桦树液醋醋酸发酵工艺条件的优化

贾鹏博，周建宇，姜秀煜，王玉红

(黑龙江省带岭林业科学研究所，黑龙江 伊春 153106)

桦树液是桦树自然流淌出来的一种无色或微带淡黄色的透明液体，因其蕴含着人体所需要的多种营养物质，具有独特的药用价值、营养价值，开发利用的价值极大，故被称为“神奇的树水”。通过对国内外相关的数据信息查阅得知，桦树液中蕴含着人类身体中需要的各种不同的氨基酸[1]，尤其是钙、镁、钠等不同的微量元素，含量很高，其中氨基酸的总共含有量基本上达到了160.84 mg/L[2]。这些物质对人体的生命活动起着重要的作用，经常饮用桦树液天然饮料能促进人体新陈代谢，并可以抗血管硬化和抗疲劳，其可以增强人体的抵抗力，且不会造成污染，是一种植物饮料。生物醋饮品从过去到现在，一直都是国内人民群众使用的养生方式，最近几年，醋保健已经顺应了时代发展的潮流，在保健饮品里面占据着重要的位置[3]。我们以桦树液为主要原料，经过一系列的酿制过程，制成的桦树树液醋不仅在营养、风味。口感上有独特之处，而且比果醋的维生素、矿物质、氨基酸等营养成分更高，是集营养、保健、食疗等功能为一体的新型饮品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：桦树液，4月中下旬于伊春市带岭区东方红林场采集桦树液。

试剂：酒精 (95%)，望奎县春燕消毒液制造有限公司；氢氧化钠(分析纯)哈尔滨新春化工产品有限公司；酚酞，天津市致远化学试剂有限公司；蔗糖，天津市鼎盛鑫化工有限公司；白砂糖为吉林省鸿海有限公司所售；安琪酵母，安琪酵母股份有限公司；皂土，拉曼德皂土澄清剂，山东烟台憨酒匠自酿工坊；壳聚糖，食品级，河南亿航生物科技有限公司。

试验菌种：醋酸菌，中科1.41沪酿1.01号活性醋酸菌上海酿造一厂酿醋菌种。

1.2 试验仪器与设备

ESJ182-4型电子天平；EPED-E2-20实验室级超纯水器；YXQ-LS-50SⅡ型立式压力蒸汽灭菌锅；THZ-92C气浴恒温振荡器；DL-CJ-2NDⅠ洁净工作台；HH-4数显型恒温水浴锅；PHS-3C型精密PH计；HJ-6磁力搅拌器；PHB-10微量移液器；HWS-70B恒温恒湿箱；T6新世纪紫外可见分光光度计；RHB-92ATC手持折光仪；KDM型可调控温电热套。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

桦树液→过滤→称重→糖度调节→加入酵母菌→酒精发酵→检测→加入醋酸菌→醋酸发酵→检测→澄清→过滤、澄清→灭菌→成品检测→陈酿→成品

1.3.2 醋酸发酵的单因素实验。在实验的过程中，将桦树液酒的初始酒精度、发酵时的相关温度以及醋酸菌进行接种时的数量作为作用因子，然后促使醋酸进行发酵，将酸度作为指标，进行实验，进而明确这些作用因子对醋酸发酵产生的影响[4]。

1.3.3 醋酸发酵的工艺优化。将单因素试验作为前提条件，将桦树液酒的初始酒精度、发酵过程中的相关温度以及醋酸菌进行接种时的相关量作为主要因素，设置L9(33)三因素三水平正交试验，将酸度当作相关的评判指标，以酸度为评价指标进而明确醋酸在发酵过程中效果最佳的参数[5]，醋酸在发酵过程中需要的时间是10 d。醋酸发酵正交试验因素与水平如表1所示。

表1 桦树液醋酸发酵正交试验因素与水平

2 结果与分析

2.1 发酵温度对醋酸的影响

在温度的选择方面，我们选择了5个各不相同的温度，分别是27、29、31、33、35 ℃，然后对初始酒精含量为5.8%的桦树液酒进行醋酸发酵，醋酸菌接种量为12%[6]。醋酸发酵产酸量与时间变化关系如图1所示。

图1 不同温度条件下产酸量随时间的变化

在35 ℃的温度变化范围内，总产酸量的变化过程从逐渐升高到最后变化不明显，在27 ℃条件下，产酸量逐渐升高在第10天总酸含量最高4.95 g/100 mL，然后呈下降趋势最后保持稳定。在35 ℃条件下，总酸量最高达4.63 g/100 mL，随后呈下降趋势。当发酵过程中发酵温度为29 ℃，发酵到第10天时，发酵液产生的酸的最大值是6.08 g/100mL，之后会呈现下降的趋势。醋酸在温度太低的时候，会对醋酸菌的成长造成一定的影响，发酵过程中倘若温度太高，会致使菌体处于加速老化的状态，进而在一定程度上影响醋酸的发酵[7]。在本文的设计试验中，在发酵过程中的温度是29 ℃时，发酵液里面总酸含量最高，其次是31 ℃，33 ℃。所以，选择发酵温度29 ℃、31 ℃以及33 ℃为桦树液醋酸发酵的正交试验水平。

2.2 醋酸菌接种量对产酸的影响

醋酸菌接种量分别为：6%、8%、10%、12%、14%、16%，发酵温度为29 ℃。醋酸发酵产酸量随时间的变化见下图2。

图2 不同接种量条件下产酸量随时间的变化

从图2可以看出，发酵液里产生的总酸量与醋酸菌接种数量息息相关，前者会因为后者的上升而上升，醋酸菌接种数量为12%时，发酵液里面产生的总酸量最高能够达到6.21 g/100 mL，醋酸菌的接种数量继续增长时，发酵液总酸量呈现下降的趋势。接种量大的时候，发酵体系里面产生的菌体浓度比较高，相应的发酵速率会比较快，但是，如果接种的数量超出了一定的范围，菌体细胞自身的成长会耗用大部分的营养物质，因此能够形成醋酸的相关底物量就会明显不足，醋酸产量也会相应下降，加之营养物质的迅速消耗，且伴随许多代谢物质产生，菌体细胞生存的环境就会受到污染，进而还会出现过菌体细胞过早的衰老以及软化、液化等现象。倘若醋酸菌接种量为14%，发酵液产生的总酸量是5.62 g/100 mL，相对来说比醋酸菌接种量为8%的总酸含量高一些。所以，在本次正交试验的过程中，选择醋酸的接种数量是10%、12%和14%。

2.3 酒精度对产酸的影响

在无菌条件下，将12%的醋酸菌分别接种于初始酒精度为5.0%、5.2%、5.4%、5.6%、5.8%、6.0%、6.2%的桦树液酒中，接入12%的醋酸菌进行发酵，发酵温度为29 ℃，醋酸发酵产酸量随时间变化情况见图3。

图3 不同酒精度条件下产酸量随时间的变化

从图3可以看出，发酵液里面醋酸含量与初始酒精度数有着密切的联系，前者会因为后者的增长而增长，当初始酒精度数是5.8°的时候，产生的总酸含量是最高的，为6.15 g/100mL，如果酒精含量持续提升，醋酸的含量则呈现出下降的趋势，主要原因是发酵初始阶段，高浓度酒精会在一定程度上影响着醋酸菌成长以及代谢作用，相关酸的产量就会降低，且相应的发酵时间也会产生推迟。由此可见，初始酒精度数是5.8°的时候最为合适，所以本次正交试验过程中，应该选用初始酒精度数是5.6°，5.8°和6.0°。

2.4 桦树液醋酸发酵正交试验结果与分析

桦树液醋酸发酵正交试验结果见表2。

从表2研究结果可以看出：考虑产酸量：从K值的角度来说，进行相关的醋酸发酵试验效果最好的组合方式是A2B2C3，也就是初始酒精度数是5.8°，温度是29 ℃，醋酸菌接种量是14%，然后对比实验过程中产生的A、B、C极差，即R值的大小，Rb>Rc>Ra，进而推出相应的关系：醋酸发酵温度>醋酸接种量>初始酒精度，得出发酵温度能够在很大程度上影响着酸的产量，其次就是醋酸菌的接种量，桦树液酒精度影响最小。在实验过程中效果最好的组合方式是A2B2C3，所对应的温度是29 ℃，醋酸菌的接种数量是14%，相应的酒精度是5.8°。

表2 桦树液醋酸发酵L9(33)正交试验结果

3 结论

本实验以新鲜桦树液为原料，经过酒精发酵和醋酸发酵生产桦树液醋，通过单因素实验和正交实验表明：桦树液醋酸发酵的最佳工艺条件为：发酵温度为：29 ℃，醋酸菌接种量为：14%，初始酒精度为5.8°。经过滤，调配、杀菌等后处理可调配生产出具有林区特色的桦树液醋饮品。