响应面法优化西梅酒的酿造工艺

贾金辉，张海涛，程贵兰，蔡智军，何丹，李晗

（辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009）

西梅又称欧洲李，蔷薇科李属，由黑刺李和樱桃李杂交而成，在我国主要分布于新疆、陕西等北方地区[1-2]。西梅营养丰富，有第3代功能性水果之称，其果实含有充足的碳水化合物、多酚类物质、维生素、矿物质等[3-6]，且不含胆固醇和脂肪[7]，具有保护心血管、抗衰老、抗结肠癌、促进骨骼健康等功效[8-14]。

目前西梅主要是通过鲜果的形式流入市场，由于西梅的种植具有区域性[15-16]，因此对鲜果的运输、保鲜及贮藏方面要求较高[17]。并且西梅果实有充足的水分、碳水化合物、多酚类物质[4]、果胶物质[18-19]、有机酸和芳香物质[20]，因此适合酿造果酒。酿造西梅酒可以充分利用营养丰富的西梅果实，提高西梅的附加值，对西梅的深加工具有重要意义。本文以西梅为原料，研究酿造西梅酒的工艺条件，以酒精度和感官评分为评价指标，以酵母接种量、果胶酶添加量、蔗糖添加量和浸渍时间4个因素为考察因素进行单因素试验，在确定酵母接种量基础上，进行其他3个因素的响应面优化试验，确定西梅酒的最佳酿造工艺，为西梅酒的开发和产业化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西梅（新鲜）：市售；果胶酶（12 000 U/mL）、酿酒酵母、偏重亚硫酸钾（食品级）：上海杰兔工贸有限公司；蔗糖（食品级）：中粮糖业辽宁有限公司。

1.2 仪器与设备

JPS-150电子秤、BL-4100F电子天平：上海宿衡实业有限公司；RA-600便携式糖度计：可睦电子（上海）商贸有限公司；HD-03D发酵罐：哈尔滨汉德轻工医药装备有限责任公司；JX-02P破碎机、JGZL板框式双联过滤机：新乡市新轻机械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 西梅酒酿造工艺流程

预处理→加硫→加果胶酶→调糖→接种酵母→浸渍和发酵→陈酿→过滤→灌装→成品

1.3.2 操作要点

预处理：去除西梅坏果及其他杂质，将剩余西梅放入破碎机中，调节破碎机辊轮到合适位置，只对果肉、果皮进行破碎，不能破碎到果核[21]。然后将破碎好的西梅果醪倒入发酵罐中。

加硫处理：称取100 mg/L偏重亚硫酸钾粉末，置于烧杯中，并加入适量的纯水，然后进行搅拌，使其充分溶解。将溶解好的偏重亚硫酸钾溶液倒入发酵罐中，并进行搅拌，使其与西梅果醪充分接触。添加偏重亚硫酸钾可以杀死有害细菌并防止西梅果醪的氧化[22-23]。

加果胶酶：添加完偏重亚硫酸钾溶液2 h～4 h后[21]，向西梅果醪中加入果胶酶。称取一定量的果胶酶并用适量的20℃左右纯水充分溶解，再加入发酵罐中。由于西梅果肉中含有果胶物质[18]，加入果胶酶有利于提高西梅的出汁率和澄清度[24]。

调糖：西梅的糖度一般在 10 °Brix～15 °Brix[6-7]，因此需要额外添加蔗糖来提高西梅果醪的糖度，以满足西梅酒所需的酒精度和口感。添加方式：按18 g/L的蔗糖可产生1%vol的酒精度来称取蔗糖，将称取好的蔗糖置于暂存罐中，加入适量的西梅果汁，并进行搅拌，待蔗糖充分溶解后，将其倒入发酵罐中，并再次搅拌，使其与西梅果醪充分混合[22-23]。

接种酵母：按试验设计称取一定量的活性干酵母放入烧杯中，按料液比1∶10（g/mL）加入西梅果汁并充分搅拌，然后将烧杯置于35℃的水浴锅中，保温25 min，待酵母起高泡后说明活化成功。取出烧杯放至室温（25℃），待酵母液与待发酵的西梅果汁温差小于10 ℃时，进行接种[23，25]。

浸渍和发酵：接种酵母后，进行酒精发酵，酵母菌将西梅果汁中的糖分转化为酒精，酒精发酵期间发酵温度控制在26℃左右，每天测定西梅发酵液的糖度，当糖度小于0.4°Brix时，酒精发酵结束。发酵期间同时对西梅果皮进行浸渍，由于西梅果皮含有色素[26]、多酚和有机酸，果皮的浸渍能够有效适量地浸出相应物质，当达到浸渍要求后，分离皮渣，以免浸渍过度。

陈酿及过滤：西梅酒发酵结束后需要进行陈酿，必须满罐低温陈酿，防止西梅酒氧化变酸，陈酿温度控制在15℃左右，时间在30 d左右。陈酿期间进行转罐1次～2次，目的是去除沉淀物获得澄清的西梅酒。陈酿结束后对西梅酒进行过滤处理，采用硅藻土和纸板双联过滤。

1.3.3 单因素试验及响应面试验

以酵母接种量（100、150、200、250、300 mg/L）、果胶酶添加量（20、40、60、80、100 mg/L）、蔗糖添加量（80、100、120、140、160 g/L）、浸渍时间（2、4、6、8、10 d）4 个因素进行单因素试验，考察各指标对西梅酒的酒精度及感官评分的影响。

通过单因素试验，确定最佳酵母接种量为200 mg/L后，继续选取果胶酶添加量（A）、蔗糖添加量（B）和浸渍时间（C）为考察变量，以西梅酒的酒精度（Y）为响应值，通过Design Expert 12软件进行三因素三水平试验，因素和水平见表1。

表1 响应面优化西梅酒酿造工艺的因素和水平Table 1 Factors and levels of prune wine brewing process by response surface methodology

1.3.4 指标检测

酒精度、总酸、挥发酸、总硫、游离硫、总糖及还原糖含量分别参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的酒精计法、指示剂法、氧化法及直接滴定法测定。

菌落总数参考GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》测定，大肠菌群数参考GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》测定。

感官评价参照GB/T 15037—2006《葡萄酒》中葡萄酒感官要求，成立26人相关专业的专家小组，建立西梅酒的评价体系，感官评价标准见表2。

表2 西梅酒感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of prune wine

1.3.5 数据处理

采用Excel 2007进行数据处理以及制表绘图，采用Design-Expert 12进行响应面设计及试验分析。

2 结果与分析

2.1 西梅酒酿造工艺的单因素试验

2.1.1 酵母接种量对西梅酒品质的影响

在果胶酶添加量为60 mg/L、蔗糖添加量为120 g/L和浸渍时间为6 d的条件下，分别加入100、150、200、250、300 mg/L 的酵母进行试验，其对西梅酒品质的影响如图1。

图1 酵母接种量对西梅酒品质的影响Fig.1 Effect of yeast inoculation amount on the quality of prune wine

由图1可知，随着酵母接种量的增加，酒精度及感官评分均呈先上升后下降的趋势，分析是因为适量的酵母发酵更迅速、更彻底，从而抑制有害细菌及野生酵母菌的生长繁殖，并且产生更多的酒精，从而提高西梅酒的口感。当酵母接种量为200 mg/L时，酒精度和感官评分均达到最高值，之后随着酵母接种量的增加反而降低，可能是过多的酵母进行自身繁殖，导致酒精产率的降低，同时由于酵母量过大导致西梅酒产生酵母味，从而影响感官评分。由此可知，最佳酵母接种量为200 mg/L。

2.1.2 果胶酶添加量对西梅酒品质的影响

在酵母接种量为200 mg/L、蔗糖添加量为120 g/L和浸渍时间为6 d的条件下，考察果胶酶添加量分别为20、40、60、80、100 mg/L 对西梅酒品质的影响。西梅果实含有一定量的果胶物质[16-17]，酿造西梅酒时必须通过增添果胶酶来提高西梅的出汁率和澄清度。果胶酶添加量对西梅酒品质的影响见图2。

图2 果胶酶添加量对西梅酒品质的影响Fig.2 Effect of pectinase addition on the quality of prune wine

由图2可知，果胶酶添加量在20 mg/L～40 mg/L时，酒精度和感官评分升高明显，分析原因为果胶酶分解了西梅果肉中的果胶物质，有利于发酵基质的混合，使酒精发酵进行得更加容易与彻底，从而提高了酒精产量，同时果胶酶的添加使得西梅酒更加澄清，感官评分升高。果胶酶添加量高于60 mg/L时，西梅果肉中果胶物质基本被分解，酒精产量趋于平稳，果胶酶添加量高于80 mg/L时，因果胶酶过量而残留在西梅酒中，影响西梅酒的澄清度从而导致感官评分大幅下降。因此果胶酶添加量控制在40 mg/L～80 mg/L为宜。

2.1.3 蔗糖添加量对西梅酒品质的影响

在酵母接种量为200mg/L、果胶酶添加量为60mg/L和浸渍时间为6 d的条件下，考察蔗糖添加量分别为80、100、120、140、160 g/L 对西梅酒品质的影响，结果见图3。

图3 蔗糖添加量对西梅酒品质的影响Fig.3 Effect of sugar content on the quality of prune wine

由于西梅糖度较低[6]，需要添加蔗糖，提高西梅酒的酒精度。由图3可知，蔗糖添加量为80 g/L～120 g/L时，随着蔗糖添加量的增加，酒精度和感官评分均升高，这是因为适量的糖能够减弱西梅的酸味和西梅果皮的涩味，使西梅酒口感协调柔和。但蔗糖添加量超过140 g/L后，酒精度大幅度降低，可能是过高的糖抑制了酵母菌的活性，甚至导致酒精发酵中止，感官评分也明显下降，可能是因为酒精发酵不完全，导致残糖过多，口感太甜。因此蔗糖添加量控制在100 g/L～140 g/L为宜。

2.1.4 浸渍时间对西梅酒品质的影响

因为西梅果皮上含有多酚和有机酸[4]，所以需要控制皮渣的浸渍时间以保证西梅酒的颜色和口感[21]。在酵母接种量为200 mg/L、果胶酶为60 mg/L、蔗糖添加量为120 g/L的条件下，考察浸渍时间分别为2、4、6、8、10 d对西梅酒品质的影响，结果见图4。

图4 浸渍时间对西梅酒品质的影响Fig.4 Effect of immersion time on the quality of prune wine

由图4可知，当浸渍时间小于4 d时，酒精度和感官评分均较低，这是因为西梅果皮在短时间内即被去除，果皮上仍残存着果肉和糖分，导致酒精度降低，同时过短的浸渍时间使果皮中的色素和酸度没有完全浸出，导致西梅酒的颜色浅淡且口感寡淡。当浸渍时间大于8 d时，由于浸渍时间过长，导致西梅果皮中的酸度和涩度过度浸出，使西梅酒口感酸涩，感官评分大幅度下降。因此浸渍时间控制在4 d～8 d为宜。

2.2 优化西梅酒酿造工艺的响应面试验

2.2.1 模型的建立和方差分析

根据单因素试验结果，确定最佳酵母接种量为200 mg/L后，选取其他3个因素，进行西梅酒的响应面优化酿造工艺试验，响应面试验设计及结果见表3。

表3 西梅酒酿造工艺Box-Behnken试验设计与结果Table 3 Box-Behnken experimental design and results of prune wine brewing process

利用Design-Expert 12软件对表3的试验数据作回归分析，以西梅酒的酒精度为响应值，构建西梅酒酿造工艺参数的回归方程如下。

对该方程做响应面试验回归模型的方差分析，结果见表4。

表4 响应面试验回归模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of response surface regression model

续表4 响应面试验回归模型的方差分析Continue table 4 Analysis of variance of response surface regression model

由表 4可知，模型呈极显著（P＜0.000 1），说明西梅酒的酒精度与果胶酶添加量、蔗糖添加量和浸渍时间关系极显著[27]；失拟项 P=0.644 1＞0.05，不显著（P＞0.05），说明构建的回归模型成功；西梅酒酿造工艺相关系数R2=0.991 9，调整系数R2Adj=0.981 5，说明该模型能够解释98.15%的响应值的变化，试验误差小；信噪比=29.779 9＞4，说明该模型很适合西梅酒酿造工艺试验的预测；离散系数=1.63，该数值较小，说明试验的精确度高且可靠性强。通过显著性检验可知，一次项A、B、C 和交互项 AB 及二次项 A2、B2、C2差异极显著（P＜0.01），交互项AC 和BC差异显著（P＜0.05）。F值越大，说明影响越强，由表4可知，对西梅酒酿造工艺影响的强弱顺序为蔗糖添加量＞果胶酶添加量＞浸渍时间。

2.2.2 响应面分析

西梅酒的响应面分析见图5。

图5 各因素两两交互作用对西梅酒的酒精度影响的等高线和响应面Fig.5 Contour and response surface of the effect of the interaction of each factor on the alcohol content of prune wine

根据所建模型的回归方程求出最优解，得到西梅酒酿造工艺的最佳条件为果胶酶添加量54.225 mg/L、蔗糖添加量为123.585 g/L、浸渍时间为6.575 d，得到西梅酒的酒精度为12.370%vol。

2.2.3 酿造工艺最优解的检验

根据实际操作将果胶酶添加量修正为54.2 mg/L，蔗糖添加量修正为123.6 g/L，浸渍时间为6.6 d，按照此工艺参数得到实际西梅酒的酒精度为12.4%vol，与试验最优解的酒精度接近，说明为西梅酒酿造工艺所构建的响应面模型真实准确，有很高的参考价值。

2.2.4 西梅酒质量指标及微生物指标

按照上述工艺参数酿造西梅酒，并对其进行常规理化指标检测，结果见表5。

表5 西梅酒理化指标检测结果Table 5 Determination of physical and chemical indexes of prune wine

由表5可知，在最佳酿造工艺条件下酿造出的西梅酒，其总糖为3.8 g/L＜4.0 g/L，符合干型果酒对总糖小于4.0 g/L的要求，挥发酸仅为0.2 g/L，远低于1.2 g/L，总硫和游离硫含量极低，酒精度高达12.4%vol，均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技术要求》。

此工艺下的西梅酒呈宝石红色，澄清有光泽，香气协调，果香浓郁悠长，酒体丰满厚重，风格独特优雅，其感官评分高达96；进行微生物指标检验得到大肠菌群＜3 MPN/100 mL，菌落总数为13 CFU/mL，西梅酒的质量指标和微生物指标均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技术要求》。

3 结论

经响应面优化试验，确定西梅酒的最佳酿造工艺为果胶酶添加量54.2 mg/L、蔗糖添加量123.6 g/L、浸渍时间6.6 d。酿造出的西梅酒呈宝石红色、澄清有光泽、香气协调、果香浓郁悠长、酒体丰满厚重、风格独特优雅。此条件下感官评分高达96，酒精度12.4%vol、总酸含量1.6 g/L、挥发酸0.2 g/L、总硫32.0 mg/L、游离硫 20.0 mg/L、总糖 3.8 g/L、还原糖 1.8 g/L、大肠菌群＜3 MPN/100 mL、菌落总数13 CFU/mL，各项指标均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技术要求》。