響應面優(yōu)化甜椒薄荷復合酒生產工藝

王 琪，劉琨毅 *，安江珊，毛冬梅，吳 霞，何翠容

（1.宜賓職業(yè)技術學院 五糧液技術與食品工程學院，四川 宜賓 644003；2.云南農業(yè)大學 食品科學技術學院&龍潤普洱茶學院，云南 昆明 650201；3.云南省峨山彝族自治縣富良棚鄉(xiāng)農業(yè)農村綜合服務中心，云南 玉溪 653206；4.四川工商職業(yè)技術學院 酒類與食品工程系，四川 成都 611830；5.四川省酒類科研所，四川 成都 610000）

甜椒（Capsicum frutescensL.）為茄科辣椒屬植物，是辣椒屬的一個變種，在世界各地均有廣泛種植[1]。甜椒果實厚，汁液豐富，顏色艷麗，味甜，而且風味活性化合物種類多，如2,3-丁二酮、1-戊烯-3-酮、己醛、（Z）-2-戊烯-1-醇、（E）-香葉基丙酮辛醛、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪等[1]。甜椒營養(yǎng)價值豐富，富含蛋白、脂肪、碳水化合物、膳食纖維、礦物質、維生素等物質，尤其維生素A（vitamin A，VA）和維生素C（vitamin C，VC）在蔬菜中含量是最高的[2-3]。除此之外，甜椒富含抗壞血酸、類胡蘿卜素、類黃酮類、酚酸等物質，這些抗氧化劑可以清除自由基，具有延緩衰老，預防癌癥、心腦血管疾病、動脈粥樣硬化等疾病，并提高免疫力[1，4-5]。目前，利用甜椒釀酒的相關研究還未見報道。

薄荷（Mentha haplocalyxL.）又稱夜息香、仁丹草、魚香菜，唇形科薄荷屬，多年生宿根性草本植物，草本芳香植物，清涼香氣濃郁，性味涼辛[6]。薄荷主要成分包括揮發(fā)油、黃酮、氨基酸類、萜類、醌類和酚類等物質，其中薄荷腦、大茴香腦、香芹酮、薄荷酮為主要香氣物質[7-10]。薄荷能提神醒腦，利咽透疹、疏散風熱、抗炎癥、抗氧化、抗腫瘤、抗菌抗病毒、保肝利膽等功效，具有很高的藥用價值[11]。通過前期甜椒汁與薄荷汁的復配試驗[12-13]，發(fā)現(xiàn)復合果汁具有令人愉悅的香氣與滋味，故本試驗擬以甜椒、薄荷為原料，在單因素試驗的基礎上采用響應面優(yōu)化釀造工藝，以期獲得感官特性優(yōu)良的甜椒薄荷復合酒，為工業(yè)化生產提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮甜椒、薄荷、白砂糖：市售；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）CICC31482：宜賓職業(yè)技術學院菌種保藏中心；偏重亞硫酸鉀、維生素C（均為分析純）：天津市大茂化學試劑廠；檸檬酸、檸檬酸鈉（均為分析純）：湖北鑫潤德化工有限公司。其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

BS210S型電子分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；SW-CJ-2FD型超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司；YXQ GO2型高壓滅菌鍋：上海醫(yī)療儀器設備廠；ZXSD-1160型全自動新型生化培養(yǎng)箱：上海智城分析儀器制造有限公司；S-3C型pH計：上海精密科學儀器有限公司；JYL-C91T型豆?jié){機：九陽股份有限公司；723型可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；LXJ-IIB低速大容量多管離心機：鄭州長城工貿有限公司；BIOTECH-5BG-7000A型5 L自動發(fā)酵罐：上海保興生物設備工程有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜椒薄荷復合酒生產工藝流程

甜椒、薄荷→洗滌→榨汁（料水比1∶1）→過濾→甜椒汁、薄荷汁混合→裝罐→成分調整→巴氏滅菌→接種→主發(fā)酵→固液分離→低溫貯存→過濾→成品

操作要點：選取新鮮的甜椒與薄荷，小心清洗甜椒后，除去甜椒里面的心，將甜椒（薄荷）放入榨汁機中榨汁（料水比1∶1），并加入0.08%VC用于護色，用四層紗布過濾掉榨汁剩下的殘渣，利用檸檬酸將果汁的pH值調整為4.0；按照一定比例將甜椒汁、薄荷汁裝入發(fā)酵罐內，加糖調整到試驗所需糖度并加入0.01%偏重亞硫酸鉀后巴氏滅菌（65 ℃、30 min），待冷卻按體積分數接入一定量經擴大培養(yǎng)后的酵母菌懸液（1.32×107CFU/mL），在一定溫度條件下發(fā)酵，主發(fā)酵8 d結束；固液分離后15 ℃貯存10 d，四層紗布過濾后得到成品。

1.3.2 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化單因素試驗

參考劉琨毅等[14]的方法，在甜椒汁的比例（復合汁中甜椒汁所占比例）為85%、初始糖度為25%、釀酒酵母接種量為5%及發(fā)酵溫度為23 ℃的基礎條件下，每次只改變4個因素中的1個因素，保持其他因素不變，分別設置甜椒汁的體積分數（75%、80%、85%、90%、95%）、初始糖度（19%、22%、25%、28%、31%）、釀酒酵母接種量（1%、3%、5%、7%、9%）及發(fā)酵溫度（19 ℃、21 ℃、23 ℃、25 ℃、27 ℃），以感官評分及酒精度為指標，每組試驗重復3次進行單因素試驗。

1.3.3 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以甜椒汁體積分數（A）、初始糖度（B）、釀酒酵母接種量（C）、發(fā)酵溫度（D）為4個因素，以感官評分（Y）為考察指標設計響應面試驗，響應面試驗因素與水平如表1所示。

表1 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for sweet pepper-mint compound wine fermentation conditions optimization

1.3.4 測定方法

總糖：采用直接滴定法[15]；總酸：采用電位滴定法[16]；酒精度：采用密度瓶法測定[17]；干浸出物：采用密度瓶法測定[18]。

感官評價：感官評分由13名（6男7女）高級品酒師組成的感官評定小組參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[18]對甜椒薄荷復合酒從外觀、香氣、滋味、風格等4個方面進行感官評分，滿分100分，每個樣品的感官評分取平均分，評分標準見表2。

表2 甜椒薄荷復合酒的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of sweet pepper-mint compound wine

1.3.5 數據分析處理方法

以上每個試驗重復3次，結果取平均值。采用OriginPro 12.1軟件進行數據制圖，應用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析，利用Design Expert 10.1軟件進行響應面設計及結果分析。

2 結果與分析

2.1 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 甜椒汁體積分數對甜椒薄荷復合酒品質的影響

圖1 不同甜椒汁體積分數對甜椒薄荷復合酒品質的影響Fig.1 Effect of different volume fraction of sweet pepper juice on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由圖1可知，隨著甜椒汁的體積分數的增加，甜椒薄荷復合酒的感官評分呈先升后降的趨勢；在甜椒汁比例為90%時，甜椒薄荷復合酒感官評分達到最高分，為（79.36±0.81）分；甜椒汁體積分數繼續(xù)增加，甜椒薄荷復合酒的感官評分顯著下降（P＜0.05）。因此，選擇甜椒汁體積分數為90%用于后續(xù)試驗。

2.1.2 初始糖度對甜椒薄荷復合酒品質的影響

圖2 初始糖度對甜椒薄荷復合酒的影響Fig.2 Effect of initial sugar content on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由圖2可知，當初始糖度從19%增加至28%時，甜椒薄荷復合酒的感官評分呈顯著上升趨勢（P＜0.05）；當初始糖度為28%時，甜椒薄荷復合酒的感官評分到達最高分，為（83.29±0.93）分。初始糖度繼續(xù)增加后，甜椒薄荷復合酒的感官評分反而下降。初始糖度是直接影響甜椒薄荷復合酒發(fā)酵的過程，糖分是酵母發(fā)酵主要動力來源，在發(fā)酵過程中，糖分轉化成乙醇、酸類、酯類等物質[19]。初始糖度過低，酵母發(fā)酵動力不足；初始糖度過高，導致甜椒薄荷復合酒殘?zhí)沁^多影響感官品質過甜[20]。因此，選擇初始糖度為28%進行后續(xù)的試驗。

2.1.3 釀酒酵母接種量對甜椒薄荷復合酒品質的影響

圖3 釀酒酵母接種量對甜椒薄荷復合酒品質的影響Fig.3 Effect of Saccharomyces cerevisiae inoculum on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由圖3可知，隨著釀酒酵母接種量的逐漸增加，甜椒薄荷復合酒的感官評分與酒精度均呈先上升后下降的趨勢。在釀酒酵母接種量為5%時，感官評分與酒精度均達到最高值，分別為（83.29±0.93）分、（8.2±0.1）%/vol。釀酒酵母是主要的產酒精的微生物，在發(fā)酵過程中生成酒精及其他的香氣成分[21-22]。因此，選擇釀酒酵母接種量為5%進行后續(xù)試驗。

2.1.4 發(fā)酵溫度對甜椒薄荷復合酒品質的影響

圖4 發(fā)酵溫度對甜椒薄荷復合酒品質的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由圖4可知，發(fā)酵溫度直接影響甜椒薄荷復合酒的品質，當發(fā)酵溫度從19 ℃上升至27 ℃時，甜椒薄荷復合酒感官評分呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當發(fā)酵溫度為21 ℃時，甜椒薄荷復合酒感官評分達到最高分為（85.10±1.20）分。甜椒薄荷復合酒的酒精度隨著發(fā)酵溫度的升高而增加，當發(fā)酵溫度從25 ℃升高至27 ℃時，酒精度增加不再顯著（P＞0.05）。當發(fā)酵溫度從21 ℃升高至27 ℃時，酵母菌的生長速度逐漸加快、代謝活躍，導致酒體整體風味不佳進而促使感官評分顯著降低[22]。因此，選擇發(fā)酵溫度為21 ℃進行后續(xù)試驗。

2.2 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化響應面試驗

甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化響應面試驗設計及結果見表3。

表3 甜椒薄荷復合酒生產工藝優(yōu)化響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface methodology for sweet pepper-mint compound wine fermentation conditions optimization

對試驗數據進行方差分析，結果如表4。以感官評分為響應值，經回歸擬合后，得到相應的回歸方程：

Y=86.18-1.00A+0.04B+0.06C+1.49D+0.73AB+0.59AC-0.27AD+2.00BC+1.14BD-0.42CD-1.64A2-2.37B2-2.46C2-1.85D2

根據方差分析，模型為極顯著（P＜0.01），且失擬項不顯著（P＞0.05），表明未知因素對試驗結果的干擾較小。該模型充分擬合試驗數據，可以通過模型確定甜椒薄荷復合酒釀造的最佳工藝。4個因素對甜椒薄荷復合酒感官評分的影響次序為D＞A＞C＞B，即發(fā)酵溫度對甜椒薄荷復合酒感官評分的影響最為顯著，其次是甜椒汁比例，再次是酵母接種量。一次項D、二次項B2、C2、D2對甜椒薄荷復合酒感官評分的影響極顯著（P＜0.01）；一次項A、交互項BC、二次項A2對甜椒薄荷復合酒感官評分的影響顯著（P＜0.05）。

表4 響應面試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of response surface test results

等高線的形狀可以反映其交互作用的大小，當等高線的形狀為橢圓形時，說明其交互作用顯著；當等高線的形狀為圓形時，說明其交互作用不顯著[23-24]，初始糖度、釀酒酵母接種量交互作用如圖5所示。

由圖5可知，因素B與因素C所形成的響應面曲面坡度最為陡峭與方差分析中交互項BC對甜椒薄荷復合酒感官評分的影響較為顯著（P＜0.05）的結論相吻合。

通過軟件分析確定復合果酒生產最佳工藝為：甜椒汁體積分數88.29%、初始糖度28.13%、釀酒酵母接種量4.90%、發(fā)酵溫度為21.89 ℃，此條件下甜椒薄荷復合酒的感官評分理論值為88.68分。為便于實際操作，將甜椒薄荷復合酒的發(fā)酵工藝條件調整為甜椒汁比例88%、初始糖度28%、釀酒酵母接種量5%、發(fā)酵溫度為22 ℃，在此條件下進行3組驗證試驗，得到的甜椒薄荷復合酒感官評分實際值為（88.47±1.12）分，測定結果穩(wěn)定，偏差不大，證明該結果合理可靠。

圖5 初始糖度、釀酒酵母接種量交互作用對甜椒薄荷復合酒感官評分影響的響應曲面及等高線Fig.5 Response surface plot and contour line of effects of interaction between initial sugar content and Saccharomyces cerevisiae inoculum on sensory evaluation score of sweet pepper-mint compound wine

2.3 甜椒薄荷復合酒理化指標

在最優(yōu)發(fā)酵條件下得到的甜椒薄荷復合酒總糖為（9.2±0.4）g/L，總酸為（0.54±0.07）g/100 mL，酒精度為（8.1±0.5）%vol，干浸出物為（27.1±1.3）g/L。上述四項指標均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術要求》[25]。

3 結論

經過響應面試驗得到甜椒薄荷復合酒的最優(yōu)釀造條件為：將鮮榨的甜椒汁88%、薄荷汁12%混合，并加入0.08%VC，調整初始糖度為28%與pH值為4.0，隨后加入0.01%偏重亞硫酸鉀，裝入發(fā)酵罐中后巴氏滅菌；按5%的接種量接入經擴大培養(yǎng)后的釀酒酵母菌懸液，于22 ℃條件下發(fā)酵8 d固液分離，液體15 ℃貯存10 d。在此條件下可獲得紅褐透明、酒香和諧、滋味爽口，感官評分（88.47±1.12）分，酒精度（8.1±0.5）%vol的甜椒薄荷復合酒。