云南咖啡果發(fā)酵型果酒的釀造

劉 靜,傅 冰,劉蘇瑤,屈海盼,羅浩然,袁 唯

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,云南昆明 650000)

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云南咖啡果發(fā)酵型果酒的釀造

劉 靜,傅 冰,劉蘇瑤,屈海盼,羅浩然,袁 唯*

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,云南昆明 650000)

以新鮮咖啡果肉為原料,通過正交實(shí)驗(yàn)及響應(yīng)面分析,對(duì)其果酒釀造過程的前處理工藝及發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明:前處理最優(yōu)條件:纖維素酶添加量0.1%,35 ℃酶解3 h,此時(shí)可溶性固形物含量變化可達(dá)1.7%;咖啡果果酒釀造最優(yōu)工藝條件為:酵母接種量7.5%,發(fā)酵溫度29 ℃,初始糖度22%,發(fā)酵7 d,在此條件下酒精度可達(dá)10.8%。釀制的咖啡果果酒呈深琥珀色,咖啡果香濃郁,滋味純正且咖啡因的含量為34.3 mg/L。

咖啡果肉,酶解,釀造,果酒

咖啡是目前世界上消費(fèi)量最大的飲料之一,其與茶、可可并稱為世界三大飲料[1-3]。國內(nèi)咖啡種植分布于云南、海南、廣西和廣東等省,其中云南咖啡在中國占主導(dǎo)地位[4-6]。據(jù)報(bào)道,2015年云南小?？Х鹊姆N植面積已經(jīng)超過180萬畝,產(chǎn)量達(dá)13萬噸,但每加工1000 kg鮮咖啡果,就有500 kg左右的咖啡果肉副產(chǎn)品被當(dāng)成垃圾廢棄物處理[7]。雖然國內(nèi)外已有將咖啡果肉加工成飼料,但其木質(zhì)素含量很高,所以牛等反芻動(dòng)物對(duì)咖啡果肉的消化力不強(qiáng),且未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)[8-9]。作為咖啡果實(shí)的一部分,咖啡果肉含有多酚類化合物和生物堿類物質(zhì),營養(yǎng)成分較為豐富,且含有天然咖啡因。其中咖啡因?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及偏頭痛等具有一定的積極作用[10-13]。另外,有研究表明，云南小粒種咖啡果皮粗提物樣品中的花青素主要為矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷,它們的含量分別為0.034 mg/g和0.112 mg/g,并且咖啡果皮的粗提物具有抗氧化效果[14]。為提高咖啡果肉的利用率及解決資源浪費(fèi)問題,本實(shí)驗(yàn)以新鮮咖啡果果肉為原料,探討果酒釀造工藝條件,為規(guī)?；a(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小粒種咖啡(卡蒂莫) 云南省普洱市南島河咖啡種植基地;烘干咖啡果粉、凍干咖啡果粉 自制;白砂糖 A級(jí),市售;安琪果酒酵母 安琪酵母股份有限公司;纖維素酶(5萬U/g) 寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司;咖啡因標(biāo)準(zhǔn)品 分析純,貴州迪大生物;其余試劑 均為分析純。

BS210S型分析天平 北京奧多利斯天平有限公司;打漿機(jī) 飛利浦(中國)投資有限公司;LH-T10手持糖度計(jì) 杭州陸恒;721型紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司;DELTA-320數(shù)顯pH計(jì) 杭州奧利龍儀器有限公司。

1.2 咖啡果肉的營養(yǎng)成分測(cè)定

測(cè)定新鮮咖啡果的水分、灰分、粗蛋白等基本營養(yǎng)成分,方法如下:

水分[15]:直接干燥法;灰分[16]:GB 5009.4-2010;粗蛋白[17]:GB 5009.5-2010;粗纖維[18]:GB/T 5009.10-2003;粗脂肪[19]:酸水解法。

1.3 咖啡果肉的水解

取適量的咖啡果肉,榨汁,加入一定量的纖維素酶,在適當(dāng)?shù)臏囟认滤庖欢〞r(shí)間,測(cè)定水解后咖啡果肉可溶性固形物的含量變化。在水解的過程中需調(diào)節(jié)咖啡果肉汁液的pH至纖維素酶的最適pH5.0左右。

1.4 果酒的釀造工藝流程

調(diào)整咖啡果肉汁液的糖度之后,取原料量0.2%的干酵母加入100 mL的溫水(35～40 ℃)中活化,攪拌至溶解,保持20 min左右[20]。將活化好的酵母倒入發(fā)酵罐中,進(jìn)行控溫酒精發(fā)酵,裝罐量為80%。發(fā)酵前期給予充足的氧氣促進(jìn)酵母的繁殖,中后期密閉發(fā)酵罐。發(fā)酵過程中每天攪動(dòng)2～3次,注意避免雜菌的污染。酒精發(fā)酵結(jié)束后經(jīng)渣滓分離,轉(zhuǎn)入另一個(gè)罐內(nèi)進(jìn)行后發(fā)酵。后發(fā)酵過程中,酵母繼續(xù)利用殘?zhí)?后發(fā)酵12～15 d。完成后發(fā)酵后在室溫下陳釀約3個(gè)月。

1.5 酶解條件優(yōu)化

1.5.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 加酶量單因素實(shí)驗(yàn):取10 g榨好的咖啡果肉4份,加水量均為100 mL,分別加入纖維素酶0.05%、0.1%、0.15%、0.2%,均在35 ℃酶解3 h,測(cè)可溶性固形物的變化。

酶解溫度單因素實(shí)驗(yàn):取10 g榨好的咖啡果肉4份,加水量均為100 mL,分別加入纖維素酶0.1%,在25、30、35、40 ℃下酶解3 h,測(cè)可溶性固形物的變化。

酶解時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn):取10 g榨好的咖啡果肉4份,加水量均為100 mL,分別加入纖維素酶0.1%,溫度35 ℃,酶解時(shí)間分別為2.0、2.5、3.0、3.5 h,測(cè)可溶性固形物的變化[21]。

1.5.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 以單因素實(shí)驗(yàn)所得到的各實(shí)驗(yàn)參數(shù)為依據(jù),采用 L9(33)正交實(shí)驗(yàn)確定酶解咖啡果肉的最佳條件[22],因素水平表見表1。

1.6 發(fā)酵工藝的確定

1.6.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.6.1.1 酵母接種量的確定 咖啡果肉汁液的糖度調(diào)整至22%,將活性干酵母經(jīng)過復(fù)水、活化加入其中,將pH調(diào)至酸性,加入4%、6%、8%、10%的酵母,29 ℃發(fā)酵7 d后測(cè)定酒精度。

1.6.1.2 發(fā)酵溫度的確定 咖啡果肉汁液糖度調(diào)整至22%,pH調(diào)至酸性,選擇酵母添加量為8%,發(fā)酵溫度為27、28、29、30 ℃,發(fā)酵7 d后測(cè)定酒精度。

1.6.1.3 初始糖度的確定 咖啡果肉汁液的糖度調(diào)整至20%、21%、22%、23%,酵母添加量為8%,pH調(diào)至酸性,29 ℃發(fā)酵7 d后測(cè)定酒精度。

1.6.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計(jì)原理,選擇酵母接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)、初始糖度(C)為自變量,以產(chǎn)品的酒精度為響應(yīng)值,對(duì)咖啡果果酒發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化[23-25],如表2所示。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平表Table 2 Factors and levels table of response surface design

1.7 指標(biāo)的測(cè)定

酒精度:蒸餾法[26];可溶性固形物含量:手持糖度儀測(cè)定;咖啡因含量的測(cè)定:參照GB 5009.139-2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn);還原糖:斐林試劑法。

微生物指標(biāo):對(duì)果酒的菌落總數(shù)、大腸菌群及治病菌進(jìn)行測(cè)定。

菌落總數(shù)采用GB/T 4789.2進(jìn)行檢測(cè),大腸菌群通過GB/T 4789.3,致病菌通過GB/T 4789.5(志賀氏菌檢驗(yàn))、GB/T 4789.10(葡萄球菌檢驗(yàn))。

1.8 數(shù)據(jù)處理

單因素實(shí)驗(yàn)采用Origin8.5軟件處理數(shù)據(jù),響應(yīng)面采用Design Expert8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 咖啡果肉成分的營養(yǎng)成分

從表3中可以看出咖啡果肉可溶性固形物的含量很高,可以發(fā)酵產(chǎn)生大量的乙醇,由此可降低糖的添加量。但新鮮的咖啡果肉中粗纖維含量較高,達(dá)3.58%。因此,在釀制咖啡果酒之前對(duì)果肉進(jìn)行前處理。

表3 普洱市(卡蒂莫)咖啡果肉成分(%)Table 3 Pu’er(catimor)coffee pulp ingredients(%)

2.2 咖啡果肉前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.2.1 加酶量對(duì)果汁可溶性固形物的影響 咖啡果肉中的粗纖維可在纖維素酶的作用下降解。由圖1可知,隨著加酶量的增加,咖啡果肉的水解效率增加,但有一個(gè)最佳值。在加酶量為0.1%時(shí),酶解作用迅速又充分,超過此值,酶解效果略有降低。因此實(shí)驗(yàn)初步確定加酶量不超過0.1%咖啡果肉為宜。

圖1 加酶量對(duì)可溶性固形物含量變化的影響Fig.1 Effect of the volume of enzyme on the soluble solids content changes

2.2.2 酶解溫度對(duì)果汁可溶性固形物的影響 酶只有在最適溫度條件下才表現(xiàn)出最大活力,過低則會(huì)抑制酶的活性,過高則會(huì)使酶變性失活。由圖2可知,在溫度較低時(shí),隨溫度的提高,酶解效果越好,當(dāng)酶解溫度超過35 ℃時(shí),酶解效率降低,可初步確定酶解溫度35 ℃較宜。

圖2 酶解溫度對(duì)可溶性固形物含量變化的影響Fig.2 Effect of the enzymolysis temperature on the soluble solids content changes

2.2.3 酶解時(shí)間對(duì)果汁可溶性固形物的影響 由圖3可知,處理時(shí)間愈長,酶解作用愈充分對(duì)咖啡果肉的酶解效率越高,酶解3 h可溶性固形物含量變化為1.5%,超過3 h可溶性固形物含量不再變化,初步確定酶解時(shí)間3 h為宜。

圖3 酶解時(shí)間對(duì)可溶性固形物含量變化的影響Fig.3 Effect of the hydrolysis time on the soluble solids content changes

2.2.4 酶解咖啡果肉條件的正交實(shí)驗(yàn) 由表4可知，三個(gè)因素的主次關(guān)系為:C>B>A。正交實(shí)驗(yàn)最佳條件為A2B2C2,即加酶量0.1%,酶解溫度35 ℃,酶解時(shí)間3 h。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明,此條件下可溶性固形物含量的變化為1.7%。

表4 酶解咖啡果肉的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of orthogonal test of enzyme treatment of the coffee pulp

圖4 酵母接種量對(duì)酒精度的影響Fig.4 Influence of the addition of yeast on degree of alcohol

2.3 果酒發(fā)酵單因素實(shí)驗(yàn)

2.3.1 酵母接種量的確定 由圖4可知,酵母接種量8%時(shí),酒精度為11.0%,且產(chǎn)品風(fēng)味及口感較好;添加量為10%時(shí)酒精度為10.6%,且風(fēng)味及口感都較差。說明接種量過高,酵母菌用于自身的生長繁殖消耗過多的糖分,酒精產(chǎn)量降低,不利于原酒風(fēng)味的形成,所以酵母菌接種量以8%為宜。

2.3.2 發(fā)酵溫度的確定 由圖5可知,發(fā)酵溫度為29 ℃時(shí)酒精度達(dá)到最高9.8%,當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)酒度反而下降,可能是由于溫度過高抑制了酵母菌的生長繁殖,所以以29 ℃為宜。

圖5 發(fā)酵溫度對(duì)酒精度的影響Fig.5 Influence of the fermentation temperature on degree of alcohol

2.3.3 初始糖度的確定 由圖6可知,初始糖度越高,酒精度越高。當(dāng)初始糖度為23%時(shí),酒精度達(dá)到最大10.9%,但此時(shí)咖啡果酒口感不好,且僅與初始糖度22%相差0.1%。因此,應(yīng)將咖啡果肉汁液的初始糖度調(diào)整為23%為宜。

圖6 初始糖度對(duì)酒精度的影響Fig.6 Influence of the initial sugar content on degree of alcohol

2.3.4 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

2.3.5 模型的建立及顯著性實(shí)驗(yàn) 利用Design Expert 8.0軟件中的ANOVA程序?qū)Ρ?所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸分析可得:Y=10.72-0.43A-0.062B+0.037C+0.025AB+0.025AC+0.050BC-0.91A2-0.085B2-0.14C2。表6方差分析顯示,模型誤差顯著,失擬項(xiàng)誤差不顯著,模型決定系數(shù)R2為0.9401,說明建模成功。3個(gè)因素對(duì)指標(biāo)值的影響次序?yàn)锳>B>C。

表6 回歸統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 6 Regression analysis

注:*,差異顯著,p<0. 05;**,差異極顯著,p<0. 01。

表5 響應(yīng)面分析方案與結(jié)果Table 5 The scheme and results of response surface

由圖7可知,響應(yīng)面較陡峭,說明發(fā)酵溫度和酵母接種量的交互作用對(duì)咖啡果酒的酒精度影響較大。從等高線的形狀可以看出酵母的接種量對(duì)酒精度的影響大于發(fā)酵溫度。

圖7 酵母接種量和發(fā)酵溫度交互影響酒精度的曲面圖及其等高線圖Fig.7 Surface layer and contour of the mutual-affection of addition of yeast and fermentation temperature on degree of alcohol

由圖8可知,響應(yīng)面較陡峭,說明酵母接種量和初始糖度的交互作用對(duì)酒精度的影響較大。從等高線的形狀可以看出,酵母的接種量對(duì)酒精度的影響大于初始糖度。

圖8 酵母接種量和初始糖度交互影響酒精度的曲面圖及其等高線圖Fig.8 Surface layer and contour of the mutual-affection of addition of yeast and initial sugar concentration on degree of alcohol

由圖9可知,初始糖度和發(fā)酵溫度的交互作用對(duì)咖啡果酒的酒精度有一定的影響。從等高線的形狀可知,發(fā)酵溫度對(duì)酒精度的影響大于初始糖度。

圖9 發(fā)酵溫度和初始糖度交互影響酒精度的曲面圖及其等高線圖Fig.9 Surface layer and contour of the mutual-affection of fermentation temperature and initial sugar concentration on degree of alcohol

2.3.6 最佳工藝條件的預(yù)測(cè)與檢驗(yàn) 根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)模型分析得知,咖啡果果酒釀造最優(yōu)條件為:酵母接種量7.52%,發(fā)酵溫度28.56 ℃,初始糖度22.04%。在此條件下,酒精度預(yù)測(cè)值為10.766%。為驗(yàn)證該模型的可靠性,根據(jù)實(shí)際操作,將發(fā)酵工藝參數(shù)修正為酵母接種量7.5%,發(fā)酵溫度29 ℃,初始糖度22%,進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),實(shí)際測(cè)得的酒精度的平均值為10.8%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型符合較好。

2.4 咖啡果果酒發(fā)酵過程中糖度及酒精度的變化

從圖10中可以看出:在整個(gè)酒精發(fā)酵過程中,酒精度隨著發(fā)酵時(shí)間的延長呈上升趨勢(shì),但發(fā)酵初期酒度變化趨勢(shì)緩慢,這是因?yàn)榻湍妇幱谟醒醴敝称?菌體繁殖快,但發(fā)酵緩慢;第2～4 d是發(fā)酵期,耗糖量最大,酒精含量迅速上升;第6～7 d發(fā)酵基本趨于平緩,酵母菌菌體及部分代謝產(chǎn)物沉淀,酒精含量累積到最大,這是由于高濃度的酒精對(duì)釀酒酵母的生長發(fā)酵活動(dòng)有抑制作用,發(fā)酵作用減緩。酒精含量積累到最大達(dá)到10.8%,殘?zhí)橇孔畹蜑?.6%,氣體產(chǎn)生量較少。

圖10 酒精發(fā)酵過程中糖度和酒度的變化Fig.10 Changes of degree of alcohol and sugar content during alcohol fermentation

2.5 咖啡果果酒中咖啡因含量的測(cè)定

咖啡因含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為:y=0.46x-0.004,其標(biāo)準(zhǔn)差為0.998接近于1,說明根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方程所求值是可靠的。對(duì)凍干咖啡果粉、烘干咖啡果粉及咖啡果酒中咖啡因含量的測(cè)定,如圖11所示,從中可知咖啡果酒中咖啡因的含量為34.3 mg/L。

圖11 咖啡果肉及咖啡果酒中咖啡因測(cè)定結(jié)果Fig.11 Measurement results of caffeine in coffee pulp and the coffee pulp fruit wine

2.6 咖啡果果酒質(zhì)量指標(biāo)

2.6.1 感官指標(biāo) 色澤:深琥珀色;香味:咖啡果香濃郁,氣味柔和;口味:無異味,滋味純正。

2.6.2 微生物指標(biāo) 細(xì)菌總數(shù)≤50 cfu/mL,大腸菌群≤50 cfu/100 mL,致病菌:未檢出。

2.6.3 理化指標(biāo) 酒精度:13%;還原糖的含量(以葡萄糖計(jì))≤4 g/L。

以上指標(biāo)都符合國家果酒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

咖啡果果酒發(fā)酵的前處理工藝條件:纖維素酶添加量0.1%,酶解溫度35 ℃,酶解時(shí)間3 h,可溶性固形物含量的變化為1.7%。發(fā)酵最佳工藝條件為:酵母接種量7.5%,發(fā)酵溫度29 ℃,初始糖度22%,發(fā)酵7 d,此時(shí)酒精度可達(dá)10.8%。釀制的咖啡果果酒呈深琥珀色,咖啡果香濃郁,滋味純正且咖啡因的含量為34.3 mg/L。

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Study on the wine brewing technology of coffee pulp grown in Yunnan province

LIU Jing,FU Bing,LIU Su-yao,QU Hai-pan,LUO Hao-ran,YUAN Wei*

(College of Food Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650000,China)

Coffee pulp was used as material. Orthogonal test and response surface as an approach were to optimize the conditions of pretreatment and fermentation process. The results showed that:the optimum pretreatment conditions were as follows:additive amount of cellulase as 1%,enzymolysis temperature of 35 ℃,hydrolysis time of 3 h,and the content of soluble solids change the most of 1.7%.The optimized fermentation conditions were as follows:inoculums size of yeast 7.5%,the sugar degree of fermentation 22%,fermentation temperature 29 ℃,and the fermentation time for 7 d as well as the alcohol content about 10.8%. The coffee pulp fruit wine possessed amber,rich coffee flavor and clarity. The content of caffeine was 34.3 mg/L.

coffee pulp;enzyme hydrolysis;fermentation;wine

2016-11-01

劉靜(1991-)，女，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程，E-mail:18213146702@163.com。

*通訊作者:袁唯(1957-)，男，碩士，教授，研究方向：園藝產(chǎn)品貯藏與加工原理與技術(shù)，E-mail:yuanwei779@163.com。

云南省建立農(nóng)科教相結(jié)合新型農(nóng)業(yè)社會(huì)服務(wù)化體系試點(diǎn)云咖啡項(xiàng)目(2014NG004)。

TS273

A

1002-0306(2017)10-0194-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.10.029