富硒蓝莓果醋发酵工艺优化及市场成本分析

步首志，张占哲，杨秀华

(1.郑州信息工程职业学院，郑州 450121；2.华北水利水电大学，郑州 450045)

蓝莓的学名为越橘,是杜鹃花科多年生常绿灌木或半乔木果树[1]。蓝莓果实形状为扁圆形,蓝莓果实成熟之后,呈现的颜色为深蓝色和蓝紫色[2]。每个蓝莓果实的均重为0.7～3.0 g,果肉细腻,种子较细,味道香甜可口,是鲜食和加工为果醋的佳品。蓝莓果醋中富含碳水化合物,对眼睛有很好的保护作用[3]。

我国拥有丰富的蓝莓资源,主要分布于东北、西南、华南等地[4]。蓝莓果醋中富含有机酸,能够促进人体的新陈代谢,促进人体进行三羧酸循环,分解机体中的各种易疲劳物质,从而消除人体疲劳[5]。蓝莓果醋还能促进消化吸收,增强食欲,从而改善消化功能。食醋中的有机酸能够提高肝脏的保护功能,促进新陈代谢,此外,食醋还具有软化血管、降血糖、降血脂、预防人类心血管疾病等多种功能[6]。

硒是人体生长发育所必需的微量元素,是含硒酶的重要组成成分,能够有效地提高机体免疫能力,人体缺乏硒会导致机体免疫力下降,导致疾病的发生。目前,缺硒已经慢慢成为世界广泛关注的问题[7]。据世界卫生组织统计,全球有大约70%的地域在不同程度上缺乏硒。人体不能合成硒,硒的来源主要从外界获得,食物中的硒是人体硒的主要来源[8]。本研究基于此,研究富硒蓝莓果醋的加工工艺,为人类新的硒来源提供了途径[9]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蓝莓、糯米、麦曲和果胶酶;葡萄糖、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙、甲基红、无水乙醇、盐酸、乙酸锌、冰乙酸、亚铁氰化钾、酵母浸膏等。

1.2 仪器和设备

恒温水浴锅、离心机、调温电炉、灭菌锅、冰箱、电子分析天平、恒温培养箱、显微镜、干燥箱、酸度计和磁力搅拌器。

1.3 测定方法

生物量的测定:利用血球计数法[10];总糖的测定:利用亚铁氰化钾滴定法[11];糖度的测定:利用手持式折光仪[12];pH 值的测定:利用酸度计;酒精度的测定:利用蒸馏法;总酸:利用酸碱中和滴定法。

1.4 生产工艺流程

蓝莓的挑选→蓝莓清洗、破碎和打浆→果胶酶处理→糖酸比例的调整→酒精发酵→过滤、调配→醋酸发酵→生醋→陈酿→加热灭菌→检验和灌装→蓝莓果醋。

1.5 单因素试验

根据参考文献[13-14],设定酒精的初始浓度为6%,接入8%的醋酸杆菌,发酵温度为28 ℃,使用柠檬酸调节发酵pH至3。改变其中一个变量,研究这个变量对富硒蓝莓果醋中总酸含量的影响。初始酒精浓度的变量分别为 2%、4%、6%、8%、10%;pH 值的变量分别为2,3,4,5,6;发酵温度的变量分别为20,25,30,35,40 ℃;醋酸菌接种量的变量分别为4%、6%、8%、10%、12%。

1.6 正交试验

为了筛选出蓝莓果醋的最佳发酵工艺,本试验采用四因素三水平的正交试验(见表1),以富硒蓝莓果醋中的总酸量作为评价指标,选取最佳的富硒蓝莓果醋加工工艺。

表1 正交试验因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test

2 结果与讨论

2.1 富硒蓝莓果醋酒精发酵时间的确定

蓝莓果醋中的酒精是由酵母菌通过分解和发酵蓝莓汁中的糖而产生的,发酵过程中的总糖和酒精浓度的高低息息相关。

图1 富硒蓝莓果醋酒精发酵过程中总糖含量和酒精浓度的变化Fig.1 Changes in total sugar content and alcohol concentration during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由图1可知,在酒精发酵的过程中,总糖含量随着发酵时间的增加而逐渐降低,在发酵的前3 d,总糖的含量迅速下降,这是由于发酵过程中酵母菌快速繁殖,总糖被迅速地消耗。随着发酵时间的增加,富硒蓝莓果醋中的总糖含量接近于0。

富硒蓝莓果醋中的酒精浓度随着发酵时间的延长而迅速增加,这是由于酵母菌快速消耗蓝莓果醋中的总糖,转化为酒精。当发酵时间超过3 d时,蓝莓果醋中的酒精浓度趋于稳定,随着发酵时间的延长,蓝莓果醋的酒精浓度出现下降的趋势,这是由于蓝莓果醋中的总糖量已经被消耗得不足以为酵母菌的生长提供能量[15]。

图2 富硒蓝莓果醋酒精发酵过程中pH 值和总酸含量的变化Fig.2 Changes in pH value and total acid content during the alcohol fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由图2可知,富硒蓝莓果醋在酒精发酵的过程中,总酸含量随着发酵时间的增加呈现先升高后降低再升高的趋势,当发酵时间为4 d时,蓝莓果醋的总酸含量最高,为3.87 g/dL。当发酵时间大于4 d时,蓝莓果醋的总酸含量呈现上下波动的趋势。

蓝莓果醋的pH 值随着发酵时间的增加呈现先降低后升高的趋势,这是由于当蓝莓果醋刚刚开始发酵时,发酵液中的细菌生长速度快,导致蓝莓果醋的pH值快速下降,随着发酵时间的增加,蓝莓果醋发酵液体中酵母菌开始正常生长,导致发酵液的pH值快速升高[16]。

综合图1和图2的结果,最终确定蓝莓果醋酒精发酵的最优时间为4 d。

2.2 富硒蓝莓果醋醋酸发酵时间的确定

蓝莓果醋发酵4 d 后,接种醋酸菌,接种量为10%,醋酸发酵温度设置为30 ℃,pH 设置为3～4,初始酒精浓度为6%,富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中总酸含量的变化见图3。

图3 富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中总酸含量的变化Fig.3 Changes in total acid content during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar

由图3可知,蓝莓果醋的总酸含量随着发酵时间的延长不断地增加。接种醋酸菌后,在发酵的前4 d,蓝莓果醋的总酸含量快速增加;当发酵时间超过4 d 时,蓝莓果醋的总酸含量增长速度逐渐减缓,这主要是由于蓝莓果醋的酒精含量逐渐减少。当发酵到第7天时,富硒蓝莓果醋的总酸含量达到4.6 g/dL,此时蓝莓果醋的总酸含量不再改变,富硒蓝莓果醋发酵结束。

2.3 pH 值对醋酸发酵的影响

图4 富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中不同pH值对总酸含量的影响Fig.4 Effect of different pH values during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由图4可知,富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中的总酸含量随着pH 值的增大先升高后降低。当pH值小于3.5时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着pH 值的增大而升高,当pH 大于3.5时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着pH 值的增大而降低,这是由于当富硒蓝莓果醋的pH 值过低时,过酸的环境抑制了醋酸菌的生长发育;当pH 值过高时,醋酸菌的生长同样受到了抑制。

2.4 发酵温度对醋酸发酵的影响

图5 富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中不同温度对总酸含量的影响Fig.5 Effect of different temperatures during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由图5可知,温度对富硒蓝莓果醋的总酸含量影响较大,这是由于发酵温度直接地影响了发酵过程中醋酸菌的生长和繁殖,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着发酵温度的升高先升高后降低。当温度低于35 ℃时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着发酵温度的升高而升高,35 ℃时的总酸含量最高,为4.5 g/dL;当温度超过35 ℃时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着发酵温度的升高而降低,这是由于温度过高影响了蓝莓果醋发酵液中酶的活性,导致醋酸菌由于新陈代谢过剩而过度老化,从而影响醋酸菌的产酸量。所以,过高或者过低的发酵温度都会影响蓝莓果醋发酵过程中的总酸含量[17],结果表明,最佳的醋酸发酵温度为35 ℃。

2.5 初始酒精浓度对醋酸发酵的影响

图6 富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中不同初始酒精浓度对总酸含量的影响Fig.6 Effect of different initial alcohol concentrations during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由图6可知,总酸含量也会受到初始酒精浓度的影响,且随着初始酒精浓度的升高,蓝莓果醋的总酸含量先升高后降低。酒精是醋酸发酵过程中醋酸菌的生产原料,其含量直接对富硒蓝莓果醋的总酸含量造成影响。当初始酒精浓度小于6%时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着初始酒精浓度的增加而升高；当初始酒精浓度大于6%时,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着初始酒精浓度的增加而降低；当初始酒精浓度超过6%时,过高的酒精浓度影响了醋酸菌的正常生长发育[18]。所以,6%为最优的初始酒精浓度。

2.6 醋酸菌接种量对醋酸发酵的影响

图7 富硒蓝莓果醋醋酸发酵过程中不同醋酸菌接种量对总酸含量的影响Fig.7 Effect of different acetic acid bacteria inoculation amounts during acetic acid fermentation of selenium-rich blueberry fruit vinegar on total acid content

由图7可知,富硒蓝莓果醋的总酸含量随着醋酸菌接种量的增加而呈现先升高后降低的趋势,当醋酸菌接种量为6%～10%时,蓝莓果醋的总酸含量随着醋酸菌接种量的增加而升高,当醋酸菌接种量超过10%时,蓝莓果醋的总酸含量随着醋酸菌接种量的增加而逐渐降低,这是由于随着醋酸菌接种量的增加,醋酸菌的生长发育需要更多的营养物质,导致蓝莓果醋中的营养成分消耗,从而影响蓝莓果醋的总酸含量。所以,当醋酸菌接种量为10%时,蓝莓果醋的总酸含量最高,为4.71 g/dL。

2.7 正交试验优化醋酸发酵工艺最佳参数的确定

根据单因素试验结果,进一步对富硒蓝莓果醋发酵工艺进行优化,以总酸含量作为指标,对pH 值、发酵温度、初始酒精浓度和醋酸菌接种量进行四因素三水平的正交试验分析(见表2),以期获得最佳的醋酸发酵条件。

表2 富硒蓝莓果醋正交试验结果Table 2 Orthogonal test results of selenium-rich blueberry fruit vinegar

续 表

由表2可知,对富硒蓝莓果醋的醋酸发酵产酸影响程度大小依次是A=C>B>D,即发酵温度=初始酒精浓度>pH值>醋酸菌接种量,其中发酵温度对蓝莓果醋发酵过程中总酸含量的影响最明显,发酵温度过高或者过低均会对醋酸菌的产酸速率产生明显的影响。通过方差分析可以获得最佳的蓝莓果醋发酵工艺组合为发酵温度40 ℃、初始酒精浓度8%、醋酸菌接种量6%和发酵pH 值3.0。

2.8 富硒蓝莓果醋与普通蓝莓果醋制作成本及效益分析

表3 富硒蓝莓果醋与普通蓝莓果醋制作成本及效益分析Table 3 Production cost and benefit analysis of selenium-rich blueberry fruit vinegar and ordinary blueberry fruit vinegar

硒慢慢被人们所认识,具有抗氧化和解毒等多种生物学功能,是生命的保护剂。由表3可知,普通蓝莓果醋获取的纯利润更高,但是,随着人们对富硒产品的认识,虽然富硒蓝莓果醋获取的纯利润低,但是每年的销售额度明显高于普通蓝莓果醋的销售额度。

3 小结

硒对人体具有很明显的抗氧化功效,近些年,富硒产品的研究逐渐火热;蓝莓果醋的研究虽然已经很多,但是富硒蓝莓果醋的工艺研究较少,本研究通过单因素试验对富硒蓝莓果醋的发酵工艺进行优化和分析,初步获得富硒蓝莓果醋的加工工艺,再利用正交试验对富硒蓝莓果醋的加工工艺进行优化。研究结果表明,最优的加工工艺为发酵温度40 ℃、初始酒精浓度8%、醋酸菌接种量6%和发酵pH 值3.0。同时,对富硒蓝莓果醋和普通蓝莓果醋的成本效益进行分析,虽然富硒蓝莓果醋相比普通蓝莓果醋获得的纯利润较少,但是,随着富硒产品被人们认识,富硒蓝莓果醋明显更有市场前景。