响应面法优化果醋醋酸发酵工艺及抗氧化能力评价

响应面法优化果醋醋酸发酵工艺及抗氧化能力评价

秋香梨是黑龙江省农业科学院园艺学院培育的秋子梨品种。果实圆润，细腻多汁，可溶性固形物含量高，酸甜可口。这是处理梨汁的优良品种。果醋一般是以水果为原料，经酶解处理、酒精发酵和醋酸发酵而成的一种营养丰富的酸性调味品，富含维生素、氨基酸和碳水化合物，能够补充人体所需的营养物质研究拟采用液态发酵方法，在单因素试验的基础上，利用响应面法优化沪酿1.01醋酸菌发酵秋香梨果醋的工艺条件，并通过1,1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）自由基清除能力、2,2’-联氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基清除能力和Fe1材料和方法1.1材料和机器1.1.1菌种、dpph、培养基秋香梨酒：酸质量浓度为1.5g/L，酒精度为12%vol(20℃），黑龙江省农业科学院园艺分院；菌种：沪酿1.01醋酸杆菌，黑龙江省八一农垦大学食品学院发酵实验室保存；DPPH：纯度>97%，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司；ABTS：纯度>99%，美国Sigma公司；1.1.2仪器、设备和制造恒温震荡培养箱：HZXQ-R型，哈尔滨东联电子技术开发有限公司；震荡培养箱：HZQ-F160型，哈尔滨东联电子技术开发有限公司；全温震荡培养箱：HZQD-D型，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；电子分析天平：BN2484型，上海民桥精密仪器有限公司；立式压力灭菌锅：LDZX-40Ⅱ型，上海申安医疗器械厂；超净工作台：BCN-1360型，北京东联哈尔仪器制造有限公司；pH计：SG2型，梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司；过滤机：EYCKW-1型，温州市东顶机械制造有限公司；冰箱：BCD-235YH型，青岛海尔股份有限公司。1.2方法1.2.1醋酸发酵试验操作要点：(1）酒度调整：参照董玉新(2）醋酸菌活化：向500mL三角瓶中加入葡萄糖1g，酵母膏1g，蒸馏水100mL，真空度0.1MPa下灭菌30min，接入醋酸菌，30℃震荡培养24h，得活化好的醋酸菌，菌数达5×10(3）接种：取500mL梨酒于1000mL三角瓶中，在超净工作台上接入不同接种量的醋酸菌液。(4）醋酸发酵：将接种后的三角瓶放入恒温震荡箱中，转速为130r/min，在试验设计的接种量、发酵时间、发酵温度和初始pH等条件下进行发酵。(5）陈酿：秋香梨果醋发酵液于室温陈酿30d。(6）澄清过滤：陈酿结束后除去大部分菌株代谢物和部分沉淀后，添加质量分数为0.5%的壳聚糖，处理1h，过滤。(7）杀菌：采用巴氏杀菌，75℃杀菌20min。1.2.2秋香梨果醋醋酸发酵工艺(1）接种量对秋香梨果醋醋酸发酵的影响：固定酒精度7%vol，初始pH4.4，发酵温度31℃，发酵时间7d，考察接种量（4%,6%,8%,10%,12%）对总酸含量的影响。(2）发酵时间对秋香梨果醋醋酸发酵的影响：固定酒精度7%vol，初始pH4.4，发酵温度31℃，接种量10%，考察发酵时间（1,2,3,4,5,6,7d）对总酸含量的影响。(3）发酵温度对秋香梨果醋醋酸发酵的影响：固定酒精度7%vol，初始pH4.4，发酵时间7d，接种量10%，考察发酵温度（25,28,31,34,37℃）对总酸含量的影响。(4）初始pH对秋香梨果醋醋酸发酵的影响：固定酒精度7%vol，发酵温度31℃，发酵时间7d，接种量10%，考察初始pH(3.2,3.8,4.4,5.0,5.6）对总酸含量的影响。1.2.4常规酸钠滴定法(1）酒精度：蒸馏法。(2）总酸含量：常规酸碱滴定法（以醋酸计）。(3)DPPH自由基清除率：根据樊秋元等(4)ABST自由基清除率：根据杜朝东等(5)Fe1.3数据的统计分析所有试验重复3次，采用Origin8.5软件绘图，响应面试验通过Design-Expert8.0.6进行试验设计和数据统计分析。2结果与分析2.1发酵温度对秋香梨果醋总酸含量的影响由图1(a）可知，秋香梨果醋中总酸含量随接种量的增加先升高后降低，当接种量为10%时，总酸含量最高达53.31g/L；当接种量>10%时，由于营养物质多消耗在菌体细胞的生长繁殖上，同时会出现菌体过早老化，生成的醋酸量减少，影响发酵效果由图1(c）可知，秋香梨果醋中总酸含量随发酵温度的升高先上升后下降，当发酵温度<31℃时，醋酸菌的代谢活动减弱，总酸含量较低；随着发酵温度的升高，31℃时秋香梨果醋的总酸质量浓度最高值达51.98g/L；当温度>31℃时，高温会抑制醋酸菌中相关酶的活性，产酸量降低2.2反应试验2.2.1响应面优化试验设计根据单因素试验结果，以接种量、发酵温度、发酵时间和初始pH为自变量，以总酸含量为响应值，进行四因素三水平的响应面试验设计，因素及水平编码见表1，试验设计与结果见表2。2.2.2回归拟合及拟合验证利用Design-Expert8.0.6数据分析软件对表2中数据进行处理，经回归拟合后得到二次回归方程：由表3可知，模型P<0.0001，极显著；失拟项P=0.1889>0.05，不显著，说明残差均由随机误差引起，对试验干扰小，证明试验可靠；决定系数R2.2.3各因素交互作用的大小响应曲面的陡度及等高线与坐标轴交点个数能在一定程度上反映试验因子对响应值影响的大小。若曲面坡度平缓，则因素值的变化对响应值影响较小；反之，则影响较大。等高线与坐标轴交点个数越多，则对响应值影响越大；反之，则较小。等高线的形状越扁平也说明交互作用越强。对秋香梨果醋中总酸含量影响显著的交互项有X2.2.4初始ph的确定利用已建立的数学模型预测秋香梨果醋醋酸发酵的最佳工艺条件为醋酸菌接种量9.45%，发酵时间5.90d，发酵温度31.15℃，初始pH4.49。考虑实际操作，修正工艺条件为醋酸菌接种量9.4%，发酵时间6d，发酵温度31℃，初始pH4.5，此条件下的总酸含量为54.45g/L，与理论预测值53.25g/L误差较小，说明该模型能较好地预测秋香梨果醋的醋酸发酵工艺。2.3abts自由基清除率及dpph自由基清除率及还原力比较由表4可知，发酵后秋香梨果醋的抗氧化能力显著提高（P<0.05),ABTS自由基清除率、DPPH自由基清除率和还原力分别较发酵前提高了23.65%,21.17%,30.23%，与廖良坤等3秋香梨果醋总酸含量测定结果秋香梨果醋醋酸发酵的最佳发酵工艺参数为醋酸菌接种量9.4%，发酵时间6d，发酵温度31℃，初始pH4.5，此条件下秋香梨果醋总酸含量为54.45g/L。秋香梨酒经醋酸菌发酵后，表现出了良好的体外抗氧化能力，其DPPH自由基清除率