杏酒澄清工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化

劉 敏，王 杰，王 君

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

杏（Prunus armeniacaL.）是薔薇科李亞科杏屬的落葉喬木，原產(chǎn)于我國(guó)，已有3 500年的栽培歷史，廣泛分布在我國(guó)山西、陜西、河南、河北、山東等地[1]。杏果熱量低，富含維生素、胡蘿卜素和鈣、磷、鐵，享有長(zhǎng)壽型膳食果品的美譽(yù)。杏果除鮮食外，還具有很大的加工潛力，杏肉可以制成杏脯、杏干、杏醬、杏漿、杏汁、杏酒、杏醋、罐頭等[2]。其中杏酒由于色澤金黃、香味濃郁、清冽爽口，且具有開(kāi)胃健脾、增進(jìn)食欲等功效，備受消費(fèi)者青睞。凱特杏原產(chǎn)于美國(guó)加州，具有果個(gè)大、色澤鮮艷、肉質(zhì)細(xì)膩、酸甜爽口等特性，目前已成為杏樹(shù)生產(chǎn)中的主栽品種[3]。凱特杏的采收期在6月份，夏季高溫使果實(shí)容易轉(zhuǎn)黃、軟化，衰老進(jìn)程加劇，甚至腐爛變質(zhì)，商品貨架期僅3～5 d[4]，所以將凱特杏加工成杏酒，不僅解決了果實(shí)不耐貯存的問(wèn)題，而且增加了產(chǎn)品附加值。目前對(duì)于杏酒的研究主要集中在不同品種杏釀酒性能的比較[5]、杏酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化[6-9]、杏酒酵母的篩選[6，10]、杏酒風(fēng)味物質(zhì)[11-13]的研究等方面。澄清透明、無(wú)渾濁、無(wú)沉淀是優(yōu)質(zhì)杏酒的外觀特征，但發(fā)酵結(jié)束后的杏酒是渾濁的，因?yàn)槠渲泻薪湍浮⑿咏M織碎片和果膠、蛋白質(zhì)、多酚等物質(zhì)，它們?cè)趦?chǔ)存過(guò)程中會(huì)在酒中形成沉淀[14-15]。為了提高杏酒的品質(zhì)和穩(wěn)定性，需要對(duì)其進(jìn)行澄清處理。常見(jiàn)的果酒澄清方法包括化學(xué)澄清法（下膠澄清）、物理澄清法（自然沉降、機(jī)械離心、冷凍、膜過(guò)濾）和生物澄清法（加果膠酶），其中化學(xué)澄清法是保證酒體穩(wěn)定性最快速、有效的方法之一[15]。目前用于果酒的下膠材料包括皂土、明膠、殼聚糖、大豆蛋白、聚乙烯聚吡咯烷酮（crosslinked polyvinylpyrrolidone，PVPP）等，有時(shí)為了彌補(bǔ)單一澄清劑的的不足，還會(huì)使用復(fù)合澄清劑，使酒體更澄清、更穩(wěn)定[15]。夏天奇等[16]采用皂土對(duì)紅樹(shù)莓果酒進(jìn)行澄清處理，確定其最佳澄清工藝為皂土添加量0.04 g/L、澄清溫度21 ℃、澄清時(shí)間8 d，澄清后紅樹(shù)莓果酒的透光率由56.7%提高至96.4%。

皂土又稱(chēng)膨潤(rùn)土，是一種膠狀粘土，具有穩(wěn)定、吸附和懸浮等特點(diǎn)[17]。在果酒的酸性條件下，皂土表面帶有負(fù)電荷，可以吸附帶正電荷的蛋白質(zhì)、金屬離子、色素和其他膠體粒子而將其除去[18-20]。由于澄清效果好、澄清速度快，且對(duì)下膠過(guò)量的酒有修復(fù)作用，皂土在果酒的澄清處理中被廣泛使用。目前關(guān)于杏酒澄清的研究主要集中在果膠酶[6，21]和酪蛋白[5]，而關(guān)于皂土對(duì)杏酒澄清效果的研究未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以凱特杏為原料釀造杏酒，加入皂土進(jìn)行澄清處理，研究澄清溫度、皂土添加量和澄清時(shí)間對(duì)杏酒澄清效果的影響，然后進(jìn)行澄清工藝的響應(yīng)面優(yōu)化，并對(duì)澄清后杏酒的穩(wěn)定性、理化指標(biāo)和感官特性進(jìn)行測(cè)定。以期為解決杏酒的渾濁沉淀問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)杏酒產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

杏（品種凱特）：山西省太谷縣市售；果酒專(zhuān)用酵母：安琪酵母股份有限公司；果膠酶（105U/g）：德國(guó)AB酶制劑公司；皂土：德國(guó)愛(ài)普思樂(lè)集團(tuán)；福林-酚試劑：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞98%）：美國(guó)Sigma公司；考馬斯亮藍(lán)G-250：北京Solarbio生物科技有限公司；碳酸鈉、亞硫酸、氫氧化鈉、葡萄糖等試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV752N紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；HR2101/03榨汁機(jī)：中國(guó)飛利浦公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州國(guó)華電器有限公司；0～100酒精計(jì)：河北省武強(qiáng)縣億達(dá)儀表廠(chǎng)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 杏酒的釀造工藝

杏→人工去核→榨汁機(jī)打漿（杏與水質(zhì)量比為2∶1）→加入亞硫酸→1 h后加入果膠酶→靜置24 h至澄清→取清汁→添加蔗糖至250 g/L→加入酵母→25 ℃發(fā)酵5 d→倒灌去酒泥→發(fā)酵至比重?zé)o變化→加亞硫酸終止發(fā)酵→陳釀→澄清→灌裝

1.3.2 單因素澄清試驗(yàn)

澄清溫度對(duì)澄清效果的影響：將皂土按0.9 g/L質(zhì)量濃度加入杏酒中，分別置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃水浴鍋中，靜置2 d，測(cè)定透光率。

皂土添加量對(duì)澄清效果的影響：將皂土分別按0.3 g/L、0.6 g/L、0.9 g/L、1.2 g/L、1.5 g/L質(zhì)量濃度加入杏酒中，25 ℃條件下靜置2 d，測(cè)定透光率。

澄清時(shí)間對(duì)澄清效果的影響：將皂土按0.9 g/L質(zhì)量濃度加入杏酒中，25 ℃條件下分別靜置1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d、7 d，測(cè)定透光率。

1.3.3 澄清工藝的響應(yīng)面優(yōu)化

以透光率（Y）為響應(yīng)值，以澄清溫度（X1）、皂土添加量（X2）、澄清時(shí)間（X3）為變量，用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)3因素3水平試驗(yàn)，進(jìn)行響應(yīng)面分析，并驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。響應(yīng)面因素與水平見(jiàn)表1。

表1 杏酒澄清工藝優(yōu)化Box-Behnken試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments for clarification process optimization of apricot wine

1.3.4 澄清后的穩(wěn)定性試驗(yàn)

自然穩(wěn)定性：取一定量澄清后的杏酒，在室溫條件下放置20 d，觀察有無(wú)絮狀沉淀，有無(wú)失光現(xiàn)象。

冷凍穩(wěn)定性：取一定量澄清后的杏酒，于-18℃冷凍20 d，解凍后觀察有無(wú)絮狀沉淀，有無(wú)失光現(xiàn)象。

蛋白質(zhì)穩(wěn)定性：取一定量澄清后的杏酒，在80 ℃條件下保持6 h，觀察有無(wú)失光現(xiàn)象。

果膠穩(wěn)定性：取5 mL澄清后的杏酒，加入5 mL體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇，觀察有無(wú)絮狀沉淀。

1.3.5 測(cè)定方法

透光率：紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在波長(zhǎng)750 nm處測(cè)定[16]；還原糖：斐林試劑法測(cè)定；總酸：NaOH滴定法測(cè)定；酒精度：酒精計(jì)測(cè)定；總酚：福林-肖卡法測(cè)定；蛋白質(zhì)：考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[22]。

感官評(píng)價(jià)：根據(jù)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》的評(píng)分細(xì)則，參考黃蓓蓓[6]的方法，由10名品嘗員組成品嘗小組，對(duì)杏酒的外觀、香氣、滋味、典型性四個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，以平均分作為感官評(píng)價(jià)得分，滿(mǎn)分100分，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 杏酒的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of apricot wine

續(xù)表

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，用SPSS 21軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素澄清試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 澄清溫度對(duì)澄清效果的影響

將加入皂土的杏酒置于不同溫度條件下靜置澄清，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，在25 ℃澄清的杏酒透光率最高，達(dá)到95.47%，顯著高于其他4個(gè)溫度條件下的透光率（P＜0.05）。而在15 ℃、20 ℃、30 ℃、35 ℃澄清的杏酒，透光率為92%～94%，四者之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。結(jié)果說(shuō)明皂土在25 ℃條件下澄清效果較好。

圖1 澄清溫度對(duì)杏酒透光率的影響Fig.1 Effect of clarification temperature on transmittance of apricot wine

2.1.2 皂土添加量對(duì)澄清效果的影響

在杏酒中加入不同添加量的皂土，室溫條件下靜置2 d后檢測(cè)透光率，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，當(dāng)皂土添加量為0.6 g/L、0.9 g/L、1.2 g/L時(shí)，杏酒透光率較高，分別為93.60%、94.53%、93.67%，顯著高于添加量為0.3 g/L和1.5 g/L時(shí)的透光率；當(dāng)皂土添加量為0.3 g/L時(shí)，杏酒透光率為93.10%，這是由于皂土添加量低，不能將杏酒充分澄清；當(dāng)皂土添加量為1.5 g/L時(shí)，杏酒透光率有所降低（92.80%），可能是由于皂土過(guò)量而導(dǎo)致酒體渾濁。結(jié)果說(shuō)明皂土添加量為0.9 g/L時(shí)，澄清效果較好。

圖2 皂土添加量對(duì)杏酒透光率的影響Fig.2 Effect of bentonite addition on transmittance of apricot wine

2.1.3 澄清時(shí)間對(duì)澄清效果的影響

將加入皂土的杏酒在室溫條件下靜置7 d，每天測(cè)定杏酒的透光率，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，杏酒透光率呈先上升后下降的趨勢(shì)，在澄清1 d后杏酒透光率為94.40%，澄清2 d后杏酒透光率達(dá)到最高（95.93%），之后杏酒透光率逐漸降低，可能是由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一部分沉淀又重新溶解到酒中。結(jié)果說(shuō)明加入皂土后澄清2 d，澄清效果較好。

圖3 澄清時(shí)間對(duì)杏酒透光率的影響Fig.3 Effect of clarification time on transmittance of apricot wine

2.2 澄清工藝的響應(yīng)面優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)，以澄清溫度（X1）、皂土添加量（X2）、澄清時(shí)間（X3）為變量，以透光率（Y）為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表3。應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到二次回歸方程：

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiments

回歸方差分析結(jié)果如表4，模型P值=0.020 6＜0.05，說(shuō)明模型顯著，擬合良好，可用來(lái)進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。失擬項(xiàng)P值=0.108 7＞0.05，說(shuō)明失擬項(xiàng)不顯著，方程擬合度較好，方法可靠。模型決定系數(shù)R2=0.869 5，說(shuō)明相關(guān)性較好，模型能較好地預(yù)測(cè)實(shí)際值。

由表4可知，X3達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），X1和X1X3達(dá)到顯著水平（P＜0.05），各因素在試驗(yàn)取值范圍內(nèi)對(duì)透光率影響的順序?yàn)閄3（澄清時(shí)間）＞X1（澄清溫度）＞X2（皂土添加量）。

表4 回歸模型方差分析結(jié)果Table 4 Variance analysis results of regression model

響應(yīng)面圖可反映各因素間的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，因素之間交互作用越強(qiáng)，則等高線(xiàn)橢圓形越明顯；交互作用越弱，則等高線(xiàn)圓形越明顯。由圖4可知，X1與X3等高線(xiàn)呈橢圓形，說(shuō)明二者交互作用較強(qiáng)，而X1與X2、X2與X3交互作用不明顯，與方差分析結(jié)果一致。

圖4 澄清溫度、皂土添加量、澄清時(shí)間交互作用對(duì)杏酒透光率影響的響應(yīng)曲面及等高線(xiàn)Fig.4 Response surface plots and contour lines of effect of interactions between clarification temperature,bentonite addition and clarification time on transmittance of apricot wine

采用軟件優(yōu)化得出最佳澄清工藝為澄清溫度24.44 ℃、皂土添加量0.47 g/L、澄清時(shí)間2.56 d，模型預(yù)測(cè)透光率為97.35%。考慮到方便實(shí)際操作，將杏酒的最佳澄清工藝調(diào)整為澄清溫度24 ℃、皂土添加量0.5 g/L、澄清時(shí)間2.5 d。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果顯示澄清后杏酒透光率可達(dá)97.60%，比預(yù)測(cè)值高0.25%，說(shuō)明該模型能較好地預(yù)測(cè)杏酒的澄清效果。

2.3 澄清后的穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)澄清后的杏酒進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，經(jīng)過(guò)自然穩(wěn)定性、冷凍穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和果膠穩(wěn)定性試驗(yàn)后，杏酒均沒(méi)有出現(xiàn)絮狀沉淀或失光現(xiàn)象，酒體澄清透明，有光澤，說(shuō)明澄清后的杏酒具有良好的穩(wěn)定性。

表5 皂土澄清后杏酒的穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Stability test results of apricot wine after bentonite clarification

2.4 澄清工藝對(duì)杏酒理化指標(biāo)的影響

用以上最佳澄清工藝對(duì)杏酒進(jìn)行處理，測(cè)定澄清前后的理化指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，澄清后杏酒透光率由78.21%提高至97.60%，增加了19.39%，澄清效果良好。還原糖由4.52 g/L降低至3.75 g/L，但對(duì)口感影響不大，澄清后杏酒屬于干型。杏酒中含量最高的有機(jī)酸為檸檬酸，其次是乳酸和蘋(píng)果酸，還含有少量的草酸、酒石酸、丙酮酸、乙酸和琥珀酸[10]。澄清后杏酒總酸由5.25 g/L降低至4.69 g/L，酸度降低可使口感更加柔順，更容易被消費(fèi)者接受?？偡佑?69.25 mg/L降至142.38 mg/L。杏酒酒精度在皂土澄清后由14.7%vol降低至13.2%vol，是一個(gè)比較理想的范圍，因?yàn)榫凭冗^(guò)高會(huì)引起灼熱、燥辣感，而適當(dāng)?shù)木凭瓤墒咕企w平衡、口感醇厚。澄清后杏酒中總酚含量有所降低，但仍然保留有這些活性成分。皂土可以吸附蛋白質(zhì)，形成沉淀后將其除去，澄清后杏酒中蛋白質(zhì)含量明顯降低，可使杏酒在陳釀和儲(chǔ)存過(guò)程中更加穩(wěn)定，從而提高酒的品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期。

表6 澄清前、后杏酒的理化指標(biāo)對(duì)比Table 6 Comparison of physical and chemical indexes of apricot wine before and after clarification

2.5 澄清工藝對(duì)杏酒感官特性的影響

澄清處理前，杏酒渾濁、有沉淀，有酵母、苦杏仁等不良?xì)馕?，口感粗糙，酸味突出，感官評(píng)分為79分；澄清處理后，杏酒呈金黃色，澄清透明，有光澤，花香、果香更加突出，香氣更加優(yōu)雅，具有杏、甜瓜、桃子、蘋(píng)果、柚子、桔子、小白花、蜂蜜等香氣，入口柔和，酒體平衡，典型性強(qiáng)，感官評(píng)分為87分。

3 結(jié)論

用響應(yīng)面分析法得出杏酒的最佳澄清工藝為：澄清溫度24 ℃、皂土添加量0.5 g/L、澄清時(shí)間2.5 d。在此澄清工藝下，杏酒透光率可達(dá)97.60%，澄清后杏酒穩(wěn)定性良好，還原糖、總酸、酒精度、總酚、蛋白質(zhì)含量均有所降低，但澄清后的杏酒澄清透明，有光澤，香氣更加優(yōu)雅，酒體更加平衡，感官評(píng)分由79分提高至87分。