1、发酵食品工艺学课程论文多菌种共固定化技术酿造苹果醋研究学生姓名 张 景 林 学 号 3143205786 所属学院 生命科学学院 专 业 食品科学与工程 班 级 103 任课教师 张 君 君 日 期 2009 年 6 月 塔里木大学课程论文1塔里木大学教务处制多菌种共固定化技术酿造苹果醋研究张景林（塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔 ，843300）摘要：以海藻酸钠作为固定化材料，三角摇瓶作为发酵容器，研究多菌种共固定化技术在苹果醋酿造中的应用。结果表明，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
2、浓度 5%，温度 30，摇床转速 180 r/min，装液量 80 mL(250 mL三角瓶)。同时，采用多菌种共固定化技术酿造苹果醋具有很好的稳定性。关键词：苹果醋；多菌种固定化技术；工艺条件；稳定性Brewing apple vinegar by multi-microorganism co-immobilized technologyZhangjinglin （College of Life Science, Tarim University, Alar of Xinjiang ,843300）Abstract: This article0 have study the applicat
3、ion of multi-microorganism co-immobilized technology in apple vinegar brewing, with sodium alginate as support material and flask as fermenter.The result indicated that, the optimum condition of apple vinegar fermentation by multi-microorganism co-immobilized technology is 15% inoculum,30and natural
4、 pH in alcoholic fermentation phase, and 10%inoculum,5%alcohol,30,180 r/min and 80 mL(250 mL)loadage in the vinegar fermentation phase. At the same time, the result indicated that, brewing apple vinegar by multi-microorganism co-immobilized technology have good stability.Key words: apple vinegar; mu
5、lti-microorganism co-immobilized technology; processing conditions; stability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 1。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 2。在这样的背景下，有必要为残次落果寻找新的解决途径。苹果醋是近年来苹果综合开发利用的新产品，它既具有普通食醋的调味
6、功效，又具有诸多特色，如营养价值高、醋香浓郁、果香扑鼻，除做调味品外，还可用作饮料、保健品、美容护肤品等。所以，不少学者认为苹果醋的开发是解决残次落果的有效途径 1,3-5。目前苹果醋酿造方法主要有：固态发酵法 3、液态发酵法 4以及固定化细胞发酵法 5等。这些方法各有特点，固态发酵法发酵速度慢，但产品风味好；液态发酵法发酵速度较快，但产品风味一般较差；固定化细胞发酵法的突出特点则是易于实现连续化，产品质量稳定等。在关于提高液态发酵食醋质量的研究中，王立江等认为在酒精发酵阶段除添加酿酒酵母外再部分或同时添加乳酸菌、产酯酵母及己酸菌等，可以有效地改善食醋的品质 6。本研究为了在改善苹果醋风味的同
7、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 菌种塔里木大学课程论文21.1.2 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：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 试验方法1.2.1 微生物细胞的固定 7取等量的菌悬液和 6%的海
8、藻酸钠溶液混合均匀后，通过一次性注射器滴入 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/T 15038-1994 方法测定。1.2.4 总酸的测定以醋酸计，按 GB/T 5009.41 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苹果汁 酒精发酵 醋酸发酵酿酒酵母、产酯酵母 固定化醋酸菌和乳酸菌共固定颗粒酒精发酵：250 mL 三角瓶装 150 mL 鲜榨苹果汁(糖度为 13.5 Brix)，接种共固定化颗粒后厌氧发酵。醋酸发酵：250 mL
9、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 1。塔里木大学课程论文3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 BAC。最优发酵条件组合为 A2B2C2，即接种量 15%，发酵温度 30，pH4.0。方差分析结果表明
10、，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 单因素试验将苹果酒液的酒精度调整为 5.5%，设置 3 个水平的接种量进行试验。塔里木大学课程论文4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，菌体细胞较早地衰老并发生自容。比较结果表明，醋酸发酵最适宜的接种
11、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 4.0 g/100 mL 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。由图 3 可知，当温度在 2632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 4 个水平的摇床转速进行试验。摇床转速在 150220 r/min
12、 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 180 r/min 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 80 mL 为宜。塔里木大学课程论文52.2.2 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 180
13、r/min、装液量为 80 mL 时，按 L9(34)正交表进行试验。以发酵 144 h 后的最终酸度作为考查指标，试验结果见表 2。由表 2 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 ABC，最优发酵条件组合为 A2B1C3，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：固定化酵母在连
14、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。塔里木大学课程论文6塔里木大学课程论文73 结论与讨论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 180 r/min，装液量 80 mL
15、(250 mL 三角瓶) 。采用固定化技术酿造苹果醋具有很好的稳定性。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 8-11。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 7 d 时间，产酸速率比李燕等 12、王云阳等 13报道的有较大的提高。本研究中所采用的发酵容器为 250 mL 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。另外，将固定化微生物开发为商品化发酵剂，是固定化技术应用到实际的前提条件，要将固定化微生物开发
16、为商品化发酵剂，其保藏性能需要进一步改善。参考文献：1陈义伦.优质苹果醋酿造技术及主要风味物质研究D.山东泰安:山东农业大学博士学位论文,2002,5.2毛旭太.苹果汁加工业的多重矛盾催生专用果市场商机J. 西北园艺,2007,(4):41423李红光.苹果醋固态法发酵技术J. 中国酿造,2000,(6):25.4李莉,田士林.苹果醋生产工艺研究J. 安徽农业科学,2006,34(16):40984099.5吴定,温吉华,程绪铎.固定化酵母菌和醋酸杆菌发酵食醋工艺研究 J.中国酿造,2005,(1):2022.6王立江,王丽梅,程哲.液态发酵醋质量提高的几点措施J.中国调味品,2006,(7)
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