余森艳，李 洁，何 文，卢珍兰，李志红，王 强

（1.广西民族师范学院 化学与生物工程学院，广西崇左 532200；2.广西民族师范学院 甘蔗产业链协同创新中心，广西崇左 532200）

0 引言

甘蔗属多年生高大实心草本，在我国福建、海南、广东、广西和云南等南方热带及亚热带地区广泛种植［1］。甘蔗富含铁、钙、磷和锌等人体必需微量元素以及多酚、黄酮等成分，具有补充能量、补血和抗氧化等功效［2］。作为广西重要的经济农作物，甘蔗是我国糖业的重要组成部分，但其产业链比较单一，若将甘蔗直接用于食品深加工领域将大有可为。番木瓜又称木瓜，是十字花目番木瓜科水果，广泛分布于世界热带及亚热带地区，素有“岭南佳果”之美称［3］，营养丰富，食疗价值较高，具有抗氧化、护肝降脂等保健功效［4］，具有较高的开发价值［5］。

果醋以水果为主要原料，利用现代生物技术酿制而成，是集营养、保健和食疗等功能为一体的新型饮品。甘蔗富含糖分，是酿造果酒与果醋的良好原料。近几年关于甘蔗醋的研究略有所见［6-7］，但将甘蔗与番木瓜复合酿造果醋的研究鲜有报道。本文充分利用广西特有的甘蔗和番木瓜资源，通过酒精发酵与醋酸发酵2步发酵工艺酿制复合果醋，既可获得果香怡人、酸味适宜的果醋产品，还可延伸甘蔗与番木瓜加工产业链，提升经济附加值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘蔗和番木瓜：崇左农贸市场；果酒酵母：安琪酵母（崇左）有限公司；果醋菌：烟台帝伯士自酿有限公司；蜂蜜：上海冠生园蜂制品有限公司；75%食用酒精：河南汉永酒精有限公司；0.05 mol/L氢氧化钠标准滴定溶液：飞净生物科技有限公司。

JYZ-E3C型榨汁机（九阳股份有限公司）；LRH-400A型生化培养箱（广东泰宏君科学仪器股份有限公司）；YP5002型电子天平（上海佑科仪器仪表有限公司）；PAL-1型手持糖度计（深圳市卓越仪器仪表有限公司）；酒精计（浙江力辰仪器科技有限公司）；HWS-26型电热恒温水浴锅（上海齐欣科学仪器有限公司）；BD-320HEM型冰箱（青岛海尔特种电冰柜有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

复合果醋的工艺流程如图1所示。

图1 复合果醋的工艺流程Fig.1 Process flow of compound fruit vinegar

1.2.2 操作要点

（1）甘蔗汁的制备：挑选成熟适度、无霉变的新鲜市售甘蔗为原料，经去皮、切块、榨汁、过滤，100 ℃灭菌5 min后冷却，获得甘蔗汁备用。

（2）番木瓜汁的制备：选择八九成熟的新鲜番木瓜，去皮、去籽、切块，热烫90 s，以钝化木瓜蛋白酶活性，再按番木瓜与水质量比1：1榨汁、过滤，100 ℃杀菌3 min后冷却，获得番木瓜汁备用。

（3）调配、调糖：将制备好的甘蔗汁、番木瓜汁按照一定体积比混合，再用蜂蜜调整初始糖度至适宜范围。

（4）杀菌、冷却：将调糖后的甘蔗番木瓜复合汁在100 ℃灭菌5 min，冷却备用。

（5）酒精发酵：通过前期试验确定甘蔗番木瓜复合果酒发酵的条件为甘蔗汁与番木瓜汁的体积配比1：1，酵母添加量0.6%、发酵温度32 ℃、初始糖度16%、发酵时间7 d，在此条件下发酵所得的甘蔗番木瓜复合果酒具有较好的风味，酒香浓郁怡人，醇厚爽口。

（6）调整酒精度：利用酒精计测定酒精度，将复合果酒用无菌水及食用酒精调整到醋酸发酵所需要的酒精度。

（7）醋酸发酵：在调整好酒精度的甘蔗番木瓜复合果酒中加入果醋菌，敞口静置进行醋酸发酵，每天搅拌2～3次，以增加溶氧水平。

（8）杀菌：将发酵结束的甘蔗番木瓜复合果醋过滤后，在95～100 ℃条件下杀菌约10 min，然后迅速冷却至常温。

1.3 醋酸发酵单因素试验设计

以果醋菌添加量、发酵温度、发酵时间及初始酒精度4个因素进行醋酸发酵单因素试验，设计各因素水平：果醋菌添加量1%，2%，3%，4%，5%；发酵温度30，32，34，36，38 ℃；发酵时间7，9，11，13，15 d；初始酒精度6%，7%，8%，9%，10%。当研究其中1个因素时，其余3个因素取各水平中间值，以总酸为指标，研究此4个因素对醋酸发酵的影响。

1.4 醋酸发酵工艺优化响应面试验

在醋酸发酵单因素试验的基础上，以总酸［Y，以乙酸计，g/（100 mL）］为响应值，以果醋菌添加量（A）、发酵温度（B）、发酵时间（C）和初始酒精度（D）4个因素为自变量，设计4因素3水平的响应面分析方法，对复合果醋的发酵工艺条件进行优化。

1.5 数据处理与分析

利用Origin 2019软件完成单因素试验作图；运用Design-Expert 8.0.6软件完成响应面试验作图及数据处理分析。

1.6 理化成分测定

酒精度：使用酒精计测定。

糖度：使用手持糖度计测定。

总酸：参照GB 12456-2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》，采用酸碱滴定法测定（以乙酸计）。

2 结果与分析

2.1 醋酸发酵最佳工艺条件的确定

2.1.1 果醋菌添加量与发酵温度的确定

由图2可知，随着果醋菌添加量增加，总酸含量先升后降，当果醋菌添加量为3%时，总酸含量达到最大。果醋菌添加量过少，不利于发酵产酸；果醋菌添加量过多，菌的生长会消耗发酵液中的营养物质，同时还会造成溶氧降低，导致最终生成的总酸含量下降［8］。

图2 果醋菌添加量与发酵温度对醋酸发酵的影响Fig.2 Effects of addition amount of fruit vinegar bacteria and temperature on acetic acid fermentation

随着发酵温度升高，总酸含量先升后降。当发酵温度为34 ℃时，总酸含量达到最大。这可能是因为适宜的温度有利于果醋菌生长繁殖和产酸。当发酵温度偏低或偏高时，果醋菌的酶活性被抑制，导致产酸能力下降。

因此，选择果醋菌添加量进行响应面试验的3个水平为2%，3%，4%；选择发酵温度进行响应面试验的3个水平为32，34，36 ℃。

2.1.2 发酵时间与初始酒精度的确定

由图3可知，总酸含量随着发酵时间增加而呈上升趋势。当发酵时间为11 d时，总酸含量达到最大；继续延长发酵时间，总酸含量呈缓慢下降趋势。这可能是因为发酵时间过长，一部分醋酸被分解，还有部分醋酸挥发损失，导致最终总酸含量出现不升反而略降的现象。若发酵时间过短，发酵不完全，总酸含量也不高。

图3 发酵时间与初始酒精度对醋酸发酵的影响Fig.3 Effects of fermentation time and initial alcohol content on acetic acid fermentation

随着初始酒精度的增加，总酸含量先上升后下降。当初始酒精度为8%时，总酸含量达到最大值。酒精度的高低会影响总酸的产量，酒精度太低，果醋菌能利用的底物少，则产酸量也变少；而酒精度过高，果醋菌受到一定的抑制而导致发酵产酸能力降低。

因此，选择发酵时间进行响应面试验的3个水平为9，11，13 d；选择初始酒精度进行响应面试验的3个水平为7%，8%，9%。

2.2 醋酸发酵工艺响应面法优化试验结果

根据Box-Behnken中心组合试验设计原理［9］，在醋酸发酵单因素试验基础上，进行4因素3水平的响应面试验设计，如表1所示；回归分析结果如表2所示。

表1 醋酸发酵响应面试验因素水平设计Tab.1 Horizontal design of response surface test factors for acetic acid fermentation

表2 回归分析与结果Tab.2 Regression analysis and results

根据试验结果，利用Design-Expert 8.0.6软件进行回归分析，得到回归方程式：Y=5.19+0.37A+0.34B+0.09C-0.13D+0.19AB+0.45AC-0.29AD+0.18BC+0.13BD+0.34CD-0.73A2-0.45B2-0.17C2-0.29D2。

由表2可知，模型的P<0.000 1<0.01，表明模型方程极显著，说明试验方法可行可靠；失拟项P=0.103 8>0.05，失拟项不显著，说明模型的拟合度较好，方程能够很好地反映果醋菌添加量、发酵温度、发酵时间、初始酒精度和总酸之间的准确关系，可以利用回归方程式得出甘蔗番木瓜复合发酵果醋的最佳工艺条件；回归分析结果显示R2=0.961 0，R2adj=0.922 0，2者相差<0.2，说明预测值与真实值相关性很高。一次项A，B对总酸有极显著影响，D对总酸有显著影响；交互项AC，AD，CD对总酸有极显著影响，AB，BC对总酸有显著影响；二次项A2，B2，D2对总酸有极显著影响，C2对总酸有显著影响；其他各因素对总酸的影响不显著（P>0.05）。

2.3 甘蔗番木瓜复合发酵果醋工艺优化响应面图

从Design-Expert 8.0.6响应面分析软件中得到两两因素间的三维响应曲面图如图4。曲面图可直接反应各因素交互作用对果醋总酸的影响，曲面的坡度越陡，说明该因素对果醋发酵过程的影响越大［10］。

图4 各因素交互作用对总酸影响的曲面图Fig.4 Curved surface of influence of interaction of various factors on total acid

总酸含量随着4个因素的增加先上升后下降。其中，果醋菌添加量和发酵时间、果醋菌添加量和初始酒精度、发酵时间和初始酒精度交互形成的曲面坡度陡峭，说明其交互作用强，对总酸的影响极显著；果醋菌添加量和发酵温度、发酵温度和发酵时间交互形成的曲面坡度较大，说明其交互作用较强［11-12］，对总酸的影响显著。

2.4 验证试验

根据响应面分析试验，结合回归方程分析得出优化的甘蔗番木瓜复合果醋最佳发酵工艺条件：果醋菌添加量3%、发酵温度35.487 ℃、发酵时间13 d、初始酒精度8.213%，在该预测条件下，果醋的总酸为5.59 g/（100 mL）。为了验证试验，并使结果更准确，根据实际情况对响应面试验得出的最佳工艺条件进行调整：果醋菌添加量3%、发酵温度36 ℃、发酵时间13 d、初始酒精度8%，在此发酵工艺条件下重复甘蔗番木瓜复合果醋发酵3次，得出果醋的平均总酸为5.60 g/（100 mL），该值与预测值接近，2者之间的相对误差只有0.2%，说明模型能很好地反应果醋发酵的实际情况。因此使用该方法分析甘蔗番木瓜复合发酵果醋得到的数据可靠。

3 结语

以甘蔗和番木瓜为原料，依次进行酒精发酵、醋酸发酵，通过单因素试验和响应面分析试验，对甘蔗番木瓜复合果醋在醋酸发酵过程中的主要工艺参数进行优化，得出复合果醋的最佳发酵工艺条件：果醋菌添加量3%、发酵温度36 ℃、发酵时间13 d、初始酒精度8%，在该条件下，果醋的总酸含量达到5.60 g/（100 mL），产品呈棕黄色，滋味酸爽，果香适宜，风味独特。甘蔗番木瓜复合果醋的研发既可拓宽甘蔗与番木瓜加工产业链，提升农产品经济附加值，还可丰富果醋品种，为果醋产业发展提供参考。