超聲輔助微濾澄清蘋果酒優(yōu)化工藝

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，甘肅蘭州 730070)

蘋果酒的澄清效果會(huì)影響其穩(wěn)定性和貯存時(shí)間[1]。而蘋果酒出現(xiàn)非生物性渾濁是由于蘋果酒在發(fā)酵后的貯藏過程中其含有的蛋白質(zhì)、果膠、單寧和蛋白質(zhì)的絡(luò)合物等相互聚合析出造成的[2-3]。蘋果酒的非生物性渾濁會(huì)影響蘋果酒的感官品質(zhì)，如何解決蘋果酒渾濁問題并得到澄清透明的蘋果酒是一個(gè)急需解決的重要問題。目前蘋果酒生產(chǎn)中通常采用下膠澄清、沉降、過濾三道常用的澄清處理方法，可達(dá)到較好的澄清效果[4]。超聲波是一種在介質(zhì)中傳播會(huì)產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)的彈性機(jī)械波，并有助于果汁的澄清[5-7]。本試驗(yàn)以蘋果酒為研究對(duì)象，以超聲后并經(jīng)微孔濾膜過濾的蘋果酒渾濁度為指標(biāo)，通過響應(yīng)面法進(jìn)行超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優(yōu)化，為蘋果酒澄清提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

蘋果酒：以富士蘋果為原料經(jīng)釀酒酵母發(fā)酵而成。0.45 μm 微孔過濾膜：海寧科諾過濾設(shè)備有限公司。

儀器設(shè)備：1900C 型便攜式濁度計(jì)，哈希公司；FB-05型過濾瓶，天津奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蘋果酒工藝流程

蘋果→挑選→清洗→去核、破碎→護(hù)色→榨汁→調(diào)配→接種→發(fā)酵→澄清→過濾→殺菌→蘋果酒

1.2.2 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 超聲功率對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進(jìn)行超聲處理，超聲時(shí)間25 min，超聲溫度20 ℃，設(shè)置超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W，考察超聲功率對(duì)蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.2 超聲時(shí)間對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進(jìn)行超聲處理，超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃，設(shè)置超聲時(shí)間為5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，考察超聲時(shí)間對(duì)蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.3 超聲溫度對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進(jìn)行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時(shí)間25 min，設(shè)置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，考察超聲溫度對(duì)蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.3 超聲輔助微濾澄清蘋果酒的響應(yīng)面工藝優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken 設(shè)計(jì)原理，選取超聲功率X1、超聲時(shí)間X2、超聲溫度X3共3 個(gè)因子，以蘋果酒渾濁度為響應(yīng)值，采用3因子3水平的響應(yīng)面分析法，得到二次回歸方程，并找出最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.3 蘋果酒濁度值的檢測方法

濁度值采用1900C 濁度計(jì)進(jìn)行測定。按儀器操作規(guī)程，15 mL 樣品池中放入酒樣進(jìn)行測定，屏幕顯示以NTU 為單位的濁度數(shù)值，濁度值越小，表明酒體越澄清。

表1 因素水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPSv7.05 軟件進(jìn)行顯著性分析，采用Design-Expert 8.0 軟件對(duì)Box-Behnken 設(shè)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗(yàn)研究

2.1.1 超聲功率對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

本試驗(yàn)為了研究超聲功率對(duì)蘋果酒渾濁度的影響，超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W 的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，結(jié)果見圖1。

圖1 超聲波功率對(duì)蘋果酒濁度值的影響

由圖1 可以看出，當(dāng)超聲波功率為250 W 處理時(shí)，蘋果酒濁度值最低且與其他處理相比差異顯著（p＜0.05），濁度值為0.52 NTU。因此，確定超聲波功率為250 W。

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

本試驗(yàn)將發(fā)酵好的富士蘋果酒在超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃條件下超聲5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲時(shí)間對(duì)蘋果酒渾濁度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 超聲波處理時(shí)間對(duì)蘋果酒濁度值的影響

圖2 結(jié)果表明，當(dāng)超聲波處理時(shí)間為25 min時(shí)，蘋果酒濁度值最低為0.85 NTU，與處理時(shí)間為5 min 相比濁度值無顯著差異性（p＞0.05），但與其他處理相比差異顯著（p＜0.05）。在微孔濾膜過濾超聲處理后的蘋果酒時(shí)，超聲處理25 min的蘋果酒過濾時(shí)間少于超聲處理5 min 的。因此，考慮超聲時(shí)間為25 min。

2.1.3 超聲溫度對(duì)蘋果酒渾濁度的影響

本試驗(yàn)將發(fā)酵好的富士蘋果酒進(jìn)行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時(shí)間25 min，設(shè)置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲溫度對(duì)蘋果酒渾濁度的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 超聲波處理溫度對(duì)蘋果酒濁度值的影響

由圖3 可以看出，當(dāng)超聲波處理溫度為10 ℃時(shí)，蘋果酒濁度值最高為0.79 NTU，與15 ℃時(shí)濁度值相比無顯著性差異（p＞0.05），而其他處理濁度值都比10 ℃和15 ℃的低且相互之間無顯著性差異（p＞0.05）?？紤]到溫度較高會(huì)對(duì)蘋果酒風(fēng)味產(chǎn)生影響，故確定超聲波處理溫度為20 ℃。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化超聲輔助微濾澄清工藝結(jié)果

2.2.1 模型建立與顯著性檢驗(yàn)分析

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上為了進(jìn)一步確定蘋果酒澄清的最佳工藝條件，以渾濁度為響應(yīng)值，選擇超聲功率、超聲時(shí)間和超聲溫度3 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

利用Design-Expert 軟件對(duì)表2 中試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，獲得超聲輔助微濾澄清蘋果酒濁度值與超聲功率（X1）、超聲時(shí)間（X2）、超聲溫度（X3）的回歸模型方程：Y=0.62-0.22X1-0.035X2-0.11X3-0.005X1X2+0.23X1X3-0.01X2X3+0.077X12+0.11X22+0.33X32。對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

由表3 結(jié)果可知，二次回歸模型極顯著(p＜0.01)，失擬項(xiàng)p 值為0.5495，無顯著性影響(p＞0.05)，回歸方程相關(guān)系數(shù)R2為0.9765，說明該模型能夠解釋97.65 %的變化,預(yù)測值和試驗(yàn)值之間有較好的相關(guān)性,該模型對(duì)超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優(yōu)化試驗(yàn)擬合程度較好，可以利用該回歸模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。表3 顯著性分析結(jié)果表明，X1、X3、X1X3、X32對(duì)蘋果酒濁度值影響達(dá)到了極顯著水平(p＜0.01)，X22達(dá)到了顯著水平(p＜0.05)。

2.2.2 響應(yīng)面分析（圖4）

圖4 結(jié)果表明，各因素之間的交互作用和對(duì)濁度值的影響。在試驗(yàn)考察范圍內(nèi)，各因素對(duì)蘋果酒濁度值影響由大到小依次為：超聲功率（X1）＞超聲溫度（X3）＞超聲時(shí)間（X2），結(jié)果與方差分析相似。在適宜的超聲功率、超聲溫度和超聲時(shí)間范圍內(nèi)，可以獲得較小的濁度值。

表3 回歸模型方差分析表

圖4 各因素對(duì)蘋果酒濁度值影響的響應(yīng)面圖

通過響應(yīng)面分析并結(jié)合回歸模型，利用Design-Expert 8.0 軟件進(jìn)行最大值分析，優(yōu)化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝為超聲功率300 W、超聲時(shí)間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，該條件下，預(yù)測蘋果酒濁度值為0.46 NTU。為了確保所建回歸模型的準(zhǔn)確性，采用最優(yōu)澄清條件進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，實(shí)際得到的濁度值為0.55 NTU，與預(yù)測值的相對(duì)誤差較小，說明采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的微波輔助微濾處理蘋果酒工藝準(zhǔn)確可靠，能夠指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

3 結(jié)論

通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化超聲輔助微濾處理工藝，得出3 個(gè)因素對(duì)蘋果酒澄清的影響大小依次為超聲功率、超聲溫度、超聲時(shí)間；優(yōu)化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝參數(shù)為超聲功率300 W、超聲時(shí)間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，此條件下預(yù)測蘋果酒濁度值為0.46 NTU，為降低蘋果酒渾濁度和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。