黑玉米芯醋酸发酵饮品工艺探究_杨小峰.pdf

农产品加工2023 年第 1 期摘要：以黑糯玉米芯为原材料，采用乙醇浸提法提取其中的花青素，电解还原法制备木糖醇。经酒精发酵和醋酸发酵，制备成富含花青素且口感较佳的保健醋酸饮品，并通过单因素试验和正交试验对发酵参数进行优化。结果表明，酒精发酵最优条件为温度 30，pH 值 4.5，接种量 10%，发酵时间 5 d，得到酒精度 7.01%Vol；醋酸发酵最佳条件为酒精度 7.01%Vol，发酵温度 32，接种量 10%，发酵时间 5 d。在此优化条件下，平均酸度约为 6.27 g/100 mL，此时，黑玉米芯醋酸发酵饮品风味独特，具备保健功效。关键词：黑玉米芯；花青素；木糖浆；发酵；保健中图分类号：TS213.4文献标志码：Adoi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2023.01.009Study on the Technology of Acetic Acid Fermented Beverage fromBlack CorncobYANG Xiaofeng1，LI Jiandong2，ZHANG Libin2，*ZHAO Zhigang1（1.Department of Biology，Xinzhou Teachers University，Xinzhou，Shanxi 034000，China；2.Affiliated Middle School，Xinzhou Teachers University，Xinzhou，Shanxi 034000，China）Abstract：Using black waxy corncob as raw material，anthocyanin was extracted by ethanol extraction，and xylitol was pre-pared by electrolytic reduction.After alcoholic fermentation and acetic acid fermentation，a health-care acetic acid drink richin anthocyanin and better taste was prepared，and the fermentation parameters were optimized by single factor experiment andorthogonal experiment.The results showed that the best conditions for alcoholic fermentation were temperature 30，pH value4.5，inoculum size 10%，fermentation time 5 d，and the alcohol content was 7.01%Vol；the best conditions for acetic fer-mentation were the alcohol content 7.01%Vol and the fermentation temperature 32，the inoculum amount was 10%，andthe fermentation time was 5 d.Under this optimized condition，the average acidity was about 6.27 g/100 mL.At this time，theblack corncob acetic acid fermented beverage had a unique flavor and had health care effects.Key words：black corncob；anthocyanin；wood syrup；fermentation；healthcare黑玉米芯醋酸发酵饮品工艺探究杨小峰1，李建东2，张利斌2，*赵志刚1（1.忻州师范学院 生物系，山西 忻州034000；2.忻州师范学院 附属中学，山西 忻州034000）收稿日期：2022-04-21基金项目：忻州市科技计划（专项）项目（20210202-7）。作者简介：杨小峰（1981），男，硕士，讲师，研究方向为微生物发酵及动物生殖生理。*通讯作者：赵志刚（1964），男，硕士，副教授，研究方向为杂粮食品加工。黑糯玉米是山西省忻州市特产，中国地理标志产品，备受人们青睐，在全国享有盛誉1。然而，黑玉米芯却是废弃物，被人们所丢弃。研究表明，黑玉米芯中含有纤维素、半纤维素、淀粉等多糖，经过降解可作为微生物发酵的碳源，此外，黑玉米芯中富含花青素，而花青素具有抗氧化、抗衰老、增强免疫和预防肿瘤等保健功能2-5。木糖醇是人体糖代谢的中间体，可以直接进入人体细胞并参与新陈代谢，此过程不需要胰岛素，因此血糖不会增高。木糖醇亦具有保护肝脏的作用，是糖尿病人和肝病患者理想的辅助治疗剂和代糖品6-7。醋酸饮品能促进新陈代谢，调节酸碱平衡，消除疲劳8。剧烈运动后，体内会产生大量乳酸，使人感觉酸痛疲劳，此时补充醋酸，能促进代谢恢复，消除疲劳。醋酸饮品目前以果醋居多9。试验以山西省忻州市特色农产品黑糯玉米的芯（常被遗弃）为研究对象，用乙醇提取其中的花青素。将脱色碎芯作为微生物发酵的碳源，经醋酸菌发酵成饮品。此外，仍以黑玉米芯为原料制成的木糖醇作为调味剂，而非传统的蔗糖，使得饮品可专供高血糖、糖尿病患者饮用。最后，将从黑玉米芯中提取的花青素按比例添加到饮品中，制备成口感较佳且极具营养价值的保健饮品。1材料与方法1.1材料文章编号：1671-9646（2023）01a-0032-04第 1 期（总第 567 期）农产品加工No.12023 年 1 月Farm Products ProcessingJan.2023 年第 1 期黑玉米，山西省忻州市玉米所提供；-淀粉酶（50 U/mg），邢台万达生物工程提供；纤维素酶（400 U/mg）、中性蛋白酶（100 U/mg），上海源叶生物科技有限公司提供；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司提供；醋酸菌，康源生物科技有限公司提供。1.2试剂柠檬酸（分析纯）、碳酸氢钠（分析纯）、酚酞溶液、斐林试剂等。1.3仪器与设备恒温培养振荡器，天津市欧诺仪器表有限公司产品；电子天平，天津市天马仪器厂产品；RE-2000B 型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；WS70-1 型红外快速干燥箱，巩义市英峪予华仪器厂产品；752N 型分光光度计，上海仪器分析仪器有限公司产品。1.4方法1.4.1提取花青素并制备木糖醇将黑玉米芯粉碎至颗粒状，浸入含 75%乙醇的平底烧瓶（1 L）中，加柠檬酸调节 pH 值为 4.0，将平底烧瓶放入水浴锅中，在 60 下回流提取 2 次，每次 8 h。布氏漏斗真空过滤后取滤液，60 下将滤液在旋转蒸发器上回收乙醇，得到花青素浓缩液10-11。取粉碎后的黑玉米芯，加水（料液比 14），再加柠檬酸调节 pH 值为 2.0，搅拌均匀后倒入圆底烧瓶中，于 60 下水浴；水浴结束后用布氏漏斗真空抽滤得玉米残渣，将残渣反复水洗至中性（pH 值=7），向残渣中加水至浸没玉米碎芯，放入恒温培养箱中55 下发酵 48 h；发酵完成后，向玉米碎芯中加入质量分数为 2%的稀硫酸溶液，搅拌均匀后于 100 沸水中水浴 4 h；降温至 80，一边搅拌一边加入饱和碳酸钙水溶液，调节 pH 值至中性；利用布氏漏斗真空抽滤，过滤掉玉米碎芯和硫酸钙沉淀，得滤液，置于旋转蒸发仪上，回流、浓缩后得木糖醇13-16。1.4.2制备酶解液并检验其中还原性糖取黑玉米脱色碎心 40 g，加入 240 mL 的蒸馏水，升温到 70，用碳酸氢钠将 pH 值调节为 6.5，加入 0.5%的 -淀粉酶水解 2 h；降温至 45，用饱和柠檬酸溶液调节 pH 值至 4.5，加入 0.5%纤维素酶水解 1.5 h；升温到 50，用碳酸氢钠调节 pH 值至 78，加入 0.1%中性蛋白酶水解 2 h，最后将其放到 100 沸水中，灭酶 10 min。用布氏漏斗过滤，收集滤液，即酶解液。配置斐林试剂：质量分数为 10%的 NaOH 溶液（甲液），质量分数为 2%的 CuSO4溶液（乙液）。将2 mL 甲液和 45 滴乙液混合制成 Cu（OH）2悬浊液。取 10 mL 酶解液，滴加斐林试剂，若待测液中有葡萄糖，则会看到砖红色沉淀。可根据沉淀的量判断酶解液中还原性糖的含量。1.4.3酒精发酵（1）干酵母活化。按照葡萄糖干酵母蒸馏水=0.5110 的比例标准，称取干酵母，加到蒸馏水中，然后再加入葡萄糖，于 37 的水浴中保持30 min，活化完成。将活化好的酵母液冷却备用17。（2）单因素试验。取出 100 mL 的酶解液，倒入250 mL 的锥形瓶中，然后放入高压灭菌锅中，于121 下灭菌 20 min，将其温度降至室温后加入10%的活化酵母，再放入温度为 30 的恒温箱中发酵 7 d。（3）正交试验因素与水平。为了得到更好的玉米芯醋酸发酵工艺条件，在单因素试验的基础上进行响应面优化试验，以发酵温度（A）、pH 值（B）、活化酵母接种量（C）和发酵时间（D）作为考查因素。酒精发酵条件优化正交试验因素与水平设计见表 1。1.4.4醋酸发酵（1）醋酸菌活化。将葡萄糖加入无菌水中加热溶解，冷却后加入无水乙醇制成液体活化培养基，后将菌粉（0.5 g/100 mL）接入活化培养基中，于32 下恒温培养 24 h，备用。（2）单因素试验。取出 100 mL 的酒精发酵液，将其倒入 250 mL 的锥形瓶中，在高压灭菌锅中，121 下灭菌 20 min。温度降至室温后加入 10%的活化醋酸菌，再放入 30 的恒温箱中发酵 7 d。（3）正交试验因素与水平。经过酒精发酵优化后，为了确定较好的玉米芯醋酸发酵工艺条件，在单因素试验的基础上设计正交试验，以酒精度（A）、发酵时间（B）、发酵温度（C）和接种量（D）作为考查因素17。醋酸发酵条件优化正交试验因素与水平设计见表 2。1.4.5调味并进行感官评价加入 5%花青素浓缩液进行调色；按 0.5%加盐进行调味，并抑制醋酸过度氧化；加入 3%的木糖醇进行调味。参考 NY/T 29872016，取 50 mL 样品于透明玻表 1酒精发酵条件优化正交试验因素与水平设计水平 A 发酵温度 /B pH 值1232830324.04.55.0C 接种量/%6810D 发酵时间 t/d567水平 A 酒精度/%B 发酵时间 t/d123567567C 发酵温度 /253032D 接种量/%81012表 2醋酸发酵条件优化正交试验因素与水平设计杨小峰，等：黑玉米芯醋酸发酵饮品工艺探究33农产品加工2023 年第 1 期璃杯中，在自然光亮处由 10 人进行感官评价。对 4个方面分别进行评分，总分为 100 分，记录评分结果，计算平均值。感官评价评分细则见表 3。1.4.6指标测定方法参照 GB 5009.2662016 酒精计法测定酒精含量，参照 GB 5009.2392016 酸度法测定总酸度（以醋酸计），分别参照国标 GB 4789.22010 和 GB4789.32010 测定菌落总数和大肠杆菌。2结果与分析2.1花青素和木糖醇的提取量40 g 的黑糯玉米芯在上述条件下可提取出大约4 mL 的花青素浓缩液，40 g 的黑糯玉米芯在上述条件下可提取出大约 10 mL 的木糖醇浓缩液。2.2酶解液中还原性糖的检测经过斐林试剂检测，酶解液中出现大量砖红色沉淀，表明酶解率较高。2.3酒精发酵的优化正交试验结果酒精发酵条件优化正交试验结果见表 4。由表 4 可知，该酒精发酵的 4 个因素中，较好的因素水平为 A2B2C3D1，即温度为 30，pH 值为4.5，接种量为 10%，发酵时间为 5 d，各因素对试验结果影响的主次为初始 pH 值 接种量 发酵温度发酵时间，以 A2B2C3D1组合重复试验 2 次，得到