多菌种共固定化技术酿造苹果醋研究
2009-06-17 21:44:57   来源：本站原创   评论：0 点击：

 
   苹果是我国重要水果之一，在我国北方许多省份都有大面积栽培，为广大种植户带来可观的收入。目前我国苹果产业的主导产品除鲜食外主要是苹果浓缩汁。从20世纪80年代到目前的一段时间内，我国用于加工苹果浓缩汁的原料主要是残次落果，对苹果浓缩汁的质量有较大影响。随着时代的变迁和消费者对苹果汁质量的更高要求，残次落果必将退出舞台。在这样的背景下，有必要为残次落果寻找新的解决途径。不少学者认为苹果醋的开发是解决残次落果的有效途径。

目前，苹果醋酿造方法主要有：固态发酵法、液态发酵法以及固定化细胞发酵法等。本研究为了在改善苹果醋风味的同时保证苹果醋的发酵速度和发酵稳定性，提出采用多菌种共固定化技术酿造苹果醋，即将酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌按一定比例共固定进行酒精发酵，之后再采用固定化醋酸菌进行醋酸发酵。通过研究其工艺条件，并对其稳定性进行探讨，以期为苹果醋的生产提供新的途径。

1材料与方法

1．1材料与仪器设备

1．1．1菌种供试菌种类型及来源见表1。

1．1．2试剂材料海藻酸钠(化学纯)，氯化钙、氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾(均为分析纯)，苹果  (秦冠)。

1．1．3仪器设备恒温摇床，恒温培养箱，酒精计，一次性注射器及针头，离心机，手持糖度仪，小型榨汁机，常规玻璃仪器等。

1．2方法

1．2．1微生物细胞的固定  取等量的菌悬液和6％的海藻酸钠溶液混合均匀后，通过一次性注射器滴人0．05 mol／L的氯化钙溶液中造粒，再将固定化颗粒于4℃条件下在氯化钙溶液保存过夜后备用。

1．2．2总糖的测定采用手持糖度仪测定。

1．2．3酒精度的测定按GB／T15038—94测定。

1．2．4总酸的测定以醋酸计，按GB/T009．41—1996测定。

1．2．5多菌种共固定化技术酿造苹果醋简要工艺流程

为13．5 Brix)，接种共固定化颗粒后厌氧发酵。

  醋酸发酵：250ml三角瓶装一定量苹果酒液，接种固定化醋酸菌后于恒温摇床中发酵。2结果与分析

2．1酒精发酵条件的优化

    根据前期单因素试验的结果，选取发酵温度、共固定化颗粒接种量、发酵液初始pH值3个因素，每个因素各选取3个水平，按L9(34)正交表安排试验。通过监测发酵液糖度的变化来判断出发酵终点后，以平均发酵速率(即每小时发酵液酒精度的上升数量)作为考查指标，试验结果见表2。

    由表2可知，影响酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌共固定颗粒对苹果原汁进行酒精发酵的各因素主次关系为 B>A>C。最优发酵条件组合为A282C2，即接种量15％，发酵温度30℃，pH4．0。方差分析结果表明，温度和接种量均极显著的影响酒精发酵的平均产酒速率，而发酵液的初始pH值对产酒速率的影响不显著。

2．2醋酸发酵条件的优化

2．2．1  单因素实验将苹果酒液的酒精度调整为5．5％，设置三个水平的接种量进行试验。由图1可知，接种量对发酵速率的影响较大，接种量大时发酵体系中菌体浓度也大，因而发酵速率较快；但当接种量过大时，发酵体系中的营养物质较多地消耗在菌体细胞的生长繁殖上，结果使得用于生成醋酸的底物量减少，最终的醋酸产量也减少，而且由于营养物质的迅速消耗和较多代谢产物的生成，使菌体细胞所处的环境恶化，菌体细胞较早的衰老并发生自溶。比较结果表明，醋酸发酵最适宜的接种量为10％。

    在接种量为10％的条件下，设置5个水平的底物浓度进行试验。由图2可知，当酒精度过高时，醋酸发酵被抑制，当酒精度小于10％时，酒精度小酸度上升快，因此醋酸发酵最适宜的底物浓度为5％，此时发酵终了酸度可达4．0g／100ml以上。

    在接种量为10％，底物浓度为5％条件下，设置4个水平的温度进行试验。温度对发酵速率的影响相对较小(图3)，当温度在26～32℃间变化时，各温度下酸度上升速率差异小，相比较而言30℃时酸度上升最快。

  在接种量为10％，底物浓度为5％，温度为30℃的条件下设置四个水平的摇床转速进行试验。摇床转速在150～220rpm间变化时，对酸度上升速率无明显影响(图4)，说明反应体系在这个转速范围内溶氧水平达到了饱和。

  在接种量为10％，底物浓度为5％，温度为30℃，摇床转速为1 80rpm条件下设置4个水平的装液量进行试验。结果表明，装液量的多少对酸度上升速率的影响较大，随着装液量的减少，酸度上升加快，因为装液量越小反应体系中溶氧量越大，越有利于醋酸发酵的进行，考虑到生产的效率，装液量以80ml为宜(图5)。2．2．2醋酸发酵条件的正交试验优化根据单因素试验的结果，选取固定化醋酸菌接种量、发酵液初始底物浓度和温度3个因素，每个因素各选取3个水平，在摇床转速为180rpm、装液量为80ml时，按L9(34)正交表进行试验。以发酵144h后的最终酸度作为考查指标，试验结果见表3。

    由表3可知，影响固定化醋酸菌对苹果酒液醋酸发酵的各因素主次关系为A>B>C，最优发酵条件组合为A＞B＞C，，即接种量10％，底物浓度5．0％，发酵温度32℃。方差分析结果表明，接种量极显著地影响醋酸发酵最终的酸度，底物浓度显著地影响醋酸发酵最终的酸度，而发酵温度的影响不显著。

2．3固定化技术酿造苹果醋的稳定性

为了研究固定化技术酿造苹果醋的稳定性，特进行了酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌共固定颗粒、固定化醋酸菌的连续批次发酵，结果(图6)表明：固定化酵坶在连续17次发酵的过程中，中间批次的酒度要稍高于初始与终了批次，但酒度都稳定在5．1％～6．1％之间，说明采用酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌共固定颗粒进行发酵具有很好的稳定性。固定化醋酸菌在连续进行7次发酵的过程中，前4次酸度上升较快而且稳定，从第5次开始，酸度上升趋于缓慢(图7)。说明用固定化醋酸菌发酵也具有较好的稳定性。

3结论与讨论

    (1)多菌种共固定化技术酿造苹果醋的最适宜工艺条件为：酒精发酵阶段，接种量15％，发酵温度30℃，自然pH；醋酸发酵阶段，接种量10％，底物浓度5％，温度30℃，摇床转速180rpm，装液量80ml(250ml三角瓶)。采用固定化技术酿造苹果醋具有很好的稳定性。

    (2)固定化微生物较游离微生物的优势之一就是其单位体积内菌体浓度更大，因而其发酵速率更快。本研究结果表明，采用酿酒酵母、产酯酵母和乳酸菌共固定颗粒和醋酸菌酿造苹果醋共需要7d时间，产酸速率比李燕等、王云阳等报道的有较大的提高。

    (3)本研究中所采用的发酵容器为250ml三角瓶，属于实验室内的小试，所得到的结论只能为实际生产提供参考．对多菌种共固定化技术酿造苹果醋的工艺进行进一步的放大试验，是我们进一步研究的方向。◇

中国食物与营养  2008年第11期

贺  江，樊明涛，包  飞

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌71 21 00)