大学生创新性实验项目申报书

长沙理工大学“大学生创新性实验计划项目”申请表填表时间：2011年6月15日项目名称哈密瓜果醋研究工艺中发酵技术的研究申请经费1.0000万元起止时间2011年6月至2012年5月申请团队项目负责人姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail2009级化学与生物工程学院生物工程项目组成员姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail2009级化学与生物工程学院生物工程2009级化学与生物工程学院生物工程2009级化学与生物工程学院生物工程2009级化学与生物工程学院生物工程导师姓名职务/职称所在学院、专业联系电话E-mail一、申请理由（包括自身具备的知识条件：自己的特长、兴趣等）随着生活水平的不断提高，人们对食品的要求已经从温饱型向营养型和保健型转变，保健果醋是当今世界饮食消费的新潮流。现代生物技术的飞速发展，为提升果醋的品质与内涵注入了新的活力。哈密瓜果醋不仅具有人们喜爱的独特风味，而且因其富含功能成分、保健功效，具有着广阔的市场发展潜力。并且哈密瓜果醋的开发生产对于充分利用哈密瓜资源，特别是能够对品质不好的哈密瓜进行深加工，提高果农收入，丰富醋酸饮料市场，节约粮食，促进地方经济的发展有着重要的意义。但目前国内哈密瓜果醋的生产工艺不够成熟，其加工技术仍处于实验室阶段或中试阶段，尚未进行大规模生产，因此完善哈密瓜果醋生产工艺，提高产品质量，扩大生产规模是亟待解决的难题。项目组5位同学对生物技术与实验研究有着浓厚的兴趣，自大一以来就组成了科研项目兴趣小组，多次参加科研比赛，其参与的项目“野生石蒜鳞茎膨大剂的研制”已进入校级科技立项，并且在第四届节能减排竞赛中其参加项目荣获二等奖，三等奖。项目成员均为长沙理工大学生物工程专业09级学生，已先后完成了对《无机及分析化学》、《有机化学》、《生物化学》、《细胞生物学》、《化工原理》等基础课程的学习。项目组成员均具有扎实的理论基础、素养好、勤于思考、动手能力强。项目组成员中岳乾阳同学曾获得校二等奖学金，张春丽同学曾获得国家励志奖学金、校三等奖学金，覃熙媛同学曾获得校三等奖学金。二、立项背景（研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料）1、研究现状及趋势（1）国内果醋的开发及研究现状食醋酿造在我国有两千多年的历史。目前国内应用于纯培养生产液态粮食醋及果醋的醋酸菌基本都是中科1.41和沪酿1.01两株。食醋组成是以醋酸为主，以乳酸、琥珀酸、苹果酸、延胡索酸等多种有机酸为辅，还包含有由菌种发酵后形成的各种醋类，因而使得食醋成为具有酸、香、绵、甜特色的食品，但由于所用菌种的不同，形成的食醋风格和口味各异。随着新产品新工艺技术的出现，为提高醋酸发酵的产酸速率和产酸浓度，满足市场食醋质量尤其是风味质量的要求，很多学者进行了新菌种的筛选和应用研究，以便选出适宜果醋的专用菌种。我国最早的果醋专利是1989年山西太原的颜丹等人利用生料醋浸泡梨、姜后添加糖、蜜所得的一种保健醋，因其具有浓郁的梨香也可归于果醋类。国内最早的果醋实验报告是1986年《中国调味品》第11期中刊登的“果醋及果醋饮料的研究”；最早的果醋论文是1991年《江苏调味品》第2期刊登的一篇有关液态发酵信阳梨醋的报道，截至2009年年底，各类专业刊物中有关果醋的研究报告和工艺试验技术文献共有近200篇。近几年，国内果醋研究也己成为食醋领域研究的热点问题之一。例如，山东粮食科学研究所以地产部分果蔬为原料对果醋进行一定的研究并已开发出独特的果醋产品。山西省提出通过以果代粮等途径来调整和完善食醋行业的产业结构，去占领国内外食醋大市场。一些科研工作者以葡萄原酒为原料生产葡萄醋，大米糖化醪为主要原料添加菠萝生产带肉果汁醋，以残次风落苹果和高粱为主要原料酿成苹果高粱保健饮料醋。果醋生产在我国已成为调味品行业和饮料行业的发展方向。早在1998年，国内市场上就出现了醋饮，醋酸饮料被誉为是继碳酸饮料、饮用水、果汁和茶饮料之后的“第四代”饮料。随着人们生活水平的提高和营养保健意识的不断增强，食醋产业的专业技术人员也在调整产业结构，拓宽专业思路，不同品种、不同档次的各色果醋应运而生，满足了不同口味、不同层次广大消费者的需求。借助于科学技术的飞跃发展，全国各地区纷纷就固态发酵、表面发酵、深层培养等食醋生产工艺技术，实现机械化、自动化以及菌种筛选、改良，酶的应用等方面做出了大量努力，充分发挥各种技术的潜力，从而不断提高生产效率，提高产品质量，增加花色品种，显著提高了食醋生产的科技水平。据分析,哈密瓜含糖在8%~17%之间,纤维素在0.45%~0.8%之间,还有维生素A、B1、B2、C以及苹果酸、尼克酸和铁、钙、磷等元素。其中铁的含量,比鸡肉多2倍,比鱼肉多3倍,比牛肉多17倍,对人体造血机能有显著的促进作用。目前,新疆哈密瓜除了外销内食外,每年还有相当一部分哈密瓜因得不到及时处理而浪废掉。另外,新疆人少,荒地较多,很适合扩大哈密瓜的种植,基于以上原因,我们利用吐鲁番独特的资源来生产哈密瓜果醋,满足国内外消费需要,是十分必要的,也是完全可行的。哈密瓜果醋不仅口感新鲜,瓜香纯正,爽顺幽雅,醇厚柔美,还有一定的保健功能，如止渴、解除疲劳，增进食欲，促进消化等，很受广大消费者的欢迎。（2）国外果醋的开发及研究现状目前国外的食醋大多是采用液态发酵法酿制的果醋，液体发酵制醋是醋酸发酵时物料呈液态的一种酿醋工艺。既酒醪或淡酒液接入醋酸菌后，以深层通气或表面静止发酵法酿制。它的工艺包括：表面发酵法、速酿法和液体深层发酵法。液态发酵法的优点在于发酵周期短、劳动强度小、发酵过程易控制，减少了杂菌污染的机会，但是由于是纯种培养，且发酵时间有限，因此液态发酵法形成的风味物质少，其风味和口感较固态发酵法要差。但是以液态法生产的果醋以其独特的优越性正在逐步被人们所接受。在菌种方面，国外主要是利用醋酸杆菌(A.schuenbachii)，这是国外有名的酿醋菌种。还有一个菌种是奥尔兰醋酸杆菌(A.orleanense)是法国奥尔兰地区用的葡萄醋生产菌种，这个菌种能产生大量的酯，产醋酸能力弱，但耐酸性强。欧美的食醋主要是红、白葡萄醋，苹果醋，麦芽醋，酒精醋。随着深层发酵技术的进步，高浓度酿造醋因减轻储存负担也受到相当重视。在欧美和德国、日本，麦芽醋等高浓度醋的食用量日趋增加。目前，果醋产品在欧美，东南亚等地颇受欢迎。进入九十年代以来，美国人推出了苹果醋，法国人推出了葡萄醋，英国人则推出啤酒醋，日本人对果醋更是情有独钟推崇备至。在国外，人们对果醋的价值认识、产品开发己相当深入。据调查，90年代美国的醋产量为5.6亿升，其中蒸馏醋4.3亿升，苹果醋0.93亿升，占总醋产量的16.7%；加拿大年产0.65亿升醋。在发达工业国家，每年每人平均消费2升醋(5%醋酸含量)。特别是在欧美、日本等发达国家，有关果醋调味品、果醋保健品等产品种类较多，用途广泛。人们己习惯将果醋作为调味品，例如，醋在法国鱼、肉、蔬菜的烹饪中，己是不可缺少的调味料。西式泡菜就是用果醋将蔬菜浸泡后加入辅助调料做成，其清脆沁香的果醋味颇能勾起人们的食欲。西式沙拉也是靠果醋来调味，深受中外食客欢迎。日本从20世纪70年代末就开始将果醋纳入国家标准，果醋生产已有了一定的规模，并于80年代掀起保健醋热潮。据报道，仅在1982至1986年5年间就至少有39种62个品牌的新品果醋上市，而哈密瓜果醋作为一个新品种也必然会受到大众的欢迎。由此可见，世界发达国家的果醋市场较成熟，规模较大且发展较快，哈密瓜果醋作为一种营养、保健型调味品，将得到广大消费者的认可与青睐。2、研究意义（1）果醋开发的意义我国新疆，甘肃，内蒙古一带盛产哈密瓜，新疆哈密瓜有180多个品种及类型，又有早熟夏瓜和晚熟冬瓜之分。但就目前我国的情况来说，水果的综合利用率很低，远远低于发达国家的水平。在水果产区，每年都有大量不能用于销售和加工的残次水果和落地果，如果将这些水果进行发酵制成果醋，即可变废为宝，实现大幅度增值，从而有效的提高水果种植和加工的经济效益，充分地利用水果资源。其次由于水果中含有丰富的人体所必需的钾、锌等元素，用哈密瓜酿制而成的哈密瓜果醋，溶解了哈密瓜中全部的营养成分，补充了粮食醋中钾、锌等微量元素的不足，特别是哈密瓜果醋中含有丰富的蛋白质、膳食纤维、胡萝卜素、果胶、糖类、维生素A、维生素B、维生素C，大大提高了其营养价值及保健功能。通过现代医疗科学的验证，以果代粮通过微生物发酵可将粮食发酵中缺乏的钾、锌离子等导入果醋中，饮用后具有良好的医疗保健作用：促进新陈代谢，调节体内酸碱平衡，消除疲劳;美容养颜、延缓衰老；促进血液循环、调节钙质代谢；提高机体的免疫力，具有防癌抗癌作用；预防高血压、高血脂、脑血栓、动脉硬化；降低胆固醇；开胃消食、解酒保肝等等功效，有助于我国人民身体素质的提高。传统食醋以大米、糯米、高梁、薯干、鼓皮等淀粉类为主要原料，经糖化、酒精发酵、醋酸发酵等工艺酿制而成。传统的酿酒、酿醋工艺每年要消耗2000万吨以上的粮食，约占全国粮食总产量的l/10。若能以果代粮生产食醋，则可节约大量粮食，据报道，如果将果类资源每年累计损失的一半用于酿制果醋，就可以节粮20多万吨，具有很高的社会效益和经济效益。（2）我国果醋生产及开发存在的问题目前我国的果醋系列产品刚刚进入市场导入期，相关的调味品与饮料行业还没有制定出果醋及果醋饮品国家标准，这就使得产品在激烈的竞争市场上无章可循，产品质量相差悬殊，有些产品质量很好，有些产品则粗制滥造，这样从一定程度上影响了果醋的消费也影响了果醋的开发与研制。尤其是对果醋原料的要求没有统一的规定，这就导致了在原料的使用上，“食”与“药”不分，品质不一，从而使消费者在选购和食用时产生误解，不利于果醋市场的良性发展。对某种果醋饮料的功能性许多厂家并未提出明确的论证，在宣传上也存在一些夸大其词的现象，这样也难以规范市场。并且近年来出现的一些名不副实的产品及假冒伪劣产品冲击市场，损害消费者利益，又侵犯正常生产厂家的权益，造成极坏的影响。这需要各有关部门制定出相关的生产和质量标准，采取严厉措施，查处和制止假冒伪劣产品的生产，为果醋市场的健康发展创造一个良好的环境。关于果醋生产技术，有液态发酵和固态发酵两种。固态发酵法与液态发酵法相比具有风味佳、口感好等优点，但是也存在着发酵周期长、劳动强度大、发酵过程难以控制、易被杂菌污染等缺点。而液态发酵法的优点在于发酵周期短、劳动强度小、发酵过程易控制，减少了杂菌污染的机会，但是由于是纯种培养，且发酵时间有限，因此液态发酵法形成的风味物质少，其风味和口感较固态发酵法要差。目前，还没有很好的方法生产果醋，有关完善果醋的生产技术我国仍在探索阶段。2工艺及操作要点2.1哈密瓜果醋发酵工艺流程哈密瓜原料→预处理→成分调整←调酸调糖↓酵母菌的活化→酒精发酵↓醋酸菌的复活→纯化→扩大培养→醋酸发酵↓成品醋←瓶装，杀菌←陈酿←成分调配←过滤2.2主要操作要点2.2.1果汁的制备用清水洗净哈密瓜，并去表皮、果柄、种子，切成大小均等的小块，在打浆机中进行破碎，用0.01%~0.02%果胶酶进行酶解，并且添加一定量的VC以防止果汁发生酶促褐变，然后过滤。2.2.2果汁成分的调整榨汁后，果汁根据其糖含量用白砂糖调整最终果汁的浓度于8%~14%不等，用柠檬酸调节pH值在4.5左右。2.2.3酵母菌的活化活性干酵母1.5g(以100g水计算)先在35℃恒温水浴锅中复水30min，然后加入2g的白砂糖（以100g水计算），搅拌均匀后，在30~35℃条件下活化1h备用（每20min搅拌1次）。2.2.4酒精发酵阶段（1）温度对酒精发酵的影响。在此试验中采用静态液体发酵法进行酒精发酵，将过滤好的果汁400mL调整糖度在10%，pH值在4.5，分别取100mL放入3个三角瓶（250mL）中，然后在无菌条件下分别接种10mL的酵母活化液，分别置于20℃、30℃、40℃的恒温箱中发酵6天。每隔24h测定其糖浓度，确定发酵的适宜温度。（2）接种量对酒精发酵的影响。将过滤好的果汁400mL调整糖度在10%，pH值在4.5，分别取100mL放入