（蒸馏法）

  按国标执行。

1.3.3.3总酸测定（酸碱滴定法）

 总酸含量测定按照GB/T 12456-2008的方法滴定，总酸以醋酸计。

2结果与分析

2.1  香梨果醋工艺条件的确定

2.1.1酒精发酵单因素试验

 前期预试验已确定库尔勒香梨果汁酒精发酵时间为5d，故酒精发酵试验主要考察初始糖度、发酵温度和酵母接种量对香梨果汁酒精发酵的影响。

2.1.1.1  初始糖度对香梨果汁酒精发酵的影响

 初始糖度对酒精发酵有很大的影响，糖是微生物发酵过程中的一种重要基质。发酵基质所含糖度的高低直接决定了酒精含量的高低。一般来说，发酵基质中糖度越高，所得酒精体积分数也相对较高。从图1可以看出随着初始糖度的升高，酒精度也不断在升高，推断出大约每2 Bx0左右的糖度发酵产生1%Vol的果酒。从节省生产成本的角度考虑，最终选择初始糖度为18 Bx0。

2.1.2酵母添加量对香梨果汁酒精发酵的影响

  酵母添加量的大小直接影响酒精发酵周期，接人酵母菌的量较多时，可明显缩短发酵周期，节约发酵培养的动力消耗，但接种量过大时，会不利于发酵风味物质的形成，同时会产生酵母菌体的自溶现象，使得发酵产品带有较重的酵母味。由图2可以看出酵母接种量在0.04%时比较合适，产生的酒度最高。

2.1.3发酵温度对香梨果汁酒精发酵的影响

 温度对酒精发酵有着重要的影响，温度过低，不利于酵母繁殖，酒精发酵速度缓慢，温度过高，酒精发酵会受到抑制。由图3可以看出，24℃和32℃都不利于果酒发酵，30℃虽然发酵时间长，但发酵液风味比较差，发酵酒液颜色没有26℃和28℃的清澈透亮，并且与发酵温度为28℃时的酒精含量相差不大，综合比较，选择28℃为库尔勒香梨果酒的发酵温度。

2.2醋酸发酵单因素试验

2.2.1  初始酒精度对醋酸发酵的影响

  将前期酒精发酵果酒的酒精度分别调节至4，5，6.7和8%vol，按10%接入醋酸菌的二次扩培液，放人32℃培养箱进行醋酸发酵，发酵结束之后定期测定其总酸含量，测定结果如图4所示。由图4分析可知，醋酸含量在前12 d基本均呈抛物线状增加状态，12 d以后，醋酸含量的增长相对于前期发酵有所减缓。酒精度7%vol的果酒在醋酸发酵过程中，前期醋酸增长较其它几组相对较缓慢，但后期却呈持续增长，这主要由于前期酒精度太高而使醋酸菌的生理活动受到抑制，但随着酒精不断被消耗，抑制作用逐步被解除，产酸量得到大幅度提升。综合考虑，醋酸发酵过程中可选择8%vol的初始酒精度发酵6～8 d。

2.2.2醋酸菌接种量对醋酸发酵的影响

 由图5可知，在库尔勒香梨果汁液态发酵中，醋酸菌接种量在10%时产酸量最高，总酸含量可达到4.6g/100 m L，其它几组总酸含量按接种量从小到大依次为4.1，4.37, 4.30和4.38 g/100 m L。整体来看，各组数据结果相差不是特别大，这说明接种量加大，发酵效果并非越好，当接种量过大时，发酵液中的营养物质过多的被用于醋酸菌的生长繁殖，使醋酸发酵底物减少，产酸速度下降，生成的酸的量因此就不高。

2.2.3发酵温度对醋酸发酵的影响

 由图6分析可知，醋酸菌发酵最佳温度在30℃~32℃范围之间。温度对于醋酸菌发酵影响比较大，由于温度不同，使醋酸菌在开始时增长时就已经拉开差距，一直到发酵完成，说明温度对于醋酸菌的生理活动有着比较重要的意义。

2.2.4响应面分析法优化半固态醋酸发酵工艺

  根据单因素试验所得各参数，对初始酒精度、发酵温度和醋酸菌接种量进行三因素三水平的响应面优化试验，以总酸含量为指标，确定最佳工艺参数。

2.2.4.1  试验设计及结果

 以单因素试验结果为基础，根据响应面试验设计原理以酒精度(A)、接种量(B)和发酵温度(C)三个因素为自变量，醋酸总酸测量值为响应值，设计了三因素三水平共15个点的响应面分析试验，试验方案及结果见表1。

通过Design Expert Trail V8.0.6软件进行回归分析，对试验结果回归拟合后所得的模拟

方程为：

2.2.4.2响应面结果分析

  响应面的回归显著分析见表2。

  通过表2和表3可知，方程模型F值为44.85，远远大于0.000 3，达到极显著水平，表明试验设计合理，回归方程在其试验点上与试验结果拟合得较好。同时，方程失拟项的F=2.5，p=0.298 5>0.05，失拟检验不显著，表明回归方程在整个回归区域的拟合情况良好，即采用该模型是合理的，可以用该方程对不同发酵条件下的酸度进行预测。Box-Behnken模型响应优化结果为：酒精度8%vol，接种量8%，温度32℃，发酵时间6d，此时香梨果醋发酵醋酸理论总量为5.76%，经实际验证发酵醋酸含量为5.82%，与理论值接近。

3试验结论

 1)库尔勒香梨酒精发酵最佳工艺参数：初始糖度为18 B xo，酵母接种量0.04%，发酵温度为28 0C时，酒精度可达到8%vol。

 2)经Box-Behnken模型响应面优化，库尔勒香梨醋酸发酵试验结果为：酒精度8%vol，接种量8%，温度32℃，此时香梨果醋发酵醋酸理论总量为5.76%，经实际验证发酵醋酸含量为5.82%，与理论值接近。