桑椹酒發(fā)酵工藝優(yōu)化研究

陳 雅，廉葦佳，韓 琛，吳 斌，阿依加馬麗·加帕爾，雷 靜

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番 838000）

桑椹是?？粕俾淙~喬木桑樹的果實(shí)，又名桑果、桑棗，被國(guó)家衛(wèi)生部列為“藥食同源”的農(nóng)產(chǎn)品[1-2]。桑椹營(yíng)養(yǎng)豐富，含有維生素、氨基酸、有機(jī)酸、多糖、花青素、白藜蘆醇等營(yíng)養(yǎng)成分，具有降低血糖、血脂、預(yù)防心血管疾病的發(fā)生、抗衰老、改善視力等作用，被醫(yī)學(xué)界譽(yù)為“21 世紀(jì)最佳保健果品”[3-7]。桑椹是漿果類果實(shí)，含水量高，且成熟和采摘期集中在炎熱的夏季（5—6 月份），采摘期較短，且極易腐爛變質(zhì)不易儲(chǔ)藏，限制了非產(chǎn)地的銷售，造成了桑椹資源的浪費(fèi)[8]。因此，將桑椹精深加工成產(chǎn)品來延長(zhǎng)貨架期，增加其附加值[9]。

桑椹酒能極大的保留桑椹獨(dú)特的果香味及營(yíng)養(yǎng)成分，提高桑椹資源的經(jīng)濟(jì)效益，還能很好的解決桑椹果實(shí)的儲(chǔ)藏問題[10]。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，桑椹酒中花青素含量是紅葡萄酒的5 倍，白黎蘆醇含量達(dá)1.38 μg/mL[11-12]。吐魯番是新疆桑椹的主產(chǎn)區(qū)，獨(dú)特的自然條件出產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)桑椹，但吐魯番桑椹的研究還處在初級(jí)研究階段，對(duì)桑椹資源的加工利用程度不高，致使我市每年桑椹資源白白浪費(fèi)。因此，本研究以吐魯番黑桑椹為原料，通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析方法，研究發(fā)酵工藝條件對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響，以期得到桑椹酒最佳發(fā)酵工藝參數(shù)，為桑椹精深加工開發(fā)研究提供新的途徑，為當(dāng)?shù)丶庸て髽I(yè)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：黑桑椹，采摘于吐魯番；白砂糖，新疆中唐糖業(yè)有限責(zé)任公司。

試劑：鹽酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、葡萄糖、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、乙醇，均為分析純；碳酸氫鈉、檸檬酸，均為食品級(jí)；果膠酶，上?？奠称凤嫎I(yè)有限公司；焦亞硫酸鉀，ESSECO S.R.L.；釀酒高活干酵母(LALVIN EC-1118)，上海杰兔工貿(mào)有限公司。

儀器設(shè)備：FA/JA 系列電子天平，上海上平儀器有限公司；手持式測(cè)糖儀，上海亮研智能科技有限公司；控溫發(fā)酵罐FJG-1、貯酒罐，吐魯番市耀揚(yáng)金屬制品有限公司；打漿機(jī)DJ-330，溫州市龍灣東霸食品機(jī)械廠；制冷設(shè)備ICA-20L，上?？蒂愔评湓O(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

本試驗(yàn)采用工藝流程如下：

1.2.2 操作要點(diǎn)

原料采收：成熟黑桑椹，紫紅色或紫黑色，無霉果、爛果。

破碎、打漿：去除桑椹中的枯枝、葉子等雜物，將黑桑椹破碎、打漿，全汁與果肉一起發(fā)酵，使桑椹中的營(yíng)養(yǎng)成分保留在桑椹酒中。

加焦亞硫酸鉀：加入焦亞硫酸鉀（以SO2計(jì)30 g/L），以去除黑桑椹中的雜菌。焦亞硫酸鉀在水中充分溶解后加到桑椹汁中。

加果膠酶：加入30 g/L 的果膠酶以提高桑椹的出汁率[13]，攪拌均勻，靜置2 h。

調(diào)節(jié)糖酸：根據(jù)桑椹汁的原始糖度，計(jì)算添加糖的含量，分兩次加到桑椹汁中（第一次發(fā)酵前添加、第二次48 h 后添加）。采用分批加糖的方式比一次性加入糖更能提高糖的利用率，從而提高乙醇產(chǎn)量[14]。用碳酸氫鈉和檸檬酸調(diào)節(jié)酸度。

活化酵母：水溫37 ℃左右，糖度7 %～10 %，加入酵母進(jìn)行活化。

發(fā)酵：將活化好的酵母加入到桑椹汁中進(jìn)行控溫發(fā)酵。測(cè)定發(fā)酵過程中桑椹酒的酒精度、總糖、總酸。

終止發(fā)酵：發(fā)酵結(jié)束后，添加焦亞硫酸鉀（以SO2計(jì)50 g/L）終止發(fā)酵。

低溫澄清：將終止發(fā)酵后的桑椹酒在0～5 ℃下靜置10～15 d，使發(fā)酵液中的果肉、籽、酵母等懸浮物沉降到罐底。

皮渣分離：抽取發(fā)酵罐中桑椹酒上清液至貯酒罐，裝至滿罐，沖入氮?dú)?，隔絕空氣。

陳釀：在0～5 ℃低溫條件下貯存不少于6 個(gè)月。陳釀是使桑椹酒中的懸浮物進(jìn)一步沉淀，酒液發(fā)生酯化、氧化還原反應(yīng)，而逐漸澄清、老熟[15]。

澄清過濾：利用澄清劑進(jìn)行澄清處理，并使用硅藻土過濾機(jī)、板框過濾機(jī)過濾至酒體澄清透亮。

殺菌、灌裝：68 ℃±2 ℃滅菌3 min后灌裝。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

（1）初始糖度的選擇。桑椹汁添加糖的總含量分別為160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L，平均分2 組，分兩次添加，調(diào)整初始pH 值為4，在發(fā)酵溫度為22 ℃條件下進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束，對(duì)其酒精度、總糖、總酸進(jìn)行測(cè)定，選取桑椹酒發(fā)酵的最適初始糖度。

（2）初始pH 值的選擇。調(diào)整桑椹汁初始糖度為220 g/L、初始pH 值分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，發(fā)酵溫度為22 ℃條件下發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束，對(duì)其酒精度、總糖、總酸進(jìn)行測(cè)定，選取桑椹酒發(fā)酵的最適初始pH值。

（3）發(fā)酵溫度的選擇。調(diào)整桑椹汁初始糖度為220 g/L、初始pH 值為3.5，發(fā)酵溫度分別為14 ℃、18 ℃、22 ℃、26 ℃、30 ℃時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束，對(duì)其酒精度、總糖、總酸進(jìn)行測(cè)定，選取桑椹酒最適發(fā)酵溫度。

1.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以初始糖度（A）、初始pH值（B）、發(fā)酵溫度（C）3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以感官評(píng)分作為響應(yīng)指標(biāo)，確定桑椹酒的最適發(fā)酵工藝條件，響應(yīng)面分析因素與水平表見表1。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平表

1.2.5 分析方法[16-17]

酒精度的測(cè)定，采用酒精計(jì)法進(jìn)行檢測(cè)；總糖的測(cè)定，采用斐林試劑法進(jìn)行檢測(cè)；總酸的測(cè)定，采用酸堿滴定法進(jìn)行檢測(cè)；感官評(píng)定，桑椹酒感官指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 桑椹酒感官指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

以色澤、澄清程度、香氣、滋味、典型性5 個(gè)方面作為桑椹酒感官指標(biāo)，選取10 名品評(píng)人員組成品評(píng)小組，進(jìn)行感官評(píng)定，滿分為100 分，去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后，取其平均分作為感官評(píng)分。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 初始糖度對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響（圖1）

圖1 初始糖度對(duì)桑椹酒的影響

桑椹破碎打漿后，用手持式測(cè)糖儀測(cè)得桑椹汁的糖度為14.5%，該糖度下發(fā)酵的桑椹酒酒精度較低，不足以發(fā)酵口感醇厚、酒體豐滿的優(yōu)質(zhì)桑椹酒，因此，需要額外添加糖，以提高桑椹酒的酒精度及口感。由圖1 可以看出，隨著初始糖度的增加，桑椹酒的酒精度、總糖、總酸含量均隨之增加。桑椹酒發(fā)酵過程中，酒精由糖轉(zhuǎn)化而來，當(dāng)初始糖度為160 g/L 時(shí)，沒有足夠的糖轉(zhuǎn)化成酒精，使酒精度較低為8.2%vol，殘留的總糖含量為12.4 g/L，總酸含量為6.7 g/L；當(dāng)初始糖度為240 g/L 時(shí)，過多的糖分增加了桑椹酒的滲透壓，抑制酵母菌的代謝活動(dòng)，使桑椹酒酒精度為12 %vol，殘留的總糖含量最高為24 g/L，總酸含量為8.8 g/L，且桑椹酒的口感不佳，感官評(píng)分只有71 分。初始糖度為220 g/L 時(shí)，感官評(píng)分最高為82 分，且酒精度適宜為10.8%vol，糖酸比例適中，總糖含量22.7 g/L，總酸含量8.3 g/L。因此，選220 g/L作為桑椹酒的最適初始糖度。

2.1.2 初始pH值對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響（圖2）

圖2 初始pH值對(duì)桑椹酒的影響

黑桑椹破碎打漿后，測(cè)得的pH 值為4.16，為考察不同初始pH 值對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響，需要用碳酸氫鈉和檸檬酸調(diào)整其pH 值。結(jié)果如圖2 所示，當(dāng)初始pH 值為3.0 時(shí)，酸度過高，影響酵母活性，抑制發(fā)酵過程，使酒精度較低為8.7 %vol，總酸含量較高為9.6 g/L，此時(shí)的桑椹酒口感過酸；當(dāng)初始pH值為5.0 時(shí)，極易滋生雜菌，抑制酵母菌的代謝，使酒精度降低為9.5%vol，總糖含量為47.8 g/L，總酸含量為7.1 g/L，酒體渾濁，風(fēng)味不佳；當(dāng)初始pH 值為3.5 時(shí)，無雜菌生成，酒精含量較高，殘留的總糖含量較低，此時(shí)酒體較飽滿，感官評(píng)分最高。因此，選取pH3.5作為桑椹酒最適初始pH值。

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響（圖3）

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒品質(zhì)的影響

從圖3 可看出，酒精度隨著發(fā)酵溫度的上升先升高后下降，總糖含量先下降后升高。當(dāng)發(fā)酵溫度為14 ℃時(shí)，發(fā)酵溫度過低，酵母生長(zhǎng)緩慢，酒精度為9.2%vol，總糖含量為52.2 g/L，總酸為7.6 g/L，殘留的總糖含量過高，釀造出的桑椹酒口感不佳；發(fā)酵溫度為30 ℃時(shí)，發(fā)酵溫度過高，酵母菌增殖加快，菌體過早進(jìn)入衰亡期，不利于糖轉(zhuǎn)化為酒精，導(dǎo)致后發(fā)酵不足，此時(shí)酒精度為9.7 %vol，總糖含量為43.1 g/L。隨著發(fā)酵溫度的升高，酵母菌活力提升、生長(zhǎng)繁殖速度加快，產(chǎn)酸能力增強(qiáng)，導(dǎo)致總酸含量隨之升高，從7.6 g/L 升高到10.7 g/L。結(jié)合感官評(píng)分，當(dāng)發(fā)酵溫度為18 ℃時(shí)，酒精度為11.5 %vol，總糖含量23.6 g/L，總酸8.6 g/L，此時(shí)釀造的桑椹酒，酒香濃郁，酸甜協(xié)調(diào)，酒體豐滿，感官評(píng)分最高，為88 分。因此，選取18 ℃作為桑椹酒的最適發(fā)酵溫度。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析（表3）

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

利用Design-Expert 7.1.3 軟件對(duì)表3 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用多元回歸擬合后，得到感官評(píng)分(Y)與初始糖度（A）、初始pH值（B）、發(fā)酵溫度（C）的回歸方程：

Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2

對(duì)模型進(jìn)行方差分析，從表4 可以看出，此模型P 值為＜0.0001，極顯著（P＜0.05），說明實(shí)驗(yàn)方法是可靠的。失擬項(xiàng)P 值為0.9482＞0.05，表現(xiàn)為不顯著，說明回歸方程擬合度和可信度均較好，實(shí)驗(yàn)誤差小。模型中A、B、C 的P 值＜0.05 表現(xiàn)為顯著，說明初始糖度、初始pH 值、發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒感官評(píng)分的影響顯著，且各因素影響感官評(píng)分順序?yàn)榘l(fā)酵溫度＞初始糖度＞初始pH 值。交互項(xiàng)AB的P 值小于0.05，說明AB 對(duì)桑椹酒感官評(píng)分有顯著影響。交互項(xiàng)AC、BC 的P 值均大于0.05，說明AC、BC 對(duì)桑椹酒感官評(píng)分的影響不顯著。A2、B2、C2的P 值均小于0.05，說明A2、B2、C2對(duì)桑椹酒感官評(píng)分均有顯著影響。相關(guān)系數(shù)R2=0.9785，說明模型擬合度高，很好反映了初始糖度、初始pH 值、發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒感官評(píng)分之間的關(guān)系，用于模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。

表4 回歸模型方差分析

圖4 各因素交互作用對(duì)桑椹酒品質(zhì)影響的等高線和響應(yīng)曲面

2.2.2 響應(yīng)面分析

各因素交互作用對(duì)桑椹酒品質(zhì)影響的等高線和響應(yīng)曲面見圖4。由圖4 可知，初始pH 值與初始糖度對(duì)桑椹酒的感官評(píng)分交互作用顯著，等高線圖呈橢圓形。隨著初始pH 值與初始糖度的增加，桑椹酒感官評(píng)分逐漸增加，當(dāng)兩個(gè)因素增加到一定程度，桑椹酒感官評(píng)分又逐漸降低，說明過高或過低的初始pH 值和初始糖度都會(huì)影響桑椹酒的品質(zhì)。在初始pH 值為3.5 時(shí)，初始糖度和發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒的感官評(píng)分的交互作用不顯著。初始pH 值與發(fā)酵溫度等高線圖呈圓形，說明初始pH 值與發(fā)酵溫度對(duì)桑椹酒感官評(píng)分的交互作用不顯著。隨著初始pH 值與發(fā)酵溫度的增加，桑椹酒感官評(píng)分逐漸增加，但當(dāng)兩個(gè)因素增加到一定程度，桑椹酒感官評(píng)分又逐漸降低，說明過高或過低的初始pH 值與發(fā)酵溫度都會(huì)影響桑椹酒的品質(zhì)。

2.2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

回歸模型預(yù)測(cè)的桑椹酒理論最佳發(fā)酵工藝條件為：初始糖度226.33 g/L、初始pH 值3.56、發(fā)酵溫度18.67 ℃，在此條件下，桑椹酒感官評(píng)分的最大理論值為91.0571 分。鑒于實(shí)驗(yàn)的實(shí)際可操作性，將桑椹酒的發(fā)酵工藝條件調(diào)整為：初始糖度226 g/L、初始pH 值3.6、發(fā)酵溫度18 ℃，經(jīng)過3 組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)際桑椹酒感官評(píng)分為90.1 分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)值基本相符。因此，基于響應(yīng)面分析方法優(yōu)化桑椹酒發(fā)酵工藝條件參數(shù)較準(zhǔn)確，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論

通過桑椹酒感官評(píng)分（Y）與初始糖度（A）、初始pH 值（B）、發(fā)酵溫度（C）的關(guān)系建立響應(yīng)面回歸方程：Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2，得到最適桑椹酒發(fā)酵工藝條件：初始糖度226 g/L、初始pH值3.6、發(fā)酵溫度18 ℃，在此條件下，桑椹酒感官評(píng)分的最大理論值為91.0571 分，實(shí)際測(cè)得桑椹酒感官評(píng)分的平均分為90.1 分，表明該回歸模型具有較好的預(yù)測(cè)性能，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，為加工企業(yè)提供理論支持。