響應(yīng)面法優(yōu)化黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒發(fā)酵工藝的研究

李文新，陳計(jì)巒，唐鳳仙，陳新軍，安瑞麗，魏長慶*

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

響應(yīng)面法優(yōu)化黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒發(fā)酵工藝的研究

李文新，陳計(jì)巒，唐鳳仙，陳新軍，安瑞麗，魏長慶*

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

以黑枸杞汁和葡萄汁為原料，考察酵母添加量、發(fā)酵溫度和初始糖度對復(fù)合果酒的品質(zhì)的影響。在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒的發(fā)酵工藝參數(shù)。結(jié)果表明，黑枸杞汁與葡萄汁的最佳配比為7∶3（V/V），最佳發(fā)酵工藝條件為發(fā)酵溫度20℃、酵母添加量0.03%、初始糖度24%。在此條件下，發(fā)酵所得復(fù)合果酒酒精度為12.7%vol，感官評分為90分，果酒酒香濃厚，酒體澄清透明，呈酒紅色。

黑枸杞；葡萄；復(fù)合果酒；響應(yīng)面法；發(fā)酵工藝

LI Wenxin,CHEN Jiluan,TANG Fengxian,CHEN Xinjun,AN Ruili,WEI Changqing*

(College of Food Science,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

黑枸杞（LyciumruthenicumMurr.）系茄科（Solanaceae）枸杞屬（LyciumL.）植物[1]，棘刺灌木，其果實(shí)呈紫黑色，有甜味。野生黑枸杞對生長環(huán)境有一定的要求，因此在世界各地分布也較少，目前主要分布在我國西北地區(qū)、俄羅斯西北地區(qū)、前蘇聯(lián)高加索、中亞地區(qū)等。相關(guān)研究表明，黑枸杞含有豐富的類胡蘿卜素、維生素類、無機(jī)元素、花青素、多糖、黃酮類化合物等[2-3]。黑枸杞具有降血壓、降血脂、增強(qiáng)免疫力、養(yǎng)顏、明目之功效，它富含的花青素具有抗氧化、抗自由基、抗衰老、防治癌癥的功能[4-6]。

近些年，隨著對黑枸杞營養(yǎng)及功效的深入研究，黑枸杞類制品逐漸受到消費(fèi)者的喜愛[7-9]。投入市場的主要產(chǎn)品有濃縮飲料、茶葉、復(fù)合飲料及干果、保健藥等，因此開發(fā)黑枸杞產(chǎn)品已成為一種趨勢。目前利用黑枸杞制作果酒的研究報(bào)道還不多見，黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒更是鮮有報(bào)道。本研究將黑枸杞與葡萄進(jìn)行低溫發(fā)酵制成黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合果酒的發(fā)酵工藝參數(shù)，以期為復(fù)合果酒的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮黑枸杞：石河子市農(nóng)貿(mào)市場；新鮮玫瑰香葡萄：中信國安酒莊；活性干酵母（食品級）：上?？奠称凤嫎I(yè)有限公司；蔗糖（食品級）：石河子市售；葡萄糖（分析純）：天津盛奧化學(xué)試劑有限公司；偏重亞硫酸鉀（分析純）：天津市大茂化學(xué)試劑廠；碳酸氫鈉（分析純）：天津市天達(dá)凈化材料精細(xì)化工廠；維生素C（vitamin C，VC）（分析純）：天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心。

1.2 儀器與設(shè)備

FA201S型電子分析天平：上海天平儀器廠；ZXSD-1160型全自動(dòng)新型生化培養(yǎng)箱：上海智城分析儀器制造有限公司；S-3C型pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；MC202231型手持折光儀：成都泰華光學(xué)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黑枸杞復(fù)合果酒工藝流程及操作要點(diǎn)

操作要點(diǎn)：

原料選擇：選用新鮮成熟黑枸杞和葡萄，去除次果和壞果，并用清水洗凈。

黑枸杞汁與葡萄汁的制備：取黑枸杞加水，榨汁，其中黑枸杞與水的比例為1∶3，且加入0.08%抗壞血酸以護(hù)色，所得混合汁待用；葡萄經(jīng)破碎后榨汁，后用八層紗布過濾得葡萄汁。

成分調(diào)整：將黑枸杞汁與葡萄汁按不同比例混合，固形物含量在5%左右，根據(jù)理論值17 g/L蔗糖發(fā)酵能產(chǎn)生1%vol的酒精度[10]，按預(yù)計(jì)酒精度加入蔗糖調(diào)整果汁的糖度，pH值調(diào)整至4.0，加入30mg/L偏重亞硫酸鉀以殺菌并提高穩(wěn)定性，使酒醇正香濃[11]。

酵母活化：將釀酒酵母加入到5%的葡萄糖溶液中，混合均勻，置于35℃的恒溫水浴活化30 min，待觀察其產(chǎn)氣泡豐富時(shí)，即可作為菌種使用。

發(fā)酵：對調(diào)整后的復(fù)合果汁進(jìn)行巴氏殺菌，待冷卻后在無菌條件下，接種活化后的酵母菌，然后在恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵，每隔12 h測定殘?zhí)橇?，?dāng)殘?zhí)橇?、酒精度持續(xù)3 d保持不變時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。

過濾澄清：用八層紗布過濾去除酵母及發(fā)酵殘?jiān)?，使酒體透亮有光澤。

調(diào)配：對澄清處理過的黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒的糖度以及酸度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)配，得到酒味協(xié)調(diào)，風(fēng)味更加突出的濃香型果酒。

1.3.2 黑枸杞汁與葡萄汁混合比例的選擇

將黑枸杞汁與葡萄汁添加體積比分別設(shè)為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V），按照1.3.1的操作方法釀造黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒，考察果汁混合比例對復(fù)合果酒感官評分和酒精度的影響，以確定最佳果汁混合比例。

1.3.3 黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒發(fā)酵條件優(yōu)化的單因素試驗(yàn)

選取發(fā)酵溫度（16℃、18℃、20℃、22℃、24℃）、酵母添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%）、初始糖度（20%、22%、24%、26%、28%）進(jìn)行單因素發(fā)酵試驗(yàn)，以殘?zhí)橇?、酒精度及感官評分為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定各因素對黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒的影響。

1.3.4 黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以感官評分（X）和酒精度（Y）為響應(yīng)值，采用3因素3水平的響應(yīng)面法進(jìn)行復(fù)合果酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化。以Design-Expert V 8.0.5軟件對試驗(yàn)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測復(fù)合果酒發(fā)酵的最優(yōu)工藝參數(shù)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 復(fù)合果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodothy for fermentation process of compound wine optimization

1.3.5 感官評價(jià)

食品感官評價(jià)是指通過人的感官對食品的色澤、氣味等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，判別產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣，確定質(zhì)量等級的方法[12]。選10名食品專業(yè)人員分別對黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒產(chǎn)品的色澤、香氣、口感、狀態(tài)進(jìn)行感官評分，滿分100分，具體感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 復(fù)合果酒感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of compound wine

1.3.6 理化指標(biāo)檢測方法

可溶性固形物含量和pH值：分別采用手持測糖儀和pH計(jì)測定；總酸含量（以檸檬酸計(jì)）：采用酸堿中和滴定法[13]；酒精度：采用蒸餾比重法[14]測定；總糖含量：采用斐林試劑滴定法[15]測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑枸杞汁與葡萄汁混合比例的選擇

考察果汁混合比例對復(fù)合果酒感官品質(zhì)和酒精度的影響，結(jié)果見表3。由表3可知，隨著黑枸杞汁體積的減少，復(fù)合果酒的酒精度逐漸上升，但上升度較??；由感官評分結(jié)果可知，黑枸杞汁與葡萄汁的復(fù)合比例對復(fù)合果酒的風(fēng)味有顯著的影響，當(dāng)黑枸杞汁與葡萄汁的復(fù)合比例為7∶3（V/V）時(shí)，感官評分最高為90分。因此，選擇黑枸杞汁與葡萄汁的混合比例為7∶3（V/V）。

表3 黑枸杞汁與葡萄汁混合比例對復(fù)合果酒感官評分和酒精度的影響Table 3 Effect of compound ratio ofL.ruthenicumjuice and grape juice on sensory score and alcohol content of compound wine

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 發(fā)酵溫度對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響

圖1 發(fā)酵溫度對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on fermentation of compound wine

由圖1可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，酒精度逐漸升高，殘?zhí)侵饾u下降，感官評分呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)發(fā)酵溫度為20℃時(shí)，感官評分達(dá)到最大值，為90分，此時(shí)酒體飽滿，色澤鮮亮，果香濃郁，而此后感官評分隨發(fā)酵溫度的升高逐漸下降，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵溫度過高會(huì)導(dǎo)致果酒香氣流失過多，然而溫度過低則會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵不完全，剩余殘?zhí)沁^高[16]。因此，選擇發(fā)酵溫度為20℃。

2.2.2 酵母添加量對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響

圖2 酵母添加量對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of yeast addition on fermentation of compound wine

由圖2可知，隨著酵母添加量的增加殘?zhí)窍妮^快，酒精度和感官評分均快速增加，當(dāng)酵母添加量為0.03%時(shí)，殘?zhí)亲畹?，此時(shí)酒精度和感官評分均達(dá)到最大值，分別為12.5%vol和91分；繼續(xù)增大酵母添加量，殘?zhí)巧仙凭群透泄僭u分開始下降，這可能是因?yàn)榻湍附臃N量過大使發(fā)酵液中的糖更多的消耗于酵母本身生長，而用于酒精生成的糖相應(yīng)減少[17-18]，并且因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)的大量消耗和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，使酵母菌發(fā)酵環(huán)境質(zhì)量下降導(dǎo)致過早衰老并產(chǎn)生自溶，使果酒的酒精度降低。因此，選擇酵母菌添加量為0.03%。

2.2.3 初始糖度對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響

圖3 初始糖度對復(fù)合果酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of initial sugar content on fermentation of compound wine

由圖3可知，隨著初始糖度的增加，殘?zhí)侵饾u增加，酒精度和感官評價(jià)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)初始糖度為24%時(shí)，酒精度和感官評分均達(dá)到最大值，分別為12.7%vol和91分；當(dāng)初始糖度＞24%時(shí)，酒精度和感官評價(jià)明顯下降。可能是由于含糖量過高導(dǎo)致發(fā)酵液滲透壓增大，抑制了酵母的生長和代謝，使發(fā)酵液發(fā)酵緩慢、發(fā)酵不完全和剩余糖較多[19-21]。因此，為了保證最后所得果酒色澤鮮亮，果香濃郁，酒精度適宜，選擇初始糖度為24%。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對初始糖度（A）、酵母添加量（B）和發(fā)酵溫度（C）進(jìn)行綜合研究，采用3因素3水平的響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，測定復(fù)合果酒的感官評分（X）和酒精度（Y），響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析如表4所示。

應(yīng)用Design-Expert.V 8.0.6軟件對表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得感官評分（X）和酒精度（Y）的回歸方程分別為：

表4 復(fù)合果酒響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of response surface tests of compound wine

對該二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表5。由表5可知，2個(gè)模型的P值均≤0.000 1，影響均極顯著，說明復(fù)合果酒的感官評分和酒精度與3個(gè)變量之間的線性關(guān)系顯著，感官評分和酒精度的R2分別為99.05%和98.06%；模型的調(diào)整系數(shù)RAdj2分別為97.83%和95.56%，由此可以說明擬合度很好，可以用此模型進(jìn)行復(fù)合果酒的分析預(yù)測。以感官評分為響應(yīng)值時(shí)，一次項(xiàng)A、C和二次項(xiàng)AB、C2影響顯著（P＜0.05），A2、B2影響極顯著（P＜0.05）；以酒精度為響應(yīng)值時(shí)，一次項(xiàng)B和二次項(xiàng)AC、BC、C2影響顯著（P＜0.05），A2、B2影響極顯著（P＜0.05）。

由圖4可知，酒精度和感官評分隨著酵母添加量和溫度的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，兩者等高線呈現(xiàn)橢圓形，存在極值，且坡度較陡說明二者交互作用顯著；隨著初始糖度和溫度變化，酒精度和感官評分呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，而前者坡度較陡交互作用顯著后者坡度較平緩交互作用不顯著；隨著初始糖度和酵母添加量的增加，酒精度和感官評分呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，兩者坡度相對較陡，交互作用較顯著。

通過統(tǒng)計(jì)軟件Design-Expert V 8.0.6對模型優(yōu)化求解，得到黑枸杞復(fù)合果酒發(fā)酵的最佳工藝條件為：初糖濃度為23.63%，酵母接種量為0.03%，發(fā)酵溫度為19.97℃，此條件下發(fā)酵后黑枸杞復(fù)合果酒酒精度為12.72%vol，感官評分為90.73分。為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，考慮實(shí)際的操作情況，將發(fā)酵工藝參數(shù)調(diào)整為發(fā)酵溫度20℃，酵母接種量0.03%，初始糖度24%，在此最佳工藝條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到黑枸杞復(fù)合果酒的酒精度為12.7%vol，感官評分為90分，結(jié)果與預(yù)測值相差微小。因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)化的黑枸杞復(fù)合果酒發(fā)酵工藝條件準(zhǔn)確可靠，具有參考價(jià)值。

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

圖4 發(fā)酵溫度、酵母添加量和初始糖度交互作用對復(fù)合果酒酒精度和感官評分影響的響應(yīng)面及等高線Fig.4 Response surface plots and contour lines of interaction between fermentation temperature,yeast addition and initial sugar content on alcohol content and sensory score of compound wine

3 結(jié)論

本研究在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化黑枸杞-葡萄復(fù)合果酒發(fā)酵工藝條件，獲得最佳優(yōu)化工藝條件參數(shù)為黑枸杞汁與葡萄汁配比7∶3（V/V），發(fā)酵溫度20℃，酵母添加量0.03%，初始糖度24%，在此條件下，得到的復(fù)合果酒酒精度為12.7%vol，感官評分為90分，且果酒酒香濃厚，酒體澄清透明，顏色呈酒紅色，是一種具有豐富營養(yǎng)的保健型果酒，市場前景廣闊。試驗(yàn)對于拓寬黑枸杞的深加工渠道具有深遠(yuǎn)意義。

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TS262.7

0254-5071（2017）05-0187-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.040

2017-01-11

李文新(1992-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣呒庸づc貯藏。

*通訊作者：魏長慶(1981-)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)榧Z油加工。