響應(yīng)面法優(yōu)化無(wú)核白葡萄酒澄清工藝的研究

陳　雅，雷　靜，郭　峰，吳　斌，韓　琛

（新疆農(nóng)科院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番838000）

響應(yīng)面法優(yōu)化無(wú)核白葡萄酒澄清工藝的研究

陳雅，雷靜，郭峰，吳斌，韓琛

（新疆農(nóng)科院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番838000）

澄清度是衡量葡萄酒外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)以無(wú)核白葡萄酒作為研究對(duì)象，研究不同澄清劑（皂土、果膠酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清溫度、澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響，采用響應(yīng)曲面Box-Behnken設(shè)計(jì)方法，建立無(wú)核白葡萄酒透光率與澄清劑添加量、澄清溫度、澄清時(shí)間之間的回歸模型，確定最佳澄清條件。研究結(jié)果表明，皂土澄清效果最佳，最佳的澄清條件為：皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時(shí)間7.85 h。在此條件下，無(wú)核白葡萄酒透光率為98.70%。本研究為當(dāng)?shù)責(zé)o核白葡萄酒貯藏研究提供理論支持。

無(wú)核白葡萄酒； 澄清； 澄清劑； 研究； 響應(yīng)面法； 葡萄酒

吐魯番是我國(guó)著名的葡萄產(chǎn)區(qū)，同時(shí)是全國(guó)優(yōu)質(zhì)的無(wú)核白葡萄重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)［1］。2015年吐魯番市共種植葡萄50萬(wàn)畝，年產(chǎn)量達(dá)80萬(wàn)t，無(wú)核白葡萄種植面積就占到90%以上［2］，年產(chǎn)量約75萬(wàn)t，無(wú)核白葡萄皮薄、肉嫩、多汁、味美、營(yíng)養(yǎng)豐富，素有“珍珠”美稱(chēng)，其含糖高達(dá)20%～24%，含有易于人體吸收的磷、鐵、鈣、鎂、鉀等礦物質(zhì)和多種維生素。結(jié)合吐魯番葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展，按照“三分之一釀酒、三分之一制干、三分之一鮮售”的發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展葡萄酒產(chǎn)業(yè)，通過(guò)延伸葡萄產(chǎn)業(yè)鏈并提高葡萄產(chǎn)品附加值。因此，大力發(fā)展無(wú)核白葡萄釀酒產(chǎn)業(yè)，釀造吐魯番地域型無(wú)核白葡萄系列葡萄酒勢(shì)在必行。

葡萄酒中的一些物質(zhì)如蛋白質(zhì)、單寧、金屬?gòu)?fù)合物、色素、果膠等，含量雖然較低，但具有不穩(wěn)定性，容易自動(dòng)聚集、合并變大、聚結(jié)沉淀，這是造成葡萄酒不穩(wěn)定的主要因素［3］。葡萄酒生產(chǎn)過(guò)程中為保證葡萄酒的穩(wěn)定性和澄清度，常需要進(jìn)行澄清處理［4-6］。主要有自然澄清法、離心澄清法和澄清劑澄清法。澄清劑澄清法是澄清劑與酒中的單寧、蛋白質(zhì)、金屬?gòu)?fù)合物、某些色素以及果膠質(zhì)等發(fā)生絮凝反應(yīng)后將這些物質(zhì)除去，使葡萄酒澄清和穩(wěn)定［7］。無(wú)核白葡萄酒陳釀過(guò)程中已呈現(xiàn)較好的澄清度，但是澄清的無(wú)核白葡萄酒裝瓶后有時(shí)會(huì)隨著時(shí)間和溫度的變化，產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象或者沉淀，這不僅嚴(yán)重影響酒的感官質(zhì)量，而且會(huì)影響銷(xiāo)售。因此，在釀造過(guò)程中采取相應(yīng)的措施使無(wú)核白葡萄酒澄清并保持穩(wěn)定至關(guān)重要。目前無(wú)核白葡萄酒澄清技術(shù)還不完善，關(guān)于澄清技術(shù)的研究甚少，本實(shí)驗(yàn)利用單因素實(shí)驗(yàn)研究了不同澄清劑（皂土、果膠酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清溫度和澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響，并選擇最佳澄清劑結(jié)合添加量、澄清溫度和澄清時(shí)間設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，確定最佳澄清工藝條件。

1　材料與方法

1.1材料、試劑及儀器

無(wú)核白葡萄酒，市售；皂土，上海試四赫維化工有限公司；果膠酶，上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVPP），上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司。

FA/JA系列電子天平，上海上平儀器有限公司；UV754N型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；Sigma 3K15離心機(jī)，北京五洲東方科技發(fā)展有限公司；DZKW電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠(chǎng)。

1.2澄清劑的配制［8-9］

1%皂土溶液：將1 g皂土于100 mL蒸餾水中浸泡24 h，直至完全膨脹后，配成均勻的懸浮液備用。

1%果膠酶溶液：將1 g果膠酶用40～50℃的溫水溶解后，再加入40～50℃的溫水稀釋至100 mL，配制成1%的果膠酶溶液，放置1～2 h后備用。

1%PVPP溶液：將1 g PVPP溶解并稀釋至100 mL蒸餾水中。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1不同澄清劑對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無(wú)核白葡萄酒于25 mL比色管中，分別加入不同濃度的皂土溶液、果膠酶溶液、PVPP溶液，在常溫下，靜置24 h后離心，取上清液測(cè)其透光率，考察不同澄清劑對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.2澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無(wú)核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液，分別在0℃、4℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃溫度下靜置24 h后離心取上清液測(cè)其透光率，考察不同澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.3澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無(wú)核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液在4℃溫度下，分別靜置0、4 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h后離心取上清液測(cè)其透光率，考察不同澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.4響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇最佳澄清劑進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，選取皂土添加量（A）、澄清溫度（B）、澄清時(shí)間（C）3個(gè)因素作為變量因素，以透光率（T%）作為響應(yīng)值，采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼值見(jiàn)表1。

表1　Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼值

2　結(jié)果與分析

2.1不同澄清劑對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響（圖1）

無(wú)核白葡萄酒中加入皂土后，產(chǎn)生絮狀的白色沉淀物，從圖1a可看出，皂土澄清使無(wú)核白葡萄酒的透光率明顯增高，皂土所帶負(fù)電荷與酒中帶正電荷的蛋白質(zhì)等渾濁物相互吸引，形成絮狀沉淀，使酒得以澄清［10］。當(dāng)皂土加入量為0.4 g/L時(shí)，透光率達(dá)98.17%，但當(dāng)皂土添加量超過(guò)0.4 g/L時(shí)，酒中帶正電的物質(zhì)已被全部吸附，過(guò)量皂土就會(huì)形成絮凝物重新溶于溶液中，使無(wú)核白葡萄酒透光率降低。由圖1b可知，果膠酶能夠分解水果中的果膠，分解植物的細(xì)胞壁及胞間層，使果膠水解為半乳糖醛酸，提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清［11］。當(dāng)果膠酶的用量達(dá)到0.04 g/L時(shí)，無(wú)核白葡萄酒的透光率達(dá)到97.27%；當(dāng)果膠酶用量高于0.04 g/L時(shí)，無(wú)核白葡萄酒透光率呈明顯下降趨勢(shì)。由圖1c可知，隨著PVPP添加量的增加，與酒液接觸會(huì)吸附酒中的水、蛋白質(zhì)、色素、單寧等，提高酒體的非生物穩(wěn)定性［12］，無(wú)核白葡萄酒的澄清度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)PVPP的添加量達(dá)到0.20 g/L時(shí)，透光率達(dá)到最大97.05%；當(dāng)PVPP添加量繼續(xù)增加，透光率隨之上升得十分緩慢，說(shuō)明PVPP不會(huì)引起無(wú)核白葡萄酒的返渾濁現(xiàn)象。

圖1　不同澄清劑對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

根據(jù)葡萄酒和果酒的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)確定透光率T＞95%為澄清度合格，透光率T≥98%為非常澄清［13］。因此，由上述實(shí)驗(yàn)可知，皂土、果膠酶和PVPP 3種澄清劑都能使無(wú)核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，當(dāng)皂土為0.4 g/L時(shí)，澄清度T＞98%為非常澄清，因此，選擇皂土作為響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)的無(wú)核白葡萄酒澄清劑。

2.2澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響（圖2）

圖2　澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

由圖2可知，在0～4℃之間無(wú)核白葡萄酒的透光率隨著溫度的增加也隨之增加，當(dāng)溫度在4℃時(shí)，無(wú)核白葡萄酒的透光率最大，后隨著溫度的不斷增高，澄清度逐漸下降。說(shuō)明在非生物性渾濁因素大部分沉淀前，低溫有加速沉淀的作用，因此，選擇澄清溫度4℃為最佳。

2.3澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響（圖3）

圖3　澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響

從圖3可以看出，隨著皂土處理時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)核白葡萄酒透光率隨之上升；當(dāng)達(dá)到8 h時(shí)，透光率最高。澄清時(shí)間太短，皂土與無(wú)核白葡萄酒中的膠體物質(zhì)形成的絮凝物還未全部沉淀下來(lái)；時(shí)間太長(zhǎng)，又會(huì)有部分絮凝物重新溶于溶液中，因此，無(wú)核白葡萄酒澄清處理時(shí)間確定為8 h。

2.4響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)果

2.4.1設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用Design-Expert 7.1.3軟件對(duì)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，獲得透光率（Y）對(duì)澄清劑添加量（A）、澄清溫度（B）、澄清時(shí)間（C）的二次多項(xiàng)回歸模型方程為：

Y=98.49+0.28A-0.24B-0.044C+0.25AB-0.14AC-2.500E-003BC-0.66A2-0.86B2-0.47C2。

由表3可知：模型P值為0.0002＜0.05，模型是顯著的，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)方法是可靠的，失擬項(xiàng)P值為0.0978＞0.05，表現(xiàn)為不顯著，表明該模型擬合性好，實(shí)驗(yàn)誤差小。因素A、B的P值＜0.05，說(shuō)明因素A皂土添加量、B澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒透光率的影響是顯著的。而A2、B2、C2的P值均小于0.05，說(shuō)明A2、B2、C2對(duì)透光率均有顯著影響。而因素C的P值=0.5458＞0.05，所以因素C澄清時(shí)間對(duì)透光率沒(méi)有顯著影響。交互項(xiàng)AC、BC的P值分別為：0.1941、0.9803，均大于0.05，所以交互項(xiàng)AC、BC對(duì)透光率沒(méi)有顯著性影響。而交互項(xiàng)AB的P值小于0.05，因此交互項(xiàng)AB對(duì)透光率有顯著性影響。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2= 0.9676，說(shuō)明響應(yīng)值的變化有96.76%來(lái)源于所選變量，可見(jiàn)回歸方程擬合度和可信度均較好，實(shí)驗(yàn)誤差小，綜合以上分析，該回歸方程為澄清條件對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清效果的影響提供了一個(gè)參考模型。

表2　Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3　回歸模型的方差分析

2.4.2響應(yīng)面分析（圖4）

由圖4a可知，皂土添加量與澄清溫度對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清度的交互效應(yīng)顯著，隨著添加量與澄清溫度的不斷增加，無(wú)核白葡萄酒透光率逐漸增高，當(dāng)兩個(gè)因素增加到一定程度，無(wú)核白葡萄酒透光率又逐漸減小，說(shuō)明過(guò)高或過(guò)低的添加量與澄清溫度都會(huì)影響無(wú)核白葡萄酒透光率的高低。由圖4b可知，在澄清溫度為4℃時(shí)，皂土添加量與澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒透光率的交互效應(yīng)不顯著。由圖4c可知，等高線(xiàn)的形狀呈現(xiàn)圓形，說(shuō)明澄清溫度與澄清時(shí)間對(duì)無(wú)核白葡萄酒透光率的交互效應(yīng)不顯著。澄清時(shí)間增加有助于無(wú)核白葡萄酒的澄清，表現(xiàn)為曲線(xiàn)較陡，且隨著澄清時(shí)間的增加無(wú)核白葡萄酒透光率也升高，但當(dāng)達(dá)到一定澄清時(shí)間仍繼續(xù)澄清時(shí)，則無(wú)核白葡萄酒透光率反而會(huì)下降，說(shuō)明過(guò)長(zhǎng)過(guò)短的澄清時(shí)間均不適合無(wú)核白葡萄酒的澄清。

圖4　各因素交互作用對(duì)無(wú)核白葡萄酒澄清度影響的等高線(xiàn)和響應(yīng)曲面

2.4.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

回歸模型預(yù)測(cè)的無(wú)核白葡萄酒澄清條件得到的理論最佳值為：皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.78℃、澄清時(shí)間7.85 h；無(wú)核白葡萄酒透光率預(yù)測(cè)值為98.7236%。考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性，選取皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時(shí)間7.85 h進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到無(wú)核白葡萄酒透光率實(shí)際值為98.70%，相對(duì)誤差小于1%，與理論預(yù)測(cè)值基本相符。因此，基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化澄清工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，得到的工藝條件具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3　結(jié)論

3.1本實(shí)驗(yàn)通過(guò)澄清劑的作用機(jī)理，選擇皂土、果膠酶、PVPP 3種澄清劑對(duì)無(wú)核白葡萄酒進(jìn)行澄清處理，三者均能使無(wú)核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，當(dāng)添加量為4 g/L的皂土?xí)r，透光率為98.17%（T≥98%為非常澄清）。因此，選擇皂土作為響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)的無(wú)核白葡萄酒澄清劑。

3.2響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)中，選擇皂土作為無(wú)核白葡萄酒澄清劑，以皂土添加量、澄清溫度、澄清時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行多元回歸擬合得到二次多項(xiàng)回歸模型方程為：Y=98.49+ 0.28A-0.24B-0.044C+0.25AB-0.14AC-2.500E-003BC-0.66A2-0.86B2-0.47C2，并確定無(wú)核白葡萄酒最佳澄清條件為皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時(shí)間7.85 h，得到無(wú)核白葡萄酒透光率為98.70%，為當(dāng)?shù)責(zé)o核白葡萄酒貯藏研究提供理論支持。

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Optimization of the Clarification of Seedless White Grape Wine by Response Surface Method

CHEN Ya，LEI Jing，GUO Feng，WU Bin and HAN Chen
（Turpan Institute ofAgricultural Sciences，XinjiangAcademy ofAgricultural Sciences，Turpan，Xinjiang 838000，China）

Clarity is an important index in the evaluation of wine appearance.In this experiment，seedless white grape wine was used as the research object，and the effects of different clarifying agents（bentonite，pectinase，and polyvinylpyrrolidone），clarifying temperature and clarifying time on the clarification of seedless white grape wine were explored.The regression model of wine light transmittance and the adding levels of clarifying agents，clarifying temperature，and clarifying time was set up using response surface Box-Behnken design.Furthermore，the optimum clarifying conditions were determined as follows:the adding level of bentonite was 0.41 g/L，clarifying temperature was at 3.8℃，and clarifying time was 7.85 min.Under these conditions，the actual light transmittance of seedless white grape wine was 98.70%.This study provided theoretical support for the research on the storage of local seedless white grape wine.

seedless white grape wine；clarification；clarifier；research；response surface method；grape wine

TS262.6；TS261.4

A

1001-9286（2016）08-0056-04

10.13746/j.njkj.2016128

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：xjnkq-2015020）。

2016-04-12

陳雅（1987-），女，新疆吐魯番人，實(shí)習(xí)研究員，工學(xué)碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究，E-mail：cy_finest@163.com。

郭峰（1964-），男，研究員，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：leijing200288@163.com。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-05-26；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160526.1211.011.html。