蘋果木瓜混釀白蘭地工藝的優(yōu)化

趙志軍,袁倩倩,郭文慧,李 冰,劉延波,周平平,葛少華,孫秋麗,黃 海,孫西玉,潘春梅

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院(酒業(yè)學(xué)院),河南 鄭州 450046; 2.河南省白酒風(fēng)格工程技術(shù)研究中心, 河南 鄭州 450046; 3.寶豐酒業(yè)有限公司,河南 平頂山 467500; 4.河南省寧陵縣綜合檢驗(yàn)檢測中心,河南 商丘 476700)

果酒釀造和白蘭地生產(chǎn)是水果深加工的重要途徑。蘋果含糖量高、酸度低,是果酒釀造和白蘭地生產(chǎn)的常用水果原料[1-3]。木瓜,又稱皺皮木瓜、野生木瓜,是薔薇科木瓜屬多年生落葉灌木或小喬木的果實(shí)[4]。木瓜味酸性溫,多做藥材使用,具有平肝舒筋、和胃化濕、降壓、降糖、軟化血管、護(hù)肝降酶、養(yǎng)顏抗衰、防老年癡呆、促進(jìn)血液循環(huán)、延年益壽和提高人體免疫力等功效[5]。

廣義的白蘭地是以水果為原料,經(jīng)發(fā)酵、蒸餾及調(diào)配制成的飲料酒[6]。白蘭地具有增強(qiáng)免疫、促進(jìn)心臟健康、緩解喉嚨痛等功效[7]。隨著水果深加工研究的深入,復(fù)合果酒已經(jīng)成為果酒研究的熱點(diǎn)[8,9]。以蘋果和木瓜為原料,經(jīng)過破碎榨汁,混合發(fā)酵后蒸餾制成混釀白蘭地,不僅協(xié)調(diào)糖酸平衡,有利于發(fā)酵的順利進(jìn)行,還可改善單一果酒白蘭地在口感和香氣上的不足[10]。

傳統(tǒng)白蘭地感官評(píng)價(jià)是通過視覺、嗅覺和味覺等感覺器官分析白蘭地的質(zhì)量[11],存在較多的主觀性和局限性[12]。模糊數(shù)學(xué)以模糊變換原理為基礎(chǔ),通過模糊矩陣將評(píng)價(jià)信息數(shù)值化,削弱了傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)的模糊性和主觀性[13,14]。

本研究以木瓜和蘋果為原料釀造白蘭地產(chǎn)品,在建立蘋果木瓜混釀白蘭地模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn),優(yōu)化蘋果木瓜混釀白蘭地工藝,獲得最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

木瓜購自南陽道地金木瓜生物科技有限公司。蘋果產(chǎn)自河南三門峽市陜州區(qū)。白砂糖購自湛江豐興糖業(yè)有限公司。葡萄酒果酒專用酵母(酵母活細(xì)胞數(shù)≥150億個(gè)/g)購自安琪酵母股份有限公司。果膠酶(酶活力為2 000 U/g)購自杭州科田生物科技有限公司。異維生素C鈉(分析純)、亞硫酸(分析純)均購自嘉宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程及操作要點(diǎn)

工藝流程:木瓜、蘋果→清洗、去籽、破碎→果膠酶處理→果汁初始糖度測定→混合調(diào)配(加白砂糖)→加入亞硫酸、酵母→前發(fā)酵→果渣分離→后發(fā)酵→一次蒸餾→二次蒸餾→白蘭地

操作要點(diǎn):

將蘋果清洗去核,放入破碎機(jī)中打漿。按照蘋果質(zhì)量的25%加入無菌純凈水,同時(shí)噴淋0.1%的質(zhì)量濃度20%異VC鈉溶液,防止蘋果氧化褐變[15]。將木瓜清洗去籽,切成小塊,按照木瓜與水1∶1質(zhì)量比加水打漿。分別得到蘋果漿液和木瓜漿液。

將蘋果漿和木瓜漿按一定比例混合均勻,加入果膠酶酶解,加入白砂糖調(diào)整糖含量,添加亞硫酸抑制雜菌生長,加入活化酵母菌進(jìn)行發(fā)酵[16]。混合果漿基礎(chǔ)發(fā)酵條件為蘋果漿與木瓜漿質(zhì)量比1∶1、果膠酶添加量60 mg/L、亞硫酸添加量80 mL/L、活性干酵母接種量0.7 g/L、初始糖度22 °Bx、發(fā)酵溫度22 ℃、發(fā)酵時(shí)間7 d。發(fā)酵過程中,每天攪拌一次,將漂浮的果渣壓入果汁中,并取樣監(jiān)測發(fā)酵過程中糖度的變化。糖度測定采用手持式葡萄酒折光儀[17]。發(fā)酵結(jié)束后,過濾除去果渣。將過濾后清液存入后發(fā)酵罐,密封,在20 ℃條件下貯存3個(gè)月。

蒸餾采用二次蒸餾工藝。第一次蒸餾得到粗餾白蘭地。再將粗餾白蘭地進(jìn)行二次蒸餾,按粗餾白蘭地體積的1%截取酒頭后,連續(xù)測定餾分酒精度,待酒精濃度達(dá)到25%時(shí)停止蒸餾。將蒸餾所得白蘭地進(jìn)行調(diào)配,得到酒精濃度為40%的蘋果木瓜混釀白蘭地。采用酒精濃度計(jì)測量酒精濃度[17]。

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在混合果漿基礎(chǔ)發(fā)酵條件下,分別將木瓜與蘋果配比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)、亞硫酸添加量(40、60、80、100、120 mL/L)、果膠酶添加量(20、40、60、80、100 mg/L)、酵母接種量(0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 g/L)、初始糖度(18、20、22、24、26 °Bx)設(shè)定為單一變量,進(jìn)行單因素試驗(yàn)。建立模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)模型,獲得各變量條件下蘋果木瓜混釀白蘭地模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)分。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選出對蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)分影響最大的三個(gè)因素,依據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),得到蘋果木瓜混釀白蘭地發(fā)酵的最優(yōu)條件。

1.2.4 蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)價(jià)

10名擁有國家品酒師職業(yè)資格證書的專業(yè)人士組成評(píng)定小組,對酒樣的色澤、氣味、風(fēng)格和口感四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)分。蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法

1.2.5.1 建立因素集和評(píng)語集

建立反映混釀白蘭地感官評(píng)分的指標(biāo)因素集,U=[u1,u2,u3,u4]=[色澤,氣味,風(fēng)格,口感]。建立評(píng)定小組成員反饋信息的評(píng)語集。以優(yōu)、良、中、差為評(píng)語等級(jí),分別賦值90、80、70、60,則評(píng)語集V=[v1,v2,v3,v4]=[90,80,70,60][18]。

1.2.5.2 感官評(píng)價(jià)因素權(quán)重集系數(shù)的確定

確定蘋果木瓜混釀白蘭地的色澤、氣味、風(fēng)格、口感權(quán)重系數(shù)分別為0.1、0.3、0.2、0.4,即建立蘋果木瓜混釀白蘭地的評(píng)價(jià)權(quán)重集K=[色澤、氣味、風(fēng)格、口感]=[0.1、0.3、0.2、0.4][19]。

1.2.5.3 建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

感官評(píng)價(jià)小組對蘋果木瓜混釀白蘭地的四項(xiàng)感官因素進(jìn)行一一評(píng)價(jià),統(tǒng)計(jì)得到各項(xiàng)因素的票數(shù),將各等級(jí)的票數(shù)與感官評(píng)價(jià)總?cè)藬?shù)之比折算成贊比率,得到模糊矩陣Rk。

式中k為樣品編號(hào)(k=1,2,3,…),i為各項(xiàng)感官因素(i=1,2,3,4),j為各等級(jí)評(píng)語(j=1,2,3,4),Uij為第i個(gè)因素對應(yīng)優(yōu)、良、中、差等級(jí)所得票數(shù)折算得到的贊比率。

1.2.5.4 模糊變換及綜合評(píng)分

采用矩陣乘法計(jì)算出綜合評(píng)判集yi=K×Ri,式中yi為第i項(xiàng)因素的評(píng)判結(jié)果,K為評(píng)價(jià)權(quán)重集,Ri為第i號(hào)樣品的綜合評(píng)價(jià)模糊矩陣。最后將綜合評(píng)判集yi乘以評(píng)語集V中所賦予的相應(yīng)等級(jí)分值,進(jìn)行加和后,得到該樣品的綜合得分Yi。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

每組均進(jìn)行三次平行試驗(yàn)。使用MS Excel 2016進(jìn)行繪圖。采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著性分析,顯著水準(zhǔn)為P<0.05。利用Design-Expert 13軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

在混合果漿基礎(chǔ)發(fā)酵條件下,分別改變蘋果漿與木瓜漿質(zhì)量配比、亞硫酸添加量、果膠酶添加量、酵母菌添加量和初始糖度,對發(fā)酵蒸餾所得白蘭地進(jìn)行感官評(píng)價(jià),結(jié)果見圖1～圖5。

圖1 蘋果木瓜配比對混釀白蘭地感官評(píng)分的影響

由圖1可知,隨著蘋果木瓜質(zhì)量配比逐漸減小,感官評(píng)分增加,在蘋果和木瓜的配比為2∶1時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最大值,此時(shí)得到的白蘭地果香和酒香協(xié)調(diào),而后隨著蘋果木瓜質(zhì)量配比繼續(xù)減小,感官評(píng)分逐步降低,各質(zhì)量配比差異顯著(P<0.05)。蘋果和木瓜的成分和風(fēng)味不同,蘋果相對木瓜含糖量高,但香氣不足;木瓜相對蘋果香氣好,但口感酸澀。以蘋果為基礎(chǔ),在一定比例范圍內(nèi),隨著混合果漿中木瓜漿含量增加,所制得白蘭地香氣增加,感官評(píng)分相應(yīng)增加,但超出一定比例范圍后,隨著混合果漿中木瓜漿含量增加,所制得白蘭地口感酸澀味增加,感官評(píng)分相應(yīng)減少。綜合來看,應(yīng)選擇蘋果與木瓜質(zhì)量配比為2∶1。

由圖2可知,當(dāng)亞硫酸添加量逐漸增大時(shí),感官評(píng)分先升高再下降,亞硫酸添加量對感官評(píng)分影響顯著(P<0.05)。由于亞硫酸具有抑制雜菌生長的作用,有利于酵母菌的生長繁殖,當(dāng)亞硫酸添加量較低時(shí),添加亞硫酸有利于酵母菌繁殖代謝,使得混釀白蘭地感官評(píng)分增加。當(dāng)亞硫酸添加量為80 mg/L時(shí),白蘭地感官評(píng)分達(dá)到最大值83.1分,此時(shí),蒸餾后的白蘭地風(fēng)味最佳。而隨著亞硫酸添加量的進(jìn)一步增加,會(huì)抑制酵母菌的正常代謝,同時(shí)亞硫酸會(huì)分解產(chǎn)生二氧化硫,影響白蘭地的風(fēng)味,致使白蘭地感官評(píng)分逐漸降低。亞硫酸最佳添加量為80 mg/L。

圖2 亞硫酸添加量對混釀白蘭地感官評(píng)分的影響

果膠酶可以裂解果膠,降低果漿粘度,提高果汁出汁率[20]。由圖3可知,隨著果膠酶的添加,果汁出汁率也在逐漸增大。當(dāng)果膠酶添加量達(dá)到60 mg/L時(shí),色澤和口感最優(yōu),此時(shí)白蘭地感官評(píng)分達(dá)到最大值。繼續(xù)增加果膠酶添加量,對白蘭地感官評(píng)分影響不大,考慮到生產(chǎn)成本,最佳的果膠酶添加量為60 mg/L。

圖3 果膠酶添加量對混釀白蘭地感官評(píng)分的影響

由圖4可知,酵母添加量對混釀白蘭地的感官評(píng)分存在顯著影響(P<0.05),當(dāng)酵母添加量小于0.5 g/L時(shí),隨著酵母添加量增大,感官評(píng)分逐漸升高,主要原因是酵母菌有利于果汁發(fā)酵。當(dāng)酵母添加量大于0.5 g/L時(shí),隨著酵母添加量增加,混釀白蘭地的感官評(píng)分下降,這是因?yàn)檫^多的酵母菌消化較多的果汁營養(yǎng),并且酵母細(xì)胞衰老自融影響白蘭地的風(fēng)味。酵母添加量為0.5 g/L。

圖4 酵母添加量對混釀白蘭地感官評(píng)分的影響

由圖5可以看出,初始糖度對混釀白蘭地的感官評(píng)分存在顯著影響(P<0.05)。當(dāng)混合果汁中初始糖度為18～22 °Bx時(shí),混釀白蘭地的感官評(píng)分不斷提高,這是由于糖是酵母菌代謝所需物質(zhì)和能量的來源,增加糖濃度可以提高乙醇和風(fēng)味物質(zhì)濃度。而后隨著初始糖度的繼續(xù)增加,導(dǎo)致殘?zhí)橇扛?過高的糖度對酵母繁殖和代謝都會(huì)產(chǎn)生抑制作用,進(jìn)而影響混釀白蘭地風(fēng)味和口感,導(dǎo)致感官評(píng)分下降。選擇22 °Bx作為最適初始糖度。

圖5 初始糖度對混釀白蘭地感官評(píng)分的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取蘋果木瓜配比(A)、酵母添加量(B)和發(fā)酵初始糖度(C)為自變量,以混釀白蘭地模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為響應(yīng)值(Y),根據(jù)Box-Benhnken設(shè)計(jì)原理,通過Design Expert 13軟件設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn),因素與水平見表2,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)因子與水平

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案及結(jié)果

利用Design-expert 13軟件對表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到三個(gè)因素與混釀白蘭地模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分之間的二次多項(xiàng)回歸方程:

Y=85.9-1.575A-1.375B+0.45C-0.175AB+0.475AC-

0.325BC-0.8625A2-6.7625B2-0.7125C2

表4 回歸模型方差分析

圖6為AB、AC、BC兩兩因素相互作用的三維空間曲面圖,通過Design-Expert 13對二次多項(xiàng)回歸方程進(jìn)行最優(yōu)求解,得到了蘋果木瓜混釀白蘭地最佳發(fā)酵工藝為蘋果木瓜配比1.047∶1、酵母添加量0.476 g/L、初始糖度22.529°Bx,在此條件下釀造出的蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)分可達(dá)86.625分?？紤]到試驗(yàn)的可操作性,將發(fā)酵條件修改為蘋果木瓜配比1∶1、酵母添加量0.48 g/L、初始糖度22.5°Bx。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),經(jīng)過三組平行試驗(yàn),最終感官評(píng)分為86.51,與模型預(yù)測值相近,說明該模型預(yù)測準(zhǔn)確,能反映蘋果木瓜混釀白蘭地感官品評(píng)情況。

2.2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定結(jié)果

2.2.2.1 模糊矩陣的建立結(jié)果

評(píng)價(jià)小組對17個(gè)蘋果木瓜混釀白蘭地樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià),將評(píng)價(jià)結(jié)果收集匯總,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到蘋果木瓜混釀白蘭地的感官評(píng)價(jià)結(jié)果,見表5。

表5 混釀白蘭地的感官評(píng)價(jià)結(jié)果

從表5可知,在對樣品1的色澤進(jìn)行評(píng)價(jià)中,評(píng)價(jià)小組中認(rèn)為優(yōu)秀的有4人,良好的有6人,認(rèn)為中等和較差的均為0人,則U11=[0.4 0.6 0 0],同理,U12=[0.3 0.4 0.3 0],U13=[0.3 0.4 0.3 0],U14=[0.5 0.3 0.2 0],將上述四個(gè)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果寫成樣品1的評(píng)判矩陣,即為R1。

同理可得樣品2～17的評(píng)判矩陣R2～R17。

2.2.2.2 模糊變換綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將權(quán)重集K乘以評(píng)判矩陣R進(jìn)行模糊變換,即yi=KRi,可得到各個(gè)樣品的模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,該矩陣反應(yīng)對樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)優(yōu)、良、中、差的贊成比。最后將該矩陣評(píng)判結(jié)果根據(jù)感官評(píng)價(jià)時(shí)優(yōu)、良、中、差所對應(yīng)的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加和,得到綜合評(píng)分Yi。以樣品1為例,其模糊變換綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如下:

[0.39 0.38 0.23 0]

Y1=y1×V= (0.39×90)+(0.38×80)+

(0.23×70)+(0×60)=81.6

同理可得Y2～Y17,結(jié)果見表3。

3 結(jié)論

各因素對蘋果木瓜混釀白蘭地感官評(píng)分影響由大到小依次為酵母添加量>蘋果木瓜配比>初始糖度。經(jīng)優(yōu)化后的蘋果木瓜混釀白蘭地最佳發(fā)酵工藝條件為蘋果木瓜配比1∶1、酵母添加量0.48 g/L、初始糖度22.5 °Bx,感官評(píng)分為86.51分。在此條件下發(fā)酵所得混釀白蘭地,澄清透明、晶亮有光澤,具有和諧的果香和酒香,口感醇和豐滿,具有典型的白蘭地風(fēng)格。