全 文 ：沙果果醋醋酸发酵工艺条件的优化
贾 建
（黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 １６３３１９）
摘要：采用二次正交旋转回归设计对沙果果醋发酵工艺进行优化。在单因素试验的基础上选取接种量、
初始酒精浓度、发酵时间、发酵温度为自变量，醋酸含量为检测指标，利用二次正交旋转回归设计试验，
通过统计分析，建立数学模型。结果表明：所得回归方程达到极显著水平。果醋发酵的最佳工艺条件
为：接种量９．７８％、初始酒精度６．９６％、发酵时间１６８ｈ、发酵温度为３１．２６℃。在此工艺条件下，醋酸
含量的理论值为６．５３９１ｇ／ｄＬ，验证实测值为（６．５３１±０．０８）ｇ／ｄＬ，说明所优化的工艺参数可靠。
关键词：沙果；二次正交旋转组合设计；工艺优化
中图分类号：ＴＳ２６４．２２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－９９７３．２０１５．０４．００９
文章编号：１０００－９９７３（２０１５）０４－００４２－０４
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｃｅｔｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｒａｂ－ａｐｐｌｅ Ｖｉｎｅｇａｒ
ＪＩＡ Ｊｉａｎ
（Ｃｏｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｂａｙｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ １６３３１９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ－ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｒａｂ－ａｐｐｌｅ ｖｉｎｅｇａｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｆａｃｔｏｒ ｔｅｓｔ，ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ
ａｍｏｕｎｔ，ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｄｅｇｒｅｅ，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｃｈｏｓｅｎ，ａｃｅｔｉｃ
ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｑｕａｄｒａｔｉｃ
ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ－ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ
ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｒａｂ－ａｐｐｌｅ
ｖｉｎｅｇａｒ ａｒｅ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ９．７８％，ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ６．９６％，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅ ｏｆ １６８ｈａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ３１．２６℃．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ
ｏｆ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｒｅａｃｈｅｓ ６．５３９１ｇ／ｄＬ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｓ（６．５３１±０．０８）ｇ／ｄＬ．Ｔｈｅ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｓｔａｂｌｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｒａｂ－ａｐｐｌｅ；ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ－ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｒｏｃｅｓｓ
沙果，学名柰子、花红、海棠果、文林郎果，含有丰
富的有机酸、维生素，食之有生津止渴、消食除烦和化
积滞的作用，味酸涩而收敛，有涩精、止泻痢的作用，还
有驱虫、杀虫、解毒、泻火明目的作用，所以，沙果是一
种可用于药理、保健和食品的高级绿色水果，且耐寒，
是内蒙古、辽宁、大兴安岭、黑龙江等地的重要水果之
一。沙果单产高、贮藏期较长、价格低，是酿制果醋的
上等原料。沙果中的可溶性糖不用进行液化和糖化，
可直接进行酒精和醋酸发酵，工艺流程简单、省时、省
工、节约成本。果醋具有沙果特有的果香、果味，口味
柔和，口感好。本文采用二次正交旋转回归设计，对沙
果果醋的工艺条件进行研究，确定最佳工艺参数，为沙
收稿日期：２０１４－１１－１８
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基础研究 第４０卷 第４期
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果的深加工拓宽途径，提高了沙果的经济利用价
值［１－３］。
１ 试验材料与方法
１．１ 材料、仪器
新鲜沙果 黑龙江省绥滨县庆新果园；白砂糖（市
售），果胶酶 上海佳和生物科技有限公司；亚硫酸
天津市大茂化学试剂厂；白酒酵母（安琪高活性干酵
母），醋酸菌 上海酿造一厂；旋转式恒温摇瓶机，电子
天平 上海梅特勒－托利多仪器有限公司；电子恒温水
浴锅 黄骅市卸甲综合电器厂；手持式折光仪 成都
市青年联合光学仪器成套部；杀菌锅 上海申安医疗
器械厂；附温比重瓶 上海市崇明建设玻璃仪器有限
公司。
１．２ 工艺流程
沙果果醋制取工艺流程图见图１［４，５］。
图１ 果醋制取工艺流程图
Ｆｉｇ．１Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｆｒｕｉｔ ｖｉｎｅｇａｒ
１．３ 单因素试验设计
对沙果醋前期的酒精发酵已进行了大量实验，得
到酒精含量９．５°的果酒，以果酒为原料酒进行调配主
要研究醋酸发酵，按不同的试验设计接种量、初始酒精
浓度、发酵时间、发酵温度进行单因素试验，重复３次，
取平均值。
１．４ 二次正交旋转回归设计
表１ 试验因素水平表
Ｔａｂｌｅ １Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
水平 Ｘ１
接种量（％）
Ｘ２
酒精度（％）
Ｘ３
发酵时间（ｈ）
Ｘ４
温度（℃）
－２ ８ ６．５ １２０ ２６
－１ ９ ７．０ １３２ ２８
０ １０ ７．５ １４４ ３０
１ １１ ８．０ １５６ ３２
２ １２ ８．５ １６８ ３４
在单因素试验的基础上，选择主要的影响因素，设
计四因素二次正交旋转回归试验，以最终发酵酸度为
考察指标，确定最优工艺参数，其因素水平编码表见
表１［６－９］。
２ 结果与分析
２．１ 单因素试验分析
２．１．１ 接种量对产酸的影响
图２ 接种量对醋酸含量的影响
Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ
ｏｎ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ
由图２可知，醋酸含量随着接种量的增加先提高
后降低。当接种量为１０％时，醋酸含量最高；当接种
量为６％时，发酵速度慢，不利于醋酸生长，致使产酸
量低；当接种量大于１２％时，发酵培养基中的营养物
质不足，致使产酸率下降。
２．１．２ 初始酒精度对产酸的影响
图３ 初始酒精度对醋酸含量的影响
Ｆｉｇ．３Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｄｅｇｒｅｅ ｏｎ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ
由图３可知，醋酸含量随着初始酒精度的增大
先提高后降低。当初始酒精度为７％时，醋酸含量
最多；当初始酒精度为６．５％时，醋酸菌的作用底
物不足，致使产酸量低；当初始酒精度大于７．５％
时，高浓度的酒精会抑制醋酸菌的发酵活力，致使
产酸量低。
２．１．３ 发酵时间对产酸的影响
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图４ 发酵时间对醋酸含量的影响
Ｆｉｇ．４Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ
由图４可知，醋酸含量随发酵时间的增加而增加。
当发酵时间小于１４４ｈ时，醋酸含量增加较快。当发
酵时间大于１４４ｈ时，醋酸含量增加较平缓。
２．１．４ 发酵温度对醋酸含量的影响
图５ 发酵温度对醋酸含量的影响
Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ
由图５可知，醋酸含量随着发酵温度的增加先提
高后降低。当发酵温度为３０℃时，醋酸含量最多；当
发酵温度为２６℃时，温度低，不利于醋酸生长，致使产
酸量低；当发酵温度大于３０℃时，温度过高会使菌体
加快老化，致使产酸量低［１０－１２］。
２．２ 二次正交旋转回归试验
２．２．１ 二次正交旋转试验设计与结果
在以上单因素试验基础上，四因素二次正交旋转
回归试验设计及结果见表２，每个因素５个水平，共
３６个组合。
表２ 二次正交旋转组合设计试验方案及结果
Ｔａｂｌｅ ２Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ
ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ
试验号 Ｘ１
接种量（％）
Ｘ２
酒精度（％）
Ｘ３
发酵时间
Ｘ４
温度（℃）
Ｙ酸度
（ｇ／ｄＬ）
１ １ １ １ １ ５．０７
２ １ １ １ －１ ４．４６
３ １ １ －１ １ ５．９６
４ １ １ －１ －１ ６．６５
续 表
试验号 Ｘ１
接种量（％）
Ｘ２
酒精度（％）
Ｘ３
发酵时间
Ｘ４
温度（℃）
Ｙ酸度
（ｇ／ｄＬ）
５ １ －１ １ １ ５．５１
６ １ －１ １ －１ ４．８１
７ １ －１ －１ １ ４．７７
８ １ －１ －１ －１ ４．４６
９ －１ １ １ １ ３．５０
１０ －１ １ １ －１ ３．３８
１１ －１ １ －１ １ ３．７６
１２ －１ １ －１ －１ ３．８６
１３ －１ －１ １ １ ５．５２
１４ －１ －１ １ －１ ４．５２
１５ －１ －１ －１ １ ２．６０
１６ －１ －１ －１ －１ ２．４５
１７ ２ ０ ０ ０ ２．５９
１８ －２ ０ ０ ０ ５．１５
１９ ０ ２ ０ ０ ３．５６
２０ ０ －２ ０ ０ ５．０８
２１ ０ ０ ２ ０ ５．１０
２２ ０ ０ －２ ０ ５．９０
２３ ０ ０ ０ ２ ３．４７
２４ ０ ０ ０ －２ ４．９９
２５ ０ ０ ０ ０ ６．５９
２６ ０ ０ ０ ０ ６．４８
２７ ０ ０ ０ ０ ６．４５
２８ ０ ０ ０ ０ ６．３９
２９ ０ ０ ０ ０ ６．５６
３０ ０ ０ ０ ０ ６．５５
３１ ０ ０ ０ ０ ６．４２
３２ ０ ０ ０ ０ ６．５３
３３ ０ ０ ０ ０ ６．１６
３４ ０ ０ ０ ０ ６．５１
３５ ０ ０ ０ ０ ６．３３
３６ ０ ０ ０ ０ ６．６１
２．２．２ 回归模型建立与检验
采用ＤＰＳ ７．０５数据处理系统软件对表２中的试
验结果进行回归分析，回归分析结果见表３和表４，得
到发酵时间、初始酒精度、接种量和发酵温度的回归模
型：
Ｙ＝６．４６５００＋０．７１７５０ｘ１＋０．２１０００ｘ２＋０．１６０８３ｘ３
＋０．２１４１７ｘ４－０．６５２９２ｘ１２－０．５４０４２ｘ２２－０．２４５４２ｘ３２－
０．５６２９２ｘ４２＋０．１９８７５ｘ１ｘ２－０．３９０００ｘ１ｘ３－０．０１５００ｘ１ｘ４
－０．６１８７５ｘ２ｘ３－０．１３８７５ｘ２ｘ４＋０．１７２５０ｘ３ｘ４。
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表３ 回归系数显著性检验和结果
Ｔａｂｌｅ ３Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
变异来源 平方和 自由度 均方 偏相关 比值Ｆ ｐ值
Ｘ１ １２．３５５４ １ １２．３５５４ ０．９５２ ２０２．９４６８ ０．０００１
Ｘ２ １．０５８４ １ １．０５８４ ０．６７３ １７．３８５１ ０．０００４
Ｘ３ ０．６２０８ １ ０．６２０８ ０．５７１７ １０．１９７４ ０．００４４
Ｘ４ １．１００８ １ １．１００８ ０．６８０２ １８．０８１８ ０．０００４
Ｘ１２ １３．６４１６ １ １３．６４１６ －０．９５６２ ２２４．０７４６ ０．０００１
Ｘ２２ ９．３４５６ １ ９．３４５６ －０．９３７９ １５３．５０９２ ０．０００１
Ｘ３２ １．９２７３ １ １．９２７３ －０．７７５４ ３１．６５８１ ０．０００１
Ｘ４２ １０．１４ １ １０．１４ －０．９４２４ １６６．５５７９ ０．０００１
Ｘ１Ｘ２ ０．６３２ １ ０．６３２ ０．５７５２ １０．３８１５ ０．００４１
Ｘ１Ｘ３ ２．４３３６ １ ２．４３３６ －０．８０９７ ３９．９７３９ ０．０００１
Ｘ１Ｘ４ ０．００３６ １ ０．００３６ －０．０５３ ０．０５９１ ０．８１０２
Ｘ２Ｘ３ ６．１２５６ １ ６．１２５６ －０．９０９６ １００．６１８４ ０．０００１
Ｘ２Ｘ４ ０．３０８ １ ０．３０８ －０．４４０６ ５．０５９６ ０．０３５３
Ｘ３Ｘ４ ０．４７６１ １ ０．４７６１ ０．５２０９ ７．８２０３ ０．０１０８
表４ 回归方程方差分析
Ｔａｂｌｅ ４Ｖａｒｉａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ
来源 自由度 平方和 均方差 Ｆ ｐ值
回归 ６０．１６８９ １４ ４．２９７８ Ｆ２＝７０．５９４ ０．０００１
剩余 １．２７８５ ２１ ０．０６０９
失拟 １．１ １０ ０．１１ Ｆ１＝６．７７８ ０．０００１
误差 ０．１７８５ １１ ０．０１６２
总和 ６１．４４７４ ３５
相关系数Ｒ ０．９８９５
由表３可知，Ｘ１Ｘ４ 的Ｐ＝０．８１０２＞α＝０．０５，不显
著。在α＝０．０５显著水平上剔除不显著项，得简化回
归方程：
Ｙ＝６．４６５００＋０．７１７５０ｘ１＋０．２１０００ｘ２＋０．１６０８３６ｘ３
＋０．２１４１７ｘ４－０．６５２９２ｘ１２－０．５４０４２ｘ２２－０．２４５４２ｘ３２－
０．５６２９２ｘ４２＋０．１９８７５ｘ１ｘ２－０．３９０００ｘ１ｘ３－０．６１８７５ｘ２ｘ３
－０．１３８７５ｘ２ｘ４＋０．１７２５０ｘ３ｘ４。
由表４可知，由回归方程方差分析得到相关系数
Ｒ＝０．９８９５，Ｆ２＝７０．５９４，Ｐ＝０．０００１＜０．０５，Ｆ１＝
６．７７８，ｐ＝０．０００１＜０．０５，说明回归方程高度显著，模
型合适。
３ 结论
在单因素试验的基础上，通过二次正交旋转回归
设计和分析，得到醋酸含量和接种量、初始酒精度、发
酵时间、发酵温度的回归方程为：
Ｙ＝６．４６５００＋０．７１７５０ｘ１＋０．２１０００ｘ２＋０．１６０８３ｘ３
＋０．２１４１７ｘ４－０．６５２９２ｘ１２－０．５４０４２ｘ２２－０．２４５４２ｘ３２－
０．５６２９２ｘ４２＋０．１９８７５ｘ１ｘ２－０．３９０００ｘ１ｘ３－０．６１８７５ｘ２ｘ３
－０．１３８７５ｘ２ｘ４＋０．１７２５０ｘ３ｘ４。
相关系数Ｒ＝０．９８９５，说明该方程拟合实验数据
效果好。利用模型确定了醋酸发酵的最佳工艺参数：
接种量为９．７８％，初始酒精度为６．９６％，发酵时间为
１６８ｈ，发 酵 温 度 为 ３１．２６ ℃，醋 酸 含 量 为
６．５３９１ｇ／ｄＬ。验证实验所得的醋酸值接近预测值，证
明了模型的可靠性。
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