低醇梨酒发酵工艺优化

扈钦淋，叶师，杨春，高文庚*

（1.运城学院生命科学系，山西 运城 044000；2.山西农业大学，山西省农业科学院农产品加工研究所，山西 太原 030031）

梨作为世界性水果之一，在我国种植范围较广，截止到2017年底，我国梨栽培面积约96万hm2，总产量约1 653万吨[1]，但加工量仅占其总产量的5%，产品仍以梨罐头、梨汁为主，并有少量梨干生产，梨发酵产品如梨醋、梨酒显示出较好地发展势头[2]。梨酒是选用新鲜的梨果或梨汁经发酵制成的营养丰富且具有该水果风味的酒精饮品。通过研究梨品种[3-4]、发酵用菌种[5-6]、酿制条件[7-8]等对梨酒的品质及风味物质的影响、梨酒的综合品质评价体系[9-10]，为产品工业化、梨酒的评价指标简化及酿酒酵母的筛选提供指导。近年来，随着消费者健康意识的提高，低醇度、富营养的果酒类倍受青睐，研制生产低醇果酒[11-13]具有很好的市场前景。目前报道用于发酵低醇果酒的水果主要有苹果[11]、莲雾[12]、脐橙[13]等，但有关于低醇梨酒发酵工艺研究的文献较少。

王过酥梨是山西省运城市峨眉岭一带著名的梨品种，果大皮薄，肉质细嫩洁白，汁多味甜。经检测，其可溶性固形物含量10%～12%，总酸0.08%～0.1%，并富含多种营养物质。试验以王过酥梨为原料，采用单因素和正交试验研究低醇梨酒的发酵工艺，以期获得一款受年轻人欢迎的健康饮品。

1 材料与方法

1.1 材料与菌种

酥梨：运城市盐湖区王过村种植。

酿酒酵母分离自运城陶村镇石碑庄村葡萄园土壤，经鉴定为Saccharomyces sp.YJ-60，运城学院发酵实验室保存，试验前采用适宜条件活化培养[14]，备用。

1.2 仪器设备

垂直流超净工作台（ZHJH-C1115C）：上海智诚分析仪器制造有限公司；立式高压蒸汽灭菌锅（LDZX-50FA）：上海申安医疗器械厂；全温生物培养摇床（HYQ-60）：武汉汇成生物科技有限公司；生化培养箱（SHP-250）：上海树立仪器仪表有限公司；榨汁机（KS-3000）：上海科式制冷设备有限公司；实验室pH计（PHS-3E）：上海佑科仪器仪表有限公司；电子天平（FA1104B）：上海越平科学仪器有限公司；手持折光仪（WY-1T）：成都青羊华瑞光学仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 低醇度梨酒发酵条件单因素试验

试验选择发酵温度、酵母菌接种量、发酵初始pH值、初始糖浓度、偏重亚硫酸钾添加量5个因素进行单因素试验[15-16]，以确定适宜的发酵条件。

梨汁按照设计要求，调整好糖浓度、初始pH值，装入锥形瓶中后加入一定量的偏重亚硫酸钾混匀，接入适量活化好的酵母菌种液，置于设定的温度下发酵，每天测定其残糖量，控制酒精度为4.0% vol左右时终止发酵，对其进行感官评价并测定品质最佳的梨酒酒精度。

1.3.2 低醇度梨酒发酵条件正交试验

根据单因素试验结果，选取发酵温度、初始糖浓度、菌种接种量、初始pH值进行L9（34）正交试验，对低醇梨酒发酵工艺条件优化。正交试验因素水平见表1。

表1 发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

1.3.3 理化指标测定与感官评定

酒精度采用密度瓶法[17]测定；糖度采用手持糖度仪测定；pH值采用酸度计测定。

参照NY/T 1508—2017《绿色食品 果酒》、GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，以外观、香气、滋味、典型性作为指标制定感官评分细则，见表2。由20人组成的感官评定小组进行评定，取其分值平均值作为评定结果[18]。

表2 感官评分细则Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.4 数据处理与分析

发酵试验均设定2个平行，运用DPS v7.05软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 发酵温度对主发酵的影响

不同发酵温度下发酵液残糖量的变化结果如图1，感官评分结果如图2。

图1 发酵温度对发酵过程中残糖量的影响Fig.1 Effect of fermentation temperature on the amount of residual sugar during fermentation

图2 不同温度发酵的低醇梨酒感官评分比较Fig.2 Comparison of sensory scores of low-alcohol pear wine fermented at different temperatures

由图1残糖量的变化曲线可以看出，在试验设定的范围内，发酵温度越高，开始发酵越早，前期发酵速度越快，降糖越迅速[19]。发酵温度22℃以上时，发酵第4天已经基本达到4.1%，而采用20℃以下发酵要达到最低残糖量需要6 d～7 d时间，与高温发酵相比有差异。发酵7 d各温度发酵液残糖量均在4.1%。试验结果表明，发酵温度不同仅对于发酵速度影响较大，对最终残糖的影响较小。

由图2可以看出，随着发酵温度升高，发酵生产的梨酒感官评定值明显降低，主要表现为梨果香气不足，梨酒口感略粗涩，且液面有白色悬浮物；20℃和18℃下发酵的梨酒虽然发酵速度慢，但其色泽好，香气协调、口感柔和、微酸，尤其是18℃下发酵的酒液香气味浓，酒精度4.04% vol。其原因可能是低温减少了低醇梨酒的挥发性化合物和芳香物的损失，降低了酒中高级醇的生成量。同时，低温还会降低梨汁中残留乳酸菌和醋酸菌活性，使梨酒风味更纯。研究发现，温度升高会提高酵母菌的代谢能力，增加高级醇和挥发性酸的产生量，影响果酒的风味[20-21]。因此，选择18℃作为王过酥梨低醇梨酒发酵的适宜温度。

2.1.2 酵母接种量对主发酵的影响

改变酵母接种量后，低醇梨酒发酵过程中残糖量的变化情况见图3，产品感官评分结果见图4。

图3 酵母接种量对发酵过程中残糖量的影响Fig.3 Effect of yeast inoculation amount on residual sugar amount during fermentation

图4 不同接种量发酵的低醇梨酒感官评分比较Fig.4 Comparison of sensory scores of low-alcohol pear wine fermented at different inoculation amount

由图3可看出，在试验设定的范围内，酵母接种量对发酵速度有一定影响，增大接种量可以提高发酵速度，但接种量大于0.7%以上时发酵速度差异不显著，残糖量的变化幅度小。在发酵第6天，不同水平接种量发酵液中残糖基本都达到最低点。

由图4可知，酵母接种量对成品感官影响较大。在酵母接种量为0.4%时，发酵后梨酒酒体口感差，不协调，有轻微异味，无梨酒典型的风味；酵母接种量为0.7%和1.3%时，发酵的梨酒口感清新、爽口，但梨酒典型风味有些欠缺。酵母接种量为1.0%时，果香和发酵香气浓郁，香味优雅、清新，酒精度3.89% vol，感官评分高。当酵母接种量过大，虽然可以快速发酵，抑制其它杂菌生长，但酵母自身繁殖消耗梨汁中大量糖分，会影响产品的协调性，并且容易产生酵母异味，代谢副产物过多，加速菌体老化[15]。接种量过低会延长发酵周期，不利于有害微生物的控制，增加风味变差的风险。因此，选择酵母适宜接种量为1.0%。

2.1.3 初始pH值对主发酵的影响

不同初始pH值对发酵过程中残糖量的影响见图5，感官评分结果见图6。

图5 不同初始pH值对发酵过程中残糖量的影响Fig.5 Effect of different initial pH on the amount of residual sugar during fermentation

图6 不同初始pH值对低醇梨酒的感官评分的影响Fig.6 Effects of different initial pH values on sensory scores of low-alcohol pear wine

由图5可以看出，在试验设定的范围内，当初始pH值在4.0以上时，发酵启动早、速度快，差异不显著，但与初始pH 3.5时有差异。这与酵母菌生长和代谢的适宜pH值在4.5～6.5的研究结果[22]相符。

由图6可以看出，初始pH值偏低或偏高均会影响梨酒的品质。初始pH值为3.5和4.0时，主要表现为发酵后梨酒色泽偏暗，有悬浮物和沉淀物出现，口感略涩、偏酸，香气不协调；pH值为5.0时，梨酒果香和酒香味弱，酸味不足，口感平淡，感官评分较低。在pH值为4.5时，发酵的梨酒酸甜口感适中、梨香和酒香较浓，酒精度3.92% vol。尽管较低pH值有利于SO2以游离态存在，起到抑制有害微生物的作用，但过低会促使挥发性有机酸生成，影响果酒风味[23]。初始pH值过高则会提高某些高级醇的生成[15]。因此，选择发酵的适宜初始pH值为4.5。

2.1.4 初始糖浓度对主发酵的影响

不同初始糖浓度对发酵过程中残糖量的影响见图7，感官评分结果见图8。

图7 不同初始糖浓度对发酵过程中残糖量的影响Fig.7 Effect of different initial sugar concentrations on the amount of residual sugar during fermentation

图8 不同初始糖浓度对低醇梨酒的感官质量的影响Fig.8 Effects of different initial sugar concentrations on sensory scores of low-alcohol pear wine

由于在一定范围内，发酵液中糖浓度会影响酵母菌的生长速率和总生长量，从而影响发酵速度。由图7可以看出，在试验设定的范围内，初始糖浓度对梨酒发酵影响很大。初始糖浓度越高，糖消耗的速度越快。初始糖浓度为17.0%时，仅需要4 d的发酵，残糖量即可达到10%，测其酒精度达到4.08% vol，与其它两组有显著差异；而当初始糖浓度为11.0%和13.0%时，发酵时间较长，达到要求酒精度需要发酵5 d以上。试验结果表明，梨汁中初始糖浓度对发酵速度和发酵液中残糖量均有较大影响。

由图8可以看出，初始糖浓度为13.0%以下时，感官评分不高，主要表现为酒体色泽偏暗，有悬浮物出现，口感略酸涩，香气不协调。当初始糖浓度为15.0%时，色泽微黄、光泽度好，但口感偏涩，梨香味不足；初始糖浓度为17.0%时，发酵的梨酒光泽度好，口感柔美、酸甜爽口，具有梨酒典型的风味，感官评价好，而且发酵速率快，节约了发酵时间，成本低。发酵中，由于在梨汁中加入了适量蔗糖，在产生乙醇的同时，刺激酵母菌产生少量的高级醇、琥珀酸等物质[24-25]，再加上成品中适量的残糖与酒中有机酸构成舒适的酸甜比，使得低醇梨酒酒体丰满，口感醇厚。因此，选择王过酥梨低醇梨酒发酵最适初始糖浓度为17.0%。

2.1.5 偏重亚硫酸钾对主发酵的影响

不同偏重亚硫酸钾添加量对梨酒发酵过程中残糖量的影响见图9，感官评分结果见图10。

图9 不同偏重亚硫酸钾添加量对发酵过程中残糖量的影响Fig.9 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on sugar residues during fermentation

图10 不同偏重亚硫酸钾添加量对低醇梨酒的感官质量的影响Fig.10 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on sensory scores of low-alcohol pear wine

在发酵液中添加偏重亚硫酸钾可生成SO2，起到抑制杂菌、抗氧化、护色、澄清等作用。由图9和图10可知，偏重亚硫酸钾的添加量对发酵过程中残糖量的变化无明显影响，但对梨酒感官有所影响。偏重亚硫酸钾添加量为140 mg/L时，其作用效果不明显，发酵后酒体澄清度不高，梨酒颜色发暗，影响感官评分；偏重亚硫酸钾添加量为180 mg/L以上时，抑制杂菌的效果好，酒体澄清，但是添加量过高会影响梨酒的气味和口感。当添加量为160 mg/L时，抑制杂菌、护色的效果达到最佳，对梨酒风味影响较小，发酵梨酒酒度3.87% vol。酵母菌YJ-60具有较强的SO2耐受能力，在试验设定的范围内其发酵特性不会受到影响，但SO2浓度会影响到梨酒的感官品质。浓度偏低，无法有效抑制氧化酶的作用，影响果酒的色泽、风味等；浓度过大又会使梨酒产生不愉快的气味，破坏酒的细腻感[26]。所以选择偏重亚硫酸钾的适宜添加量为160 mg/L。这一添加量的选择与秦伟帅[25]、左勇等[27]的研究结果一致。

2.2 正交试验优化梨酒发酵工艺

在单因素试验的基础上，选择发酵温度、初始糖浓度、初始pH值、酵母接种量4个因素进行正交试验，结果见表3，感官评定的因素方差分析见表4。

表3 L9（34）正交试验结果Table 3L9（34）orthogonal test result

表4 感官评定的因素方差分析Table 4 Factor anova of sensory evaluation

由表3极差分析结果可看出，影响低醇梨酒感官评分的主次因素顺序均为B>A>D>C，即初始糖浓度>发酵温度>酵母接种量>初始pH值。由表4方差分析结果得出，发酵初始糖度、发酵温度对低醇梨酒的感官评定影响极显著（P＜0.01），其它因素影响不显著。低醇梨酒发酵的最优方案为A1B2C3D3，即发酵温度为17℃，初始糖度为17%，初始pH值为4.7，酵母接种量为1.15%。采用最佳条件发酵，产品酒度为4.16% vol，糖度为9.76%，色泽微黄，光泽度好，酸甜适口，果香、酒香较浓，感官评分为85，优于试验方案的各组。

3 结论与讨论

试验选用运城市当地所产王过酥梨为原料，利用自选酿酒酵母通过控制发酵中残糖量的变化，使最终梨酒酒度控制在4% vol。采用四因素三水平试验确定低醇梨酒最佳发酵条件：发酵最佳初始糖浓度为17%、初始pH值为4.7、酵母接种量为1.15%、偏重亚硫酸钾添加量为160 mg/L，控制发酵温度为17℃发酵4 d，所得产品酒精度为4.16% vol，糖度为9.76%，产品色泽微黄，光泽度好，酸甜适口，果香、酒香较浓。与最适酿制梨酒的南果梨[16]相比较，试验中酵母的接种量较少，发酵温度较低，制得的梨酒酒精度偏低，达到制造低醇梨酒的目的。