響應(yīng)面法優(yōu)化西梅酒的釀造工藝

賈金輝，張海濤，程貴蘭，蔡智軍，何丹，李晗

（遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營口 115009）

西梅又稱歐洲李，薔薇科李屬，由黑刺李和櫻桃李雜交而成，在我國主要分布于新疆、陜西等北方地區(qū)[1-2]。西梅營養(yǎng)豐富，有第3代功能性水果之稱，其果實(shí)含有充足的碳水化合物、多酚類物質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等[3-6]，且不含膽固醇和脂肪[7]，具有保護(hù)心血管、抗衰老、抗結(jié)腸癌、促進(jìn)骨骼健康等功效[8-14]。

目前西梅主要是通過鮮果的形式流入市場，由于西梅的種植具有區(qū)域性[15-16]，因此對鮮果的運(yùn)輸、保鮮及貯藏方面要求較高[17]。并且西梅果實(shí)有充足的水分、碳水化合物、多酚類物質(zhì)[4]、果膠物質(zhì)[18-19]、有機(jī)酸和芳香物質(zhì)[20]，因此適合釀造果酒。釀造西梅酒可以充分利用營養(yǎng)豐富的西梅果實(shí)，提高西梅的附加值，對西梅的深加工具有重要意義。本文以西梅為原料，研究釀造西梅酒的工藝條件，以酒精度和感官評分為評價(jià)指標(biāo)，以酵母接種量、果膠酶添加量、蔗糖添加量和浸漬時(shí)間4個(gè)因素為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，在確定酵母接種量基礎(chǔ)上，進(jìn)行其他3個(gè)因素的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定西梅酒的最佳釀造工藝，為西梅酒的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西梅（新鮮）：市售；果膠酶（12 000 U/mL）、釀酒酵母、偏重亞硫酸鉀（食品級）：上海杰兔工貿(mào)有限公司；蔗糖（食品級）：中糧糖業(yè)遼寧有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JPS-150電子秤、BL-4100F電子天平：上海宿衡實(shí)業(yè)有限公司；RA-600便攜式糖度計(jì)：可睦電子（上海）商貿(mào)有限公司；HD-03D發(fā)酵罐：哈爾濱漢德輕工醫(yī)藥裝備有限責(zé)任公司；JX-02P破碎機(jī)、JGZL板框式雙聯(lián)過濾機(jī)：新鄉(xiāng)市新輕機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 西梅酒釀造工藝流程

預(yù)處理→加硫→加果膠酶→調(diào)糖→接種酵母→浸漬和發(fā)酵→陳釀→過濾→灌裝→成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

預(yù)處理：去除西梅壞果及其他雜質(zhì)，將剩余西梅放入破碎機(jī)中，調(diào)節(jié)破碎機(jī)輥輪到合適位置，只對果肉、果皮進(jìn)行破碎，不能破碎到果核[21]。然后將破碎好的西梅果醪倒入發(fā)酵罐中。

加硫處理：稱取100 mg/L偏重亞硫酸鉀粉末，置于燒杯中，并加入適量的純水，然后進(jìn)行攪拌，使其充分溶解。將溶解好的偏重亞硫酸鉀溶液倒入發(fā)酵罐中，并進(jìn)行攪拌，使其與西梅果醪充分接觸。添加偏重亞硫酸鉀可以殺死有害細(xì)菌并防止西梅果醪的氧化[22-23]。

加果膠酶：添加完偏重亞硫酸鉀溶液2 h～4 h后[21]，向西梅果醪中加入果膠酶。稱取一定量的果膠酶并用適量的20℃左右純水充分溶解，再加入發(fā)酵罐中。由于西梅果肉中含有果膠物質(zhì)[18]，加入果膠酶有利于提高西梅的出汁率和澄清度[24]。

調(diào)糖：西梅的糖度一般在 10 °Brix～15 °Brix[6-7]，因此需要額外添加蔗糖來提高西梅果醪的糖度，以滿足西梅酒所需的酒精度和口感。添加方式：按18 g/L的蔗糖可產(chǎn)生1%vol的酒精度來稱取蔗糖，將稱取好的蔗糖置于暫存罐中，加入適量的西梅果汁，并進(jìn)行攪拌，待蔗糖充分溶解后，將其倒入發(fā)酵罐中，并再次攪拌，使其與西梅果醪充分混合[22-23]。

接種酵母：按試驗(yàn)設(shè)計(jì)稱取一定量的活性干酵母放入燒杯中，按料液比1∶10（g/mL）加入西梅果汁并充分?jǐn)嚢?，然后將燒杯置?5℃的水浴鍋中，保溫25 min，待酵母起高泡后說明活化成功。取出燒杯放至室溫（25℃），待酵母液與待發(fā)酵的西梅果汁溫差小于10 ℃時(shí)，進(jìn)行接種[23，25]。

浸漬和發(fā)酵：接種酵母后，進(jìn)行酒精發(fā)酵，酵母菌將西梅果汁中的糖分轉(zhuǎn)化為酒精，酒精發(fā)酵期間發(fā)酵溫度控制在26℃左右，每天測定西梅發(fā)酵液的糖度，當(dāng)糖度小于0.4°Brix時(shí)，酒精發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵期間同時(shí)對西梅果皮進(jìn)行浸漬，由于西梅果皮含有色素[26]、多酚和有機(jī)酸，果皮的浸漬能夠有效適量地浸出相應(yīng)物質(zhì)，當(dāng)達(dá)到浸漬要求后，分離皮渣，以免浸漬過度。

陳釀及過濾：西梅酒發(fā)酵結(jié)束后需要進(jìn)行陳釀，必須滿罐低溫陳釀，防止西梅酒氧化變酸，陳釀溫度控制在15℃左右，時(shí)間在30 d左右。陳釀期間進(jìn)行轉(zhuǎn)罐1次～2次，目的是去除沉淀物獲得澄清的西梅酒。陳釀結(jié)束后對西梅酒進(jìn)行過濾處理，采用硅藻土和紙板雙聯(lián)過濾。

1.3.3 單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)

以酵母接種量（100、150、200、250、300 mg/L）、果膠酶添加量（20、40、60、80、100 mg/L）、蔗糖添加量（80、100、120、140、160 g/L）、浸漬時(shí)間（2、4、6、8、10 d）4 個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各指標(biāo)對西梅酒的酒精度及感官評分的影響。

通過單因素試驗(yàn)，確定最佳酵母接種量為200 mg/L后，繼續(xù)選取果膠酶添加量（A）、蔗糖添加量（B）和浸漬時(shí)間（C）為考察變量，以西梅酒的酒精度（Y）為響應(yīng)值，通過Design Expert 12軟件進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)，因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化西梅酒釀造工藝的因素和水平Table 1 Factors and levels of prune wine brewing process by response surface methodology

1.3.4 指標(biāo)檢測

酒精度、總酸、揮發(fā)酸、總硫、游離硫、總糖及還原糖含量分別參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的酒精計(jì)法、指示劑法、氧化法及直接滴定法測定。

菌落總數(shù)參考GB 4789.2—2022《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定》測定，大腸菌群數(shù)參考GB 4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》測定。

感官評價(jià)參照GB/T 15037—2006《葡萄酒》中葡萄酒感官要求，成立26人相關(guān)專業(yè)的專家小組，建立西梅酒的評價(jià)體系，感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 西梅酒感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of prune wine

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及制表繪圖，采用Design-Expert 12進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 西梅酒釀造工藝的單因素試驗(yàn)

2.1.1 酵母接種量對西梅酒品質(zhì)的影響

在果膠酶添加量為60 mg/L、蔗糖添加量為120 g/L和浸漬時(shí)間為6 d的條件下，分別加入100、150、200、250、300 mg/L 的酵母進(jìn)行試驗(yàn)，其對西梅酒品質(zhì)的影響如圖1。

圖1 酵母接種量對西梅酒品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of yeast inoculation amount on the quality of prune wine

由圖1可知，隨著酵母接種量的增加，酒精度及感官評分均呈先上升后下降的趨勢，分析是因?yàn)檫m量的酵母發(fā)酵更迅速、更徹底，從而抑制有害細(xì)菌及野生酵母菌的生長繁殖，并且產(chǎn)生更多的酒精，從而提高西梅酒的口感。當(dāng)酵母接種量為200 mg/L時(shí)，酒精度和感官評分均達(dá)到最高值，之后隨著酵母接種量的增加反而降低，可能是過多的酵母進(jìn)行自身繁殖，導(dǎo)致酒精產(chǎn)率的降低，同時(shí)由于酵母量過大導(dǎo)致西梅酒產(chǎn)生酵母味，從而影響感官評分。由此可知，最佳酵母接種量為200 mg/L。

2.1.2 果膠酶添加量對西梅酒品質(zhì)的影響

在酵母接種量為200 mg/L、蔗糖添加量為120 g/L和浸漬時(shí)間為6 d的條件下，考察果膠酶添加量分別為20、40、60、80、100 mg/L 對西梅酒品質(zhì)的影響。西梅果實(shí)含有一定量的果膠物質(zhì)[16-17]，釀造西梅酒時(shí)必須通過增添果膠酶來提高西梅的出汁率和澄清度。果膠酶添加量對西梅酒品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 果膠酶添加量對西梅酒品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of pectinase addition on the quality of prune wine

由圖2可知，果膠酶添加量在20 mg/L～40 mg/L時(shí)，酒精度和感官評分升高明顯，分析原因?yàn)楣z酶分解了西梅果肉中的果膠物質(zhì)，有利于發(fā)酵基質(zhì)的混合，使酒精發(fā)酵進(jìn)行得更加容易與徹底，從而提高了酒精產(chǎn)量，同時(shí)果膠酶的添加使得西梅酒更加澄清，感官評分升高。果膠酶添加量高于60 mg/L時(shí)，西梅果肉中果膠物質(zhì)基本被分解，酒精產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，果膠酶添加量高于80 mg/L時(shí)，因果膠酶過量而殘留在西梅酒中，影響西梅酒的澄清度從而導(dǎo)致感官評分大幅下降。因此果膠酶添加量控制在40 mg/L～80 mg/L為宜。

2.1.3 蔗糖添加量對西梅酒品質(zhì)的影響

在酵母接種量為200mg/L、果膠酶添加量為60mg/L和浸漬時(shí)間為6 d的條件下，考察蔗糖添加量分別為80、100、120、140、160 g/L 對西梅酒品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 蔗糖添加量對西梅酒品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of sugar content on the quality of prune wine

由于西梅糖度較低[6]，需要添加蔗糖，提高西梅酒的酒精度。由圖3可知，蔗糖添加量為80 g/L～120 g/L時(shí)，隨著蔗糖添加量的增加，酒精度和感官評分均升高，這是因?yàn)檫m量的糖能夠減弱西梅的酸味和西梅果皮的澀味，使西梅酒口感協(xié)調(diào)柔和。但蔗糖添加量超過140 g/L后，酒精度大幅度降低，可能是過高的糖抑制了酵母菌的活性，甚至導(dǎo)致酒精發(fā)酵中止，感官評分也明顯下降，可能是因?yàn)榫凭l(fā)酵不完全，導(dǎo)致殘?zhí)沁^多，口感太甜。因此蔗糖添加量控制在100 g/L～140 g/L為宜。

2.1.4 浸漬時(shí)間對西梅酒品質(zhì)的影響

因?yàn)槲髅饭ど虾卸喾雍陀袡C(jī)酸[4]，所以需要控制皮渣的浸漬時(shí)間以保證西梅酒的顏色和口感[21]。在酵母接種量為200 mg/L、果膠酶為60 mg/L、蔗糖添加量為120 g/L的條件下，考察浸漬時(shí)間分別為2、4、6、8、10 d對西梅酒品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 浸漬時(shí)間對西梅酒品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of immersion time on the quality of prune wine

由圖4可知，當(dāng)浸漬時(shí)間小于4 d時(shí)，酒精度和感官評分均較低，這是因?yàn)槲髅饭ぴ诙虝r(shí)間內(nèi)即被去除，果皮上仍殘存著果肉和糖分，導(dǎo)致酒精度降低，同時(shí)過短的浸漬時(shí)間使果皮中的色素和酸度沒有完全浸出，導(dǎo)致西梅酒的顏色淺淡且口感寡淡。當(dāng)浸漬時(shí)間大于8 d時(shí)，由于浸漬時(shí)間過長，導(dǎo)致西梅果皮中的酸度和澀度過度浸出，使西梅酒口感酸澀，感官評分大幅度下降。因此浸漬時(shí)間控制在4 d～8 d為宜。

2.2 優(yōu)化西梅酒釀造工藝的響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 模型的建立和方差分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳酵母接種量為200 mg/L后，選取其他3個(gè)因素，進(jìn)行西梅酒的響應(yīng)面優(yōu)化釀造工藝試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表3 西梅酒釀造工藝Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results of prune wine brewing process

利用Design-Expert 12軟件對表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作回歸分析，以西梅酒的酒精度為響應(yīng)值，構(gòu)建西梅酒釀造工藝參數(shù)的回歸方程如下。

對該方程做響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型的方差分析，結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of response surface regression model

續(xù)表4 響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型的方差分析Continue table 4 Analysis of variance of response surface regression model

由表 4可知，模型呈極顯著（P＜0.000 1），說明西梅酒的酒精度與果膠酶添加量、蔗糖添加量和浸漬時(shí)間關(guān)系極顯著[27]；失擬項(xiàng) P=0.644 1＞0.05，不顯著（P＞0.05），說明構(gòu)建的回歸模型成功；西梅酒釀造工藝相關(guān)系數(shù)R2=0.991 9，調(diào)整系數(shù)R2Adj=0.981 5，說明該模型能夠解釋98.15%的響應(yīng)值的變化，試驗(yàn)誤差小；信噪比=29.779 9＞4，說明該模型很適合西梅酒釀造工藝試驗(yàn)的預(yù)測；離散系數(shù)=1.63，該數(shù)值較小，說明試驗(yàn)的精確度高且可靠性強(qiáng)。通過顯著性檢驗(yàn)可知，一次項(xiàng)A、B、C 和交互項(xiàng) AB 及二次項(xiàng) A2、B2、C2差異極顯著（P＜0.01），交互項(xiàng)AC 和BC差異顯著（P＜0.05）。F值越大，說明影響越強(qiáng)，由表4可知，對西梅酒釀造工藝影響的強(qiáng)弱順序?yàn)檎崽翘砑恿浚竟z酶添加量＞浸漬時(shí)間。

2.2.2 響應(yīng)面分析

西梅酒的響應(yīng)面分析見圖5。

圖5 各因素兩兩交互作用對西梅酒的酒精度影響的等高線和響應(yīng)面Fig.5 Contour and response surface of the effect of the interaction of each factor on the alcohol content of prune wine

根據(jù)所建模型的回歸方程求出最優(yōu)解，得到西梅酒釀造工藝的最佳條件為果膠酶添加量54.225 mg/L、蔗糖添加量為123.585 g/L、浸漬時(shí)間為6.575 d，得到西梅酒的酒精度為12.370%vol。

2.2.3 釀造工藝最優(yōu)解的檢驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際操作將果膠酶添加量修正為54.2 mg/L，蔗糖添加量修正為123.6 g/L，浸漬時(shí)間為6.6 d，按照此工藝參數(shù)得到實(shí)際西梅酒的酒精度為12.4%vol，與試驗(yàn)最優(yōu)解的酒精度接近，說明為西梅酒釀造工藝所構(gòu)建的響應(yīng)面模型真實(shí)準(zhǔn)確，有很高的參考價(jià)值。

2.2.4 西梅酒質(zhì)量指標(biāo)及微生物指標(biāo)

按照上述工藝參數(shù)釀造西梅酒，并對其進(jìn)行常規(guī)理化指標(biāo)檢測，結(jié)果見表5。

表5 西梅酒理化指標(biāo)檢測結(jié)果Table 5 Determination of physical and chemical indexes of prune wine

由表5可知，在最佳釀造工藝條件下釀造出的西梅酒，其總糖為3.8 g/L＜4.0 g/L，符合干型果酒對總糖小于4.0 g/L的要求，揮發(fā)酸僅為0.2 g/L，遠(yuǎn)低于1.2 g/L，總硫和游離硫含量極低，酒精度高達(dá)12.4%vol，均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術(shù)要求》。

此工藝下的西梅酒呈寶石紅色，澄清有光澤，香氣協(xié)調(diào)，果香濃郁悠長，酒體豐滿厚重，風(fēng)格獨(dú)特優(yōu)雅，其感官評分高達(dá)96；進(jìn)行微生物指標(biāo)檢驗(yàn)得到大腸菌群＜3 MPN/100 mL，菌落總數(shù)為13 CFU/mL，西梅酒的質(zhì)量指標(biāo)和微生物指標(biāo)均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術(shù)要求》。

3 結(jié)論

經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定西梅酒的最佳釀造工藝為果膠酶添加量54.2 mg/L、蔗糖添加量123.6 g/L、浸漬時(shí)間6.6 d。釀造出的西梅酒呈寶石紅色、澄清有光澤、香氣協(xié)調(diào)、果香濃郁悠長、酒體豐滿厚重、風(fēng)格獨(dú)特優(yōu)雅。此條件下感官評分高達(dá)96，酒精度12.4%vol、總酸含量1.6 g/L、揮發(fā)酸0.2 g/L、總硫32.0 mg/L、游離硫 20.0 mg/L、總糖 3.8 g/L、還原糖 1.8 g/L、大腸菌群＜3 MPN/100 mL、菌落總數(shù)13 CFU/mL，各項(xiàng)指標(biāo)均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術(shù)要求》。