仙人掌果黑枸杞复合果酒的发酵工艺研究

史晓华,于磊娟,邱 磊*

(1.山东职业学院 生物工程系,山东 济南 250104;2.齐鲁工业大学 生物工程学院,山东 济南 250353)

仙人掌果黑枸杞复合果酒的发酵工艺研究

史晓华1,于磊娟1,邱 磊2*

(1.山东职业学院 生物工程系,山东 济南 250104;2.齐鲁工业大学 生物工程学院,山东 济南 250353)

以仙人掌果、黑枸杞为原料制作复合果酒并研究其发酵工艺。以黑枸杞处理温度、糖度、酵母菌添加比例为3个因素进行单因素试验,并以酒精度及感官评分为评价指标,通过正交试验确定仙人掌果黑枸杞复合果酒的最佳发酵工艺。结果表明,当黑枸杞处理温度为30℃,糖度为22%,安琪葡萄酒果酒酵母RW、LAFFORTF33酵母、酿酒酵母SC1230添加比例为1∶1∶2的条件下,得到果酒的黄酮含量为4.49 mg/g,花青素含量为10.53 mg/g,酒精度为12.0%vol,感官评分为94分。产品鲜艳透亮,果香浓郁,风味独特。

仙人掌果;黑枸杞;果酒;发酵工艺

仙人掌果(Opuntia ficus-indica)为仙人掌属植物的果实,果皮呈青紫色,外有小绒毛刺,果肉呈紫红色[1]。仙人掌果果肉中含有丰富的微量元素、蛋白质、氨基酸、多糖类、黄酮类和果胶,具有抗衰老、降血压、降血脂、调节肠胃功能、提高免疫力等作用[2]。长期食用可以调理机体、辅助治疗糖尿病、促进伤口愈合,是适合亚健康人群食用的纯天然绿色食品[3]。

黑枸杞(Lycium ruthenicumMurr.)为茄科枸杞属植物,味甘、性平,富含蛋白质、枸杞多糖、氨基酸、维生素、矿物质元素等多种营养成分[4]。还有丰富的花青素,其含量远远超过蓝莓[5]。研究表明,黑枸杞具有抗衰老、抗病毒、改善睡眠、改善循环、护肝明目、增强体质等功能[6]。

由于仙人掌果和黑枸杞生长环境及鲜果的贮藏条件有限,为满足人们对于其产品口感及营养的需求,仙人掌果和黑枸杞产品精深加工技术的开发及相关产品的推广已受到市场的追捧。目前以仙人掌果和黑枸杞为单一原料,开发不同饮料及相关酒的案例较少。在目前已有发明中,存在的普遍问题是采用单一的黑枸杞为原料制作果酒,并且采用仙人掌果为原料酿酒的研究较少。因此,仙人掌果黑枸杞复合果酒将会吸引更多的消费者,从而有更广阔的发展前景。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

仙人掌果:海南三亚水果市场;黑枸杞:青海西宁干果批发市场;亚硫酸氢钠:山东凯龙化工科技发展有限公司;果胶酶(500 000 U/g):山东巨荣生物工程有限公司;白砂糖:青岛日昇昌食品配料有限公司;壳聚糖:济南天本生物科技有限公司;皂土:烟台华颐酿酒技术有限公司;安琪葡萄酒果酒酵母RW:安琪酵母食品专营店;LAFFORTF33酵母:烟台华颐酿酒技术有限公司;酿酒酵母SC1230:齐鲁工业大学现代酿酒装置与技术研究所菌种保藏室。

1.2 仪器与设备

SW-CJ-2D超净工作台:上海苏净实业有限公司;AUW120D分析天平:日本岛津公司;毛辊清洗机:山东田元机械制造有限公司;HX-PB956搅拌机:诸城鸿达机械有限公司;HH-WO智能数显恒温水浴锅:上海坦泽仪器设备有限公司;SD-JD-030L01发酵罐:齐鲁工业大学现代酿酒装置与技术研究所;板框式气膜压滤机:杭州强源过滤设备有限公司;硅藻土过滤机:上海立先机械工业有限公司;0-100酒精度计:武强县亿达仪表厂。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

(1)黑枸杞原料的处理

选择颗粒较大,颜色均匀的黑枸杞果干。将500 g黑枸杞果干用冷水清洗后沥干;添加5 L纯净水,恒温浸泡24 h。

(2)仙人掌果的预处理

选择大小均匀(约6.5～7.5 cm)、果实饱满、无霉斑、无虫蛀的新鲜仙人掌果2 kg。将挑选好的仙人掌果,放入仙人掌果毛辊清洗设备中,将其果皮上的毛绒刺除去并洗净沥干,将仙人掌果切开,去除绿色果皮和果实顶部的八角刺,使其实现果刺分离,仅保留紫红色的仙人掌果果实。

(3)破碎搅拌

将处理后的仙人掌果放入经清洗消毒后的搅拌机中,并向其中加入纯净水4 L,1 000 r/min搅拌1 min,打至均匀。

(4)抑菌和酶解处理

向搅拌后的仙人掌果果浆中立即添加亚硫酸氢钠0.2%,搅拌均匀。放置6h后,再加入果胶酶0.5%,搅拌均匀,静置1 h。

(5)原料混合

将所得仙人掌果果浆与浸泡后的黑枸杞及浸泡液按质量比1∶1进行混合,制得发酵液。

(6)初发酵

将发酵液倒入洗净消毒的发酵罐内,检测仙人掌果以及黑枸杞的糖分,添加1.8kg白砂糖,调整糖度为20～25°Bx,并加入0.35g/L混合酵母(混合酵母为安琪葡萄酒果酒酵母RW、LAFFORTF33酵母和酿酒酵母SC1230),在20～25℃条件下控温发酵,发酵15～21 d,当发酵液中残糖含量为2.0～2.2 g/L,酒精度为9.0%vol～11.5%vol时,初发酵结束。

(7)后发酵

初发酵结束后,置于室温中进行后发酵,时间为15～25 d,当酒精度达到10%vol～13%vol,后发酵完成。

(8)压榨和澄清

发酵结束后,用板框式气膜压滤机对果酒进行固液分离,向发酵罐内添加2.0 g的澄清剂(皂土和壳聚糖的质量比为3∶2),在2℃条件下静置4 d,去除罐底的沉淀和杂质,得到原酒上清液。

(9)陈酿

澄清结束后,调整发酵罐内温度至3～6℃,使酒体静置30～90 d。除去罐底的沉淀,用硅藻土过滤机对酒液进行过滤处理,即得成品仙人掌果黑枸杞复合果酒。

(10)贮藏

置于常温、干燥、通风环境下贮藏。

1.3.3 单因素试验

分别设置黑枸杞处理温度为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃;初始糖度为16%、18%、20%、22%、24%;三种酵母添加比例(安琪葡萄酒果酒酵母RW∶LAFFORTF33酵母∶酿酒酵母SC1230,即a∶l∶n)为1∶1∶1、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶1∶2、2∶1∶1。采用单一变量法进行单因素试验,对发酵完成后的仙人掌果黑枸杞复合果酒的黄酮、花青素和酒精度进行测定。

1.3.4 正交试验

在单因素试验的基础上,选取黑枸杞处理温度(A)、初始糖度(B)、三种酵母添加比例(安琪葡萄酒果酒酵母RW∶LAFFORTF33酵母∶酿酒酵母SC1230,以a∶l∶n表示)(C)为评价因素,以黄酮、花青素和酒精度为评价指标,进行正交试验设计,正交试验因素水平设计见表1。

表1 复合果酒发酵工艺正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for compound fruit wine fermentation process

1.3.5 测定方法

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

酒精度的测定:GB/15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中酒精计法[7];总酸含量的测定:参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》中方法进行测定;总糖含量的测定:采用斐林试剂滴定法[8];蛋白质含量的测定:参照GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮的方法进行测定;灰分:参照GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》;氨基酸、花青素、黄酮、VC含量的测定:采用紫外分光光度法[9]。

感官评价:请专业的10位品酒师对复合果酒从外观(20分)、香气(20分)、滋味(40分)和典型性(20分)四个方面进行品评,评分采用百分制,最终得分取其平均分[10]。

2 结果与分析

2.1 仙人掌果、黑枸杞的基本成分及含量[11]

复合果酒发酵前,对原料仙人掌果和黑枸杞中氨基酸、蛋白质、总糖、总酸、花青素、黄酮类物质、维生素C进行检测[12],结果见表3。

由表3可知,仙人掌果、黑枸杞中含有丰富的黄酮、花青素及维生素C,具有清除自由基、抗氧化的作用、保护视力、抗疲劳、保护心脑血管等作用[13]。采用仙人掌果、黑枸杞为原料发酵果酒,促进了仙人掌果、黑枸杞的综合利用,又提高了果酒的营养成分及含量。

表3 仙人掌果、黑枸杞基本成分及含量Table 3 Basic ingredients and contents ofOpuntia ficus-indicaandLycium ruthenicum

2.2 黑枸杞处理温度对仙人掌果黑枸杞复合果酒发酵的影响

采用不同温度的水对黑枸杞果干进行浸泡处理,使浸泡后的黑枸杞可以充分发酵,使制得的复合果酒营养丰富、口感协调[14]。黑枸杞处理温度对复合果酒的影响见表4。

表4 黑枸杞处理温度对复合果酒发酵的影响Table 4 Effect of treatment temperature ofLycium ruthenicumon fermentation of the compound fruit wine

由表4可知,黑枸杞处理温度对黄酮、花青素的含量及酒精度均有一定影响,差异较明显。处理温度为15℃时,由于温度过低,浸泡的黑枸杞果干内营养成分无法充分溶出;随着温度的升高,黑枸杞果干内的营养物质溶出,使其含量逐渐增多;当处理温度为35℃时,各物质充分溶出。因此,35℃为最适处理温度,此条件下获得复合果酒的黄酮含量为4.65 mg/g,花青素含量为12.45 mg/g,酒精度为12.1%vol。

2.3 初始糖度对仙人掌果黑枸杞复合果酒发酵的影响

由表5可知,初始糖度对黄酮及花青素含量的影响差异不明显,对酒精度的影响较明显。当发酵料液初始糖度＜20%时,其糖度不能满足酵母菌的生长需求,发酵中可溶性固形物的消耗量高,并且产生酒精抑制酵母生长,导致酵母菌数菌落数降低,故而发酵所得果酒酒精度也过低;当初始糖度＞24%时,糖度高会对酵母菌的生长起到一定抑制作用,不利于果酒的彻底发酵,并影响果酒内营养物质的溶出。因此,最适糖度为22%,此条件下获得复合果酒的黄酮含量为4.48 mg/g,花青素含量为12.40 mg/g,酒精度为12.3%vol。

表5 初始糖度对复合果酒发酵的影响Table 5 Effect of initial sugar content on fermentation of the compound fruit wine

2.4 酵母菌添加比例对仙人掌果黑枸杞复合果酒的影响

安琪葡萄酒果酒酵母RW、LAFFORTF33酵母、酿酒酵母SC1230添加比例对仙人掌果黑枸杞复合果酒发酵的影响结果见表6[15]。

由表6可知,酵母菌添加比例对黄酮及花青素含量无明显影响,对酒精度、果酒的口感风味有一定影响。LAFFORTF33酵母、酿酒酵母SC1230比例增多会使发酵周期变短、发酵效率提高,抑制杂菌生长,提高果酒的营养成分,使制得的果酒酸甜适口、协调;当安琪葡萄酒果酒酵母RW的添加量多时,酒精度偏低,口感略酸。因此,最适酵母菌添加比例为1∶2∶2,此条件下获得复合果酒的黄酮含量为4.62 mg/g,花青素含量为12.39 mg/g,酒精度为12.2%vol。

表6 酵母菌添加比例对复合果酒发酵的影响Table 6 Effect of yeast addition ratio on fermentation of the compound fruit wine

2.5 正交试验结果分析

以黑枸杞处理温度、初始糖度、三种酵母添加比例(安琪葡萄酒果酒酵母RW∶LAFFORTF33酵母∶酿酒酵母SC1230)为3个影响因素,设计3因素3水平正交试验,确定仙人掌果黑枸杞复合果酒的优化发酵工艺,正交试验结果见表7,方差分析见表8。

表7 复合果酒发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 7 Results and analysis of orthogonal tests for compound fruit wine fermentation process optimization

由表7R值大小可知,3个因素对仙人掌果黑枸杞复合果酒中酒精度的影响顺序为初始糖度＞黑枸杞处理温度＞酵母菌添加比例,最佳组合为A2B2C3,即黑枸杞处理温度为30℃,初始糖度为22%,安琪葡萄酒果酒酵母RW、LAFFORTF33酵母、酿酒酵母SC1230添加比例为1∶1∶2;3个因素对仙人掌果黑枸杞复合果酒中感官评分的影响顺序为酵母菌添加比例＞黑枸杞处理温度＞初始糖度,最佳组合为A2B2C3,在此条件下,黄酮含量为4.49 mg/g,花青素含量为10.53 mg/g,酒精度为12.0%vol,感官评分为94分。

表8 以酒精度为评价指标的正交试验方差分析Table 8 Variance analysis of orthogonal experiments using alcohol content as evaluation inde

表9 以感官评分为评价指标的正交试验方差分析Table 9 Variance analysis of orthogonal experiments using sensory score as evaluation index

酒精度方差分析可知,初始糖度对原酒发酵的酒精度有显著的影响;感官评分方差分析可知,黑枸杞处理温度、酵母菌添加比例对复合果酒的感官评分具有显著的影响(P＜0.05)。根据感官评分的分值及酒精度,确定仙人掌果黑枸杞复合果酒发酵工艺条件最佳组合为A2B2C3。此工艺条件下,获得的复合果酒颜色鲜艳、透亮,果香酒香浓郁、协调,风味独特。

2.6 产品质量指标分析

2.6.1 感官品评

外观:呈紫鲜艳红色,澄清、透明、色泽均匀;香气:果香酒香浓郁、协调;滋味:酒体醇厚、爽口;组织状态:液体均匀、无悬浮物。

2.6.2 理化指标

酒精度12.0%vol,黄酮含量4.49 mg/g,花青素含量10.53mg/g,维生素C含量60mg/100mL,总酸含量0.55g/100mL,干浸出物:3.5 g/100 mL,残糖含量:2.25 mg/L。

2.6.3 微生物指标

微生物指标的测定采用GB 4789.2—2010《食品微生物学检验菌落总数测定》中的方法,测定细菌菌落总数、大肠杆菌、致病菌[16],结果见表10。

表10 仙人掌果黑枸杞复合果酒的微生物指标Table 10 Microbiological indexes ofOpuntia ficus-indicaand Lycium ruthenicum compound fruit wine

3 结论

通过单因素试验及正交试验分析,仙人掌果黑枸杞复合果酒的最佳工艺为:黑枸杞处理温度为30℃,初始糖度为22%,安琪葡萄酒果酒酵母RW、LAFFORTF33酵母、酿酒酵母SC1230添加比例为1∶1∶2。此工艺下发酵得到的复合果酒酒精度为12.0%vol,酒体澄清透明、果香纯正、口感醇厚、风格独特,感官评分可达94分。

[1]王红梅,姚 晶,宋 琳,等.仙人掌果中黄酮类物质提取工艺的优化[J].食品工业科技,2013,34(3):259-261.

[2]马丹雅,赵 晶,姚 晶.仙人掌果红色素提取工艺及其稳定性研究[J].食品工业科技,2012,33(23):214-217.

[3]李 雪,白新鹏,曹 君,等.仙人掌果果酒发酵动力学及其抗氧化性[J].食品科学,2016,37(7):1-11.

[4]付艳华,陈仁财,韩 静,等.黑枸杞泡腾片的制备[J].食品与发酵工业,2015,41(12):176-179.

[5]杨 斌,王向未.黑枸杞及其功能性成分在食品工业中的应用及开发进展[J].中国食品安全报,2015,8(20):11-12.

[6]潘自皓,顾子杨,周 帅.黑枸杞花色苷提取工艺优化[J].食品工业科技,2016,16(20):302-307.

[7]李紫薇,李敬龙,邱 磊.甜瓜菠萝起泡果酒酿造工艺的研究[J].中国酿造,2015,34(10):161-165.

[8]孙守文,刘凤兰,王 静,等.新疆杏果品质比较的研究[J].新疆农业大学学报,2011,34(3):226-229.

[9]张 昉,高 蓉.维生素C检测方法研究进展[J].中国卫生检验杂质,2009,19(2):457-459.

[10]HAFNER S,SUTTON M T,HILL J.An evaluation of a method for the detection of sensory ganglia in product derived from advanced meat recovery systems[J].J Food Protect,2008,71(11)：2370-2311.

[11]王 玲,吴昕杰,冯 霞.甘孜仙人掌果营养分析研究[J].食品与发酵科技,2012,48(6):92-94.

[12]孙莉琴.灵芝黑枸杞运动饮料的研制[J].食品工业,2016,37(5):50-53.

[13]ZHANG Y J,VAREED S K,NAIR M G.Human tumor cell growth inhibition by nontoxic anthocyanidins,the pigments in fruits and vegetables[J].Life Sci,2005,76(13)：1465-1472.

[14]ZHANG C L,LI Y B,BU D S.Biogas yield and its relations with the duration and temperature of mixed anaerobic fermentation of livestock dungsandwheatstraw[J].Chinese J Appl Ecol,2008,19(8)：1817-1822.

[15]杨 婷,祝 霞,赵宾宾.不同酿酒酵母对甜瓜酒香气品质的影响分析[J].食品科学,2015,36(14):145-150.

[16]高本杰,韩娜娜,邱 磊.罗汉果葡萄袖酒的研制[J].食品研究与开发,2017,38(12):88-91.

SHI Xiaohua1,YU Leijuan1,QIU Lei2*
(1.Department of Bioengineering,Shandong Polytechnic Institute,Jinan 250104,China;2.College of Bioengineering,Qilu Polytechnic University,Jinan 250535,China)

TS262.7

0254-5071(2017)11-0175-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.038

2017-07-01

济南市科技创新企业支持计划项目(201502109)

史晓华(1962-),女,教授,本科,主要从事生物工程专业教学与研究工作。

*通讯作者:邱 磊(1987-),男,讲师,博士,主要从事生物工程专业教学与研究工作。