苹果醋发酵过程及其动力学研究

苹果醋发酵过程及其动力学研究

我国苹果产量居世界之首,产量超过全球总产量的50%,种植面积占世界的1/3左右。据陕西省果业管理局统计,2014年陕西省苹果种植总面积达到1040万亩,总产量980万吨,位居世界第一,产量占中国1/4和世界1/6,是中国乃至世界苹果大省。

苹果是当地农民主要经济来源,但苹果产业不容乐观,苹果深加工已成为苹果产业发展的瓶颈,目前苹果消费主要以鲜食为主,深加工量占总量的20%左右,而浓缩汁生产占总加工量的90%,浓缩汁出口价值低,已经形成了生产过剩、效益下降,果农卖果难问题日益严重,极大地挫伤了果农的积极性。本研究以苹果为原料生产酿造苹果醋,既可以提高农产品的附加值,又可以节约大量粮食,具有很好的经济效益和社会效益,发展前景十分广阔。

本文主要研究内容有:(1)苹果酒发酵工艺和发酵动力学研究。考察苹果酒发酵的主要影响因素,对接种量、营养剂用量、发酵温度等主要控制参数进行响应面法优化,建立菌体生长、产物生成和底物消耗动力学方程。

(2)苹果醋发酵工艺研究。对苹果醋发酵工艺进行响应面法优化,确立苹果醋发酵的适宜工艺参数,然后,对顺序醋酸发酵和同步发酵工艺进行比较研究,以苹果醋得率为指标,确立适宜苹果醋发酵方式。

采用Logistic和Leudeking-Piret模型对苹果醋发酵过程中菌体生长、产物合成和底物消耗动力学进行研究。(3)苹果醋发酵后处理工艺研究。

乳酸含量是苹果醋生产中严格控制的指标之一,因此,首先对苹果醋中乳酸分离工艺条件进行研究;其次,对苹果醋的澄清技术进行研究,筛选出较好的澄清剂及其复配方案;最后采用响应面对澄清工艺条件进行了优化。研究得到以下结

论:(1)苹果酒发酵的最适营养剂是磷酸氢二铵。

苹果酒适宜发酵条件是温度21℃、营养剂添加量0.4g/L、接种量0.07%,在此条件下酿造的苹果酒酒精度为8.01%(v/v),品质优良,酒液透亮,具有浓郁的

苹果香味。(2)苹果酒、苹果醋发酵符合Logistic和Leudeking-Piret模型,建立了苹果醋发酵过程中菌体生长、产物生成和底物消耗模型,方差分析结果表明建立的模型均达到极显著水平,可以很好的预测苹果醋发酵过程的动态变化。

苹果酒发酵过程中酵母生物量、酒精度变化和糖度降低的模型预测值与实测值数据拟合度分别为0.99724、0.98221、0.99076,平均拟合误差分别为5.04%、1.89%、9.57%,拟合度高。苹果醋发酵过程中醋酸菌生物量、醋酸浓度变化和酒精度降低的模型预测值与实验实测值数据拟合度分别为0.99449、0.96848、

0.97393,平均拟合误差分别为1.78%、5.79%、7.78%。

从酵母菌体生长和酒精生成动力学模型可知,产物酒精的生成和酵母菌体生长并非完全同步,而是具有一定滞后性。(3)苹果醋发酵的最适营养剂是玉米浆。

苹果醋适宜发酵条件是温度31℃、摇床转速为204r/min、营养剂添加量为11.12mL/L,此条件下酿造的苹果醋总酸含量达4.45g/100mL,橙黄透亮,具有淡

淡的苹果香味,品质优良。在分步发酵工艺的基础上研究了在酒精发酵期间醋酸菌接种时间对产酸量的影响,结果表明:在苹果酒发酵中期接入醋酸菌可以缩短苹果醋酿造周期,同时可提高产酸量。

(4)苹果醋中乳酸分离研究所得苹果原醋液的乳酸含量为0.11%,超过苹果

醋饮对苹果醋中乳酸含量0.05%的要求。用D315型弱碱性阴离子交换树脂对苹果醋中乳酸进行分离,根据乳酸和乙酸洗脱峰值次序的不同可以实现对乳酸的良好分离,产品可以达到国家标准。

实验表明温度对树脂吸附乳酸的影响不显著,吸附所需平衡时间为340分钟。

(5)通过单因素试验,对比六种不同澄清剂对苹果醋的澄清效果,结果表明澄清效果为壳聚糖>PVPP>皂土>明胶>硅藻土>果胶酶。

壳聚糖和皂土进行复配是较好方案,澄清效果好。采用响应面法优化苹果醋澄清条件,在复配比为0.07:0.18、温度28℃、澄清时间为24h条件下,苹果醋的透光率可达到97.8%。