柑果酒澄清工藝優(yōu)化

, ,,,,*

(1.吉首大學(xué),林產(chǎn)化工工程湖南省重點實驗室,湖南張家界 427000; 2.吉首大學(xué),食品科學(xué)研究所,湖南吉首 416000)

椪柑果實出汁率高,富含糖類、VC以及胡蘿卜素、鈣、磷等營養(yǎng)成分,其制作而成的椪柑果酒兼具發(fā)酵酒和椪柑的營養(yǎng)成分、保健功能及風(fēng)味,深受消費者喜愛[1]。但椪柑果酒在加工、貯藏過程中,易發(fā)生渾濁、沉淀、褐變等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響其品質(zhì),產(chǎn)生原因主要包括生物因素、非生物因素兩大類。生物性渾濁主要是指酵母菌、醋酸菌、乳酸菌或其它雜菌在酒體中繁殖并分泌代謝產(chǎn)物,破壞酒的膠體平衡,進(jìn)而導(dǎo)致果酒渾濁;非生物性渾濁包括高低溫、光照引起的銅、鐵破敗病等物理特征的渾濁,以及蛋白質(zhì)、果膠、單寧和多糖類大分子在果酒中發(fā)生一系列緩慢化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的化學(xué)特征的渾濁[2]。因此,為保證酒體的澄清度和穩(wěn)定性,需要進(jìn)行澄清處理。

果酒澄清方法包括自然澄清法、冷熱澄清法、澄清劑法、加酶澄清法等[3-4]。眾多學(xué)者對澄清劑法進(jìn)行了研究,研究重點集中在殼聚糖、明膠、皂土在果酒澄清中應(yīng)用[5-6]。張超等[7]研究柑橘果酒發(fā)現(xiàn),澄清劑法最優(yōu),效果穩(wěn)定。簡清梅等[8]研究表明果膠酶、明膠、皂土構(gòu)成的復(fù)合澄清劑對桔子酒冷處理后,酒體色澤明快,風(fēng)味不變,這與夏冰冰等[9]研究有所不同。潘訓(xùn)海[10]研究表明,不同澄清劑對臍橙果酒的澄清效果不同,最佳澄清劑為明膠-皂土復(fù)合劑。李建婷等[11]在椪柑果酒澄清劑對比研究中發(fā)現(xiàn),殼聚糖效果明顯優(yōu)于其它澄清劑。目前,柑橘類果酒的澄清工藝研究主要停留于多種澄清方法的對比及條件優(yōu)化,并未對澄清劑法中的復(fù)合澄清劑配比及澄清條件作具體研究,而關(guān)于椪柑果酒的澄清工藝研究更少?；炝显O(shè)計作為工農(nóng)業(yè)科學(xué)實驗中經(jīng)常運用到的實驗設(shè)計方法,廣泛應(yīng)用于食品、制藥等領(lǐng)域[12-14],但國內(nèi)外暫無混料設(shè)計在椪柑果酒澄清方面應(yīng)用的有關(guān)報道。

本實驗采用殼聚糖、皂土、明膠及其復(fù)合澄清劑對椪柑果酒進(jìn)行澄清,比較透光率、總酯、綜合評價指標(biāo)的變化。在此基礎(chǔ)上,對復(fù)合澄清劑的配比及最佳澄清工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,以期為椪柑果酒及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

椪柑果酒 酒精發(fā)酵后未進(jìn)行其它處理,經(jīng)測定,酒精度為12%,殘?zhí)呛繛? g/L,透光率為76%,總酯含量為8.04%，由湖南邊城生物科技有限公司提供;皂土 粒度為600,上海市四赫維化工有限公司;明膠 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;殼聚糖 脫乙酰度80%～95%,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;檸檬酸 長沙市湘科精細(xì)化工廠;氫氧化鈉 重慶川東化工有限公司;硫酸 成都科龍化工試劑廠;以上試劑 均為AR級。

GZX-9246 MBE 數(shù)顯熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;JA-5103N 高精度電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;HH.S 精密恒溫水浴鍋 江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠;SPX-250B-Z 型生化培養(yǎng)箱 上海博迅實業(yè)有限公司;PHS-25 數(shù)字式pH計 上海雷磁儀廠;85-2A數(shù)顯恒溫測速磁力攪拌器 金壇市白塔新寶儀器廠;UV-2550紫外可見分光光度計 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 澄清工藝步驟 椪柑果酒→粗濾→澄清劑處理→離心過濾→測定指標(biāo)。

粗濾:將酒精發(fā)酵后的椪柑果酒經(jīng)200目濾網(wǎng)過濾后,備用;澄清劑處理:將椪柑果酒等分成4份,分別使用皂土、殼聚糖、明膠及復(fù)合澄清劑處理后,備用;離心過濾:將經(jīng)過澄清劑處理后的椪柑果酒在2000 r/min條件下離心8 min,后經(jīng)過200目濾網(wǎng)過濾;測定指標(biāo):分別測定透光率、總酯及綜合評價值。

1.2.2 澄清劑的配制 皂土溶液:稱取10.0 g皂土,用90 mL水浸泡24 h,充分吸水膨脹后備用;殼聚糖溶液:稱取2.0 g檸檬酸,加入96 mL的95 ℃熱水溶解,再加入2.0 g殼聚糖,攪拌溶解,冷卻后備用;明膠溶液:稱取10.0 g明膠,用45 mL冷水浸泡30 min,再加入45 mL的95 ℃熱水,攪拌溶解,冷卻后備用。

1.2.3 單一澄清劑與復(fù)合澄清劑對比實驗 取4份體積相同(1 L)的椪柑果酒于器型相同的容器內(nèi),在澄清劑用量1.5 g/L,澄清溫度25 ℃,澄清時間24 h,攪拌速度150 r/min的條件下進(jìn)行澄清,考察殼聚糖、皂土、明膠及其復(fù)合澄清劑(3種澄清劑質(zhì)量比1∶1∶1)對椪柑果酒透光率、總酯含量和綜合評價指標(biāo)的影響。

1.2.4 復(fù)合澄清劑的配方優(yōu)化 本實驗使用Design-Expert 7.0統(tǒng)計軟件,采用D-optimal混料設(shè)計方法對椪柑果酒的復(fù)合澄清劑配方進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化,經(jīng)過初步預(yù)實驗后,將殼聚糖質(zhì)量百分比(A)范圍定為40%～60%,皂土質(zhì)量百分比(B)范圍定為20%～30%,明膠質(zhì)量百分比(C)范圍定為20%～30%,A+B+C=100。

1.2.5 復(fù)合澄清劑澄清條件的優(yōu)化

1.2.5.1 單因素實驗 基本澄清條件:復(fù)合澄清劑用量1.5 g/L,澄清溫度25 ℃,澄清時間24 h,攪拌速度150 r/min。在其他條件不變的情況下,選取復(fù)合澄清劑用量0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L,澄清溫度5、15、20、25、30、35、40 ℃,澄清時間4、8、12、16、20、24、48 h,攪拌速度50、100、150、200、250、300 r/min進(jìn)行單因素實驗,以綜合評價值為參考指標(biāo)。

1.2.5.2 正交實驗 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,以澄清溫度、澄清時間、澄清劑用量、攪拌速度為自變量,以綜合評價值為因變量,進(jìn)行L9(34)的正交實驗設(shè)計,見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 Factors and levels

1.2.6 評價指標(biāo)及測定方法 透光率:可見分光光度計法,在680 nm下,用1 cm比色杯測定透光率;總酯含量:按照GB/T10345-2007中的總酯測定方法;綜合評價值:結(jié)合透光率、總酯含量,按下式計算:

其中:透光率,%;總酯含量,g/L。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Design-Expert 7.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行混料設(shè)計;采用DPS 6.55統(tǒng)計軟件進(jìn)行正交實驗設(shè)計;采用Excel進(jìn)行圖表處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一澄清劑與復(fù)合澄清劑對比實驗

圖1為單一澄清劑及其復(fù)合澄清劑對椪柑果酒的透光率、總酯含量及綜合評價影響柱狀圖。由圖1可以看出,三種單一澄清劑對椪柑果酒的透光率、總酯含量和綜合評價的影響有所不同。對于透光率指標(biāo),殼聚糖、皂土處理后的透光率差別不大,而明膠作用下透光率略低于前兩者,原因在于明膠與單寧的配合使用效果較好。對于總酯含量指標(biāo),殼聚糖澄清后的椪柑果酒總酯含量最高,其次是皂土,最低的是明膠,表明殼聚糖澄清劑后椪柑果酒的總酯含量損失最小,原因可能是殼聚糖溶于稀酸溶液時,氫離子和氨基結(jié)合,形成帶正電荷的分子,通過正負(fù)電荷的微粒作用,對蛋白質(zhì)、果膠、單寧類等膠態(tài)顆粒物質(zhì)有較強的凝聚能力,達(dá)到澄清目的的同時保持澄清前后的基本風(fēng)味無較大變化[15]。對于綜合評價值,在透光率、總酯指標(biāo)變化的基礎(chǔ)上,殼聚糖綜合評價值最高,其次是皂土,最后是明膠。相比于單一澄清劑,復(fù)合澄清劑作用下的椪柑果酒透光率變化不大,而總酯含量以及綜合評價值明顯高于各單一澄清劑。

圖1 不同澄清劑對椪柑果酒各指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of different clarifiers on the indicators of Ponkan fruit wine

2.2 復(fù)合澄清劑配方的優(yōu)化

2.2.1 復(fù)合澄清劑混料設(shè)計及回歸方程的建立 以A:殼聚糖添加量(%)、B:皂土添加量(%)、C:明膠添加量(%)為自變量,以透光率(%)、總酯含量(g/L)、綜合評價值為因變量,進(jìn)行混料設(shè)計。實驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表3 不同指標(biāo)的預(yù)測模型及方差分析Table 3 Predictive model in terms of different indicators and ANOVA

表2 實驗設(shè)計及結(jié)果表Table 2 Experimental designs and results

為考察各因素對不同指標(biāo)的響應(yīng)作用,采用Design-Expert 7.0軟件進(jìn)行實驗設(shè)計并建立回歸方程,透光率、總酯含量以及綜合評價值評價用Cubic分析模型。各指標(biāo)的預(yù)測模型及方差分析見表3。

由表3可知,對于透光率、總酯、綜合評價值三個指標(biāo),p<0.05,說明各模型回歸顯著,失擬項均不顯著(p>0.05),R2均大于0.97,說明模型能夠較好的擬合實驗數(shù)據(jù)。

2.2.2 復(fù)合澄清劑配方對透光率、總酯和綜合評價值的影響 混料設(shè)計中,各因素的變化對指標(biāo)的影響可以在響應(yīng)曲面圖上描述。在本實驗中,殼聚糖、皂土、明膠三者的交互作用對透光率、總酯含量以及綜合評價的影響如圖2所示。

圖2a描述的是3種澄清劑配比對椪柑果酒透光率的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有一定的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,在皂土百分含量較小處還是呈現(xiàn)一定的球形,隨著明膠比例的增加,椪柑果酒透光率上升,隨著皂土比例的增加,椪柑果酒透光率降低,原因是皂土比例并不是越高越好,過量的皂土不僅會導(dǎo)致口感嚴(yán)重下降,也會引起“二次渾濁”[15]。圖2b描述的是3種澄清劑配比對椪柑果酒總酯含量的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有一定的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,曲面呈現(xiàn)馬鞍形,但靠近殼聚糖比例較大處、皂土比例較小處呈現(xiàn)一定的球形。圖2c描述的是3種澄清劑配比對椪柑果酒綜合評價的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有明顯的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,曲面呈現(xiàn)明顯的馬鞍形,說明分析效果不明顯,原因可能是該指標(biāo)是透光率、總酯含量兩方面的綜合評定。

通過Design expert 7.0軟件多目標(biāo)同時優(yōu)化分析,得到具體優(yōu)化方案為A∶B∶C(50.532∶23.499∶25.969),期望值為0.987。由優(yōu)化結(jié)果的期望值可知,越接近1,綜合評價越高,所以該方案可作為產(chǎn)品的優(yōu)化配方。為了驗證模型的準(zhǔn)確性及計算方便,將配方修正為A∶B∶C(51∶23∶26)。

2.2.3 優(yōu)化配方的驗證實驗 對修正方案進(jìn)行驗證實驗(見表4)得出,各指標(biāo)實測值與模型預(yù)測值較為接近,說明模型擬合度較好,可以利用該配方進(jìn)行澄清條件優(yōu)化實驗。

2.3 椪柑果酒澄清條件的優(yōu)化

表4 優(yōu)化配方及驗證實驗結(jié)果表Table 4 Optimization and verifying test results

2.3.1 單因素實驗結(jié)果

2.3.1.1 復(fù)合澄清劑用量對椪柑果酒綜合評價的影響 由圖3可知,復(fù)合澄清劑用量小于2.0 g/L時,椪柑果酒的綜合評價逐漸上升;當(dāng)用量超過2.0 g/L時,綜合評價值下降明顯,原因可能是添加量過高引起的“二次渾濁”[15]。

圖3 不同復(fù)合澄清劑用量對椪柑果酒綜合評價的影響Fig.3 Effect of different mixed clarifier dosages on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.2 澄清溫度對椪柑果酒綜合評價的影響 由圖4中可以看出,溫度在20 ℃之前,綜合評價值隨時間上升較快;溫度在20～30 ℃之間時,綜合評價值基本不變;溫度高于30 ℃,透光率下降顯著,原因是溫度升高,澄清劑的膠體作用強于架橋作用[2],澄清效果減弱,同時加速果酒中的蛋白析出而果酒渾濁、透光率下降,以及香氣成分加速流失。

圖4 不同澄清溫度對椪柑果酒綜合評價的影響Fig.4 Effect of different temperature on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.3 澄清時間對椪柑果酒綜合評價的影響 由圖5可知,澄清時間高于12 h,綜合評價變化不大,48 h后略微下降。澄清時間低于12 h,綜合評價明顯較低,可能是作用時間較短,導(dǎo)致澄清劑沒有完全發(fā)揮作用。

圖5 不同澄清時間對椪柑果酒綜合評價的影響Fig.5 Effect of different clarifying time on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.4 攪拌速度對椪柑果酒綜合評價的影響 由圖6可知,攪拌速度<150 r/min時,綜合評價值上升不大;攪拌速度>150 r/min時,綜合評價值下降明顯,原因可能是較高的攪拌速度加速了總酯的流失,同時影響了澄清劑的架橋作用,導(dǎo)致酒體的透光率降低。

圖6 不同攪拌速度對椪柑果酒綜合評價的影響Fig.6 Effect of different stiring speed on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

由圖3～圖6可知,澄清劑用量、澄清溫度、澄清時間和攪拌速度對椪柑果酒的綜合評價均有明顯影響,基本呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。根據(jù)各單因素實驗結(jié)果,選取復(fù)合澄清劑用量1.5 g/L、澄清溫度25 ℃、澄清時間20 h和攪拌速度150 r/min等澄清條件比較適宜。

2.3.2 正交優(yōu)化實驗結(jié)果 根據(jù)表5的極差分析(R值)可知,四個因素排列順序為F>E>G>D,最佳組合為D2E2F2G2,即澄清溫度25 ℃、澄清時間20 h、復(fù)合澄清劑量1.5 g/L、攪拌速度150 r/min,可作為椪柑果酒復(fù)合澄清劑的最佳澄清優(yōu)化條件。

表5 實驗設(shè)計及結(jié)果Table 5 Experimental designs and results

2.3.3 澄清條件的驗證實驗 為了驗證正交優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性,以D2E2F2G2組合進(jìn)行三組平行驗證實驗。得到椪柑果酒透光率98.2%,總酯含量7.36 g/L,綜合評價值為8.59,略大于正交實驗中9個處理值,說明優(yōu)化實驗所得結(jié)果較為合理。

2.3.4 澄清前后各指標(biāo)對比 對比未經(jīng)澄清處理的椪柑果酒(WC)與使用優(yōu)化條件處理后的椪柑果酒(YC)的透光率、總酯含量及綜合評價值。由表6可知,透光率提高最明顯;總酯含量有所損失,但相較于各單一澄清劑(圖1),損失最小;綜合評價值由7.82提高到8.59,說明澄清效果良好。

表6 澄清前后各指標(biāo)對比Table 6 Comparison of indicators before and after clarification

3 結(jié)論

3種單一澄清劑與復(fù)合澄清劑(殼聚糖、皂土、明膠)對椪柑果酒的澄清對比實驗表明,復(fù)合澄清劑的澄清效果最好。通過對復(fù)合澄清劑進(jìn)行混料設(shè)計、建立回歸方程及多目標(biāo)優(yōu)化分析,獲得優(yōu)化后的椪柑果酒復(fù)合澄清劑配方為:51%殼聚糖、23%皂土、26%明膠。在復(fù)合澄清劑單因素實驗的基礎(chǔ)上,通過正交設(shè)計優(yōu)化,得到最佳澄清條件為:復(fù)合澄清劑量1.5 g/L、澄清時間20 h、攪拌速度150 r/min、澄清溫度25 ℃。在此工藝條件下,椪柑果酒透光率達(dá)到98.2%、總酯含量為7.36 g/L,與未經(jīng)澄清處理的椪柑果酒相比,透光率有較大提高,且總酯含量損失較小;且酒體顏色金黃,澄清透亮,有椪柑特征香氣,口感協(xié)調(diào),無異味。因而,選擇適宜的復(fù)合澄清劑,不僅可以提高果酒的澄清效率、節(jié)約成本,也是今后的主要研究方向。

[1]李建婷,張曉丹,秦丹.我國柑橘類果酒的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2016(6):62-65.

[2]楊立英,李超,史紅梅,等.果酒渾濁產(chǎn)生原因及澄清方法[J].中外葡萄與葡萄酒,2009(9):51-53.

[3]管敬喜,楊瑩,黃江流.不同澄清方法對毛葡萄干型酒澄清效果的影響[J].釀酒科技,2010(11):20-22.

[4]謝晶,陳躍進(jìn).不同澄清劑對金櫻子發(fā)酵果酒澄清度的影響[J].食品工業(yè)科技,2013,34(4):220-223.

[5]Sara Vitalinia,Antonietta Ruggieroa,Francesca Rapparini,et al. The application of chitosan and benzothiadiazole in vineyard(VitisviniferaL. cv Groppello Gentile)changes the aromatic profile and sensory attributes of wine[J]. Food Chemistry,2014,162(3):192-205.

[6]王芳,鄧啟,段偉麗,等.響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合澄清劑對藍(lán)莓果酒的澄清效果[J].中國食品學(xué)報,2016,16(8):149-158.

[7]張超.柑橘果酒澄清工藝及穩(wěn)定性研究[J].食品研究與開發(fā),2014,35(24):29-33.

[8]簡清梅,陳清嬋,王勁松.桔子酒澄清劑配方優(yōu)化[J].中國釀造,2015,34(5):138-141.

[9]夏兵兵,張學(xué)鋒,劉達(dá)玉,等.桔子果酒的澄清及穩(wěn)定性研究[J].中國釀造,2009(1):118-121.

[10]潘訓(xùn)海.臍橙果酒澄清技術(shù)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(7):245-247.

[11]李建婷,張曉丹,陳慧,等.不同澄清劑對椪柑酒澄清效果研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2016(9):5-12.

[12]JUAN S,EDRA E M,SALES E V,et al. Utilization of peanut fines in the optimization of peanut polvoron using mixture response

surface methodology[J]. International Journal of Food Science and Technology,2006,41(7):768-774.

[13]MARIANI R,AWANG B,HO C M. Optimization of natural ingredient based lipstick formulation by using mixture design[J]. Journal of Applied Sciences,2007,7(15):2099-2103.

[14]VIEIRA M C,SILVA C L M. Optimization of a Cupuacu(Theobroma grandiflorum)nectar formulation[J]. Journal of Food Process Engineering,2004,27(3):181-196.

[15]李艷敏,趙樹欣. 不同酒類澄清劑的澄清機理與應(yīng)用[J].中國釀造,2008(1):1-5.