松针醋醋酸发酵工艺优化

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

引言

松针为松科植物的多个品种的针状叶,又名松叶、松毛等[1]，资源分布广泛，储量丰富，据估算我国每年约产200～300万t[2]。松针中含有多糖、蛋白质、微量矿物元素、维生素等多种营养活性物质[3、4、5]，具有促进血液循环、降压降脂、抗氧化等功效[6]，且在我国古代已有食用历史[7-9]。随着现代研究的不断深入，松针的药用价值和营养价值日益受到关注[10]。因其含有的多种生物活性成分，其活性成分的提取和功能活性的研究成为近年研究的热点，相关产品已被在食品、医药等领域应用[5]，但利用松针开发松针醋的研究尚未见报道。本文以松针为原料，开发优化松针醋的醋酸发酵工艺，以期在满足日常调味所需的同时，发挥松针的营养价值和保健功能，同时丰富松针的产品类型，也可为松针资源开发和利用提供新的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料 原料与菌种：松针(采自商洛市商州区)；酿酒酵母、醋酸菌等均为市售；

试剂：CaCl2，NaOH等均为分析纯。

1.1.2 仪器 蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂)，恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司)，分光光度计(上海精科仪器有限公司)，生化培养箱(上海齐欣科学仪器有限公司)，电子天平(丹佛仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 原料处理 挑选新鲜松针，经清洗风干后粉碎，加入果胶酶(0.05%)，按料水比1:20加水保温(50℃)15 min备用；将大米、麸皮、小麦等按料液比为1:5加入已制备的松针浸提液中，并置于65℃下浸泡2 h后，磨浆煮沸15 min，降温并加入0.2% CaCl2后，待温度降至60℃后，按0.6 g·kg-1加入α-淀粉酶，并保温约2 h，然后按100～200 U·g-1加入糖化酶，继续保温1 h，随后升温至100℃，维持15 min，冷却至常温备用。

1.2.3 酒精发酵 称取原料质量分数 0.4% 的酵母菌，加适当蒸馏水，恒温(30℃)水浴30 min进行活化，然后倒入经2.2.2方法制备并调整糖度至25%，pH为4.5～5.0的原料液中，搅拌均匀后恒温(30℃)发酵4 d，待乙醇含量不在升高时结束发酵。

1.2.4 醋酸发酵工艺优化 将醋酸菌经活化培养，添加至1.2.3的发酵液中，并单一调整醋酸菌发酵液初始乙醇含量为5.5%、7.0%、8.5%、10%、11.5%，菌种添加量为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，发酵温度为30℃、33℃、36℃、39℃、42℃，发酵时间1.5 d、2 d、2.5 d、3 d、3.5 d，转速为100 r·min-1、120 r·min-1、140 r·min-1、160 r·min-1、180 r·min-1，按照上述实验设计，以总酸含量为指标优化工艺参数。

1.3 测定方法

总酸含量：酸碱滴定法测定，参照国家标准GB/T 18187-2000。

2 结果与分析

2.1 初始乙醇含量对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

图1 初始乙醇含量对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

由图1可知，初始乙醇含量对醋酸发酵过程中的总酸含量有一定的影响作用。当初始乙醇含量在5.5%～10%时，随初始乙醇含量的增大，醋酸发酵的总酸含量逐渐上升，最高为6.64 g·100 mL-1；当初始乙醇含量大于10%后，随初始乙醇量的继续增大，总酸含量出现下降趋势。其原因可能是乙醇作为醋酸菌生长繁殖提供基质，在合适的范围内，乙醇含量越高，产酸量就越高，但同时醋酸菌的耐受力是有限的，当发酵液的初始乙醇含量增大到一定程度后，引起醋酸菌生长产生异常或者正常代谢减慢，进而导致醋酸发酵过程中总酸的生成量下降[11、12]。

2.2 醋酸菌添加量对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

图2 醋酸菌添加量对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

由图2可知，醋酸菌添加量对松针醋醋酸发酵过程中的总酸含量有一定的影响作用，随醋酸菌接种量的增大，醋酸发酵过程中的总酸含量总体呈现先上升后下降的趋势。当醋酸菌接种量为0.2%～0.4%时，随着醋酸菌添加量的增加，松针醋的总酸含量随之不断升高，最大值约为5.90 g·100 mL-1；当醋酸接种量高于0.4%后，随醋酸菌添加量的继续增加，松针醋的总酸含量酸度开始呈现大幅下降。这可能是当醋酸接种量较小时，底物充足，随接种量的增大，酒精转化率升高，总酸的产酸量明显增加；但当接种量超过一定的限度之后，随接种量的持续增大，醋酸菌自身的代谢消耗物质较多，同时个体可利用的营养基质减少，导致总酸含量降低[11、13、14]。

2.3 发酵温度对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

图3 发酵温度对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

由图3表明，发酵温度对松针醋醋酸发酵过程中的总酸含量有一定的影响作用。随松针醋醋酸发酵温度的升高，发酵过程中的总酸含量呈现先上升后下降的趋势。当发酵温度在30℃～36℃时，随发酵温度的升高，发酵过程中的总酸含量明显增加。发酵温度达到36℃时总酸含量最高，约为6.60 g·100 mL-1；当发酵温度高于36℃后，随醋酸发酵温度升高，松针醋的总酸含量逐渐降低。这可能由于发酵温度过高或过低，均不利于醋酸菌的生长和代谢，导致产酸量降低[12、15、16]。

2.4 发酵时间对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

由图4可知，发酵时间对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量有一定的影响。随发酵时间延长，松针醋的总酸含量逐渐上升。发酵的初期，总酸含量迅速增加，待发酵2d后，随醋酸发酵时间的延长，松针醋总酸含量上升的趋势明显减弱。发酵开始时，菌体代谢旺盛，底物充足，导致总酸含量迅速上升；发酵后期，随着底物不断被消耗，产物抑制等因素的影响[17]。

2.5 摇床转数对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

图4 发酵时间对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

图5 摇床转数对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量的影响

由图5可知，摇床转速对松针醋醋酸发酵过程中总酸含量有一定的影响。当转速在100 ～120 r·min-1时，总酸含量随转速增加而升高，最高可达6.75 g·100 mL-1；此后随摇床转数的增加而降低，可能是因为醋酸菌是好氧菌，在发酵过程中适当的转速不仅有利于使底物更好地在发酵液内转移和发挥作用，而且溶氧效果好，但摇床转速过高时，发酵液溶氧量过多产生大量的代谢产物，反而影响醋酸菌代谢进而加速醋酸菌衰亡[18]。

2.6 松针醋醋酸发酵工艺优化

根据前述实验结果的基础上，以松针醋总酸含量为指标设计正交实验L9(34)，优化松针醋醋酸发酵工艺参数，实验设计及结果分析见表1。

由表1可知，影响总酸含量的主次顺序为C>B>A>D，即发酵温度>初始乙醇含量>菌种添加量>发酵时间，且根据实验结果分析，最佳组合为A2B2C2D3，即当初始酒精含量10%、菌种添加量0.4%、发酵条件(3.5 d、36℃)时。利用最佳工艺参数进行验证试验，测得松针醋总酸含量达到6.93 g·100 mL-1。

表1 松针醋醋酸发酵实验正交表

3 结论

(1)在松针醋加工过程中，发酵液的初始乙醇含量、菌种添加量、发酵温度、醋酸发酵时间和摇床转数均对松针醋的总酸的含量有一定的影响座作用。(2)在松针醋加工过程中，当发酵液初始乙醇含量为10%、菌种添加量为0.4%、发酵条件(3.5 d、36℃)时，摇床转速为120 r·min-1时，松针醋总酸含可达6.93 g·100 mL-1。