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2021 , Vol. 42 >Issue 5: 1462 - 1471

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.036

Post-harvest Treatment & Quality Safety

Optimization of Fermentation Process of Jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam.) Vinegar and Analysis of Aroma Components

  • HE Yuning 1 ,
  • HUANG He , 1, 2, * ,
  • YAN Shaobo 1 ,
  • ZHONG Saiyi 1, 2 ,
  • LIU Hai 1, 2 ,
  • QIN Xiaoming 1, 2
Expand
  • 1. College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang, Guanagdong 524088, China
  • 2. Guangdong Provincial Science and Technology Innovation Center for Subtropical Fruit and Vegetable Processing, Zhanjiang, Guangdong 524088, China
* HUANG He,E-mail: 。

Received date: 2020-05-05

  Request revised date: 2020-07-16

  Online published: 2021-05-25

Copyright

Copyright reserved © 2021. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.
Fold

Abstract

To enhance the added value of jackfruit and enrich the varieties of fruit vinegar in the market, the fermentation process of jackfruit vinegar was optimized, and the aroma components in the finished products were analyzed. The effects of inoculation volume, fermentation temperature, ethanol concentration, and pH on the acetic acid production in jackfruit vinegar were firstly studied through single factor tests, and the optimal fermentation process was obtained by the response surface methodology with four factors and three levels. The results showed that the optimum fermentation parameters were determined as acetic acid bacteria inoculation volume of 11%, fermentation temperature of 32 ℃, ethanol concentration 5%, and initial pH 3.3. Under the conditions, the acetic acid content in the vinegar reached (44.20±0.41)g/L. The aroma components of jackfruit vinegar were determined by head space solid-phase microextraction (HS-SPME) combined with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 67 aroma substances were identified from the jackfruit vinegar. The major aroma compounds were acetic acid (26.15%), isoamyl acetate (12.78%), isoamylol (11.01%), ethyl 2-phenylacetate (10.99%), phenylethyl alcohol (4.72%), decanoic acid (3.61%), benzaldehyde (3.34%), phenethyl acetate (3.12%), octanoic acid (3.08%), 3-methylbutanoic acid (1.31%), ethyl laurate (1.07%). Through the optimization of the fermentation process of jackfruit vinegar and the analysis of aroma components, a new type of fruit vinegar which conforms to the relevant national and industrial standards was prepared, and the aroma components in fruit vinegar were preliminarily identified.

Key words： jackfruit vinegar; fermentation process; response surface method; aroma components; head space solid- phase microextraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

Cite this article

HE Yuning , HUANG He , YAN Shaobo , ZHONG Saiyi , LIU Hai , QIN Xiaoming . Optimization of Fermentation Process of Jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam.) Vinegar and Analysis of Aroma Components[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021 , 42(5) : 1462 -1471 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.036

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）,属于桑科、菠萝蜜属的常青乔木,其果实柔软可口,是热带地区的一种珍贵水果,主要分布在我国华南及西南地区,在国内外具有广泛的市场[1]。研究表明,菠萝蜜果肉中含有大量的维生素C、有机酸、酚类物质、可溶性蛋白,以及Ca、Mg、Cu等微量元素,可作为一些重要营养物质的优质来源[2,3,4]。多项营养学研究表明,菠萝蜜具有多种生物活性,其中包括抗氧化、抗炎、抗菌、防龋、抗肿瘤和降血糖等[5,6,7],可治疗由于营养不良引起的水肿和低血[8]。菠萝蜜果实营养丰富,但采摘期短、不耐贮藏,鲜果货架期短,严重制约菠萝蜜种植业的发展,近几年,关于菠萝蜜精深加工的研究备受关注。目前报道的菠萝蜜精深加工产品主要有果脯、果干以及果酒,而菠萝蜜果醋的产品极少见。
果醋是一类以水果为主要原料,通过微生物发酵而成的一种具有抑菌、促进消化、增强免疫等生理功能的健康发酵食品[9]。同时,果醋中含有丰富的有机酸和生物活性物质,具有改善脂类代谢、减轻肥胖、预防动脉硬化等保健功能[10]。近年来,国内外有不少关于葡萄[11]、香梨[12]、苹果[13]、枇杷[14]等果醋发酵工艺研究,也有针对椪柑果[15]、草莓[16]、黑加仑[17]等果醋的香气成分分析,但对于菠萝蜜果醋香气成分分析的研究鲜见报道。
本研究以菠萝蜜为原料,通过单因素试验研究醋酸菌接种量、发酵温度、乙醇体积分数、初始pH等因素对菠萝蜜果醋产酸量的影响,再通过响应面法优化得到最佳发酵工艺,并采用顶空固相微萃取法（HS-SPME）结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析其香气成分,以期为菠萝蜜果醋的发酵生产及其特征香气成分研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 菠萝蜜品种为‘兴隆本地1号’（xlbd1）,采购于广东湛江市麻章区菠萝蜜种植基地。
安琪葡萄酒高活性干酵母（SY）,湖北安琪酵母股份有限公司;巴氏醋酸杆菌（Acetobacter pasteurianus）Aa941,实验室自行筛选培养[18]。
葡萄糖、酵母膏、琼脂,广东环凯微生物科技有限公司;无水乙醇、酚酞指示剂、氢氧化钠、柠檬酸、抗坏血酸,均为分析纯,广东光华科技股份有限公司;果胶酶（30 000 U/g）,上海麦克林生化科技有限公司;焦亚硫酸钠（分析纯）,成都艾科达化学试剂有限公司。
活化培养基：葡萄糖1.0%,酵母膏1.0%,121 ℃灭菌20 min,冷却至70 ℃,加入4.0% （V/V）无水乙醇。
发酵培养基：葡萄糖2.0%,酵母膏1.0%,121 ℃灭菌20 min,冷却至70 ℃,加入4.0% （V/V）无水乙醇。
1.1.2 仪器与设备 SW-CJ净化工作台,苏州净化设备有限公司;GDC/GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪、AUY120电子天平,日本岛津公司;65 μm PDMS/DVB SPME萃取头,美国Supelco公司;S22-2恒温磁力搅拌器,上海司乐仪器有限公司;722s紫外可见分光光度计,上海精科公司;3-18K高速冷冻离心机,德国Sigma公司;SPX-250B-2生化培养箱,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;HZQ-F160振荡培养箱,北京东联哈尔仪器制造有限公司;HH-6数显恒温水浴锅,国华电器有限公司;VBR90A型手持糖度计,杭州汇尔仪器设备有限公司;JYL-C19V榨汁机,九阳股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程 菠萝蜜→切碎→榨汁→酶解处理（果胶酶）→调节糖度（蔗糖）→巴氏灭菌→酒精发酵（酵母菌）→过滤→醋酸发酵（醋酸菌）→过滤→巴氏灭菌→成品。
（1）菠萝蜜发酵液预处理。选取新鲜菠萝蜜果肉,清洗干净后切碎,在护色剂（0.01%抗坏血酸、0.8%柠檬酸）中浸泡20 min,取出果肉,按1∶1.5（W/V）加入蒸馏水打浆,根据菠萝蜜果浆体积加入0.5 g/L的固体果胶酶,在30 ℃下酶解3 h。酶解后的菠萝蜜果浆用蔗糖调节糖度至17%（W/V）,65 ℃巴氏灭菌30 min。
（2）酵母菌活化。将10 g安琪活性干酵母溶于100 mL浓度5%的葡萄糖溶液中,在30 ℃下连续搅拌活化30 min,直至溶液产生小气泡为止[19]。
（3）酒精发酵。将活化后酵母菌按7%（V/V）接种于处理好的菠萝蜜果浆中,于25 ℃发酵6 d后结束酒精发酵,得到菠萝蜜果酒,其乙醇体积分数为6.8%。
（4）醋酸菌活化与扩培。醋酸菌活化：将斜面保藏菌株取一环接入100 mL活化培养基,30 ℃、120 r/min振荡培养48 h。
一级扩大培养：将活化后的醋酸菌取1 mL接种于100 mL发酵培养基中,30 ℃、120 r/min振荡培养48 h。
二级扩大培养：将一级扩大培养的醋酸菌取1 mL接种于100 mL已灭菌的菠萝蜜果酒中,30 ℃、120 r/min振荡培养48 h。
（5）醋酸发酵。将二级扩大培养的醋酸菌接种于菠萝蜜果酒中,120 r/min振荡培养8 d直至醋酸含量不再上升,结束醋酸发酵。
1.2.2 发酵时间对醋酸菌生长量和产酸量的影响 调节菠萝蜜果酒的乙醇体积分数为6%,pH 4.0,接入二级扩培后的醋酸菌8%（V/V）,置于31 ℃、120 r/min振荡培养12 d,每天取样测定产酸量和OD600。
1.2.3 单因素试验设计 （1）醋酸菌接种量对产酸量的影响。调节菠萝蜜果酒的乙醇体积分数为6%,pH 4.0,分别接入扩培后的醋酸菌6%、8%、10%、12%、14%（V/V）,置于31 ℃、120 r/min振荡培养8 d,每天取样测定产酸量。
（2）发酵温度对产酸量的影响。调节菠萝蜜果酒的乙醇体积分数为6%,pH 4.0,醋酸菌接种量为8%（V/V）,分别置于25、28、31、34、37 ℃,120 r/min振荡培养8 d,每天取样测定产酸量。
（3）乙醇体积分数对产酸量的影响。调节菠萝蜜果酒pH 4.0,醋酸菌接种量为8%（V/V）,乙醇体积分数分别为2%、4%、6%、8%、10%,置于31 ℃、120 r/min振荡培养8 d,每天取样测定产酸量。
（4）初始pH值对产酸量的影响。调节菠萝蜜果酒的乙醇体积分数为6%,醋酸菌接种量为8%（V/V）,pH值分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0,置于31 ℃、120 r/min振荡培养8 d,每天取样测定产酸量。
1.2.4 响应面优化试验 在单因素试验的基础上,以产酸量为指标,选择醋酸菌接种量、发酵温度、乙醇体积分数、初始pH等4个因素为自变量,采用Design Expert 10.0软件,设计4因素3水平共29个试验点响应面优化试验,优化发酵工艺条件。试验因素与水平见表1。
表1 响应面试验因素与水平

Tab. 1 Factors and levels of response surface experiment

水平
Levels		 因素Factors
A接种量
Inoculation volume/%		 B发酵温度
Fermentation temperature/℃		 C乙醇体积分数
Ethanol concentration/%		 D初始pH
Initial pH
-1 8 28 2 3.0
0 10 31 4 4.0
1 12 34 6 5.0
1.2.5 菠萝蜜果醋的香气成分分析 （1）样品前处理。取5 mL果醋样品于20 mL顶空瓶,加入磁力搅拌子（2 mm×5 mm）,并用衬有PTFE硅胶垫的瓶盖密封,放入45 ℃的水浴磁力搅拌器中,使用65 μm PDMS/DVB SPME萃取头插入顶空瓶中,于溶液上方5 mm处顶空萃取30 min,立即转移至色谱进样口,于250 ℃下解吸附2 min[20,21]。
（2）气相色谱-质谱条件。色谱柱为SH-Rxi- SSil毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;载气为高纯度氦气,载气流速1 mL/min。程序升温：初始温度45 ℃（保持3.5 min）,以5 ℃/min升温至90 ℃,然后12 ℃/min升温至230 ℃（保持10 min）。进样口温度250 ℃,不分流进样。
质谱条件：采用质谱选择离子扫描模式（SIM）;电离方式为电子轰击（EI）;电离电压70 eV;离子源温度250 ℃,传输线温度250 ℃;质量扫描范围为33~450 amu（m/z）。
1.2.6 菠萝蜜果醋指标测定 乙醇体积分数：参考GB 5009.225—2016 蒸馏法。总酸：参考GB/T 12456—2008酸碱滴定法,以乙酸计。感官评价：参考NY/T 2987—2016。可溶性固形物：折光计法。总砷：参考GB5009.11—2014,以As计。致病菌：参考GB 29921—2013,沙门氏菌、金黄色葡萄球菌。霉菌和酵母菌：参考GB 4789.15—2016 平板计数法。菌落总数：参考GB 4789.2—2016 平板计数法。大肠菌群：参考GB 4789.3—2016 MPN计数法。

1.3 数据处理

所有试验均重复3次。采用SPSS 10.0软件对数据进行统计分析,采用Design Expert 10.0和Origin 2017软件进行响应面设计数据处理,使用NIST 05a.L检索谱库对香气成分进行初步检索和分析。

2 结果与分析

2.1 发酵时间对醋酸菌生长和产酸量的影响

如图1所示,醋酸发酵时间小于4 d,醋酸菌生物量较小产酸较慢,发酵4 d的产酸量仅为8.57 g/L;从发酵时间大于4 d,随着醋酸菌含量的增加,产酸量迅速上升,发酵8 d产酸量达到最大值：36.24 g/L;在发酵9~12 d,产酸量稳定在35.18~36.15 g/L之间,略低于发酵8 d的产酸量,可能与醋酸菌繁殖消耗大量营养物质等因素有关[22]。最终确定醋酸发酵时间为8 d。
图1 发酵时间对醋酸菌生长和产酸量的影响

Fig. 1 Effect of fermentation time on OD600 and acetic acid production of acetobacter

2.2 单因素试验结果

2.2.1 醋酸菌接种量对产酸量的影响 醋酸菌接种量影响果醋发酵过程中的醋酸产量,由图2可知,接种量为6%~10%时,产酸量随着接种量增加而增加,当接种量达10%,产酸量为35.20 g/L;接种量为10%~14%时,产酸量呈现下降的趋势。结果表明,醋酸菌接种量越大,果醋发酵速率越快,但接入过量的醋酸菌,并不能提升醋酸产量,因为过多的醋酸菌生长繁殖所消耗的营养物质也相应增加,使醋酸发酵过程被抑制,进而导致醋酸产量下降[23]。因此选择接种量8%、10%、12%作为响应面设计水平。
图2 醋酸菌接种量对产酸量的影响

Fig. 2 Effect of acetobacter inoculation volume on acetic acid production of acetobacter

2.2.2 发酵温度对产酸量的影响 温度对醋酸菌产酸量的影响如图3所示,在25~31 ℃时,醋酸菌产酸量随着温度的升高而上升,在31 ℃时达到最大值（29.72 g/L）;在31~37 ℃时,产酸量逐渐下降,在37 ℃时产酸量为27.44 g/L,可能是由于高温抑制了乙醇脱氢酶与乙醛脱氢酶活性,从而降低了乙醇氧化成醋酸的速率[22]。因此选择温度28、31、34 ℃作为响应面设计水平。
图3 发酵温度对产酸量的影响

Fig. 3 Effect of fermentation temperature on acetic acid production of acetobacter

2.2.3 乙醇体积分数对产酸量的影响 乙醇含量对醋酸菌产酸量的影响如图4所示,在乙醇体积分数为2%~4%时,醋酸菌产酸量随着乙醇含量的增加而增加,在乙醇体积分数为4%时,产酸量达到最大值35.72 g/L;随着乙醇含量继续上升,产酸量则不断下降,乙醇体积分数为10%时发酵液产酸量为25.00 g/L。其原因可能与低乙醇含量导致的底物不足和高乙醇含量抑制细胞生长速率有关[24]。因此选择乙醇体积分数2%、4%、6%作为响应面设计水平。
图4 乙醇体积分数对产酸量的影响

Fig. 4 Effect of ethanol concentration on acetic acid production of acetobacter

2.2.4 初始pH对产酸量的影响 初始pH对产酸量的影响见图5。在pH 3.0~4.0时,醋酸菌产酸量随着pH升高而增加,在pH 4.0时,产酸量达到最大值38.37 g/L;随着发酵液初始pH的进一步提高,产酸量降低,在pH 7.0时产酸量仅为3.38 g/L。因此选择初始pH 3.0、4.0、5.0作为响应面设计水平。
图5 初始pH对产酸量的影响

Fig. 5 Effect of pH on acetic acid production of acetobacter

2.3 响应面优化试验结果与分析

2.3.1 响应面优化试验结果 以产酸量为指标,选择醋酸菌接种量、发酵温度、乙醇体积分数、初始pH 4个因素为自变量,用Design Expert 10.0软件,设计4因素3水平共29个试验点响应面优化试验,优化菠萝蜜果醋发酵工艺条件,结果见表2。
表2 响应面分析试验设计及结果

Tab. 2 Experiment design and result of response surface analysis

试验号
No.		 A接种量
Inoculation
volume/%		 B发酵温度
Fermentation
temperature/℃		 C乙醇体积
分数
Ethanol concentration/%		 D初始pH
Initial pH		 Y产酸量
Acetic acid production /(g·L-1）		 试验号
No.		 A接种量
Inoculation volume/%		 B发酵温度
Fermentation temperature/℃		 C乙醇体积
分数
Ethanol concentration/%		 D初始pH
Initial pH		 Y产酸量
Acetic acid production /(g·L-1）
1 10 34 4 5 34.31 16 10 28 4 3 26.15
2 10 34 6 4 38.24 17 8 31 6 4 29.44
3 10 31 2 3 30.90 18 10 31 4 4 41.04
4 12 31 4 3 41.29 19 10 28 2 4 18.92
5 12 31 4 5 34.06 20 10 31 4 4 39.94
6 10 31 6 5 32.50 21 8 31 2 4 29.03
7 10 31 4 4 40.74 22 8 31 4 5 35.24
8 10 31 2 5 26.78 23 10 31 4 4 41.27
9 8 31 4 3 34.58 24 10 31 4 4 43.76
10 12 31 6 4 38.70 25 8 34 4 4 38.73
11 12 34 4 4 34.03 26 12 31 2 4 27.05
12 12 28 4 4 27.60 27 10 31 6 3 38.48
13 10 28 4 5 20.77 28 10 34 4 3 39.27
14 8 28 4 4 15.55 29 10 34 2 4 28.91
15 10 28 6 4 18.63
29个响应面试验点中,其中24个析因点由A、B、C、D等4个自变量所构成的三维顶点,另外5个重复零点试验为区域中心点,主要估计响应面试验的误差。
2.3.2 回归方程分析 采用Design Expert 10.0软件对表2的响应面实验数据进行最小二乘法回归拟合后,得到回归方程：Y=41.35 + 1.68A + 7.16B + 2.87C - 2.25D - 4.19AB + 2.81AC - 1.98AD + 2.41BC + 0.10BD - 0.47CD - 3.31A2 - 8.84B2 - 6.78C2 - 2.18D2,R2=0.9896。对回归方程进行方差分析结果见表3。由表3可知,模型F值为95.31,有极显著性差异（P<0.0001）,回归方程的失拟项不显著（P= 0.8742,P>0.05）,回归方程的线性相关系数R2=0.9896,说明回归方程的拟合程度较高,可以用此模型来分析和预测菠萝蜜果醋最优发酵工艺。接种量、发酵温度、乙醇体积分数和初始pH对醋酸菌发酵菠萝蜜果醋产酸量的影响均极显著（P<0.01）,且由各因素的F值可知,各因素对产酸量的影响由大至小为发酵温度>乙醇体积分数>初始pH>接种量;在各因素的交互项与二次项中,接种量与发酵温度、接种量与乙醇体积分数、接种量与初始pH、发酵温度与乙醇体积分数的交互作用对产酸量的影响极显著（P<0.01）,发酵温度与初始pH、乙醇体积分数与初始pH的交互作用影响不显著（P>0.05）。
表3 产酸量回归模型方差分析

Tab. 3 Variance analysis of regression model on acetic acid production

模型项
Source		 自由度
df		 平方和
Sum of squares		 均方
Mean square		 F值
F value		 P值
P value		 显著性
Significance		 模型项
Source		 自由度
df		 平方和
Sum of
squares		 均方
Mean square		 F值
F value		 P值
P value		 显著性
Significance
模型 14 1636.76 116.91 95.31 <0.0001 ** CD 1 0.87 0.87 0.71 0.4145
A接种量 1 33.88 33.88 27.62 0.0001 ** A2 1 71.09 71.09 57.95 <0.0001 **
B发酵温度 1 614.44 614.44 500.90 <0.0001 ** B2 1 506.42 506.42 412.84 <0.0001 **
C乙醇体积分数 1 98.53 98.53 80.32 <0.0001 ** C2 1 297.90 297.90 242.85 <0.0001 **
D初始pH 1 60.78 60.78 49.55 <0.0001 ** D2 1 30.95 30.95 25.23 0.0002 **
AB 1 70.17 70.17 57.20 <0.0001 ** 残差 14 17.17 1.23
AC 1 31.60 31.60 25.76 0.0002 ** 失拟项 10 8.87 0.89 0.43 0.8742
AD 1 15.61 15.61 12.72 0.0031 ** 纯误差 4 8.30 2.07
BC 1 23.18 23.18 18.90 0.0007 ** 总和 28 1653.93
BD 1 0.04 0.04 0.04 0.8539

注：**表示差异极显著（P<0.01）。

Note: ** indicate highly significant difference (P<0.01).

2.3.3 各因素交互作用影响 通过Box-Behnken模型,将各因素与响应值构成三维表面响应图,能够较直观地反映各因素间交互作用对产酸量的影响[25]。由响应面可知2个因素交互作用对产酸量的影响,响应面曲线较陡则作用显著,曲线平缓则作用不显著;由等高线可知2个因素间交互作用的显著性,呈椭圆形则作用显著,呈圆形则作用不显著[26]。从图6的响应面图分析可知,醋酸菌接种量、发酵温度、乙醇体积分数、初始pH间交互作用对菠萝蜜果醋产酸量的影响显著,表现为响应面曲线较陡,产酸量随着交互因素的增减变化较大;从图6的等高线图分析可知,各因素中除了乙醇体积分数与初始pH的交互作用较弱,等高线呈圆形,影响不显著,其他因素间均有一定的交互作用。
图6 响应面优化醋酸发酵工艺因素交互作用图

Fig. 6 Responsive surface of interaction of acetic acid fermentation

2.3.4 优化工艺条件的验证 用Design Expert 10.0软件对菠萝蜜果醋发酵工艺条件进行优化,得到最优工艺条件为醋酸菌接种量10.82%、发酵温度32.07 ℃、乙醇体积分数4.77%、初始pH 3.27,该条件下发酵,预测模型的发酵液产酸量为44.34 g/L。在验证试验中,根据实际情况调整工艺条件为接种量11%,发酵温度32 ℃,乙醇体积分数5%,初始pH 3.3,最终得到的菠萝蜜果醋产酸量为(44.20±0.41)g/L,与理论预测值基本吻合,表明预测模型与实际发酵条件拟合较好。

2.4 菠萝蜜果醋的香气成分分析结果

菠萝蜜果醋香气成分的GC-MS总离子流色谱图如图7。各香气成分经过NIST05a.L谱库检索和分析,将其中与NIST05a.L谱库匹配度≥85%的香气成分,定义为该样本的高匹配挥发物,鉴定结果见表4,从菠萝蜜果醋中共鉴定出67种香气成分,占总香气成分的97.50%,共有酸类、酯类、醇类、醛类、酚类、酮类、萜烯类、烷烃类等8大类香气成分。其中,酸类14种（37.00%）、酯类22种（32.72%）、醇类11种（17.70%）、醛类6种（5.46%）、酚类1种（0.46%）、酮类3种（1.06%）、萜烯类6种（1.93%）、烷烃类1种（0.17%）。其中主要的香气成分为乙酸（26.15%）、乙酸异戊酯（12.78%）、异戊醇（11.01%）、乙酸乙酯（10.99%）、苯乙醇（4.72%）、正癸酸（3.61%）、苯甲醛（3.34%）、乙酸苯乙酯（3.12%）、辛酸（3.08%）、异戊酸（1.31%）、月桂酸乙酯（1.07%）。
图7 菠萝蜜果醋香气成分GC-MS总离子流色谱图

Fig. 7 Total ion chromatogram of GC-MS for aroma components in jackfruit vinegar

表4 菠萝蜜果醋香气成分的GC-MS分析结果

Tab. 4 Analytical results of GC-MS for aroma components in jackfruit vinegar

种类
Species		 保留时间
Retention
time/min		 香气成分
Aroma
components		 分子式
Molecular formula		 CAS 相对含量
Relative
content/%		 种类
Species		 保留时间
Retention
time /min		 香气成分
Aroma
components		 分子式
Molecular formula		 CAS 相对含量
Relative content /%
酯类 2.403 乙酸乙酯 C4H8O2 141-78-6 10.99 醇类 6.342 异丁醇 C4H10O 78-83-1 0.44
6.610 乙酸异戊酯 C7H14O2 123-92-2 12.78 7.440 正丁醇 C4H10O 71-36-3 0.04
15.515 辛酸乙酯 C10H20O2 106-32-1 0.15 9.109 异戊醇 C5H12O 123-51-3 11.01
18.204 (1-乙酰氧基-3-羟
基丙-2-基)乙酸酯		 C7H12O5 102-62-5 0.22 11.886 4-十一醇 C11H24O 4272-06-4 0.07
18.436 二乙二醇丁醚乙酸酯 C10H20O4 124-17-4 0.38 12.478 3-甲基-1-戊醇 C6H14O 589-35-5 0.06
18.868 癸酸乙酯 C12H24O2 110-38-3 0.74 15.166 6-十二醇 C12H26O 6836-38-0 0.07
19.902 三甘醇二乙酸酯 C10H18O6 111-21-7 0.13 16.566 2-乙基己醇 C8H18O 104-76-7 0.07
20.682 苯乙酸乙酯 C10H12O2 101-97-3 0.09 18.735 2-甲基-2-丙基
-1,3-丙二醇		 C7H16O2 78-26-2 0.18
20.786 3-甲基丁酸乙酯 C7H14O2 108-64-5 0.31 19.970 六角-2-烯-1-醇
苯甲酸		 C13H18O3 76841-70-8 0.13
21.014 乙酸苯乙酯 C10H12O2 103-45-7 3.12 21.988 苯乙醇 C8H10O 60-12-8 4.72
21.242 月桂酸乙酯 C14H28O2 106-33-2 1.07 22.440 月桂醇 C12H26O 112-53-8 0.28
21.599 2,2,4-三甲基-1,3-
戊二醇二异丁酸酯		 C16H30O4 6846-50-0 0.57 23.235 3-苯丙醇 C9H12O 122-97-4 0.67
21.755 3-苯丙酸乙酯 C11H14O2 2021-28-5 0.60 24.275 1-十六烷醇 C16H34O 36653-82-4 0.03
21.807 戊酸苄酯 C12H16O2 10361-39-4 0.19 酸类 16.041 乙酸 C2H4O2 64-19-7 26.15
22.319 乙酸-3-苯基丙酯 C11H14O2 122-72-5 0.37 17.980 异丁酸 C4H8O2 79-31-2 0.32
22.787 异戊酸苯乙酯 C13H18O2 140-26-1 0.23 19.343 异戊酸 C5H10O2 503-74-2 1.31
23.988 异丁酸-3-苯基丙酯 C13H18O2 103-58-2 0.32 21.328 正己酸 C6H12O2 142-62-1 0.51
25.000 棕榈酸乙酯 C18H36O2 628-97-7 0.20 23.379 辛酸 C8H16O2 124-07-2 3.08
26.490 丁二酸单乙酯 C6H10O4 1070-34-4 0.06 24.296 壬酸 C9H18O2 112-05-0 0.38
酸类 25.194 正癸酸 C10H20O2 334-48-5 3.61 酚类 25.440 2,4-二叔丁基
苯酚		 C14H22O 96-76-4 0.06
25.713 9-癸烯酸 C10H18O2 14436-32-9 0.07 酮类 11.277 3-羟基-2-丁酮 C4H8O2 513-86-0 0.13
27.205 月桂酸 C12H24O2 143-07-7 0.63 20.134 二氢茉莉酮 C11H18O 1128-08-1 0.06
27.818 苯甲酸 C7H6O2 65-85-0 0.03 21.382 （7Z）-6,10-二甲基十一烷-5,9-二烯-2-酮 C13H22O 3879-26-3 0.37
30.137 肉豆蔻酸 C14H28O2 544-63-8 0.16 萜烯类 17.523 芳樟醇 C10H18O 78-70-6 0.31
34.958 棕榈酸 C16H32O2 57-10-3 0.23 17.801 萜品 C10H20O2 80-53-5 0.12
43.059 硬脂酸 C18H36O2 57-11-4 0.19 19.580 α-松油醇 C10H18O 98-55-5 0.10
44.616 油酸 C18H34O2 112-80-1 0.25 20.358 香茅醇 C10H20O 106-22-9 0.15
47.604 亚油酸 C18H32O2 60-33-3 0.10 22.150 角鲨烯 C30H50 111-02-4 0.09
醛类 1.563 乙醛 C2H4O 75-07-0 0.60 23.120 橙花叔醇 C15H26O 7212-44-4 0.22
14.516 壬醛 C9H18O 124-19-6 0.19 烷烃类 14.680 正十六烷 C16H34 544-76-3 0.07
17.156 苯甲醛 C7H6O 100-52-7 3.34 其他 15.235 2,5-二甲氧基四氢呋喃 C6H12O3 696-59-3 0.09
17.335 反-2-十二烯醛 C12H22O 20407-84-5 0.07 16.656 15-冠醚-5 C10H20O5 33100-27-5 0.85
19.786 4-乙基苯甲醛 C9H10O 4748-78-1 0.09 16.940 2-苯基吲哚嗪 C14H11N 25379-20-8 0.07
22.230 α-亚乙基-苯乙醛 C10H10O 4411-89-6 0.07

2.5 菠萝蜜果醋产品质量分析

由表5可知,最终发酵的菠萝蜜果醋各项理化及微生物指标均符合NY/T 2987—2016《绿色食品果醋饮料》、GB 29921—2013《食品安全国家标准 食品中致病菌限量》的要求,同时感官评价为优。感官指标测试结果显示,菠萝蜜果醋外观呈金黄色、富有光泽、质地均匀;带有菠萝蜜特有的浓郁滋味和香气,酸味较纯正,无异味;有少量果肉沉淀。
表5 菠萝蜜果醋理化及微生物指标检验结果

Tab. 5 Test results of physical, chemical and microbiological indexes of jackfruit vinegar

指标
Index		 菠萝蜜果醋
Jackfruit vinegar		 标准要求a
Standard requirements
总酸/(g·L-1） 44.2 ≥3.0
总砷/(mg·L-1) 0.06 ≤0.1
可溶性固形物
/[g·(100 ml)-1]		 5.21 —
菌落总数/(CFU·mL-1) 23 ≤100
霉菌/(CFU·mL-1) 2 ≤20
酵母菌/(CFU·mL-1) 11 ≤20
大肠菌群/(MPN·mL-1) 未检出 ≤0.03
致病菌 未检出 不得检出

注：a 标准NY/T 2987—2016、GB 29921—2013。

Note：a Standard NY/T 2987—2016, GB 29921—2013。

3 讨论

目前,关于传统果醋的发酵工艺研究较多,但对菠萝蜜果醋的工艺研究鲜见报道。邢志利[27]对多种果醋的发酵工艺进行了比较研究,结果表明,液态发酵法得到的果醋质量最佳且最稳定。本研究采用液态发酵法酿造菠萝蜜果醋。与传统的葡萄醋[11]和苹果醋[13]相比,本研究以菠萝蜜为原料开发新型饮料果醋,将饮料醋的保健功能与菠萝蜜的营养价值结合,使菠萝蜜果醋具有独特的果香和营养。
醋酸产量一般作为衡量醋酸菌发酵性能的重要指标,产酸量的大小影响着发酵型果醋的品质[28]。发酵是醋酸菌生产醋酸的基础,醋酸的产量与菌种接种量、发酵温度、乙醇体积分数、pH等联系密切[24,25]。醋酸菌接种量对产酸量的影响,在一定范围内,醋酸产量随着接种量的增加,呈现出先上升后下降的趋势,本研究与李文等[29]研究结果相一致;陈洋等[30]研究发现,温度对产酸量的影响主要表现在对细胞代谢速率、乙醇脱氢酶与乙醛脱氢酶的影响;韩晓青等[31]研究表明,乙醇是醋酸菌氧化产酸的重要底物,提升乙醇含量可提高产酸量,但高浓度的酒乙醇会抑制醋酸菌生长速率,降低产酸速率;Sainz等[32]研究发现醋酸菌的适宜生长pH 为3.5~6.5,pH过高抑制生长,pH过低则会加快衰老,降低醋酸菌产酸速率,同时破坏细胞壁,导致醋酸菌发生自溶。
传统的正交试验与全因子试验的优化方法,不仅实验量大而且结果不全面,采用响应面试验设计可以通过拟合模型对影响发酵的因素进行很好地优化[33]。本研究采用响应面设计优化菠萝蜜果醋发酵工艺,得到的最佳发酵工艺为醋酸菌接种量11%、发酵温度32 ℃、乙醇体积分数5%、初始pH 3.3,在该条件下产酸量为(44.20±0.41)g/L。制得的菠萝蜜果醋各项理化及微生物指标均符合国家标准及绿色食品标准,具有独特而浓厚的菠萝蜜果香和醋香,口感较柔和,兼具菠萝蜜水果醋和发酵醋的典型特征,得出的最优菠萝蜜果醋发酵工艺具有较好的实际应用价值,对推动菠萝蜜产业发展和丰富果醋品种具有重要意义。
果醋具有独特的果香和醋香,这些独特的香气成分不仅是区分不同果醋的重要依据,也是果醋感官评价的关键指标,对于果醋发酵研究具有重要意义。近年来,顶空固相微萃取法（HS- SPME）在果醋香气成分研究中发挥着越来越大的作用,其主要优点是避免使用溶剂与复杂的前处理,直接采集样品中的挥发性成分,可以很好地体现样品香气成分中的真实构成[34]。本研究结果表明,使用顶空固相微萃取法（HS-SPME）结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）进行菠萝蜜果醋香气成分的提取和检测,共鉴定出67种香气成分,占到总香气成分的97.50%,其中高匹配高含量的物质达到了60%以上。
本研究对菠萝蜜果醋香气成分进行鉴定分析,共有酸类、酯类、醇类、醛类、酚类、酮类、萜烯类、烷烃类等8大类香气成分,其中酸类物质14种,占香气成分的37.00%,主要有乙酸、正癸酸、辛酸等,除了菠萝蜜本身具有的各类有机酸,大部分酸类物质（如乙酸）由醋酸菌发酵产生[35];酯类物质22种,占香气成分的32.72%,主要有乙酸异戊酯、乙酸乙酯、乙酸苯乙酯等,菠萝蜜果醋的酯类物质主要由酒精发酵过程中酵母菌和细菌的代谢活动会产生[36],其中乙酸异戊酯、乙酸乙酯分别呈现梨和香蕉等果香,乙酸苯乙酯带有橘子香味,月桂酸乙酯具有花香[15, 37];醇类物质11种,占总香气成分的17.70%,醇类物质主要来自于氨基酸转化和酒精发酵[38],相对含量较高的醇类物质为异戊醇、苯乙醇,分别带有杂醇油气味和玫瑰花香[39];醛类物质共有6种,占总香气成分的5.46%,其中苯甲醛的含量较高,醛类物质带有明显的脂香味,可以一定程度反映脂质的氧化程度,与果醋发酵酯化程度存在明显关联性[40],这些香气成分虽然含量不高,但是对果醋的提香和丰富香气的层次感具有重要作用[41]。本研究检出的菠萝蜜果醋的香气成分,对照相关文献报道,具有以下作用：（1）用作食用香精和添加剂：乙酸异戊酯可用作调制菠萝、苹果、香蕉等果香型食用香精[42];（2）消炎抑菌：芳樟醇具有抗焦虑、镇痛、抗炎、抑菌、抗肿瘤等药理功效[43];（3）预防动脉粥样硬化：亚油酸属于必需脂肪酸,可以有效降低血液胆固醇,预防人体动脉粥样硬化[44]。
目前关于菠萝蜜果醋的香气成分的研究还未有详细报道,不同挥发性成分对总香气特征形成的作用需要更进一步的研究。香气成分种类与含量在菠萝蜜果醋发酵过程中的变化,以及香气成分的具体生物活性将是下一步研究的方向。

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