响应面法优化雪莲果酒发酵工艺

吴竹青，陈 景，黄 群，黄 伟，陈功锡

(1.吉首大学 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南 吉首 416000；2.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000)

响应面法优化雪莲果酒发酵工艺

吴竹青1,2，陈 景2，黄 群1,2，黄 伟2，陈功锡1

(1.吉首大学 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南 吉首 416000；2.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000)

以雪莲果汁为原料，采用响应面法优化雪莲果酒发酵工艺条件，在单因素试验基础上，雪莲果汁糖度调整至22%，选取果酒干酵母接种量、发酵时间、发酵温度、SO2用量为影响因子，以雪莲果酒的酒精体积分数为响应值，应用Box-behnken中心组合试验设计建立数学模型，进行响应面分析。结果表明，雪莲果酒发酵优化工艺条件为：果酒干酵母接种量0.45%、发酵时间14d、发酵温度28.5℃、SO2用量57mg/L，在此优化条件下，雪莲果酒的酒精体积分数为11.46%。

雪莲果；果酒；发酵条件；响应面分析；优化

Key words：yacon；fruit wine；fermentation conditions；response surface analysis；optimization

雪莲果又称雅贡、雪莲薯等，雪莲果鲜果含有丰富的低聚果糖和水溶性膳食纤维，低聚果糖的含量约占果实干基的45%～46%，低聚果糖的含量会随着贮存时间和条件的变化而下降，此外，雪莲果还含有丰富的果糖、葡萄糖和蔗糖等糖类，钾、钙、锌、硒、铁等矿物质以及酚酸、类黄酮、萜类等活性成分。雪莲果具有调节肠胃、排毒通便、抗氧化、延缓衰老和提高机体免疫力等多种保健功效[1-4]。目前，雪莲果以鲜食为主，精深加工尚处于初级阶段，对其综合利用的研究主要有果脯、果糕、冰淇淋、果醋、啤酒、复合饮料、发酵饮料和果酒等相关生产工艺技术研究[5-13]。本研究旨在探讨影响雪莲果酒发酵的诸因素，采用响应面分析法对酿造工艺参数进行优化，为雪莲果酒的生产

提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

雪莲果汁：本实验所用新鲜雪莲果由湘西自治州生态富硒雪莲果开发基地提供，经榨汁处理得到雪莲果汁；安琪果酒专用活性干酵母由湖北安琪酵母股份有限公司提供；白砂糖(食品级)；偏重亚硫酸钾(分析纯)。

1.2 仪器与设备

XC-JP200型离心式榨汁机 江苏南通荣慧机械有限公司；GUJS-7发酵系统 镇江东方生物工程设备技术有限责任公司；SPX-250B-Z型生化培养箱 上海博迅实业有限公司；WYT型手持糖度计 成都光学仪器厂；JA5103N高精度电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；酒精计及酒精蒸馏装置等。

1.3 方法

1.3.1 雪莲果果汁糖度调整

本实验所用雪莲果果汁固形物含量13.5%，还原糖含量7.5%，自身发酵的酒精度过低，为使果酒成品具有一定的酒精度，发酵初期一次性补充糖分，用蔗糖调整糖度，使果汁还原糖含量达22%左右。

1.3.2 雪莲果酒发酵工艺流程

雪莲果→清洗、去皮→护色处理→离心榨汁→加果胶酶酶解→分离过滤→糖度调整→杀菌灭酶→主发酵→分离酒脚→后发酵→分离酒脚→陈酿→澄清→灌装→杀菌→冷却→雪莲果酒成品

1.3.3 指标测定方法

糖度测定：手持折光仪法；酒精体积分数测定：酒精计法[14]；还原糖测定：斐林试剂法；酸度测定：酸碱滴定法；SO2测定：按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[14]。

1.3.4 影响雪莲果酒发酵效果的单因素试验

1.3.4.1 果酒干酵母接种量的影响

将雪莲果汁糖度调整为22%，发酵温度28℃，SO2用量60mg/L，分别在0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7g/100mL不同果酒干酵母接种量条件下，发酵10d，探讨果酒干酵母接种量对雪莲果酒发酵效果的影响。

1.3.4.2 发酵时间的影响

将雪莲果汁糖度调整为22%，发酵温度28℃，SO2用量60mg/L，果酒干酵母接种量0.5g/100mL，进行不同发酵时间的单因素试验，探讨发酵时间对雪莲果酒发酵效果的影响。

1.3.4.3 发酵温度的影响

将雪莲果汁糖度调整为22%，SO2用量60mg/L，果酒干酵母接种量0.5g/100mL，分别在26、28、30、32℃不同温度条件下进行发酵，发酵10d，探讨发酵温度对雪莲果酒发酵效果的影响。1.3.4.4 SO2用量的影响

将雪莲果汁糖度调整为22%，发酵温度28℃，果酒干酵母接种量0.5g/100mL，分别使用30、40、50、60、70、80、90mg/L不同SO2添加量，本实验采用添加偏重亚硫酸钾，并换算成SO2添加量，发酵10d，探讨SO2用量对雪莲果酒发酵效果的影响。

1.3.5 雪莲果酒发酵工艺条件优化

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，选择发酵温度(X1)、SO2用量(X2)、果酒干酵母接种量(X3)和发酵时间(X4)为自变量，以产品的酒精体积分数为响应值，采用响应面分析法，对雪莲果酒发酵工艺条件参数进行优化[15-18]。

2 结果与分析

2.1 影响雪莲果酒发酵效果的单因素试验

2.1.1 果酒干酵母接种量的影响

图1 果酒干酵母接种量对酒精体积分数的影响Fig.1 Effects of yeast inoculating amount on alcoholicity in fruit wine

由图1可知，当果酒干酵母接种量较小时，自身繁殖代谢慢，杂菌生长快，导致原料代谢成酒精不完全，酒精含量低，酒质不协调；当酵母接种量过大时，酵母菌繁殖过旺，本身需要消耗大量的糖分，酒精含量反而降低；当接种量为0.5g/100mL时，酒精含量较高，酒体品质较好；因此选择果酒干酵母接种量为0.5g/100mL左右较为恰当。

2.1.2 发酵时间的影响

图2 发酵时间对酒精体积分数和还原糖含量的影响Fig.2 Effects of fermentation time on alcoholicity and reducing sugars

由图2可知，随着发酵时间的延长，醪液还原糖含量逐渐降低，酒精体积分数逐渐增大，发酵前7d，酒精体积分数增加和还原糖降低较快，发酵速体积分数较快；之后发酵速度趋于缓慢，在发酵第12天时，酒精体积分数达到11.4%，还原糖含量2.6%左右，酒精发酵基本接近终点，所以选择发酵时间12d左右较为适宜。

2.1.3 发酵温度的影响

主发酵温度是影响发酵时间和果酒风味的主要因素。28～32℃是酵母的最佳活力温度范围，温度越高，所需的发酵时间相对越短，但发酵温度过高会产生较明显的不良发酵味，影响果酒的口感和品质；在相对较低温度下发酵有利于提高果酒的品质，如口感及香气成分形成等[17]。由图3可知，随着发酵温度的升高，产酒精速度加快，当主发酵温度为28℃时，发酵比较平稳，易于控制，雪莲果酒的口感和品质较好，同时发酵速度亦较快。因此选择发酵温度为28℃较合理。

图3 发酵温度对酒精体积分数的影响Fig.3 Effects of fermentation temperature on alcoholicity

2.1.4 SO2用量的影响

图4 SO2用量对酒精体积分数的影响Fig.4 Effects of SO2 amount on alcoholicity

由图4可知， SO2用量60mg/L时，酒精体积分数达到10.8%，且原酒的品质较好；SO2用量较低会导致杂菌的繁殖，从而影响发酵；SO2用量过高，虽可较好的抑制杂菌生长，但也会对酵母菌的发酵产生抑制作用，故选择SO2适宜用量为60mg/L左右。

2.2 Box-Behnken中心组合设计试验及响应面法优化发酵工艺

2.2.1 Box-Behnken试验设计方案及试验结果

在上述已进行的4个单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，选择发酵温度(X1)、SO2用量(X2)、果酒干酵母接种量(X3)和发酵时间(X4)作为响应面优化的考察因素，以产品酒精体积分数为响应值，设计四因素三水平试验，因素水平见表1，试验结果见表2。

表1 Box-Behnken试验因素水平表Table 1 Variables and levels in Box-Behnken central composite design

表2 Box-Behnken试验设计方案及结果Table 2 Results of Box-Behnken central composite design

2.2.2 模型的建立及显著性检验

利用SAS 8.1软件对表2中试验数据进行二次线性回归拟合，得到数学模型为：

表3 回归统计分析表Table 3 ANOVA for the regression response surface model

2.2.3 响应面分析及优化

图5 Y=f(X1,X2)的响应面和等高线图Fig.5 Response surface and contour for the alcoholicity under different fermentation temperature and quantity of sulfur dioxide

图6 Y=f(X1,X3)的响应面和等高线图Fig.6 Response surface and contour for the alcoholicity under different fermentation temperature and inoculating amount of yeast

图7 Y=f(X1,X4)的响应面和等高线图Fig.7 Response surface and contour for the alcoholicity under different fermentation temperature and fermentation time

图8 Y=f(X2,X3)的响应面和等高线图Fig.8 Response surface and contour for the alcoholicity under different quantity of sulfur dioxide and inoculating amount of yeast

图9 Y=f(X2,X4)的响应面和等高线图Fig.9 Response surface and contour for the alcoholicity under different quantity of sulfur dioxide and fermentation time

图10 Y=f(X3,X4)的响应面和等高线图Fig.10 Response surface and contour for the alcoholicity under different inoculating amount of yeast and fermentation time

由图5～10可知，所选因素对响应值影响强弱次序为：发酵温度＞SO2用量＞果酒干酵母接种量＞发酵时间。

2.2.4 验证性实验

在优化条件下，产品酒精含量的理论预测值为11.58%。为检验实验结果的可靠性，采用上述优化发酵工艺条件进行雪莲果酒发酵实验，3组平行实验的结果分别为11.52%、11.41%、11.45%，平均值为11.46%，与理论预测值仅相差0.12%。因此，采用响应面分析法优化得到的雪莲果酒发酵工艺条件参数准确可靠，具有一定的实用价值。

2.3 雪莲果酒的陈酿与澄清

雪莲果酒主发酵结束后，分离酒脚，分别进行15～20d后发酵和90d以上的陈酿，所得酒液的酒精体积分数在11%～12%，残糖量≤4.0g/L；然后采用皂土下胶法，对原酒进行澄清处理，用0.5～0.6g/L的皂土下胶，可以获得较好的澄清效果。采用本实验条件酿制所得的雪莲果酒色泽淡黄，具有爽怡的口味和独特的雪莲果果香，澄清透明，酒体完整，典型性突出。

2.4 雪莲果酒褐变问题的解决

在雪莲果酒酿造过程中，抑制褐变的产生是关键技术之一，可以采用果汁护色处理、杀菌灭酶，控制相对较低的发酵温度，添加适量SO2，满缸陈酿、密封，减少酒液与空气的接触，以及加入澄清剂来降低果酒中单宁、酚类物质含量等多种措施，雪莲果酒的氧化褐变、品质下降问题可以得到较好地解决。

2.5 雪莲果果酒质量指标

2.5.1 感官指标

色泽：淡橘黄色，透明清亮，光泽度好；口味：清爽，醇厚丰满，柔和怡人；香气：雪莲果果香馥郁，无异味；典型性：酒性协调，酒体完整，典型性突出。

2.5.2 理化指标

酒精体积分数：11%～12%；还原糖含量(以葡萄糖计)≤4g/L；游离SO2含量≤50mg/L。

2.5.3 微生物指标

大肠菌群≤30个/L，细菌总数≤50个/mL，致病菌不得检出。

3 结 论

通过单因素试验和中心组合设计试验，采用响应面分析法优化雪莲果酒发酵工艺条件，得出优化工艺条件参数为：发酵温度28.5℃、SO2用量57mg/L、果酒干酵母接种量0.45%、发酵时间14d。在此条件下，产品酒精体积分数可达11.46%，所得原酒的品质好。在本实验范围内建立的二次线性回归模型准确有效，可用来预测设定条件范围内及其周围的雪莲果酒发酵工艺参数，对实验拟合较好，有一定的实用价值。发酵所得的雪莲果酒，雪莲果果香浓郁，是一种营养丰富的保健型果酒，开发前景广阔。

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Optimization of Fermentation of Yacon Fruit Wine by Response Surface Methodology

WU Zhu-qing1,2，CHEN Jing2，HUANG Qun1,2，HUANG Wei2，CHEN Gong-xi1
(1. Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization of Hunan Province, Jishou University, Jishou 416000, China；2. Institute of Food Science, Jishou University, Jishou 416000, China)

The yacon juice was utilized as raw material to brew fruit wine. Response surface methodology (RSM) was applied to optimize the fermentation conditions of Yacon fruit wine. Based on single factor experiment, sugar concentration of the fruit juice was adjusted to 22%, and the inoculating amount of yeast, fermentation time, temperature and quantity of sulfur dioxide used were chosen as influencing factors, and the alcoholicity was selected as response value and the mathematical model was established by Box-behnken central composite design. The optimal fermentation conditions were determined as follows:inoculating amount of yeast 0.45%, fermentation time 14 days, fermentation temperature 28.5 ℃ and sulfur dioxide 57 mg/L. Under this optimal condition, the alcoholicity was 11.46% (V/V).

TS 261.4；TS 262.7

A

1002-6630(2010)23-0182-06

2010-09-15

2009年植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室开放项目(JSK200905)

吴竹青(1964—)，女，高级实验师，本科，研究方向为食物资源开发与利用。E-mail：wuzhuqing093@126.com