富含VC菇娘果米醋的研究

张 雪,于重伟,邹汶蓉,刘春华,李婷婷,于殿宇

(东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

稻米是世界上主要的粮食品种之一。稻米在加工过程中除产出主产物大米外,还有副产品碎米,但目前对于碎米副产品的综合利用水平较低[1-3]。因此,如何充分利用这些碎米,提高稻米副产品的经济、环境及社会效益具有重大的现实意义[4-6]。菇娘是东北特产水果,年产量约为6000～7500 kg,菇娘因其果肉中含有丰富的维生素C(VC)和多酚[7-8]等营养物质而受到当地消费者的青睐。然而由于菇娘不耐贮藏,对市场鲜销造成一定限制,因而开发符合市场需求的菇娘系列产品,可使菇娘鲜果有更多用途,有利于促进该产业持续发展[9]。

米醋是用糯米或大米酿造的一种食醋,在我国有着悠久的历史[10]。米醋能促进新陈代谢、调节酸碱平衡[11-12]。目前,国内已有苹果醋[13-14]、柑橘醋[15]等果醋产品实现了批量生产,而利用碎米生产菇娘米醋的企业则很少,菇娘果富含丰富的VC和多酚[16-17],米醋具有抗氧化、促进肠道蠕动、助消化、降低血脂、促进血液循环、美容护肤的保健功能[18-21]。菇娘果和米醋优势互补，两者结合有望得到营养价值更高，口感更加完美的醋类产品。

本实验以菇娘果汁、碎米为原料,采用响应面分析方法对菇娘米醋的发酵条件进行优化,从而确定最佳发酵工艺参数,同时测定菇娘米醋中VC和多酚的含量，并与自制米醋和商业化米醋A、B进行比较。开发出营养健康、风味独特具有保健功能的菇娘米醋产品,为提高菇娘、碎米的资源利用和工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜菇娘 哈尔滨家乐福超市;商业化米醋A/B 哈尔滨家乐福超市;碎米 响水米业公司;酒曲 安琪酵母股份有限公司;复合果胶酶(3000 U/g) 天津利华酶制剂厂;活性醋酸菌 沂源康源生物科技有限公司;果胶酶(50 U/mg) 上海源叶生物科技有限公司;福林酚(Folin-Ciocalteu)试剂 上海荔达生物科技有限公司;没食子酸标准品 国药集团化学试剂有限公司;其他试剂 均为国产分析纯。

LRH-250生化培养箱、DHG-9140A电热恒温鼓风干燥机 上海一恒科学仪器有限公司;YXQ-280MD型小型粉碎机 上海经济区沈荡中新电器厂;JJ200型电子天平 美国双杰兄弟有限公司;YXQ-280MD型高压灭菌锅 上海经济区沈荡中新电器厂;FDU-1100型冷冻干燥机 日本东京理化仪器有限公司;DKS-Ⅱ型不锈钢新型电热恒温水浴锅 上海经济区沈荡中新电器厂;BS110S分析天平 北京赛多利斯天平有限公司;PB21 标准型酸度计 广州市深华生物技术有限公司。UV3000型紫外/可见分光光度计 日本岛津公司产品。

1.2 实验方法

1.2.1 菇娘米醋的工艺流程

图1 菇娘米醋制备的工艺流程Fig.1 Fructus physalis rice vinegar preparation process

1.2.2 纯米醋的制备 按照1.2.1节工艺流程,将熟碎米温度加热至90 ℃,向反应体系中加入12 U/g的α-淀粉酶进行液化,保持pH为6.0,进行1 h的液化反应。降温至55 ℃,在反应体系中加入160 U/g的活化的果酒专用干酵母,pH为5.0,静置糖化2 h,冲缸发酵[22],添加0.25%的酒曲，在30 ℃下进行酒精发酵，待酒精度达到5.7%时终止发酵，接种10%醋酸菌，发酵72 h，取出混合液，在1500 r/min转速下离心10 min，分离上清液自然澄清，将得到的米醋在90 ℃水浴锅中灭菌20 min，制得不添加菇娘果汁的米醋。

1.2.3 菇娘汁的制备 将新鲜、无霉变腐烂、无病虫害的菇娘成熟果实去皮,按照2.5∶1 (w/w)的料液比,90 ℃预煮20～25 min,再加入菇娘果4倍质量的水打浆,加0.4%的果胶酶,45 ℃条件下酶解3 h后离心过滤,取上清液备用。

1.2.4 菇娘米醋制备的单因素实验 根据1.2.1工艺流程，糖化液化步骤同1.2.2纯米醋制备，之后添加一定量的菇娘果汁(果汁与碎米比例为2.5∶1),将混合物装入三角瓶中,添加SO260 mg/L,灭菌,按体积分数0.6%的接种量接入果酒酵母,控制发酵温度为26 ℃左右,酒精发酵3 d,得到酒精含量为5.7%的醪液[23]。接种一定量的醋酸菌，在pH4.5、初始酒精度为5.7%,摇床转速120 r/min条件下振荡培养进行醋酸发酵。然后在发酵温度31 ℃,发酵时间72 h,装液量40 mL/250 mL,接种量分别为6%、8%、10%、12%和14%时,考察接种量对醋酸发酵的影响;在发酵温度31 ℃,发酵时间72 h,接种量10%,装液量分别为20、30、40、50和60 mL/250 mL时,考察装液量对醋酸发酵的影响;在发酵时间72 h,装液量40 mL/250 mL,接种量10%时,发酵温度分别为25、27、29、31和33 ℃时,考察发酵温度对醋酸发酵的影响;在发酵温度31 ℃,接种量10%,装液量40 mL/250 mL,发酵时间分别为48、72、96、120和144 h时,以含总酸为指标,考察发酵时间对醋酸发酵的影响[24]。

1.2.5 菇娘米醋各指标的测定 酒精度:参照GB/T 394.2-2008《酒精通用分析方法》进行测定;总酸:参照GB/T 5009.41-2003《食醋卫生标准的分析方法》进行测定;VC:参照GB 5009.86-2016 《食品中抗坏血酸的测定》2,6-二氯靛酚测定法进行测定;多酚:以没食子酸标准溶液的质量浓度(mg/mL)为横坐标,溶液吸光度为纵坐标,得到回归方程为y=0.1573x+0.1302(R2=0.995)。取1 mL样液按标准方法测定,代入回归方程计算其多酚含量[25-26]。

1.2.6 菇娘米醋发酵工艺参数优化 在单因素实验的基础上,分别以发酵温度(A)、装液量(B)、发酵时间(C)及接种量(D)作为自变量,以总酸(R)为响应值,按Box-Behnken试验设计四因素三水平响应面试验,如表1所示。

表1 醋酸发酵工艺响应面因素水平表Table 1 Table of factors for the orthogonal test of acetic acid fermentation

1.2.7 感官评价 随机选取20嗅觉味觉视觉无障碍的感官评定员,评定员均为食品专业在校学生,男女比例1∶1。然后按照GB/T 18187-2000《酿造食醋》对菇娘米醋进行感官评定[27-28]。

1.3 数据处理

每个试验重复3次,采用Oringe 7.5统计分析软件进行基础数据整理、分析与作图,利用Design Expert 8.0.6软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 接种量对醋酸发酵的影响

如图2可知,随着接种量的增加,总酸呈上升趋势。当醋酸杆菌接种量小于10%时,接种量太少,醋酸发酵速率慢,发酵液发酵不充分,产酸量少。当醋酸杆菌接种量大于10%时,总酸含量的增幅很小,由于发酵液中的营养物质多数用于醋酸菌菌体细胞增殖和代谢,这将会导致醋酸菌细胞过早发生老化、自溶等现象,最后影响产酸量[29]。因此,为降低生产成本,醋酸杆菌接种量为10%左右为宜。

图2 接种量对醋酸发酵的影响Fig.2 Effect of inoculation on acetic acid fermentation

2.2 装液量对醋酸发酵的影响

如图3可知,装液量小时,总酸含量高,推测发酵速度较快,醋酸转化率高,装液量增大时,发酵速度相对较慢。装液量小于40 mL/250 mL时,过多的溶解氧加速了菌种的繁殖,消耗了发酵液中过多的养分,过多的氧也会抑制代谢,所以会发生过氧化现象[30-31]。装液量大于40 mL/250 mL时,由于装液量过大,溶氧量不足,菌体不能够得到充分的氧气进行生长代谢,进而影响发酵[29]。因此选择装液量为40 mL/250 mL较适宜。

图3 装液量对醋酸发酵的影响Fig.3 Effect of liquid loading on acetic acid fermentation

2.3 发酵温度对醋酸发酵的影响

如图4可知,随着发酵温度的增加,总酸先增加后降低,推测醋酸菌的生长繁殖随着温度的上升而增加,在发酵温度低于31 ℃时,发酵温度过低,醋酸转化率低。当发酵温度为31 ℃时,菇娘米醋中总酸含量最高。当发酵温度大于31 ℃时,总酸含量下降,推测由于醋酸菌活性受到抑制,醋酸转化率降低[33]。因此,醋酸发酵的发酵温度为31 ℃左右。

图4 发酵温度对醋酸发酵的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on acetic acid fermentation

2.4 发酵时间对醋酸发酵的影响

如图5可知,随着发酵时间的增加,总酸含量呈先上升后平稳的趋势。当发酵时间小于72 h时,醋酸转化率高。当发酵时间大于72 h时,曲线趋于平滑,总酸含量增幅不明显。为缩短发酵周期,醋酸发酵时间在72 h左右为宜。

图5 发酵时间对醋酸发酵的影响Fig.5 Effect of fermentation time on acetic acid fermentation

2.5 响应面试验结果

在单因素实验的基础上,采用Box-Behnken试验设计方法,以发酵温度(A)、装液量(B)、发酵时间(C)、接种量(D)为自变量,以总酸(R)为响应值设计四因素三水平响应面试验。试验设计方案及结果如表2所示。将试验所得数据进行多元回归拟合,得到总酸(R)对发酵温度(A)、装液量(B)、发酵时间(C)以及接种量(D)的回归方程为: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 醋酸发酵工艺响应面优化试验结果Table 2 Response surface analysis of acetic acid fermentation process

注:共29个试验,其中5个为中心试验,以估计误差。

表3 方差分析结果Table 3 The test results of variance analysis

注:*:差异显著(P<0.05);**:差异极显著(P<0.01)。

由图6可以看出,发酵温度、装液量、发酵时间、接种量4个变量在两两交互时,保持其中2个变量不变,随着另外2个变量的增加,总酸呈现先上升的趋势,当达到一定值时又呈现出下降趋势。4个因素中AB、BC、AD、CD和BD交互作用对响应值的影响为极显著(P<0.01),AC交互作用对响应值影响不显著,即发酵温度和装液量、装液量和发酵时间、发酵温度和接种量、发酵时间和接种量之间以及装液量和接种量两两交互作用对响应值影响极显著(P<0.01),但发酵温度和接种量之间交互作用对响应值的影响不显著。

对回归方程求一阶偏导数,当响应值总酸取最大值时,所得4个因素最佳值分别为醋酸发酵温度31.66 ℃、醋酸发酵时间71.14 h、装液量39.40 mL/250 mL、接种量10.30%,对应总酸最大值为6.38 g/100 mL。对4个因素进行整理为醋酸发酵温度32 ℃、醋酸发酵时间72 h、装液量40 mL/250 mL、接种量11%。为检验响应面方法所得结果的可靠性,按照上述整理值进行实验,得到的总酸含量为6.25 g/100 mL,误差为0.13%。预测值与实验值之间具有良好的拟合性,从而证实了模型的有效性。

2.6 产品感官评价

感官指标:产品外观呈橙黄色,富有光泽,且均匀一致;具有菇娘米醋特有的清爽香气和滋味,酸味纯正,无异味;无沉淀与异物,符合GB 1 8187-2000《酿造食醋》的要求。

表4 感官评价Table 4 Sensory evaluation

图6 总酸响应面图Fig.6 Response surface of variables on acid value

2.7 菇娘米醋VC、多酚成分分析

以自制纯米醋和商业化米醋A、B为对比,对本试验的菇娘米醋中的保健性营养成分多酚及VC进行分析。

由图7可知,不同醋产品中多酚含量的比较结果为:菇娘米醋中多酚含量最高,其次为商业化米醋B、商业化米醋A,含量最低的为自制纯米醋。其中菇娘米醋多酚含量为340 mg/100 mL。不同醋产品中VC含量的比较结果为:菇娘米醋中VC含量最高,其次为商业化米醋A、商业化米醋B,最低的为自制纯米醋。其中菇娘米醋中VC含量为65 mg/100 mL。

图7 醋产品中多酚和VC含量对比Fig.7 Comparison of the contents of polyphenols and VC in vinegar products

3 结论

本实验以菇娘果汁、碎米为原料,对米醋的发酵工艺进行优化并对其产品质量进行分析。实验结果表明,通过优化发酵温度、发酵时间、装液量及接种量等因素的参数,成品中的总酸含量可达6.25 g/100 mL。所制备的菇娘米醋中VC含量为65 mg/100 mL、多酚含量为340 mg/100 mL,均高于自制纯米醋及商业化米醋。实验结果如用于工业化生产,为了节约成本可以略调低接种量、适当延长发酵时间。

在本试验参数制得菇娘米醋具有菇娘果汁的天然色泽,无沉淀物、酸味柔和有醋香味,是众多醋产品中的佳品,符合GB 18187-2000《酿造食醋》及GB 2719-2003《食醋卫生标准》的要求,具有很好的开发前景。