响应面法优化不同澄清剂对龙眼酒的澄清效果

吴翠琼，李杰民，方晓纯，周泽秀，许志英，农秋平，刘国明

（1.广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所，广西南宁530007； 2.大新龙眼实验站，广西大新532300； 3.大新县农技推广站，广西大新532300）

响应面法优化不同澄清剂对龙眼酒的澄清效果

吴翠琼1，李杰民1，方晓纯1，周泽秀2，许志英2，农秋平3，刘国明1

（1.广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所，广西南宁530007； 2.大新龙眼实验站，广西大新532300； 3.大新县农技推广站，广西大新532300）

以龙眼酒为研究对象，用透光率作为澄清效果指标。在单因素的基础上，选取不同澄清剂、静置时间、澄清剂的添加量为自变量，透光率值为响应值，利用Box-Behnken中心组合设计原理和响应面分析法，对龙眼酒的澄清效果进行优化。确定其最佳条件为：澄清剂选用明胶，浓度为0.9 g/L，静置时间为5 d，透光率为95.8%。

龙眼酒； 澄清剂； 响应面分析法

龙眼(Dimocarpus longan Lour)又称桂圆、益智，主产于广东、广西、福建、台湾等地区，是我国亚热带名贵特产。龙眼果肉总糖含量高，是果酒酿造的优质原料[1]。以龙眼为原料，经剥壳去核、榨汁、低温发酵、过滤陈酿而成的发酵果酒，具有益气补血、安神定志、降脂护心、延缓衰老等保健功能[2]，并且不少学者们一直在研究探讨龙眼酒的发酵工艺[3-6]。刚完成主发酵的龙眼原酒易产生苦涩味，易褐变，颜色较深，澄清度不高[7]；而在龙眼酒陈酿、贮存过程中，也极易受到生物性与非生物性因素的影响，产生浑浊沉淀，进而发生氧化变质[8]，影响龙眼酒的品质。果酒的成分复杂、稳定性较差，多种原因引起酒体浑浊，由于用物理方法进行澄清会对酒中营养成分有所破坏，因此目前利用澄清剂进行澄清处理是主要方法[9]。澄清剂在果酒中的应用较为广泛[10-14]，应用在龙眼原酒的澄清方面也有不少研究[7，15]，如何选择一种便捷、有效、经济、实惠的澄清方法，是本实验的主要目的。本实验选用不同澄清剂、静置时间、澄清剂的添加量3个因素，在单因素实验的基础上，确定响应面的最佳条件，并进一步优化不同澄清剂对龙眼酒的澄清效果。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

样品及耗材：龙眼鲜果，采自广西桂平，品种为石硖；白砂糖，南宁糖业股份有限公司；Lalvin KD耐低温酵母，日照隆堡商贸有限公司；果胶酶（酶活力30000 U/g），南宁庞博生物工程有限公司；皂土，烟台帝伯仕贸易有限公司；明胶、蛋清粉，日照隆堡商贸有限公司。

仪器设备：SalvisLAB CN118恒温生物培养箱，瑞士Salvis公司；电子天平（ATX124），日本岛津商贸有限公司；紫外可见扫描分光光度计（GENESYS 10SUV-VIS），赛默飞世尔科技有限公司；PAL-1糖度计，维欣仪奥康科技公司；PHS-3C酸度计，上海雷磁仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 龙眼果酒制备的工艺流程

采用新鲜、成熟度高的石硖龙眼去皮、去核后进行打浆。打浆后的果肉和汁在40℃下用浓度为1%的果胶酶酶解60 min。酶解后的龙眼肉、汁按要求调配,65℃水浴加热灭菌30 min，待温度降至40℃时加入Lalvin KD耐低温酵母菌种（用量0.1%）进行20℃恒温发酵。发酵结束后进行换罐，并降温至5℃进行沉降及陈酿。具体流程如下：

龙眼→清洗、去皮、去核→打浆→酶解→调配→灭菌→降温、发酵→换罐→陈酿→成品

1.2.2 龙眼酒透光率测定波长的选择

用紫外可见扫描分光光度计，以蒸馏水作参照，在200～1000 nm范围内对龙眼原酒进行透光率扫描，并导出扫描图，据此确定龙眼酒透光率的测定波长。

1.2.3 不同澄清剂澄清效果的单因素实验

不同澄清剂：将50 mL龙眼原酒置于50 mL离心管中，分别采用明胶溶液0.1 g/L、蛋清粉溶液0.1 g/L、皂土溶液0.1 g/L、果胶酶溶液0.1 g/L，并放置5 d检测透光率。静置时间：选取明胶溶液0.1 g/L做静置15 d实验，其中每天检测透光率。澄清剂的添加量：选取明胶溶液0.1 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5 g/L、0.6 g/L、0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L、1.0 g/L做添加量实验，放置5 d检测透光率。

1.2.4 不同澄清剂响应面最佳条件的确定

在单因素实验基础上，选取不同澄清剂、静置时间、澄清剂的添加量为自变量，透光率值为响应值，利用Box-Behnken中心组合设计原理，采用3因素3水平的响应面分析法，确定龙眼酒最佳澄清条件。响应面实验因素水平表见表1。

表1 响应面实验因素水平表

2 结果与分析

2.1 龙眼酒透光率波长扫描结果与分析（图1）

图1 龙眼原酒的透光率曲线

龙眼原酒透光率测定波长的确定。由图1可知，龙眼原酒透光率随着波长增加而提高，当波长增加到657 nm时，其透光率为96.739%，但其后随着波长继续增加时，其透光率曲线上升缓慢，且不稳定，综合紫外可见分光光度计的测定范围和稳定性，选择在657 nm处测定透光率。

2.2 单因素实验结果与分析

2.2.1 不同澄清剂处理对龙眼酒澄清度的影响（图2）

图2 不同澄清剂对龙眼酒澄清度的影响

由图2可知，4种澄清剂对龙眼原酒都有一定的澄清效果,其透光率值都大于空白的透光率，明胶的透光率最大，这是由不同澄清剂与龙眼酒不同的作用机理决定的。相同条件下的不同澄清剂对龙眼原酒的透光率的影响程度顺序为：明胶＞皂土＞果胶酶＞蛋清粉＞空白，因此选择透光率较高的明胶、皂土、果胶酶3个水平做响应面实验进行优化。

2.2.2 静置时间对龙眼酒澄清度的影响（图3）

图3 静置时间对龙眼酒澄清度的影响

由图3可知，放置的前5 d，龙眼原酒的透光率随着时间的延长而增大；后10 d，龙眼原酒的透光率随着时间的延长而趋向缓慢下降。整个变化趋势中，放置的第3天、第4天、第5天龙眼原酒的透光率较大，第5天达到峰值。选择放置时间3 d、4 d、5 d共3个水平做响应面实验进行优化。

2.2.3 澄清剂添加量对龙眼酒澄清度的影响（图4）

图4 澄清剂添加量对龙眼酒澄清度的影响

由图4可知：龙眼原酒的透光率随着澄清剂添加量的增加呈先升高后下降的趋势。当澄清剂的添加量为0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L时，龙眼原酒的透光率明显较大，当澄清剂的添加量为0.9 g/L时，龙眼原酒的透光率达到最大。选择澄清剂的添加量为0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L 3个水平做响应面实验进行优化。

2.3 响应面法澄清条件的优化

2.3.1 响应面实验设计及结果

龙眼原酒澄清效果响应面实验设计实验结果见表2。

将表2中的数据利用软件进行二次多元回归拟合，得到模型的二次多项回归方程：Y=91.66-0.72A+0.38B+0.12C-0.35AB+1.1AC+0.4BC+1.07A2+1.07B2+1.47C2。

为了检验方程的有效性，对龙眼原酒透光率的数学模型进行方差分析，结果见表3、表4。

在模型中p＜0.01，表明回归模型达到了极显著的水平，而失拟项的p值为0.6501，大于0.05，表明失拟项不显著。该表中一次项A、B的p值都小于0.05，达到显著影响水平；而C项的p值大于0.05，未达到显著影响水平，说明澄清剂、静置时间对龙眼原酒的透光率有显著影响，澄清剂的浓度对龙眼原酒的透光率没有显著影响。在所选取的因素水平范围内，对龙眼原酒透光率影响程度顺序为澄清剂＞静置时间＞澄清剂浓度。二次项A2、B2、C2的p值小于0.01，对响应值影响极显著。

表2 响应面实验设计实验结果

表3 回归模型方差分析表

表4 方差相关系数

由表4可知，R2为0.9739，R2adj为0.9402，说明此模型与实际实验拟合较好，自变量与响应值之间线性关系显著；R2Pred为0.8307，说明该模型预测性良好。变异系数CV为0.38%，小于5%，表明方程有良好的重现性。信噪比为15.708，远大于4，说明模型可信度较高。因此，可以用此模型来分析预测响应值随自变量的变化规律。

2.3.2 因素交互作用分析

根据所得回归方程作出响应面图，预测澄清剂种类、静置时间、澄清剂浓度3个因素对透光率的影响。响应面图见图5、图6、图7。

图5 澄清剂与静置时间交互作用对透光率的影响

由图5可知，澄清剂的浓度一定时，随着静置时间和澄清剂数值的增大，透光率呈先降低后升高之势。当澄清剂数值为-1.00，即澄清剂为皂土时，随着静置时间变大，龙眼酒透光率迅速减小而后迅速增大；当澄清剂数值为0，即澄清剂为果胶酶时，随着静置时间变大，龙眼酒透光率呈缓慢减小后缓慢增大之势；当澄清剂数值为1，即澄清剂为明胶时，随着静置时间变大，龙眼酒透光率呈缓慢减小后迅速增大之势。

由图6可知，静置时间一定时，随着澄清剂浓度和澄清剂数值的增大，透光率呈先减少后增大之势。当澄清剂数值为-1.00，即澄清剂为皂土时，随着澄清剂浓度的变大，龙眼酒透光率缓慢减小而后迅速增大；当澄清剂数值为0，即澄清剂为果胶酶时，随着澄清剂浓度的变大，龙眼酒透光率呈缓慢减小后缓慢增大之势；当澄清剂数值为1，即澄清剂为明胶时，随着澄清剂浓度的变大，龙眼酒透光率呈迅速减小后迅速增大之势。

图6 澄清剂与浓度相互作用对透光率的影响

图7 浓度与静置时间交互作用对透光率的影响

由图7可知，澄清剂一定时，随着静置时间和澄清剂浓度数值的同时增大，龙眼酒透光率呈先减少后增大之势。

2.3.3 龙眼酒最佳澄清效果的条件验证与确定

通过DesignExpert V 8.0.6.1软件对所得回归方程求解，明胶作为澄清剂，浓度为0.9 g/L，静置时间为5 d，此条件下得到理论最大透光率，为96.159%。在实际实验中，以上述条件做验证实验，结果得到的透光率为95.8%，接近预测值96.159%。

3 结论

在龙眼酒透光率单因素实验基础上，设计3因素3水平响应面实验，利用Box-Behnken中心组合设计原理和响应面分析法，优化并确定其最佳条件为：澄清剂选用明胶，浓度为0.9 g/L，静置时间为5 d，透光率为95.8%。单一澄清剂对龙眼原酒均有较好的澄清效果，各因素影响龙眼原酒澄清效果的主次顺序为：澄清剂＞静置时间＞澄清剂浓度。

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Optimization of the Clarification Effect of Longan Wine by Different Clarifying Agents by Response Surface Method

WU Cuiqiong1,LI Jiemin1,FANG Xiaochun1,ZHOU Zexiu2,XU Zhiying2,NONG Qiuping3and LIU Guoming1
（1.Institute of Agro-products Processing Science and Technology,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning,Guangxi 530007;2.Daxin Longan Test Station,Daxin,Guangxi 532300;3 Daxin Agriculture Technology Spreading Station,Daxin,Guangxi 532300,China）

In this study,longan wine was used as the research object and light transmittance was used to evaluate the clarification effects.Based on single factor test,different clarifying agents,standing time,and the adding levels of the clarifying agents were used as the variables,light transmittance used as the response value,and Box-Behnken central composite design and response surface method were applied to optimize the clarifying process as follows:adding level of gelatin was 0.9 g/L,and the standing time was 5 d.As a result,the transmittance was 95.8%.

longan wine;clarifying agent;response surface method

TS262.7；TS261.4

A

1001-9286（2017）07-0037-05

10.13746/j.njkj2017040

2014年国家中组部“万人计划”青年拔尖人才项目（组厅字[2015]48号）；“八桂学者”工程专项经费资助（[2016]21）；国家自然科学基金项目（31160407，31560467，31660589）；广西自然科学基金项目（2014GXNSFAA118110，2014GXNSFDA118013，2015GXNSFBA139102）；广西农业重点科技计划项目（201527）；广西科学研究与技术开发计划项目（桂科合15104001-23，桂科合1347004-18，桂科AD16380015）；2015年留学人员科技活动项目择优资助项目（人社厅函[2015]192号）；广西农业科学院科技基本业务费团队项目（2015YT86）。

2017-02-28

吴翠琼（1978-），女，本科，助理工程师，研究方向为果酒酿造。

刘国明（1984-），男，硕士，高级工程师，研究方向为农产品加工研究与产品开发工作，E-mail：guoming-liu@gxaas.net。

优先数字出版时间：2017-03-30；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170330.1545.004.html。