葡萄皮渣醋的工艺优化条件及主要物质动态监测

段海亭，楠极*，贾晓鲲，张鑫，卜春婵

1. 内蒙古农业大学职业技术学院（包头 014000）；2. 乌兰察布医学高等专科学校（乌兰察布 012000）

葡萄是世界普遍栽培的水果，全球产量约6 500万 t。在我国，每年约200万 t的葡萄用于葡萄酒的生产，约80%的葡萄用于葡萄酒的生产、13%用于烹饪、7%用于加工果汁及其他产品。葡萄酒是世界第二大酒种，很受人们的欢迎。随着人民生活水平的改善，我国的葡萄酒需求量持续增加，在葡萄酒的酿造过程中产生的副产品主要有葡萄皮、葡萄籽和葡萄酒脚。大多数葡萄酒厂将葡萄籽当作废物丢弃，不仅是一种资源浪费，对环境也造成污染。因此，积极展开葡萄酒酿造过程中产生的副产品再利用的研究具有重要意义[1]。葡萄酿酒过程产生的葡萄皮渣和葡萄籽等副产物，占葡萄加工量的25%～30%。新鲜红葡萄皮中，含有白藜芦醇、花色素类、黄酮类、酵母自溶物质等多种有效物质，具有降低血脂胆固醇、抗氧化、抗癌抑癌、软化血管等作用。我国绝大多数的葡萄皮渣得不到有效利用，一般作为肥料、饲料，甚至垃圾处理，资源综合利用率很低[2]。

果醋是用果品或者果品加工剩余的脚料作为主要原料，利用微生物发酵法酿造的一种营养丰富、风味优良的酸性饮品或调味品。在酿造工业方面对传统酿造原料进行改善，试验以水果替代粮食，不仅解决了果品资源浪费问题，也节约了粮食，还丰富了醋产品的品种[3]。这一类型产品与食醋的区别是主要原料为水果，经过酒精发酵和醋酸发酵，一般采用液态发酵法酿造而成，既保留了水果特有的营养成分，又兼具了食醋特有的功效，含有各种人体所需氨基酸、有机酸、维生素、糖类、醇以及酯等营养物质及风味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，而且长期食用对人体健康十分有益[4]。

果醋是一款具有优良风味、含有丰富营养的酸味调味品或饮料，它同时有水果和食醋的营养保健功能，是集营养、食疗、保健等功能为一体的新型饮品，被誉为“第四代饮料”[5]。葡萄醋中不但含有花青素、白黎芦醇等多酚类抗氧化活性成分[6]，具有抗衰老、抗氧化、保护心脏等功效[7-9]，还富含维生素、氨基酸和矿物质等，具有保健功能[10]，具有消除疲劳、健脾开胃、促进代谢、加强机体免疫力，补血养颜、祛除皮肤色斑、延缓衰老、助眠、解酒醒酒、降低血液的粘稠度、防治心脑血管疾病等功效，几乎适合所有人群。葡萄皮渣果醋是用葡萄酒或者葡萄酒厂的皮渣等副产物，在醋酸菌作用下再次发酵而成[5]。葡萄皮渣含有大量的多酚类物质和残余葡萄酒，以此为原料酿制的醋不但有利于保护环境、节约资源，还赋予葡萄皮渣醋良好的保健功能。

以葡萄皮渣为原料酿制葡萄皮渣醋的研究已有报道[11-18]，介绍了近年来葡萄酒副产品深度利用开发的最新研究进展，包括利用葡萄酒酿造过程中产生的副产品酿醋、提取色素、提取抗氧化剂等深度利用途径；葡萄皮渣可用在酿醋、酿酒、吸附重金属、提取多酚等途径，葡萄籽可以提取葡萄籽蛋白、葡萄籽油和抗氧化物质；酒脚可以提取酒石酸盐。开展葡萄酒副产品的深度利用，不但可获得良好的经济效益，而且可有效降低环保压力，获得巨大的社会效益[1]。

传统葡萄醋发酵工艺多以固态发酵为主，但发酵时间长，劳动强度大，占地面积广，原材料利用率低。新型葡萄醋生产工艺主要利用液态发酵法，通过酒精发酵和醋酸发酵，最终得到的产品不但含有果醋的营养价值，还具备葡萄酒的特点和风格。试验以实验室丢弃的葡萄皮渣为原料，以液态发酵法参考葡萄酒酿造过程，以期最大化地提高葡萄皮渣果醋中的营养成分和改善口感[19]。

葡萄皮渣醋酿制过程酒精发酵阶段和醋酸发酵阶段主要物质随发酵时间的变化规律报道不多，所以对酒精发酵、醋酸发酵过程主要物质的动态变化进行分析，以期为葡萄皮渣酿制果醋工业化发展提供理论基础[20]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原材料

宁夏赤霞珠葡萄皮渣（实验室酿造红葡萄酒产生）。

1.1.2 试剂

酚酞（上海山浦化工有限公司）；无水乙醇（武汉市鑫昌酒精化工有限责任公司）；氢氧化钠（天津市华嘉化学试剂有限公司）；酒石酸钾钠（南京大茂化学试剂厂）；硫酸铜（北京化工厂）；硫酸（北京市河东区红岩试剂厂）；次甲基蓝（天津博星奥生物技术有限公司）；亚铁氰化钾（上海坤迈化工有限公司）；乙酸锌（天津化学试剂三厂）；冰乙酸（四川多元化工有限责任公司）；葡萄糖（天津市广茂化学试剂有限公司）；果胶酶（安徽沐康食品有限公司）；亚硫酸（山东正驰化工有限公司）；蔗糖（市售）。

1.1.3 菌种

醋酸菌（直投式，帝伯仕）；酵母菌（安琪）。

1.1.4 主要仪器与设备

酒精计（上海耶茂仪器仪表有限公司）；手持式折光仪（杭州三永德仪器仪表有限公司）；pH计（上海皓庄仪器有限公司）；恒温培养箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；玻璃发酵罐（市售）。

1.2 试验方法

1.2.1 酿造方法

采用液态发酵法进行酿造。

1.2.2 正交试验设计将所需要的醋酸菌活化后加入酒精发酵的酒醪中，装液量为发酵罐的70%，在恒温培养箱里进行恒温培养观察。以葡萄皮渣发酵液总酸含量为考察指标，以发酵温度、发酵时间、醋酸菌接种量作为影响因子进行单因素试验。在此基础上，考察3个因素对醋酸发酵过程的影响，从而优化醋酸发酵过程中工艺条件参数。试验设计因素水平见表1。

表1 葡萄皮渣醋醋酸发酵L9(33)正交试验因素水平表

1.2.3 检测方法

葡萄皮渣醋中的酒精含量的测定利用蒸馏法进行测定，还原糖含量的测定采用直接滴定法（GB/T 5009.7—2003），总酸的测定利用电位滴定法，糖度用手持式折光仪进行测定，酸度用pH计进行测定。

1.2.4 感官评定方法

对葡萄皮渣醋进行感官评定，评定细则见表2。

表2 葡萄皮渣醋感官评定的标准

2 结果与分析

2.1 酿造工艺研究

2.1.1 工艺流程

葡萄皮渣预处理→装入已消毒的发酵罐→加蒸馏水定容→加蔗糖→加酵母菌→酒精发酵→加醋酸菌→醋酸发酵→过滤→杀菌→密封装瓶

2.1.2 操作要点

发酵罐的清洗。将发酵罐洗涤干净，加入2%亚硫酸溶液冲洗杀菌。

葡萄皮渣预处理。从葡萄酒发酵罐中取出葡萄皮渣立即倒入杀菌的玻璃发酵罐中，加入灭菌水搅拌均匀，葡萄皮渣和灭菌水比例为1∶1。

调整糖度。用糖度计测量糖度，根据初始糖度进行调糖。依据1%vol的酒精每升需要18 g糖的标准添加蔗糖。

酵母菌活化。酵母菌用量为0.02%，酵母菌∶蔗糖∶水三者比例为1∶1∶10（m/m/V），于38 ℃活化30 min，直到溶液出现大量气泡为止。

酒精发酵。加入酵母菌后拧紧瓶盖封口，在27 ℃条件下培养15 d，每天监测酒精度和糖度，酒精度达到7%vol时发酵结束。

醋酸发酵。开展正交试验，醋酸菌用量为0.02%，0.04%和0.06%。加入醋酸菌后，用灭菌的纱布封口，于32，34和36 ℃培养10，20和30 d，发酵前期每天搅拌2次，直到形成菌膜时停止搅拌。发酵液形成菌膜后隔天测量酒精度和酸度直至发酵结束。

杀菌装瓶。将葡萄皮渣醋用杀菌的滤布进行过滤，装入灭菌的玻璃瓶中煮沸杀菌。

2.2 醋酸发酵最优工艺条件的研究

葡萄皮渣醋醋酸发酵L9(33)正交试验结果见表3。

表3 葡萄皮渣醋醋酸发酵L9(33)正交试验结果

由表3和表4可知，醋酸发酵阶段试验的最佳组合为A2B3C2，即醋酸菌接种量0.04%、发酵时间30 d、发酵温度34 ℃。通过极差分析可以看出，RB＞RC＞RA，即在正交试验设计的各因素水平下，发酵温度、醋酸菌接种量和发酵时间对葡萄皮渣醋醋酸发酵阶段产酸量的影响依次加大，发酵时间是影响产酸量的主要因素。

表4 葡萄皮渣醋醋酸发酵L9(33)试验结果方差分析表

2.3 动态监测

2.3.1 酒精发酵阶段

酒精发酵阶段糖度和酒精度的变化见图1和图2。在发酵过程中，酒精度从第2天开始有明显上升趋势，第7天时达到顶峰，整个发酵过程呈线性上升。糖度与酒精度对应从第2天开始快速下降直至发酵结束。说明酵母菌不断分解原料液中的糖分，将其转化为乙醇和二氧化碳，并且发酵过程速度较快。

图1 酒精发酵阶段糖度随时间的变化

图2 酒精发酵阶段酒精度随时间的变化

2.3.2 醋酸发酵阶段

醋酸发酵阶段酸度和酒精度的变化见图3和图4。在发酵过程中，前期发酵酸度变化不大，这是由于刚接种时醋酸菌活力低。随着发酵时间的延长，在第22天醋酸菌逐渐形成菌膜，菌膜形成后酸度开始快速增加，从第28天开始发酵接近尾声时酸度数值不再增加，趋于平稳。酒精度与酸度对应并且下降速度较慢。两者皆在发酵结束时数值趋于平稳，基本保持不变[21]。此时醋酸发酵结束，酒精转换为醋酸。

图3 醋酸发酵阶段酸度随时间的变化

图4 醋酸发酵阶段酒精度随时间的变化

2.4 质量指标

2.4.1 葡萄皮渣醋感官评价

2.4.1.1 葡萄皮渣醋发酵期间发酵液状态分析

由表5可知：葡萄皮渣酒醪在发酵开始前期颜色较深，随着时间的推移，酵母开始进入生长旺盛期，将大量的糖代谢转化为酒精、二氧化碳气体及大量的热量[22]。在发酵液上层会出现酒体分层现象，会产生酒帽；在发酵后期，发酵体产生浑浊现象这是由于有少许果胶物质存在，沉淀后落于缸底。

表5 酒精发酵期间发酵液状态变化结果分析

由表6可知：葡萄皮渣汁液在发酵初期颜色较深，醋酸菌活力较小，产酸能力较弱。在发酵中期，随着时间的延长，在氧气的作用下初步形成菌膜，氧化反应开始进行，但反应较慢。发酵后期，醋酸菌开始进入生长旺盛期，菌膜变厚，产酸能力增强。

表6 醋酸发酵期间发酵液状态变化结果分析

2.4.1.2 葡萄皮渣醋感官指标检验结果

感官评定结果显示，葡萄皮渣醋具有葡萄果品的色泽，果香味与醋香味。口味柔和醇厚，果香浓郁。果醋的香气主要包括品种香、发酵香和陈酿香，各种香气成分相互调配协同，使醋风味独特，丰满协调。醋液澄清透明，无明显悬浮物及沉淀物。

表7 葡萄皮渣醋感官指标检验结果

2.4.2 理化指标

总酸（以乙酸含量计）＞3.2 g/100 g；还原糖（以葡萄糖含量计）＜1 g/100 g；pH 3.6～3.8。

2.4.3 微生物指标菌落总数≤100 CFU/100 mL；大肠菌群≤3 CFU/100 mL；致病菌未检出。

3 结论

在葡萄皮渣汁pH 3.2、初始糖度7 g/100 g条件下，酒精发酵工艺条件：酵母菌的菌种接入量0.02%，发酵温度27 ℃，发酵时间15 d。 经正交试验得出葡萄皮渣醋酸发酵工艺优化条件：醋酸菌接种量0.04%，醋酸发酵温度34 ℃，初始酒精度控制在7%vol，时间30 d。整个发酵过程中酒精发酵过程较快，酒精度线性上升。醋酸发酵过程前期发酵较慢，菌膜形成后随着发酵时间的延长酸度不断增加，直至发酵结束。酿酒葡萄皮渣醋各项指标均符合相应标准。