菠萝多产品联合发酵工艺研究

高晓娟，李新军，李红翠，曲艳萍，王元秀

(齐鲁理工学院，济南 250200)

菠萝，是一种多年生草本植物，属于单子叶植物凤梨科凤梨属，具有食用和栽培价值[1]。

菠萝果实味甜、微酸，生性微寒，具有清热解暑、生津止渴的药用价值，为夏季水果之王[2]。长时间食用新鲜的菠萝，可以使糖尿病、动脉硬化等疾病的发病率降低，同时还具有一定的抗癌作用。此外，菠萝中含有一种称为“菠萝朊酶”的物质[3]，可分解蛋白质，对肾炎和高血压者有益，对支气管炎也有辅助疗效[4]。我国的菠萝产区主要分布在海南、广东、广西、福建和云南[5]，其中广东、海南是中国菠萝生产的重要省区，其产量占全国产量的90%左右[6]。菠萝目前的销售基本以初级产品为主，少量加工成菠萝罐头和果汁，产品单一，市场占有率较低，菠萝附加值过低[7]。

国内对菠萝进行的综合利用如提取菠萝蛋白酶、从菠萝皮中提取黄酮、菠萝纤维加工、菠萝果酒酿制、菠萝饲料和有机肥的加工等已初具规模，并开始进入市场。但是，由于加工工艺及果品的限制，某些产品如菠萝蛋白酶和菠萝纤维，加工成本较高，短时间内很难进入市场形成竞争优势。同时，我国的菠萝加工业多以中小企业为主，工艺比较落后，相应的带动力及加工力均有限[8]。李静等[9]以纯菠萝汁为原料探索了干型菠萝果酒的酿造工艺，钟姝霞等[10]研究了以菠萝为原料进行半干型菠萝果酒的发酵工艺，两个团队的研究丰富了果酒种类，使菠萝的食用价值得以延伸。为了更好地提高菠萝的使用率，在菠萝加工中的副产品又可以用来制糖、制酒精、制味精和柠檬酸等，增加了食用价值的产品，减少了菠萝收获后的损失，在一定程度上提高了资源的利用率[11]。

试验以菠萝为原料进行多产品联合生产工艺研究，通过试验制得了菠萝风味白兰地，增加了蒸馏酒的品种，满足了人们不同的消费需求。同时，利用蒸馏后的菠萝余液进行了醋酸发酵，制得了具有菠萝风味的食用醋，丰富了市场果醋的风味，又减少了工业废液的排放，保护了环境。综上所述，该研究有效地提高了水果的经济价值，丰富了菠萝的产品种类，对果农的创收具有很重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

成熟度高的新鲜菠萝[12]：市售；酿酒酵母：安琪酵母股份有限公司；醋酸菌：实验室保藏菌种；果胶酶(B.R)：诺维信生物技术有限公司；蔗糖(A.R)、抗坏血酸(A.R)、柠檬酸(A.R)、氢氧化钠(A.R)、冰醋酸(A.R)：中国国药集团上海试剂公司；酚酞(A.R)：天津市盛鑫源伟业贸易有限公司。

1.2 仪器与设备

XYR2013-5804手提式高压蒸汽灭菌锅 浙江新丰医疗器械有限公司；SW-CJ-1D单人超净工作台 苏州净化设备有限公司；JYI1002电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；GNP-9080隔水式恒温培养箱 上海精宏实验设备有限公司；ZWY-211B恒温摇床 北京东南仪诚实验室设备有限公司；2WAJ 阿贝折射仪 上海仪电物理光学有限公司；RE-52A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；JYZ-D51榨汁机 九阳股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸度测定(酸碱中和法)[13]

按照酸碱中和原理，使用NaOH标准溶液来滴定发酵液，根据NaOH标准溶液消耗的体积，计算出发酵液中醋酸的含量。

1.3.2 酒精度测定(酒精计直接测定)

利用旋转蒸发仪将酒精蒸馏出来，直接用酒精计进行测定，同时测定待测液的温度，查表校正酒精度。

1.3.3 耐醇且产酸高的醋酸菌种筛选

保藏菌种→耐醇、耐酸驯化→富集培养→菌种纯化→低温斜面保藏→醋酸定性试验。

1.3.4 菠萝白兰地和菠萝果醋的发酵流程[14]

菠萝去皮→切块破碎→榨汁(加入水和抗坏血酸)分成体积相同的两组→A组进行酶解[15]，B组不进行酶解→过滤得菠萝汁(加入白砂糖调节糖度)→灭菌→接种(酿酒酵母)→酒精发酵→蒸馏出酒精→后熟→白兰地成品。

蒸馏后的菠萝余液→调整酒度→接种(醋酸菌)→醋酸发酵→过滤澄清→灭菌→陈酿→检验→果醋成品。

1.3.5 菠萝果汁的酶解

使用果胶酶(添加量为原料体积的3/10000)在55 ℃，pH为4.5的条件下，酶解2 h。

1.3.6 酒精发酵

用白砂糖将过滤后的菠萝汁调整到初始糖度16%，按照10%的接种量，添加酿酒酵母。30 ℃恒温静置发酵10 d，发酵结束后用旋转蒸发仪将酒精蒸出。

1.3.7 醋酸发酵

将蒸馏后剩下的余液按不同比例添加到发酵液中，接入10%高产耐醇醋酸菌种，32 ℃，200 r/min摇床发酵10 d左右。在发酵过程中，定时测定发酵液的酸度，当酸度不再上升时，停止发酵[16]。

1.3.8 果醋的灭菌处理

将果醋加热至68～70 ℃，保温30 min后，急速冷却到4～5 ℃。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 菠萝余液添加量对菠萝醋发酵的影响

选取10%、30%、50%的菠萝余液添加量进行单因素试验，试验结果见图1。

图1 菠萝余液添加量对醋酸发酵的影响Fig.1 Effect of the additive amount of pineapple residual liquid on the acetic acid fermentation

由图1可知，菠萝余液添加量30%是醋酸发酵的最佳添加量，酸度最高且增长速率最快。50%添加量因其含有的营养成分较高，故发酵前期醋酸菌生长较快，但后期酸度增长速率有所降低。10%的添加量因营养成分较少，故醋酸菌生长缓慢，发酵速度最慢。

2.1.2 接种量对菠萝醋发酵的影响[17]

选取5%、20%、30%的接种量进行单因素试验，试验结果见图2。

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

由图2可知，菌种的最佳添加量为20%，发酵结束后，酸度可以达到4.0 g/dL左右。接种量过高或过低均不利于醋酸发酵，接种量过低，醋酸发酵缓慢，最终产酸量较少；接种量过高，营养成分大部分用来菌体的繁殖，对醋酸的发酵产生不利影响。

2.1.3 酒精添加方式对菠萝醋发酵的影响[18]

图3 酒精添加方式对醋酸发酵的影响Fig.3 Effect of alcohol addition method on the acetic acid fermentation

选取两种不同的酒精添加方式，第一组试验是一次性添加8%的酒精，第二组是先添加5%的酒精，当发酵液中的酸度不再增加时，再添加剩余的3%酒精。由图3可知，使用分批添加酒精的方式发酵效果较好，比一次性添加酒精的产酸量提高了31.1%。一次性添加酒精对醋酸发酵产生了底物抑制现象，醋酸菌生长缓慢，醋酸发酵效率较低。

2.1.4 果胶酶的添加对菠萝白兰地的影响

将发酵液进行分装，A组添加果胶酶，B组不添加，在适宜条件下进行培养。

表1 果胶酶对菠萝白兰地的影响Table 1 Effect of pectinase on pineapple brandy

由表1可知，添加果胶酶发酵得到的酒精度较高，风味较好。果胶酶的添加使菠萝中的一些果胶类物质分解成酵母菌可以利用的糖类，酒精产量提高了7.43%。同时，果胶酶的添加提高了酵母菌的稳定性和发酵能力，降低了挥发酸的浓度，从而提高了菠萝白兰地的感官评价和口感评分，在一定程度上提高了菠萝白兰地的品质，使发酵所得菠萝白兰地的口感和风味更佳。

2.2 菠萝果醋最佳条件确定

表2 菠萝果醋发酵正交试验设计Table 2 Orthogonal test design of pineapple vinegar fermentation

表3 菠萝果醋发酵正交试验结果分析Table 3 Analysis of orthogonal test results of pineapple vinegar fermentation

由表2和表3可知，影响菠萝果醋发酵的3个因素主次顺序为菠萝余液添加量>接种量>酒精浓度。最佳组合是A1B2C1，即菠萝余液添加量25%，接种量15%，酒精浓度5%。

3 结论

3.1 菠萝白兰地发酵工艺条件

由试验可知，对菠萝汁添加果胶酶进行酶解后，酒精产量提高了7.43%。在初始糖度16%，30 ℃静置发酵10 d的条件下，可以得到酒精浓度38%、菠萝香味纯正、口感柔和的菠萝白兰地。

3.2 菠萝果醋最佳发酵工艺条件

通过试验可知，菠萝醋最佳的醋酸发酵工艺条件为初始酒精5%，采用分批添加酒精的方式，接种量为15%，菠萝余液添加量为25%，温度为32 ℃，摇床发酵8 d，即可得到具有菠萝香味且营养丰富的菠萝果醋。

3.3 菠萝果醋感官评价

菠萝果醋的感官评价：菠萝果醋外观呈现琥珀色，清澈透明，微酸，不涩，口感丰满、爽口，具有典型的菠萝香味，酸味柔和。

3.4 菠萝果醋指标

理化指标：总酸 4.74 g/dL。

微生物指标：菌落总数≤50 CFU/mL；大肠菌群≤3 CFU/mL；致病菌：未检出。