响应面法优化黑枸杞-葡萄复合果酒发酵工艺的研究

2017-06-01李文新陈计峦唐凤仙陈新军安瑞丽魏长庆

中国酿造 2017年5期

关键词：葡萄汁面法糖度

李文新，陈计峦，唐凤仙，陈新军，安瑞丽，魏长庆*

（石河子大学食品学院，新疆石河子832000）

响应面法优化黑枸杞-葡萄复合果酒发酵工艺的研究

李文新，陈计峦，唐凤仙，陈新军，安瑞丽，魏长庆*

（石河子大学食品学院，新疆石河子832000）

以黑枸杞汁和葡萄汁为原料，考察酵母添加量、发酵温度和初始糖度对复合果酒的品质的影响。在单因素试验结果的基础上，采用响应面法优化黑枸杞-葡萄复合果酒的发酵工艺参数。结果表明，黑枸杞汁与葡萄汁的最佳配比为7∶3（V/V），最佳发酵工艺条件为发酵温度20℃、酵母添加量0.03%、初始糖度24%。在此条件下，发酵所得复合果酒酒精度为12.7%vol，感官评分为90分，果酒酒香浓厚，酒体澄清透明，呈酒红色。

黑枸杞；葡萄；复合果酒；响应面法；发酵工艺

LI Wenxin,CHEN Jiluan,TANG Fengxian,CHEN Xinjun,AN Ruili,WEI Changqing*

(College of Food Science,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

黑枸杞（LyciumruthenicumMurr.）系茄科（Solanaceae）枸杞属（LyciumL.）植物[1]，棘刺灌木，其果实呈紫黑色，有甜味。野生黑枸杞对生长环境有一定的要求，因此在世界各地分布也较少，目前主要分布在我国西北地区、俄罗斯西北地区、前苏联高加索、中亚地区等。相关研究表明，黑枸杞含有丰富的类胡萝卜素、维生素类、无机元素、花青素、多糖、黄酮类化合物等[2-3]。黑枸杞具有降血压、降血脂、增强免疫力、养颜、明目之功效，它富含的花青素具有抗氧化、抗自由基、抗衰老、防治癌症的功能[4-6]。

近些年，随着对黑枸杞营养及功效的深入研究，黑枸杞类制品逐渐受到消费者的喜爱[7-9]。投入市场的主要产品有浓缩饮料、茶叶、复合饮料及干果、保健药等，因此开发黑枸杞产品已成为一种趋势。目前利用黑枸杞制作果酒的研究报道还不多见，黑枸杞-葡萄复合果酒更是鲜有报道。本研究将黑枸杞与葡萄进行低温发酵制成黑枸杞-葡萄复合果酒，在单因素试验结果的基础上，采用响应面法优化复合果酒的发酵工艺参数，以期为复合果酒的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜黑枸杞：石河子市农贸市场；新鲜玫瑰香葡萄：中信国安酒庄；活性干酵母（食品级）：上海康禧食品饮业有限公司；蔗糖（食品级）：石河子市售；葡萄糖（分析纯）：天津盛奥化学试剂有限公司；偏重亚硫酸钾（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；碳酸氢钠（分析纯）：天津市天达净化材料精细化工厂；维生素C（vitamin C，VC）（分析纯）：天津市永大化学试剂开发中心。

1.2 仪器与设备

FA201S型电子分析天平：上海天平仪器厂；ZXSD-1160型全自动新型生化培养箱：上海智城分析仪器制造有限公司；S-3C型pH计：上海精密科学仪器有限公司；MC202231型手持折光仪：成都泰华光学有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黑枸杞复合果酒工艺流程及操作要点

操作要点：

原料选择：选用新鲜成熟黑枸杞和葡萄，去除次果和坏果，并用清水洗净。

黑枸杞汁与葡萄汁的制备：取黑枸杞加水，榨汁，其中黑枸杞与水的比例为1∶3，且加入0.08%抗坏血酸以护色，所得混合汁待用；葡萄经破碎后榨汁，后用八层纱布过滤得葡萄汁。

成分调整：将黑枸杞汁与葡萄汁按不同比例混合，固形物含量在5%左右，根据理论值17 g/L蔗糖发酵能产生1%vol的酒精度[10]，按预计酒精度加入蔗糖调整果汁的糖度，pH值调整至4.0，加入30mg/L偏重亚硫酸钾以杀菌并提高稳定性，使酒醇正香浓[11]。

酵母活化：将酿酒酵母加入到5%的葡萄糖溶液中，混合均匀，置于35℃的恒温水浴活化30 min，待观察其产气泡丰富时，即可作为菌种使用。

发酵：对调整后的复合果汁进行巴氏杀菌，待冷却后在无菌条件下，接种活化后的酵母菌，然后在恒温培养箱中发酵，每隔12 h测定残糖量，当残糖量、酒精度持续3 d保持不变时，发酵结束。

过滤澄清：用八层纱布过滤去除酵母及发酵残渣，使酒体透亮有光泽。

调配：对澄清处理过的黑枸杞-葡萄复合果酒的糖度以及酸度进行适当的调配，得到酒味协调，风味更加突出的浓香型果酒。

1.3.2 黑枸杞汁与葡萄汁混合比例的选择

将黑枸杞汁与葡萄汁添加体积比分别设为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V），按照1.3.1的操作方法酿造黑枸杞-葡萄复合果酒，考察果汁混合比例对复合果酒感官评分和酒精度的影响，以确定最佳果汁混合比例。

1.3.3 黑枸杞-葡萄复合果酒发酵条件优化的单因素试验

选取发酵温度（16℃、18℃、20℃、22℃、24℃）、酵母添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%）、初始糖度（20%、22%、24%、26%、28%）进行单因素发酵试验，以残糖量、酒精度及感官评分为评价标准，确定各因素对黑枸杞-葡萄复合果酒的影响。

1.3.4 黑枸杞-葡萄复合果酒响应面优化试验

在单因素试验的基础上，以感官评分（X）和酒精度（Y）为响应值，采用3因素3水平的响应面法进行复合果酒发酵工艺条件优化。以Design-Expert V 8.0.5软件对试验进行回归分析，预测复合果酒发酵的最优工艺参数。响应面试验因素与水平见表1。

表1 复合果酒发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodothy for fermentation process of compound wine optimization

1.3.5 感官评价

食品感官评价是指通过人的感官对食品的色泽、气味等指标进行评价，判别产品质量优劣，确定质量等级的方法[12]。选10名食品专业人员分别对黑枸杞-葡萄复合果酒产品的色泽、香气、口感、状态进行感官评分，满分100分，具体感官评分标准见表2。

表2 复合果酒感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of compound wine

1.3.6 理化指标检测方法

可溶性固形物含量和pH值：分别采用手持测糖仪和pH计测定；总酸含量（以柠檬酸计）：采用酸碱中和滴定法[13]；酒精度：采用蒸馏比重法[14]测定；总糖含量：采用斐林试剂滴定法[15]测定。

2 结果与分析

2.1 黑枸杞汁与葡萄汁混合比例的选择

考察果汁混合比例对复合果酒感官品质和酒精度的影响，结果见表3。由表3可知，随着黑枸杞汁体积的减少，复合果酒的酒精度逐渐上升，但上升度较小；由感官评分结果可知，黑枸杞汁与葡萄汁的复合比例对复合果酒的风味有显著的影响，当黑枸杞汁与葡萄汁的复合比例为7∶3（V/V）时，感官评分最高为90分。因此，选择黑枸杞汁与葡萄汁的混合比例为7∶3（V/V）。

表3 黑枸杞汁与葡萄汁混合比例对复合果酒感官评分和酒精度的影响Table 3 Effect of compound ratio ofL.ruthenicumjuice and grape juice on sensory score and alcohol content of compound wine

2.2 单因素试验结果

2.2.1 发酵温度对复合果酒发酵的影响

图1 发酵温度对复合果酒发酵的影响Fig.1 Effect of fermentation temperature on fermentation of compound wine

由图1可知，随着发酵温度的升高，酒精度逐渐升高，残糖逐渐下降，感官评分呈先上升后下降的趋势，当发酵温度为20℃时，感官评分达到最大值，为90分，此时酒体饱满，色泽鲜亮，果香浓郁，而此后感官评分随发酵温度的升高逐渐下降，这可能是因为发酵温度过高会导致果酒香气流失过多，然而温度过低则会导致发酵不完全，剩余残糖过高[16]。因此，选择发酵温度为20℃。

2.2.2 酵母添加量对复合果酒发酵的影响

图2 酵母添加量对复合果酒发酵的影响Fig.2 Effect of yeast addition on fermentation of compound wine

由图2可知，随着酵母添加量的增加残糖消耗较快，酒精度和感官评分均快速增加，当酵母添加量为0.03%时，残糖最低，此时酒精度和感官评分均达到最大值，分别为12.5%vol和91分；继续增大酵母添加量，残糖上升，酒精度和感官评分开始下降，这可能是因为酵母接种量过大使发酵液中的糖更多的消耗于酵母本身生长，而用于酒精生成的糖相应减少[17-18]，并且因为营养物质的大量消耗和代谢产物的产生，使酵母菌发酵环境质量下降导致过早衰老并产生自溶，使果酒的酒精度降低。因此，选择酵母菌添加量为0.03%。

2.2.3 初始糖度对复合果酒发酵的影响

图3 初始糖度对复合果酒发酵的影响Fig.3 Effect of initial sugar content on fermentation of compound wine

由图3可知，随着初始糖度的增加，残糖逐渐增加，酒精度和感官评价均呈现先上升后下降的趋势，当初始糖度为24%时，酒精度和感官评分均达到最大值，分别为12.7%vol和91分；当初始糖度＞24%时，酒精度和感官评价明显下降。可能是由于含糖量过高导致发酵液渗透压增大，抑制了酵母的生长和代谢，使发酵液发酵缓慢、发酵不完全和剩余糖较多[19-21]。因此，为了保证最后所得果酒色泽鲜亮，果香浓郁，酒精度适宜，选择初始糖度为24%。

2.3 响应面试验

在单因素试验基础上，对初始糖度（A）、酵母添加量（B）和发酵温度（C）进行综合研究，采用3因素3水平的响应面法进行优化，测定复合果酒的感官评分（X）和酒精度（Y），响应面试验结果与分析如表4所示。

应用Design-Expert.V 8.0.6软件对表4的试验数据进行回归分析，得感官评分（X）和酒精度（Y）的回归方程分别为：

表4 复合果酒响应面试验结果与分析Table 4 Results and analysis of response surface tests of compound wine

对该二次回归方程进行方差分析，结果见表5。由表5可知，2个模型的P值均≤0.000 1，影响均极显著，说明复合果酒的感官评分和酒精度与3个变量之间的线性关系显著，感官评分和酒精度的R2分别为99.05%和98.06%；模型的调整系数RAdj2分别为97.83%和95.56%，由此可以说明拟合度很好，可以用此模型进行复合果酒的分析预测。以感官评分为响应值时，一次项A、C和二次项AB、C2影响显著（P＜0.05），A2、B2影响极显著（P＜0.05）；以酒精度为响应值时，一次项B和二次项AC、BC、C2影响显著（P＜0.05），A2、B2影响极显著（P＜0.05）。

由图4可知，酒精度和感官评分随着酵母添加量和温度的增加呈现先升高后下降的趋势，两者等高线呈现椭圆形，存在极值，且坡度较陡说明二者交互作用显著；随着初始糖度和温度变化，酒精度和感官评分呈现出先升高后下降的趋势，而前者坡度较陡交互作用显著后者坡度较平缓交互作用不显著；随着初始糖度和酵母添加量的增加，酒精度和感官评分呈现出先升高后下降的趋势，两者坡度相对较陡，交互作用较显著。

通过统计软件Design-Expert V 8.0.6对模型优化求解，得到黑枸杞复合果酒发酵的最佳工艺条件为：初糖浓度为23.63%，酵母接种量为0.03%，发酵温度为19.97℃，此条件下发酵后黑枸杞复合果酒酒精度为12.72%vol，感官评分为90.73分。为验证试验结果的真实性，考虑实际的操作情况，将发酵工艺参数调整为发酵温度20℃，酵母接种量0.03%，初始糖度24%，在此最佳工艺条件下进行3次验证试验，得到黑枸杞复合果酒的酒精度为12.7%vol，感官评分为90分，结果与预测值相差微小。因此，采用响应面法优化的黑枸杞复合果酒发酵工艺条件准确可靠，具有参考价值。

表5 回归模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

图4 发酵温度、酵母添加量和初始糖度交互作用对复合果酒酒精度和感官评分影响的响应面及等高线Fig.4 Response surface plots and contour lines of interaction between fermentation temperature,yeast addition and initial sugar content on alcohol content and sensory score of compound wine

3 结论

本研究在单因素试验的基础上，采用响应面分析法优化黑枸杞-葡萄复合果酒发酵工艺条件，获得最佳优化工艺条件参数为黑枸杞汁与葡萄汁配比7∶3（V/V），发酵温度20℃，酵母添加量0.03%，初始糖度24%，在此条件下，得到的复合果酒酒精度为12.7%vol，感官评分为90分，且果酒酒香浓厚，酒体澄清透明，颜色呈酒红色，是一种具有丰富营养的保健型果酒，市场前景广阔。试验对于拓宽黑枸杞的深加工渠道具有深远意义。

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TS262.7

0254-5071（2017）05-0187-05