5°海紅果酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化*

楊輝，黨翠紅

(陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安，710021)

海紅果(Malus micromalus Makino)，學(xué)名西府海棠，薔薇科蘋果屬，又名海紅子，是我國晉、陜、蒙三省交界地帶特有的一種地方果樹資源，營養(yǎng)價值豐富，富含蛋白質(zhì)、VC、16種氨基酸、多種礦質(zhì)元素，其中賴氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等人體必需氨基酸含量是紅星蘋果的2.2倍，有“果中鈣王”之美譽(yù)，磷含量居水果之首，F(xiàn)e、Zn等金屬元素含量也高于其他常見水果［1］。此外，海紅果中富含的黃酮、多酚類化合物更是賦予其降血脂、降血壓、抗腫瘤、抗氧化等保健功效［2-4］。

本研究針對海紅果含糖量高的特點(diǎn)將其直接發(fā)酵生產(chǎn)低度果酒(乙醇體積分?jǐn)?shù)為1% ～7%［5］)，不僅能發(fā)揮發(fā)酵酒特有的保健作用，而且能充分利用海紅果資源，發(fā)揮其保健功效，同時，低度果酒的研制避免了高酒精度對人體的不良影響，擴(kuò)大了消費(fèi)人群［6-9］。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

濃縮海紅果汁:由陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)公司提供。

活性干酵母:VL1、VL2由陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)公司提供;RV100、RV171購于安琪酵母股份有限公司;丹寶利購于廣東丹寶利酵母有限公司。皂土、白砂糖(食品級)、H2SO3(6%，分析純)、檸檬酸(分析純)、Na2CO3(分析純)、CaCO3(分析純)，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

振蕩培養(yǎng)箱，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;pH計，成都市方舟科技開發(fā)公司;手持糖度計，成都光學(xué)儀器廠;磁力攪拌器，江蘇省金壇市正基儀器有限公司;高速冷凍離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 指標(biāo)測定

理化指標(biāo)的測定參考GB/T15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》?？偺?費(fèi)林試劑法;酒精度:密度瓶法;總酸:電位滴定法;揮發(fā)酸(以乙酸計):滴定法;游離SO2:氧化法;干浸出物:密度瓶法。

感官指標(biāo):參照GB/T15038-2006制定甜型海紅果酒評分標(biāo)準(zhǔn)，由20名專業(yè)人員組成的感官評定小組進(jìn)行評定，取其感官評定分?jǐn)?shù)的平均值作為評定結(jié)果，感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3.2 工藝流程及要點(diǎn)

1.3.2.1 工藝流程

表1 甜型海紅果酒感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of sweet Malus micromalus Makino wine

1.3.2.2 操作要點(diǎn)

前處理:根據(jù)糖度每降低17 g/L，乙醇體積分?jǐn)?shù)升高1%計算，要生產(chǎn)5°的甜型海紅果酒(糖度≥50 g/L)，稀釋后海紅果汁的初始糖度必須≥135 g/L。將調(diào)整成分后的海紅果汁進(jìn)行巴氏殺菌處理(68℃、30 min)，冷卻后向海紅果汁加入60 mg/L的SO2以抑制雜菌及野生酵母生長。

活性干酵母的活化:稱取所需量的活性干酵母，加入20 mL左右的待發(fā)酵海紅果汁，在37℃水浴中活化30 min，再加入少量待發(fā)酵海紅果汁降溫，直至溫度下降到與待發(fā)酵海紅果汁溫差在5℃以內(nèi)即可攪拌接種。

終止發(fā)酵:接種酵母后定時測定發(fā)酵酒液的總糖含量，當(dāng)監(jiān)測到總糖含量減少量為85 g/L(乙醇體積分?jǐn)?shù)為5%左右)時，測定發(fā)酵酒液的酒精度并立刻終止發(fā)酵，終止發(fā)酵采用冷凍離心分離酵母后加入60 mg/L的SO2的方法，離心的條件為4 000 r/min，10 min。

海紅果原酒的澄清:稱取10 g皂土，緩緩加入100 mL 50℃左右的蒸餾水中，浸泡24 h，再攪拌成均勻的漿體，制備成5%的皂土溶液，再將其在水浴中加熱至80℃，冷卻備用。皂土溶液的添加量為1%。

1.3.3 酵母篩選

調(diào)整海紅果汁可溶性固形物含量為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為159.18 g/L)，此時，總酸含量為12.57 g/L，以0.02%的接種量分別接種 VL1、VL2、RV100、RV171、丹寶利活性干酵母，在自然 pH條件下進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵溫度20℃，終止發(fā)酵后經(jīng)過后處理制得5°海紅果酒，綜合比較各種酵母的起酵時間，最終成品酒的總酸含量、揮發(fā)酸含量以及感官評定分?jǐn)?shù)，選出最適宜釀造5°海紅果酒的酵母。

1.3.4 影響海紅果酒發(fā)酵效果的單因素試驗(yàn)

1.3.4.1 發(fā)酵溫度對發(fā)酵效果的影響

調(diào)整海紅果汁可溶性固形物含量為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為158.28 g/L)，此時，總酸含量為12.07 g/L，在果汁自然pH條件下以0.02%的接種量接種5度海紅果酒最適酵母進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵溫度為 12、16、20、24、28℃，監(jiān)測發(fā)酵酒液的總糖含量變化，終止發(fā)酵及后處理后，探討發(fā)酵溫度對5°海紅果酒發(fā)酵效果的影響。

1.3.4.2 酵母接種量對發(fā)酵效果的影響

將海紅果汁可溶性固形物含量調(diào)整為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為157.17 g/L)，此時，總酸含量為12.62 g/L，在果汁自然pH條件下分別以0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的接種量接種酵母，控制發(fā)酵溫度20℃，終止發(fā)酵及后處理后，探討酵母接種量對果酒發(fā)酵的影響。

1.3.4.3 初始糖度對發(fā)酵效果的影響

用海紅果濃縮汁、白砂糖將海紅果汁可溶性固形物含量分別調(diào)整為 18、20、22、24、26°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量分別為 141.12、163.72、187.85、205.92、231.55 g/L)，此時，總酸含量為12.02 g/L，在果汁自然pH條件下以0.02%的接種量接種5度海紅果酒最適酵母，控制發(fā)酵溫度20℃，終止發(fā)酵及后處理后，探討初始糖度對發(fā)酵效果的影響。

1.3.4.4 初始pH對發(fā)酵效果的影響

將海紅果汁可溶性固形物含量調(diào)整為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為154.79 g/L)，用檸檬酸、Na2CO3將果汁的初始pH分別調(diào)整為2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，并用檸檬酸、CaCO3調(diào)整初始pH至3.5作為對照，此時，總酸含量分別為36.47、15.19、10.62、8.94、6.58、11.27 g/L，均以 0.02%的接種量接種 5度海紅果酒最適酵母，控制發(fā)酵溫度20℃，終止發(fā)酵及后處理后，探討初始pH對5度海紅果酒發(fā)酵效果的影響。

1.3.5 響應(yīng)面法優(yōu)化5度海紅果酒發(fā)酵工藝

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)、初始糖度(C)、初始pH(D)為響應(yīng)面優(yōu)化的考察因素，并以-1、0、1分別代表因素的水平，由于將乙醇體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)一控制在5%，故以成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值，設(shè)計4因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及水平表見表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)因素水平表Table 2 Variables and levels in Box-Behnken central composite design

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母種類對發(fā)酵效果的影響

由于海紅果汁的初始pH較低，為2.9左右，低pH會抑制酵母菌的生長，因此表3顯示5種酵母的起酵時間均較長。相對而言，VL1最短，其次為VL2;5種酵母從開始發(fā)酵產(chǎn)酒到總糖含量下降85 g/L(乙醇體積分?jǐn)?shù)5%)所需的時間均為3～4d，因此，酵母的起酵時間決定了整個發(fā)酵周期的長短。不同的酵母由于產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物種類、含量不同而給酒帶來不同的感官特征［10］。由于海紅果果實(shí)中含酸較高，制成的海紅果酒口感偏酸，因此在發(fā)酵過程中盡量選擇產(chǎn)酸較少的酵母種類，由表3可以看出最后制得的成品酒的總酸、揮發(fā)酸含量最低的是VL2，其次為安琪RV171，而且VL2和安琪RV171釀造的5°海紅果酒感官評定分?jǐn)?shù)也相對較高，分別為84.31和86.75，綜合考慮起酵時間、成品酒的總酸含量、揮發(fā)酸含量及感官評定分?jǐn)?shù)，確定VL2為最適合釀造5°海紅果酒的酵母。

表3 酵母種類對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 3 Effect of yeast type on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation

2.2 影響海紅果酒發(fā)酵效果的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 發(fā)酵溫度對發(fā)酵效果的影響

由表4可知發(fā)酵溫度越高，酵母的起酵時間越短，這是由于在一定溫度范圍內(nèi)，發(fā)酵溫度越高，酵母的生長速率和酶活力越高［11］。但是發(fā)酵溫度過高果酒的口感粗糙，而且酵母會產(chǎn)生其他代謝副產(chǎn)物如甲醇等，發(fā)酵溫度過低時，酵母菌受溫度脅迫而發(fā)酵緩慢，引起揮發(fā)酸升高，綜合比較成品酒的總酸、揮發(fā)酸含量和感官評定分?jǐn)?shù)，發(fā)酵溫度為20℃時，總酸、揮發(fā)酸含量較低，感官評定分?jǐn)?shù)最高，因此初步確定20℃為較適宜的發(fā)酵溫度。

表4 發(fā)酵溫度對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 4 Effect of fermentation temperature on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation

2.2.2 酵母接種量對發(fā)酵效果的影響

由表5可以看出，酵母接種量越大，起酵時間越短。接種量過小，酵母自身繁殖代謝慢，易污染雜菌，導(dǎo)致酒質(zhì)不協(xié)調(diào)。但是接種量過大時，發(fā)酵過于迅速，增大了5°酒終止發(fā)酵的難度，且造成了原料的浪費(fèi)。接種量為0.02%～0.04%時起酵時間相差較小，因此將接種量范圍初步確定在0.02% ～0.04%。而感官評定分?jǐn)?shù)隨著接種量的增大呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，接種量為0.03%時感官評定分?jǐn)?shù)最高，且總酸、揮發(fā)酸含量相對較低，因此初步確定活性干酵母的接種量為0.03%。

表5 酵母接種量對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 5 Effect of inoculum size of yeast on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation

2.2.3 初始糖度對發(fā)酵效果的影響

由表6可以看出初始糖度越高，起酵時間越長，原因在于含糖量過高，形成了發(fā)酵酒液的高滲透，降低酵母的活性。隨著糖度的增加，總酸含量降低;揮發(fā)酸含量增加，這是由于高糖條件下酵母菌受高滲透壓脅迫發(fā)生不完全發(fā)酵形成醋酸，因此為了控制較低的揮發(fā)酸含量，初始糖度不能過高。隨著糖度的增加，感官評定分?jǐn)?shù)先上升后下降，原因在于最終的成品乙醇體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)一在5%左右，即按照糖度與酒精度的換算公式整個發(fā)酵過程消耗的總糖量均為85 g/L左右，因此初始糖度越高，最終成品酒的殘?zhí)且蚕鄳?yīng)越高，糖酸比逐漸變大，使酒的口感過甜而偏膩，殘?zhí)堑蛣t口感偏酸。另外，由于本研究控制海紅果酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)為5%，不能用傳統(tǒng)的添加酒精的方法終止發(fā)酵［12］，因此，當(dāng)發(fā)酵酒液乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時，高殘?zhí)潜貙⒃龃蠼K止發(fā)酵的難度，并且不利于成品酒的保存。因此，綜合考慮起酵時間、口感、保存期限等因素，將海紅果汁的初始糖度確定為20°Brix。

表6 初始糖度對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 6 Effect of initial sugar concentration on 5%(v/v)Malus mrcromalus Makino wine fermentation

2.2.4 初始pH對發(fā)酵效果的影響

pH值對酵母菌的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的合成都有極大的影響，大多數(shù)種類的酵母菌在4.5～6.5的pH范圍內(nèi)生長代謝良好［11］。由表7可以看出初始pH越高起酵時間越短，且初始pH≥3.5時，酵母的起酵時間均較短，約24h左右。初始pH越高，成品酒總酸含量越低，適當(dāng)?shù)乃岫葧x予酒獨(dú)特的酸爽口感，酸度過低，會使酒的口感膩而平淡［13］。且隨著初始pH增大，揮發(fā)酸含量先下降后上升，原因在于發(fā)酵液pH高于4.0或低于3.1時，都易于促進(jìn)揮發(fā)酸的生成;感官評定分?jǐn)?shù)先上升后下降，用CaCO3調(diào)整初始pH為3.5時，成品酒的揮發(fā)酸含量最低，但是CaCO3的加入對酒的口感和酒質(zhì)的負(fù)面影響較大，感官評定分?jǐn)?shù)低。在pH值為3.5時，成品酒感官評定分?jǐn)?shù)最高，揮發(fā)酸含量較低，總酸含量適中，且與果汁自然pH值2.9相對接近，利于保證海紅果酒的風(fēng)格。因此初步確定用Na2CO3調(diào)整初始pH為3.5，為較適合的條件。

表7 初始pH對5度海紅果酒發(fā)酵的影響Table 7 Effect of initial pH on 5%(v/v)Malus mrcromalus Makino wine fermentation

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化果酒發(fā)酵工藝

2.3.1 模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計方案及結(jié)果Table 8 Experimental design and results of Box-Behnken central composite design

通過Design Expert7.0軟件對試驗(yàn)響應(yīng)值進(jìn)行二元回歸擬合分析，確立回歸方程模型為:Y=86.42+0.69A-0.39B-0.017C+0.23D-0.25AB-0.075AC-0.075BD-0.075CD-1.14A2-1.07B2-0.43C2-0.056D2?；貧w模型的方差分析見表9。

表9 回歸模型方差分析Table 9 Analsis of variance for the regression model

根據(jù)方程系數(shù)的估計，可知各因素對響應(yīng)值影響的主次順序?yàn)锳(發(fā)酵溫度)＞B(酵母接種量)＞D(初始pH)＞C(初始糖度)。

2.3.2 優(yōu)化工藝條件的確定

根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)的最優(yōu)化分析，得出5°海紅果酒發(fā)酵的最優(yōu)條件為發(fā)酵溫度20.67℃、酵母接種量0.027%、初始糖度19.86°Brix、初始pH 3.7。考慮實(shí)際操作性，將發(fā)酵工藝參數(shù)修正為:發(fā)酵溫度21℃、酵母接種量0.027%、初始糖度20°Brix、初始 pH 3.7。

2.3.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)

在優(yōu)化條件下，成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)預(yù)測值為86.30。為檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化條件進(jìn)行3組平行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為86.15、86.20、86.15，平均值為 86.17，因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)化5度海紅果酒發(fā)酵工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實(shí)用價值。

2.3.4 產(chǎn)品感官指標(biāo)與理化指標(biāo)

感官指標(biāo):5°海紅果酒色澤呈淺紅棕色，澄清透明，果香濃郁，口感醇厚協(xié)調(diào)，具有典型的甜型酒風(fēng)格。

主要理化指標(biāo):乙醇體積分?jǐn)?shù)為4.90% ～5.10%;總酸10～12 g/L(以酒石酸計);總糖68.3～71.7 g/L;游離SO2＜50 mg/L;干浸出物39.6 g/L。

微生物指標(biāo):符合GB2758-2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵酒及其配制酒》的規(guī)定。

3 結(jié)論

(1)VL2是釀造5°海紅果酒的最適酵母。

(2)響應(yīng)面法優(yōu)化5°海紅果酒最優(yōu)工藝條件為:發(fā)酵溫度21℃、酵母接種量0.027%、初始糖度20°Brix、初始pH 3.7，在此條件下，成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)為86.17。所得果酒果香濃郁、酒香協(xié)調(diào)，是一種營養(yǎng)豐富的低度保健型果酒。

(致謝 感謝榆林市海紅果工程技術(shù)研究中心的對本文大力支持。)

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