沙棗紅提復合果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

李彩霞 屈雅寧 張 靜 焦 揚

（河西學院生命科學與工程學院，甘肅 張掖 734000）

沙棗，別名：七里香、香柳、刺柳等，是胡頹子屬植物，原產(chǎn)于西亞.沙棗樹是改造干旱、鹽漬地、沙地、荒地等造林用優(yōu)選樹種之一［1］.在我國東北、華北、西北等地區(qū)，已大量種植用于防風固林，自然資源極其豐富.其果實富含糖類、黃酮、單寧、礦物質(zhì)及微量元素等多種成分［2］，其中成熟沙棗果實總糖含量高達60%左右［3］，非常適合用來釀酒［4］，以提高其利用價值.

紅提，又名紅地球，是我國鮮食葡萄的主要品種之一，含有較豐富的維生素、礦物質(zhì)、氨基酸等，味道甜美、口感優(yōu)良，是一種具有代表性的鮮食葡萄［5］.紅提在張掖市種植面積廣，其果實較大，顏色為深紅色，果粒整齊緊實，產(chǎn)量高［6］.但是由于以紅提為主線的加工產(chǎn)品較少，致使紅提仍以鮮食為主，其后期的腐爛變質(zhì)造成大量資源浪費［7］.

果酒是將破碎、壓榨后的水果經(jīng)發(fā)酵等工藝所制成的低酒精度飲料酒.果酒中富含多種活性成分，營養(yǎng)價值較高［8］.近幾年，果酒需求量逐年增大，研制果酒新品種成為食品研究領域的新熱點［9］.于翔［10］、田曉菊［11］等人優(yōu)化了單一沙棗果酒發(fā)酵工藝，前人對于沙棗復合果酒的研究較少.本研究以沙棗和紅提為主要原料，制備復合果酒，以期為沙棗深加工產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

沙棗：產(chǎn)于甘肅省酒泉市；紅提：產(chǎn)于甘肅省張掖市；果膠酶（500U/mg）（浙江博丹衡食品配料有限公司）；高活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；檸檬酸（分析純）：（天津市致遠化學試劑有限公司）；白砂糖（食品級）：市售.

1.2 儀器與設備

pH510精密pH計：安萊立思儀器科技（上海）有限公司；BSA224S電子天平：北京賽多利斯科學儀器有限公司；WYT型手持折射儀：上海滬粵明科學儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；DHP-9272電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海齊欣科學儀器有限公司；CH2122F微電腦電磁爐：中山市格蘭仕生活電器制造有限公司.

1.3 方法

1.3.1 復合果酒釀造工藝流程及操作要點

（1）原料選擇：沙棗和紅提，選擇成熟、無病和無霉爛的果實.

（2）混合漿制備：沙棗清洗，以1∶5質(zhì)量比加水浸泡5min，在95℃下預煮3min，去核后打漿；紅提去梗后破碎；沙棗漿和紅提漿按5∶1體積比混合后，立即添加50mg/LH2SO3（以SO2計）和30mg/L的果膠酶［12］，靜置24h，備用.

（3）調(diào)整糖度、pH值：使用白砂糖調(diào)節(jié)混合漿的糖度至預定值，且在發(fā)酵初始一次性加完；之后加入適量的碳酸鈣或酒石酸，以便調(diào)整pH值至預定值.

（4）酵母的活化［13］：取一定量的活性干酵母，加入其質(zhì)量5%的白砂糖以及20倍質(zhì)量的水，攪拌均勻，置于35～40℃電熱恒溫水浴鍋中30min，冷卻至28～30℃?zhèn)溆?

（5）酒精發(fā)酵：將活化好的酵母按一定比例加入待發(fā)酵液中，在一定溫度下發(fā)酵6天，結(jié)束發(fā)酵后經(jīng)過濾、澄清并于75℃滅菌20min得到成品復合果酒.

1.3.2 單因素試驗設計將活化后的酵母菌分別按0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的量接入待發(fā)酵液中，調(diào)節(jié)待發(fā)酵液的初始糖度分別為16oBx、18oBx、20oBx、22oBx、24oBx，初始pH值分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，在培養(yǎng)溫度分別為22℃、25℃、28℃、31℃、34℃的條件下發(fā)酵6d.分別考察酵母菌接種量、初始糖度、初始pH值、和發(fā)酵溫度對復合果酒中酒精度的影響.

1.3.3 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以酵母接種量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和發(fā)酵溫度（D）為考察因素，以酒精度為響應值，通過Box-Behnken設計試驗，優(yōu)化復合果酒的工藝參數(shù)，試驗因素水平如表1所示：

表1 試驗因素水平Table 1 Test factor level

1.3.4 分析檢測

初始糖度：采用手持折射儀測定；pH值：采用pH計測定；酒精度：按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中密度瓶法測定；總糖與還原糖：采用菲林試劑滴定法測定.還原糖：按照GB 5009.7-2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》中直接滴定法測定；菌落總數(shù)及大腸菌群測定：參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》.

1.3.5 數(shù)據(jù)處理采用OriginPro 8進行數(shù)據(jù)處理和制圖，采用Design-Expert V8.0.6進行試驗設計和響應面分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母接種量對復合果酒酒精度的影響

酵母接種量對復合果酒酒精度的影響如圖1所示：酒精度隨酵母接種量的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢.當酵母接種量達到0.8%時，復合果酒的酒精度最高，達到6.49%vol.繼續(xù)增大酵母接種量，酒精度會出現(xiàn)下降趨勢.從上述分析可以得出將果酒的酵母接種量控制在0.8%左右比較合適.

圖1 酵母接種量對酒精度影響Fig.1 Effect of yeast inoculation amount on alcohol content

2.2 初始糖度對復合果酒酒精度的影響

初始糖度對酒精度的影響如圖2所示：隨著初始糖度不斷地增大，酒精度不斷升高，在初始糖度達到20oBx時，酒精度最高，為8.6%vol；繼續(xù)增大初始糖度，酒精度又呈現(xiàn)緩慢下降趨勢.因此調(diào)整果酒的發(fā)酵初始糖度為20oBx進行發(fā)酵比較合理.

圖2 初始糖度對酒精度影響Fig.2 Influence of initial sugar content on alcohol content

2.3 初始pH值對復合果酒酒精度的影響

初始pH 值對酒精度的影響如圖3 所示：初始pH 值較低，復合果酒酒精度偏低；當初始pH 值增加，酒精度呈現(xiàn)上升趨勢，且酒精度的變化較大；當初始pH值達到4.5，復合果酒的酒精度最大，達到7.2%vol；繼續(xù)增大初始pH值，復合果酒酒精度下降.綜上，將沙棗紅提復合果酒的發(fā)酵初始pH值控制在4.5左右為宜.

圖3 初始pH值對酒精度影響Fig.3 Influence of initial pH value on alcohol content

2.4 發(fā)酵溫度對復合果酒酒精度的影響

發(fā)酵溫度對酒精度的影響如圖4所示：隨著發(fā)酵溫度不斷地升高，復合果酒的酒精度呈現(xiàn)先升高后逐漸降低的趨勢.當發(fā)酵的溫度達到28℃時，復合果酒的酒精度達到最大.因此，將復合果酒的發(fā)酵溫度控制在28℃左右較好.

圖4 發(fā)酵溫度對酒精度影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol content

2.5 響應面因素水平設計

依據(jù)單因素試驗的結(jié)果，利用Design Expert 8.0.6軟件，采用Box-Behnken Design建立數(shù)學模型，以酵母添加量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）、發(fā)酵溫度（D）為自變量，酒精度為響應值，進行四因素三水平的響應面試驗設計.響應面試驗設計及結(jié)果如表2.

表2 響應面優(yōu)化果酒發(fā)酵工藝試驗結(jié)果Table 2 Response surface optimization of fruit wine fermentation process test results

2.6 回歸方程及方差分析

經(jīng)擬合后得到的回歸模型：

Y=9.80+0.23A+0.85B+0.41C-0.28D-0.035AB+0.45AC+0.57AD-0.77BC-0.012BD-0.29CD-1.37A2-1.09B2-0.46C2-2.00D2

如表3所示，模型P＜0.01，因此模型極顯著；且失擬項不顯著（P=0.0885＞0.05）；模型的決定系數(shù)R2=0.9339，校正系數(shù)R2Adj＝0.8678，說明回歸模型擬合情況良好，不存在失擬因素，可以利用此模型對沙棗紅提復合果酒發(fā)酵過程中酒精度的變化進行分析和預測.根據(jù)F值可得，在影響復合果酒酒精發(fā)酵的各個因素中，對酒精度的影響大小順序為：B 初始糖度＞C 初始pH 值＞D 發(fā)酵溫度＞A 酵母接種量. 其中B 初始糖度對復合果酒的酒精度影響極顯著（P＜0.0001），C 初始pH 值對酒精度的影響顯著（P＜0.05）.

表3 回歸模型方差分析表Table 3 Analysis of variance of regression model

2.7 響應面交互作用分析

響應面圖是根據(jù)數(shù)據(jù)擬合后得到的二次回歸方程繪制的，由響應面圖可以確定各變量之間的交互關(guān)系，彎曲面傾斜的程度越高、等高線的形狀越橢圓代表各因素之間的交互作用越強［14］，各因素的交互作用對復合果酒酒精度的影響如圖5所示.

圖5 各因素交互作用對復合果酒酒精度影響的響應面和等高線Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on alcohol content of compound fruit wine

由圖5可知，酵母接種量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和發(fā)酵溫度（D）之間交互變化時，復合果酒的酒精度呈現(xiàn)相應的變化.從曲面坡度的陡峭程度可以看出，BC 交互效應對酒精度的影響極顯著，AD 交互作用對酒精度的影響較顯著；交互作用大小排序為BC＞AD＞AC＞CD＞BD＞AB，且6 個圖的開口均向下，說明存在最大值.

2.8 復合果酒的最佳參數(shù)及試驗驗證

利用已建立的數(shù)據(jù)模型預測沙棗紅提復合果酒發(fā)酵的最佳生產(chǎn)工藝條件為：酵母菌接種量0.82%，初始糖度為20.58oBx，初始pH值4.64，發(fā)酵溫度27.78℃.在此條件下，酒精度理論值為10.01%vol.結(jié)合實際試驗情況，將生產(chǎn)工藝調(diào)整為酵母菌接種量0.8%，初始糖度為20oBx，發(fā)酵溫度28℃，初始pH值為4.5，在此條件下進行3次驗證試驗，得到復合果酒的實際酒精度為9.76%vol，與理論預測值相差較小，說明該模型能較好地預測沙棗紅提復合果酒的發(fā)酵工藝.

2.9 產(chǎn)品質(zhì)量指標

2.9.1 感官指標

沙棗紅提復合果酒呈現(xiàn)淺茶紅色，清澈透明，無明顯沉淀物，具有沙棗特有的香味，口感純正.

2.9.2 理化指標

產(chǎn)品的酒精度為9.76%vol，還原糖（以葡萄糖計）為2.1g/L，符合果酒國家標準.

2.9.3 微生物指標

菌落總數(shù)≤50CFU/mL，大腸菌群≤3CFU/mL；致病菌未檢出.

3 討論

發(fā)酵液中酵母接種量較低時，隨著接種量增大，果酒中的總糖消耗量增大，酒精度會隨著酵母量的增加而上升較快［15］.當酵母接種量達到0.8%后，繼續(xù)增大接種量，此時大量酵母菌在發(fā)酵液中迅速繁殖，使得酒液中的糖分被快速消耗，因此破壞了酒液的發(fā)酵環(huán)境，從而導致酵母菌提前衰老并發(fā)生自溶［16］，酒精度會出現(xiàn)下降趨勢.

隨著初始糖度不斷地增大，酵母菌的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸充足，酒精度不斷升高；在初始糖度達到20oBx后，繼續(xù)增大初始糖度，酒精度又呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，這可能是因為在含糖量過高時，糖化酶和釀酒酵母活性受到抑制，從而影響了果酒的發(fā)酵，導致其酒精度下降［17］.

研究表明，酒精發(fā)酵過程中，初始pH值較低，對酵母的代謝有抑制作用，使得復合果酒酒精度偏低、殘?zhí)橇窟^剩［18］.而發(fā)酵酒液的初始pH值過高，會使得釀酒酵母的生長和代謝酶系活性被抑制，酒精度含量就會有所下降［19］.

酒精發(fā)酵過程中，酵母對發(fā)酵溫度有一定的要求，溫度偏低時，酵母的生長繁殖加快，大量消耗糖類物質(zhì)產(chǎn)生代謝副產(chǎn)物，使酒精度比較低；而溫度過高，酵母發(fā)酵會受到一定的影響，同時生成的其他成分對果酒的風味品質(zhì)也有一定的影響［20］.

4 結(jié)論

以沙棗和紅提為原料，經(jīng)單因素試驗和響應面試驗，得出復合果酒的最佳優(yōu)化工藝參數(shù)為：酵母菌接種量0.8%，初始糖度為20oBx，發(fā)酵溫度28℃，初始pH 值為4.5.此條件下發(fā)酵的復合果酒，具有沙棗特有的香氣，酒體澄清透明，顏色呈現(xiàn)淺茶紅色，口感純正，酒精度為9.76%vol，還原糖（以葡萄糖計）為2.1g/L，工藝條件穩(wěn)定.