沙棘葡萄复合饮料发酵工艺初探

蔡文超，唐凤仙，单春会，宁 明，魏长庆*

（石河子大学 食品学院，新疆石河子 832000）

沙棘葡萄复合饮料发酵工艺初探

蔡文超，唐凤仙，单春会，宁 明，魏长庆*

（石河子大学 食品学院，新疆石河子 832000）

以沙棘与葡萄为原料，采用单因素和响应面试验分析沙棘与葡萄复合比例、初始糖度、发酵温度、酵母添加量对沙棘葡萄复合饮料品质的影响。结果表明，沙棘葡萄复合饮料最佳发酵工艺条件确定为沙棘汁与葡萄汁复合比例7∶3（V/V），初始糖度12.6°Bx，发酵温度25℃，酵母添加量为0.03%。在此条件下，发酵所得复合饮料口感柔和、香气浓郁，爽口，感官评分为93分。

沙棘；葡萄；复合饮料；响应面法；发酵工艺

沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.）为胡颓子科酸刺属植物[1]，是一种落叶性灌木，又名醋柳、酸刺。沙棘果实营养丰富，维生素C（vitaminC，VC）含量达（800～1000）mg/100g，是猕猴桃的3倍，西红柿的20倍，葡萄的200倍，因此被称为“VC之王”[2]。此外，沙棘还具有独特的药用价值，其根、茎、叶、花、果、籽均可入药，可用于治疗烧伤、烫伤、心脏病、心血管疾病等[3-4]。1977年沙棘作为中药被卫生部列入《中华人民共和国药典》，1987年被列为药食同源植物之一[5-6]。沙棘被称为世界第三代水果，其营养丰富，可加工成各种高级饮料和营养保健食品。近年来国内外对沙棘产品的开发研究越来越热，其营养价值及营养价值也越来越被社会公众所认同和接受[7-9]。目前国内对沙棘饮料的研究仅有沙棘果汁、沙棘果醋等的报道[10-11]，利用沙棘葡萄复合制轻度成发酵饮料还鲜见文献报道。

新疆沙棘资源丰富，产量极高，但沙棘含酸量达到了12.91 g/L（以柠檬酸计），直接食用会让人感到不适[12-13]。因此需要与成本低廉、味道甜美、便于加工的葡萄复合，以改善其风味，掩盖不愉快的味道。

本研究将沙棘与葡萄复合发酵配制成一种沙棘葡萄复合饮料，在单因素试验结果的基础上，采用响应面法优化复合饮料发酵工艺参数，确定最佳的发酵饮料配方及加工工艺条件，以期为沙棘饮料的开发提供新的途径与理论依据，拓宽了沙棘的市场，对新疆沙棘资源的开发，提高农民收入有着重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

优质沙棘原浆：新疆阿勒泰青河县；新鲜白玉霓葡萄：中信国安酒庄；蔗糖（食品级）：市售；果胶酶（30 000 U/g）：肇东日成酶制剂有限公司；酿酒活性干酵母（食品级）：上海康禧食品饮业有限公司；偏重亚硫酸钾（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

S-3C型pH计：上海精密科学仪器有限公司；0～10酒精计：河北省沧州地区医药公司；MC202231型手持糖度计：成都泰华光学有限公司；HH-42快速恒温数显水箱：常州国华电器有限公司；SL2002N电子天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；JJ-2型组织捣碎机：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；ZXSR-1430生化培养箱：上海智城分析仪器制造有限公司医疗器械厂；Niro-Soavi高压均机：北京同和友德科技有限公司；JM-80胶体磨：廊坊通用机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 沙棘葡萄复合饮料制作工艺流程及操作要点

沙棘原浆、葡萄→预处理→复合→成分调整→巴氏杀菌→接种酵母菌发酵→离心澄清→均质→灌装、杀菌→成品饮料

操作要点：

原料处理：沙棘原浆在储藏过程中会出现下层沉淀，上层浮油的现象，影响果汁的品质，因此需要离心去油，离心条件为5 000 r/min、15 min，即得到沙棘汁；新鲜白玉霓葡萄破碎后榨汁并用8层纱布过滤得到葡萄汁。

成分调整：取上述沙棘汁和葡萄汁按不同比例复合，复合果汁饮料固形物含量在5%左右，按照预计酒精度（控制在1%vol以下）加入蔗糖[14]，调整果汁初始糖度，pH调整到4.0，随后加入30 mg/L偏重亚硫酸钾以起杀菌作用并提高果汁稳定性，使饮料香气浓郁[15]。

巴氏杀菌：将复合果汁放在65℃恒温水箱中，保持20 min，再冷却至30 ℃左右[16]。

酵母的活化：在5%的葡萄糖溶液中加入酿酒活性干酵母，混合均匀，置于37℃的水浴温度活化30 min[17]。

发酵：对复合果汁接种活化后的酵母菌，随后在恒温培养箱中进行发酵，在发酵18 h之后，每隔2 h观察发酵液糖度的变化，当糖度下降1.5°Bx时，终止发酵。

均质、杀菌：将饮料进行均质处理，以确保其能维持较好的稳定性[18]。控制一次均质压力为20 MPa，二次均质压力为4 MPa。沙棘发酵饮料灌装后采用巴氏杀菌，然后冷却至室温即成品。

1.3.2 沙棘葡萄复合饮料发酵条件优化的单因素试验

选取沙棘汁与葡萄汁复合比例（9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5（V/V））、初始糖度（10 °Bx、11°Bx、12 °Bx、13 °Bx、14 °Bx）、发酵温度（20℃、22℃、24℃、26℃、28℃）、酵母添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%）进行单因素发酵试验，以感官评分为评价标准，确定各因素对沙棘复合饮料的影响。

1.3.3 沙棘葡萄复合饮料发酵条件优化响应面试验

根据单因素试验结果，采用响应面法对葡萄与沙棘复合果汁的复合比例（A）、初始糖度（B）、发酵温度（C）、酵母添加量（D）4个工艺参数进行优化，以感官评分（Y）为响应值，采用4因素3水平的响应面法对沙棘葡萄复合饮料的发酵工艺进行优化，响应面试验因素与水平如表1所示。

表1 沙棘葡萄复合饮料发酵工艺条件优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for fermentation process conditions optimization of sea-buckthorn and grape compound beverage

1.3.4 感官评定标准[19]

选择10名食品专业人员对沙棘葡萄复合饮料的色泽、香气、口感、状态进行评分，最后取平均值，满分为100分。感官评分标准如表2所示。

表2 沙棘葡萄复合饮料感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of sea-buckthorn and grape compound beverage

1.3.5 理化指标检测方法

糖度：手持测糖仪；酒精度：采用蒸馏比重法[20]；总酸含量（以柠檬酸计）：采用酸碱滴定法[21]；二氧化硫：按照参考文献[22]的方法进行测定；菌落总数：按照参考文献[23]的方法进行测定；大肠杆菌群：按照参考文献[24]的方法进行测定；致病菌：按照参考文献[25]的方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 沙棘汁与葡萄汁复合比例对复合饮料感官评分的影响

图1 沙棘汁与葡萄汁复合比例对沙棘葡萄复合饮料感官评分的影响Fig.1 Effect of compound proportion of sea buckthorn juice and grape juice on sensory score of sea-buckthorn and grape compound beverage

由图1可知，随着葡萄汁比例的增加，复合饮料感官评分呈先上升后下降的趋势，当沙棘汁与葡萄汁复合比例为7∶3（V/V）时，复合饮料感官评分达到最高，为88分。原因可能是添加一定量的葡萄汁能够掩盖沙棘汁不愉快的酸味，使果汁风味更和谐。继续增加葡萄汁的比例，则会使果汁变得甜腻，导致感官评分有所下降。因此，选择沙棘汁与葡萄汁最佳复合比例为7∶3（V/V）。

2.1.2 初始糖度对复合饮料感官评分的影响

图2 初始糖度对沙棘葡萄复合饮料感官评分的影响Fig.2 Effect of initial sugar content on sensory score of sea-buckthorn and grape compound beverage

由图2可知，随着初始糖度的增加，复合饮料感官评分呈先增加后减少的趋势，当初始糖度＜12°Bx时，饮料甜味较淡，酸味突出，酸甜失调，感官评分较低；当初始糖度为12°Bx时，饮料酸甜和谐，口感最好，感官评分达到最高，为87分；继续增加初始糖度，饮料口感变腻，沙棘香气不明显。因此，沙棘葡萄复合饮料最佳初始糖度为12°Bx。

2.1.3 发酵温度对复合饮料感官评分的影响

图3 发酵温度对沙棘葡萄复合饮料感官评分的影响Fig.3 Effect of fermentation temperature on sensory score of sea-buckthorn and grape compound beverage

由图3可知，随着发酵温度的逐渐升高，复合饮料的感官评分呈现先上升后下降的趋势，当发酵温度为26℃时，复合饮料感官评分达到最高，为88分；继续升高发酵温度，复合饮料香味越来越不明显，口感变得不太突出，感官评分也有所下降，这可能是因为发酵温度过高会导致饮料中易挥发性香气的流失。因此，选择发酵温度26℃为宜。

2.1.4 酵母添加量对复合饮料感官评分的影响

图4 酵母添加量对沙棘葡萄复合饮料感官评分的影响Fig.4 Effect of yeast addition on sensory score of sea-buckthorn and grape compound beverage

由图4可知，随着酵母添加量的增大，发酵速度逐渐增快，复合饮料的口感风味也越来越丰富，感官评分也随之升高，当酵母添加量为0.03%时，复合饮料感官评分最高，为86分；继续增加酵母添加量，复合饮料感官评分在86分左右趋于稳定。因此，从生产成本角度考虑，选择最适宜酵母添加量为0.03%。

2.2 响应面试验结果

在单因素试验结果的基础上，采用Design-ExpertV8.0.6的Box-Behnken设计计了4因素3水平响应面试验优化沙棘葡萄复合饮料发酵条件，以感官评分（Y）为响应值，响应面试验设计与结果见表3。

表3 沙棘葡萄复合饮料发酵工艺条件优化响应面试验设计与结果Table 3 Design and results of response surface experiments for fermentation process conditions optimization of sea-buckthorn and grape compound beverage

续表

2.2.1 回归模型的建立及方差分析

以DesignExpert8.0.6软件对试验进行回归分析，对表3试验数据进行回归分析及方差分析，方差分析结果见表4，并且得到感官评价（Y）的多元二次回归方程：

由表4可知，对模型方程进行显著性检验，回归模型极显著（P＜0.000 1），失拟项不显著（P=0.226 4＞0.05），说明回归模型拟合度良好，失拟项对方程干扰较小。方程决定系数R2=0.923 8，表明实际试验与预测值具有高度相关性，该模型可信度高，可以对沙棘复合饮料的感官评分进行准确预测。一次项B达到极显著水平（P＜0.001），A、C达到显著水平（P＜0.05），D不显著（P＞0.05）；交互项AB、AD显著（P＜0.05）；二次项A2、B2、C2、D2均表现为极显著（P＜0.001）。表明各因素对复合饮料感官评分的影响不是简单的线性关系。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.2.2 响应面分析及优化

为进一步研究相关变量之间的交互作用，通过Design Expert 8.0.6统计软件对回归模型进行分析沙棘汁与葡萄汁复合比例、初始糖度、发酵温度、酵母添加量4个因素交互作用对沙棘汁葡萄汁复合饮料感官评价影响的响应面和等高线，结果见图5。响应面图的曲面程度表示对感官评分的影响程度，曲面程度越大表明影响越大，反之则越小；而等高线反⒊了因素间的交互作用显著程度，等高线呈现椭圆形表示两影响因素之间的交互作用较显著，等高线呈现圆形则表示两者交互作用不显著。

图5 沙棘汁与葡萄汁复合比例、初始糖度、发酵温度和酵母添加量交互作用对沙棘葡萄复合饮料感官评分影响的响应面及等高线Fig．5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between compound proportion of sea-buckthorn juice and grape juice，initial sugar content，fermentation temperature and yeast addition on sensory score of sea-buckthorn and grape compound beverage

由图5可知，感官评分随着沙棘汁与葡萄汁复合比例的变化呈现先上升后下降的趋势，初始糖度对感官评分的影响是先上升后下降，二者等高线图趋向于椭圆，两者的交互作用显著；沙棘汁与葡萄汁复合比例和温度对饮料感官评分的影响均为先上升后下降的趋势，两者的等高线趋向于椭圆，因此两者交互作用较显著；沙棘汁与葡萄汁复合比例对感官评分的影响趋势是先上升后下降，酵母添加量对感官评分的影响是先缓慢上升，后下降明显，两者的等高线图呈现椭圆，两者交互作用较显著；初始糖度对饮料感官评分的影响是先上升后缓慢下降，发酵温度对感官评分的影响是先上升后下降，但初始糖度的影响变化更明显，两者等高线图呈现椭圆形，两者交互作用较显著；初始糖度和酵母添加量对饮料感官评分的影响均是先上升后下降，两者等高线图趋于椭圆，交互作用明显；发酵温度和酵母添加量对饮料感官评分的影响均是先上升后下降，两者等高线图趋于圆，交互作用不显著。

根据Design Expert 8.0.6软件对模型进行分析，得到沙棘葡萄复合饮料最佳发酵条件条件为沙棘汁与葡萄汁复合比例为7.24∶2.76，初始糖度为12.57 °Bx，发酵温度为25.42℃，酵母添加量为0.03%，在此条件下，预测沙棘葡萄复合饮料感官评分为90.72分。

2.2.3 验证试验

为了便于实际操作，将最佳发酵条件修正为沙棘汁与葡萄汁复合比例7∶3（V/V），初始糖度12.6 °Bx，发酵温度25℃，酵母添加量0.03%，在此工艺条件下，进行3次重复验证试验，得到沙棘葡萄复合饮料的感官评分为93分，与理论值基本一致，表明通过此模型优化的沙棘复合饮料的加工工艺条件准确可靠，具有一定的参考价值。

2.3 产品质量指标

在响应面分析法优化后的最佳发酵条件下得到的沙棘葡萄复合饮料，对其各项指标进行检测后，沙棘葡萄复合饮料的总酸含量为0.35%，总二氧化硫含量为55 mg/L，酒精度（20℃）为0.7%vol。细菌总数≤100 CFU/mL；大肠杆菌≤3 MPN/100 mL；致病菌未检出。产品各项指标均符合国家标准。

3 结论

本试验在单因素试验的基础上，采用响应面分析法优化了沙棘葡萄复合饮料的工艺条件，结果表明，沙棘葡萄复合饮料的最佳工艺条件为沙棘汁与葡萄汁复合比例7∶3（V/V），初始糖度12.6 °Bx，发酵温度25 ℃，酵母添加量为0.03%。在此最佳工艺条件下，获得的沙棘葡萄复合饮料口感柔和、香气浓郁，感官评分为93分，是一种具有广阔市场前景的复合饮料。本研究对于拓宽沙棘、葡萄的深加工渠道有着深远的意义。

[1]周张章，周才琼，阚健全.沙棘的化学成分及保健作用研究进展[J].粮食与食品工业，2005，12（2）：15-18.

[2]凤淳雅，周 洋，钟姝凝，等.沙棘果汁饮料加工工艺研究[J].农业与技术，2013，34（12）：22-23.

[3]朱西平.沙棘籽蛋白对2型糖尿病模型小鼠体内降血糖与炎症因子的干预作用[D].合肥：合肥工业大学，2016.

[4]生庆海，程建军，姜云庆.沙棘果粒保健饮料的研制[J].沙棘，2001，14（3）：25-29.

[5]何 轶.沙棘果汁营养成分的分析[J].安徽农业科学，2008，36（35）：15292-15293.

[6]胡建忠.沙棘功能性食品开发探讨[J].水资源开发与管理，2007，21（4）：16-20.

[7]刁子蔚，刘崇彦.将沙棘食品应用军队饮食保障探索[J].食品研究与开发，2013，34（24）：293-296.

[8]马 涛，李超莹.沙棘、红枣、胡萝卜、花生的复合饮料的研制[J].食品工业，2012（11）：17-20.

[9]敬思群，王德萍，陈 琦.沙棘饮料工艺研究[J].食品工程，2010（1）：27-30.

[10]宋 翔，李 悦，魏文静.沙棘复合果蔬汁饮料配方研究[J].食品研究与开发，2015，36（8）：43-45.

[11]牛广财，朱 丹，魏文毅.沙棘果醋饮料的研制[J].食品工业科技，2012，33（23）：226-228.

[12]张丽霞，康 健，吴 桐.新疆沙棘籽油提取工艺研究[J].食品科技，2011（8）：196-201.

[13]王志坚.10°P 淡爽型沙棘啤酒生产工艺[J].食品工业，2006（4）：34-36.

[14]李 华.现代葡萄酒工艺学[M].西安：陕西人民出版社，2000：17-18.

[15]CARRETÉ R,VIDAL M T,BORDONS A,et al.Inhibitory effect of sulfur dioxide and other stress compounds in wine on the ATPase activity ofOenococcus oeni[J].FEMS Microbiol Lett,2002,211（2）:155-159.

[16]张 峰，李志斌，刘景兰，等.杀菌技术在饮料生产管理中的应用[J].现代营销·学苑版，2013（2）：125.

[17]陈 敏，梁新乐，励建荣.葡萄酒活性干酵母复水活化条件的研究[J].江苏食品与发酵，2001，29（2）：6-9.

[18]陈正宏，郑博强，陈 敢.果汁乳饮料稳定性研究[J].食品科技，2000（5）：40-41.

[19]张文叶，毛多斌，刘延奇.冷冻方便食品加工技术及检验[M].北京：化学工业出版社，2005：59-60.

[20]张君萍，高疆生，李 疆，等.新疆杏与华北杏果实主要营养成分比较分析[J].新疆农业科学，2006，43（2）：140-144.

[21]赵 翠，田英姿，英 犁，等.新疆杏和华北杏果实品质的比较分析[J].现代食品科技，2014，30（7）：286-291.

[22]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 5009.34—2016食品中二氧化硫的测定[S].北京：中国标准出版社，2016.

[23]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 4789.2—2016食品微生物学检验菌落总数测定[S].北京：中国标准出版社，2016.

[24]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 4789.3—2010食品微生物学检验大肠菌群计数[S].北京：中国标准出版社，2010.

[25]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 29921—2013食品中致病菌限量[S].北京：中国标准出版社，2013.

Exploration on fermentation process of sea-buckthorn and grape compound beverage

CAI Wenchao,TANG Fengxian,SHAN Chunhui,NING Ming,WEI Changqing*
（College of Food Science,Shihezi University,Shihezi 832000,China）

Using sea-buckthorn and grape as raw materials,the effects of compound proportion of sea-buckthorn and grape,initial sugar content,fermentation temperature and yeast addition on quality of sea-buckthorn and grape compound beverage were analyzed by single factor experiments and response surface method.The results showed that the optimum fermentation conditions of the beverage were identified as compound proportion of sea-buckthorn juice and grape juice 7∶3 （V/V）,initial sugar content 12.6 °Bx,fermentation temperature 25 ℃,and yeast addition 0.03%.Under the conditions,the compound beverage had soft and refreshing taste and rich fragrance,the sensory score was 93.

sea-buckthorn;grape;compound beverage;response surface method;fermentation process

TS262.7

0254-5071（2017）12-0176-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.12.037

2017-09-03

蔡文超（1991-），男，硕士研究生，研究方向为果蔬加工与贮藏。

*通讯作者：魏长庆（1981-），男，副教授，博士，研究方向为粮油加工。