劉 靜，張小鳳，趙 楠，吳亞楠，劉小菁，賈 雯，趙方圓，鄭 宇*

（天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院 天津市微生物代謝和發(fā)酵過程控制工程研究中心，天津 300457）

傳統(tǒng)食醋因其富含酚類、類黃酮、類黑素、有機酸、氨基酸、多糖和四甲基吡嗪等營養(yǎng)功效成分，被譽為健康食品[1]。研究表明傳統(tǒng)食醋具有抗疲勞、調(diào)節(jié)血糖、調(diào)節(jié)血脂、降血壓、抗氧化、抗癌、促進食欲、預(yù)防骨質(zhì)疏松等多種生理功能[2]。食醋中的抗氧化活性物質(zhì)具有清除自由基的能力，在預(yù)防氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中發(fā)揮著重要作用[3]，其抗氧化活性與多酚、黃酮等功能組分有關(guān)[4]。

醋膏產(chǎn)品簡單而言是食醋經(jīng)過日積月累日曬夜露自然濃縮而成的膏狀體[5]。有記載說到醋膏的制作工藝是將釀造好的食醋放進醋缸子中，讓食醋經(jīng)歷夏天三伏天的暴曬，冬天三九天的冷凍，重復(fù)這樣的過程長達二十年左右，陳醋就變?yōu)楦酄畹臇|西，則稱之為醋膏[6]。陳釀過程發(fā)生了揮發(fā)、酯化、縮合等復(fù)雜的物理化學(xué)作用，不僅改善了食醋的口感，同時也濃縮了功效成分，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)[7]。經(jīng)過長時間的陳釀過程得到的醋膏產(chǎn)品的基本指標應(yīng)該要達到基本老陳醋的基本指標，甚至要優(yōu)于其老陳醋的指標。因此本次工藝得到的醋膏產(chǎn)品最終采用國家對老陳醋[8]所指出的主要指標，其指標為總酸≥9.0 g/100 mL、氨基酸態(tài)氮≥0.3 g/100 mL和無鹽可溶性固形物≥20.0 g/100 mL。利用“夏伏曬，冬撈冰”原理，將冷凍濃縮工藝和蒸餾濃縮工藝結(jié)合起來制備醋膏，不僅利用低溫將食醋中的水以冰晶的形式析出，還利用蒸餾濃縮工藝的加熱處理加速了酯化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)、縮合反應(yīng)[9]等反應(yīng)使食醋的陳釀速率得以提升，使食醋中的多酚、黃酮、四甲基吡嗪等有益成分得到富集，從而提高醋膏產(chǎn)品的品質(zhì)[10]。本研究采用冷凍濃縮和蒸餾濃縮技術(shù)制備醋膏，并通過單因素試驗及響應(yīng)面試驗優(yōu)化醋膏工藝條件，旨在開發(fā)一款新型的食醋衍生產(chǎn)品，以更好滿足市場需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

某品牌山西食醋：購于天津市大潤發(fā)超市；酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸（純度均＞98%）：美國Sigma公司；乙腈（色譜純）：德國Merck公司；復(fù)合酸味劑：法國LALLE-MAND公司；葡萄糖、鄰苯二甲酸氫鉀、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、亞硫酸（均為分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；酵母抽提物：安琪酵母有限公司；食鹽、白砂糖：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

1260 infinity高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀：美國安捷倫儀器科技有限公司；Diamonsil（R）C18高效液相色譜柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）：北京迪馬科技有限公司；WFZUV-2000紫外可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；AR1140電子分析天平：奧豪斯國際貿(mào)易（上海）有限公司；5804R高速臺式冷凍離心機：德國Eppendorf公司；STARTER3100 pH計：奧豪斯儀器（上海）有限公司；DW-86L386超低溫冰箱：中國海爾集團。

1.3 實驗方法

1.3.1 醋膏加工工藝流程及操作要點

食醋→冷凍濃縮→蒸餾濃縮→調(diào)配→過濾→均質(zhì)→殺菌→冷卻→醋膏

操作要點：

冷凍濃縮：將食醋進行冷凍處理，首先進行預(yù)冷，預(yù)冷溫度在4 ℃，預(yù)冷時間為24 h，預(yù)冷處理中可以過濾除掉一些淀粉、蛋白、脂肪等大分子化合物，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。預(yù)冷過濾后的醋液進行冷凍濃縮處理。冷凍溫度為-10 ℃，冷凍濃縮處理時間為12 h，冷凍處理是將水以冰晶形式析出，從而得到冷凍濃縮醋液。

蒸餾濃縮：將冷凍濃縮處理后得到的冷凍濃縮醋液進行加熱濃縮，加熱溫度為55 ℃，真空度為0.1 MPa，冷凝水溫度為15 ℃，加熱濃縮處理時間為30 min，分別得到蒸餾醋液和濃縮醋液。

調(diào)配：分別對濃縮醋液和蒸餾醋液進行調(diào)配，向濃縮醋液中加入一定量的酵母抽提物、食鹽、白砂糖、復(fù)合酸味劑等進行攪拌混勻得到調(diào)配醋膏。

過濾：將調(diào)配的醋膏原料進行過濾，除去原料中的不溶性大顆粒雜質(zhì)物質(zhì)。

均質(zhì)、殺菌：經(jīng)調(diào)配過濾得到的醋膏原料經(jīng)過均質(zhì)機處理，使其顆粒均一。均質(zhì)溫度25 ℃、壓力20 MPa；滅菌條件：溫度121 ℃、時間10 s。

冷卻：經(jīng)過殺菌的產(chǎn)品冷卻至25 ℃后得到滅菌的醋膏產(chǎn)品。

1.3.2 醋膏的感官評價

采用定量描述法對醋膏產(chǎn)品進行感官評定[11]，由經(jīng)過感官品評培訓(xùn)并篩選后的10名成員組成品評組，收集評價結(jié)果進行統(tǒng)計分析。醋膏感官描述詞匯及定義見表1，感官評分標準見表2，滿分10分。

表1 醋膏感官描述詞匯及定義Table 1 Vocabularies and definitions of sensory description for vinegar paste

續(xù)表

表2 醋膏的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of vinegar paste

1.3.3 理化指標的測定

總酸、還原糖、氨基酸態(tài)氮、無鹽可溶性固形物、黃酮、多酚含量等指標參照國標GB/T 19777—2013《地理標志產(chǎn)品山西老陳醋》中規(guī)定的方法進行測定；碳水化合物含量（淀粉含量＋還原糖含量）按國標GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》中規(guī)定的方法測定食醋中淀粉；食醋中有機酸的檢測采用HPLC法。

1.3.4 濃縮醋膏冷凍溫度及蒸餾溫度優(yōu)化

預(yù)處理溫度的確定：預(yù)處理溫度分別設(shè)定為-5 ℃、-3 ℃、0 ℃、4 ℃、25 ℃，分別考察不同預(yù)處理溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

冷凍溫度的確定：冷凍溫度分別設(shè)定為0℃、-5℃、-10℃、-15 ℃、-20 ℃條件下，分別考察不同冷凍溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

蒸餾溫度的確定：將冷凍濃縮得到的醋液進行蒸發(fā)處理，將蒸餾溫度分別設(shè)定為45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃，分別考察不同蒸餾溫度對總酸、氨基酸態(tài)氮及無鹽可溶性固形物等醋膏理化指標的影響。

1.3.5 醋膏工藝條件優(yōu)化

（1）Plackett-Burman試驗

采用Plackett-Burman試驗設(shè)計優(yōu)化醋膏工藝條件。以單因素確定的各因素最佳添加水平為中心點，選取高低兩個水平[12]，分別設(shè)酵母提取物（A）、食鹽（B）、白砂糖（C）、預(yù)冷溫度（D）、冷凍溫度（E）、蒸餾溫度（F）為自變量，以感官評分（Y）為因變量。Plackett-Burman試驗設(shè)計見表3。

表3 Plackett-Burman試驗因素與水平Table 3 Factors and levels of Plackett-Burman tests

1.3.6 Box-Behnken設(shè)計及響應(yīng)面分析[13]

為了確定醋膏最佳工藝條件，根據(jù)Box-Behnken中心組合實驗設(shè)計原理，采用3因素3水平的三元二次響應(yīng)面分析方法，以最陡爬坡試驗得出酵母提取物（X1）、白砂糖（X2）及蒸餾溫度（X3）3個顯著因素的較優(yōu)值作為中心點，每個因素在中心點上下適當范圍內(nèi)再取兩個水平，分別編碼為-1、0、+1，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，Box-Behnken試驗設(shè)計因素與水平見表4。

表4 Box-Behnken試驗因素與水平Table 4 Factors and levels of Box-Behnken tests

1.3.7 統(tǒng)計分析

所有測定值均平行測定3次。結(jié)果表示為平均值±標準偏差，所有方差分析均使用SPSS 18.0軟件進行，品種間差異采用單因素方差分析和鄧肯檢驗，P＜0.05。相關(guān)系數(shù)（R）采用Pearson相關(guān)檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃縮醋膏冷凍溫度及蒸餾溫度

2.1.1 預(yù)處理溫度的確定[14]

設(shè)定不同的預(yù)處理溫度對食醋進行處理，再以-10 ℃的冷凍溫度處理得到的冷凍濃縮醋液進行理化指標測定結(jié)果見表5。

由表5可知，預(yù)處理對最終的冷凍濃縮醋液的氨基態(tài)氮的影響較為明顯，在較低的溫度下進行預(yù)冷處理對食醋的氨基酸態(tài)氮的含量有所損失，但是在4 ℃的預(yù)冷處理對氨基態(tài)氮的含量基本不影響。綜合各因素最終確定預(yù)冷溫度為4 ℃時，不僅能提高冷凍濃縮醋液的總酸的同時還能保持氨基酸態(tài)氮和無鹽可溶性固形物的含量不發(fā)生損失，因此確定最終的冷凍濃縮工藝的預(yù)處理溫度為4 ℃，冷凍溫度為-10 ℃。

表5 不同預(yù)處理溫度對濃縮醋液理化指標的影響Table 5 Effect of different pretreatment temperature on physicochemical indexes of concentrated vinegar

2.1.2 冷凍溫度的確定

冷凍濃縮醋液主要理化指標測定結(jié)果見表6。

表6 不同冷凍溫度對濃縮醋液理化指標的影響Table 6 Effect of different freezing temperature on physicochemical indexes of concentrated vinegar

由表6可知，冷凍溫度為0 ℃時，冷凍濃縮的醋液的總酸為（5.56±0.12）g/100 mL、氨基酸態(tài)氮為（0.19±0.01）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（5.78±0.12）g/100 mL。當冷凍溫度降低到-10 ℃時，冷凍濃縮的醋液的總酸為（8.29±0.17）g/100 mL、氨基態(tài)氮為（0.27±0.03）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（7.56±0.08）g/100 mL。再進一步將溫度降低其主要的理化指標沒有發(fā)生明顯的變化。因此最終確定冷凍溫度為-10 ℃。

2.1.3 蒸餾溫度的確定[15]

設(shè)定不同蒸餾溫度工藝對食醋進行蒸餾濃縮處理，并對所得產(chǎn)品進行主要理化指標測定，結(jié)果見表7。

表7 不同蒸餾溫度對醋膏理化指標的影響Table 7 Effect of different distillation temperature on physicochemical indexes of vinegar paste

由表7可知，55 ℃的蒸餾溫度下，醋膏原料的各項理化指標都優(yōu)于其他蒸餾溫度下的醋膏原料的理化指標，總酸為（14.85±0.70）g/100 mL、氨基酸態(tài)氮為（1.58±0.13）g/100 mL、無鹽可溶性固形物為（29.62±0.23）g/100 mL。隨著蒸餾溫度的增加，最終得到的醋膏原料的無鹽可溶性固形物的含量在不斷的增加，但是氨基酸態(tài)氮的含量是現(xiàn)增加后下降。所以綜合考慮最終確定蒸餾濃縮工藝的蒸餾溫度確定為55 ℃。

2.2 醋膏工藝條件優(yōu)化

2.2.1 影響醋膏風(fēng)味的主要因素的確定

利用感官評價的方法分析并確定了影響醋膏產(chǎn)品風(fēng)味的主要因素，結(jié)果見圖1。

圖1 不同組分對醋膏產(chǎn)品風(fēng)味影響雷達圖Fig.1 Radar maps of effect of different components on the flavor of vinegar paste product

由圖1可知，通過感官品評實驗對添加不同種配料與空白對照進行對比，添加了酵母抽提物對產(chǎn)品具有增鮮提味及口味協(xié)調(diào)方面具有突出貢獻[16]，以4 g/L添加量效果最佳。白砂糖作為一種甜味劑能中和醋膏中的酸味，隨著添加量的增加，回甘效果會減弱，以150 g/L添加量效果最佳。但由于蒸餾過程中溫度變化，糖類、脂類、蛋白類物質(zhì)會發(fā)生美拉德反應(yīng)，賦予醋膏更為豐富的色澤及香味[17]。食鹽能夠產(chǎn)生咸味，但添加過量則會使醋膏產(chǎn)生苦澀味，影響口感，故食用鹽以30 g/L添加量效果最佳。

將濃縮醋膏與輔料進行復(fù)配，制成醋膏，在風(fēng)味和口感上得以提升，并對食醋的營養(yǎng)物質(zhì)進行了保留。根據(jù)雷達圖的結(jié)果確定酵母抽提物、食鹽、白砂糖能夠影響醋膏產(chǎn)品的口感，需進一步優(yōu)化。

2.2.2 Plackett-Burman設(shè)計篩選顯著因子[18-19]

酵母提取物（A）、食鹽（B）、白砂糖（C）、預(yù)冷溫度（D）、冷凍溫度（E）、蒸餾溫度（F）為自變量，以感官評價綜合得分為因變量。Plackett-Burman試驗設(shè)計結(jié)果見表8，各因素效應(yīng)分析見表9。

表8 Plackett-Burman試驗設(shè)計及結(jié)果Table 8 Design and results of Plackett-Burman tests

表9 Plackett-Burman試驗各因素效應(yīng)分析Table 9 Effect analysis of each factors of Plackett-Burman tests

由表9可知，Prob＞F小于0.10的因素分別為酵母抽提物、白砂糖、蒸餾溫度，說明這三個因素對醋膏風(fēng)味影響較為顯著，因而確定這三個因素作為下一步實驗的關(guān)鍵因素，由于其他因素影響不顯著，其取值則根據(jù)各因素效應(yīng)的正負和大小確定，故確定食用鹽添加量為15 g/L，預(yù)冷溫度為4 ℃，冷凍溫度為-10 ℃。

2.2.3 工藝條件優(yōu)化Box-Behnken 試驗

以酵母抽提物（X1）、白砂糖（X2）、蒸餾溫度（X3）為自變量，感官評分（Y）為響應(yīng)值，以3.5 g/L、125 g/L、55 ℃為中心點，進行Box-Behnken試驗設(shè)計。Box-Behnken 試驗設(shè)計及結(jié)果見表10，方差分析見表11。

表10 Box-Behnken試驗設(shè)計結(jié)果Table 10 Design and results of Box-Behnken tests

利用Design Expert8.0.6軟件對表10結(jié)果進行二次多項回歸擬合[20]，獲得感官評價對酵母抽提物、白砂糖、蒸餾溫度的多元二次回歸方程：

表11 回歸模型的方差分析Table 11 Variance analysis of quadratic model

由表11可知，模型中F值=28.84，P＜0.000 1，說明模型差異極顯著（P＜0.01）；失擬項F值為3.82，P值為0.082，說明失擬項不顯著（P＞0.05），回歸模型可以接受；各二次項的P＜0.01，影響極顯著，同時交互項X1X3的P＜0.05，影響顯著，實驗所得模型決定系數(shù)為97.37%，校正決定系數(shù)為94.00%，表明模型擬合程度良好。

通過對回歸模型進行響應(yīng)面分析，各因素交互作用的響應(yīng)面及等高線見圖2。由圖2可知，各個因素之間有一定交互作用，在固定酵母抽提物添加量時，白砂糖與蒸餾溫度之間交互作用較顯著。

圖2 各因素交互作用對醋膏感官品質(zhì)影響的響應(yīng)曲面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of effect of interaction between each factors on sensory quality of vinegar paste

2.3 醋膏產(chǎn)品品質(zhì)分析

醋膏產(chǎn)品進行基本理化指標分析，結(jié)果見表12。由表12可知，醋膏產(chǎn)品含有較為豐富的多酚、黃酮等功效成分。有機酸是食醋的重要組成部分，有機酸具有抗菌、抗炎、抗肥胖等多種生物效應(yīng)[21]。醋膏產(chǎn)品中有機酸的主要成分為醋酸和乳酸，約占總有機酸組成的90%，說明調(diào)配最終得到的醋膏產(chǎn)品不僅具有保健功效還擁有豐富的口感。

表12 醋膏理化指標及有機酸含量分析結(jié)果Table 12 Analysis results of physicochemical indexes and organic acid contents of vinegar paste

3 結(jié)論

本研究利用了食醋為原料，通過催陳、濃縮的技術(shù)將液體食醋制成一款醋膏。在制作工藝上，冷凍濃縮方法，有效保留了食醋釀造過程中產(chǎn)生的香氣物質(zhì)，醋香濃郁，也使醋液品質(zhì)的得以提升；蒸餾濃縮過程加速了分子熱運動加快食醋中營養(yǎng)物質(zhì)的積累，同時蒸餾濃縮對食醋中的微生物具有殺菌作用。結(jié)果表明，最佳工藝條件為預(yù)冷溫度4 ℃，冷凍溫度-10 ℃，蒸餾溫度55 ℃，酵母抽提物3.5 g/L，白砂糖125 g/L。利用該優(yōu)化工藝得到的醋膏產(chǎn)品膏體濃稠，風(fēng)味怡人，具有良好的推廣應(yīng)用前景。