余森艷，李志紅，程海韻

(湖北工程學(xué)院 新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感432000)

固定化酵母釀造臍橙果酒的工藝研究

余森艷，李志紅，程海韻

(湖北工程學(xué)院 新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感432000)

摘要：以臍橙為原料，對游離酵母和固定化酵母發(fā)酵制備臍橙果酒進(jìn)行對比試驗(yàn)分析，并采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對固定化酵母發(fā)酵的初始糖度、酵母菌用量、發(fā)酵溫度進(jìn)行了工藝優(yōu)化，最后對固定化酵母細(xì)胞重復(fù)利用進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明：固定化酵母比游離酵母發(fā)酵速度快，酒精產(chǎn)生量多；固定化酵母發(fā)酵制備臍橙果酒的最佳工藝條件為：初始糖度16%，酵母菌用量0.6%，發(fā)酵溫度24 ℃，在此條件下發(fā)酵6 d后得到果香濃郁、色澤金黃、澄清透明、酒精度為9.0% vol的優(yōu)質(zhì)臍橙果酒；固定化酵母可以重復(fù)利用，經(jīng)3次重復(fù)發(fā)酵后果酒的酒精度仍能達(dá)到6.4% vol。

關(guān)鍵詞：臍橙；果酒；固定化酵母；釀造工藝

中圖分類號：TS262.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)06-0016-05

收稿日期：2015-08-18

基金項(xiàng)目：湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院科研資助項(xiàng)目(Hgxky201402)

作者簡介：余森艷(1977-)，女，湖北應(yīng)城人，湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院講師，碩士。

Abstract：Using navel oranges as the major raw material, free yeast and immobilized yeast were used respectively in the experimental production of navel orange wine. The brewing conditions for the initial sugar content, yeast dosage and temperature were optimized with immobilized yeast fermentation by using single-factor test and orthogonal experiments. Finally, the preliminary study on the continuous fermentation of immobilized yeast was carried out. Results showed that immobilized yeast led to quicker fermentation than free yeast and also had high fermenting alcohol content. The optimum technical conditions for immobilized yeast fermentation were as the following: initial sugar concentration was 16%, the yeast dosage is 0.6%, and the temperature is 24 ℃. The alcohol content of navel orange wine amounted to 9.0% vol under the optimum conditions after 6 days of fermentation with fruity flavor, golden-yellow color and good clarification level. Immobilized yeast could be reused for fermentation, and the alcohol content of wine could still reach 6.4% vol for 3 times of fermentation.

臍橙被譽(yù)為“柑橘之王”，是蕓香科植物甜橙(Citrus sinensis Osbeck)栽培品種的成熟果實(shí)，主要分布在四川、湖北、江西等地，產(chǎn)量居世界第3位[1-2]。臍橙營養(yǎng)豐富，含有人體所必需的各類營養(yǎng)成份，具有降低膽固醇、分解脂肪、減少有色金屬和放射性元素在人體內(nèi)積累、防癌抗癌等保健功效[3]。然而，由于臍橙成熟期較集中，深加工產(chǎn)業(yè)滯后，致使鮮銷壓力非常大，嚴(yán)重制約了我國柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，固定化酵母發(fā)酵作為一種新型的果酒發(fā)酵方式，已經(jīng)引起國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)游離細(xì)胞發(fā)酵法相比，酵母細(xì)胞固定化在簡化生產(chǎn)工藝、重復(fù)使用、產(chǎn)物分離、降低成本等方面有著突出的優(yōu)勢，對于創(chuàng)新和改進(jìn)傳統(tǒng)發(fā)酵工藝具有積極的促進(jìn)作用[4-6]。利用臍橙良好的風(fēng)味與色澤釀造果酒，并將固定化細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵工藝中，不僅能解決臍橙在成熟高峰期大量積壓的問題，還能極大地增加臍橙的經(jīng)濟(jì)附加值，為固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)果酒提供一定的參考。

1材料與方法

1.1主要原材料

贛南臍橙、冠生園蜂蜜：市售；菌種安琪葡萄酒·果酒專用酵母(RW)：湖北宜昌安琪酵母有限公司；果膠酶(酶活力10 000 U/g)：山東煙臺通商國際貿(mào)易有限公司；實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為市售分析純。

1.2主要儀器

JYZ-E7型榨汁機(jī)，山東省九陽小家電有限公司；PSH-3C型精密pH計(jì)，上海今邁儀器儀表有限公司；BSA223S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵，上海亞榮生化儀器廠；DZKW-S-6型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；WYT型手持折光儀，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；SPX-1608F型生化培養(yǎng)相，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；酒精計(jì)，河北武強(qiáng)縣同輝儀表廠；722s可見分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司。

李志紅(1976-)，男，湖北仙桃人，湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師。

程海韻(1991-)，女，湖北仙桃人，湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院學(xué)生。

1.3分析方法

糖度：WYT型手持折光儀測定；酒精度：酒精計(jì)法(按GB/T15038-2006測定)；pH值：pH計(jì)法；澄清度測定：采用比色法，分光光度計(jì)于波長630～650 nm處檢測果酒透光率。

1.4工藝要點(diǎn)

1.4.1工藝流程

本文中臍橙果酒的制作工藝流程如圖1所示。

圖1　臍橙果酒的制作工藝流程

1.4.2技術(shù)要點(diǎn)

(1)臍橙汁的制備。挑選新鮮成熟的贛南臍橙，清洗去皮后，用榨汁機(jī)榨取果實(shí)汁液，并在果汁中添加0.05%的果膠酶，置于50 ℃水浴中保溫2 h后，在真空泵下抽濾得到澄清的臍橙原果汁，在低溫下貯藏備用。

(2)成分調(diào)整。測得臍橙汁的初始pH為4.0左右，適宜于酵母發(fā)酵，故在實(shí)驗(yàn)中不作調(diào)整。而新榨得的臍橙汁糖度僅為9.5左右，糖度偏低，為了提高發(fā)酵酒精度，通過添加蜂蜜，調(diào)節(jié)果汁的糖度至發(fā)酵所需的糖度。

(3)酵母細(xì)胞固定化。稱取適量活性干酵母，用2%的蔗糖液在37 ℃條件下活化30 min。將酵母活化液與3%海藻酸鈉溶液混勻，用注射器將其勻速滴入4% CaCl2溶液中，形成凝膠小球，并鈣化30 min，用無菌水洗滌3次[7]。

(4)游離酵母與固定化酵母發(fā)酵對比。在相同條件下，將制備好的臍橙汁分別采用游離酵母和固定化酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵，每天取樣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測，并做好數(shù)據(jù)記錄。

(5)固定化酵母發(fā)酵工藝實(shí)驗(yàn)。以初始糖度、酵母菌用量、發(fā)酵溫度為因素，以酒精度為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，對固定化酵母發(fā)酵臍橙汁的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

(6)澄清、滅菌方法。采用明膠——單寧澄清法[8]，兩者正負(fù)電荷相吸形成絮狀沉淀，待沉淀完全后過濾，并用巴氏滅菌法，最后得到果酒成品。

(7)固定化酵母重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)。根據(jù)固定化酵母可重復(fù)使用的特點(diǎn)，在最佳生產(chǎn)工藝條件下對固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行了3次重復(fù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，以探究重復(fù)利用固定化酵母的效果。

2結(jié)果與分析

2.1游離酵母與固定化酵母發(fā)酵對比

取一定量臍橙汁，調(diào)整初始糖度為16%，分別加入酵母量為0.2%的固定化酵母和活化好的游離酵母，在22 ℃條件下進(jìn)行恒溫發(fā)酵，做好數(shù)據(jù)記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3。

圖2　游離酵母與固定化酵母發(fā)酵時(shí)糖度的變化

圖3　游離酵母與固定化酵母發(fā)酵時(shí)酒精度的變化

由圖2和圖3可以看出，在發(fā)酵過程中，游離酵母和固定化酵母發(fā)酵的糖度變化均呈下降趨勢。區(qū)別在于，發(fā)酵前期游離酵母發(fā)酵降糖速率較快，但在后期固定化酵母繼續(xù)降糖明顯，至第6 d時(shí)，其酒精度產(chǎn)生量達(dá)到7.2% vol，明顯高于游離酵母發(fā)酵酒精度。主要原因在于前期固定化酵母細(xì)胞包埋在載體中，不利于糖的降解和酒精的生成，而后期游離酵母發(fā)酵速率減慢，除了底物濃度降低外，發(fā)酵代謝產(chǎn)物對游離細(xì)胞也有一定的抑制作用[9]。

2.2固定化酵母發(fā)酵單因素試驗(yàn)

2.2.1初始糖度的選擇

在酵母菌用量為0.2%，發(fā)酵溫度為22 ℃條件下，研究不同初始糖度對固定化酵母發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖4。

圖4　初始糖度對固定化酵母發(fā)酵的影響

臍橙汁的初始糖度直接影響到固定化酵母發(fā)酵后產(chǎn)品的酒精度。由圖4可以看出，隨初始糖度的增加，酒精度也增加，但初始糖度過高會(huì)影響酵母細(xì)胞的生長和代謝，不利于果酒徹底的發(fā)酵。初始糖度過低，又會(huì)延長發(fā)酵周期，果酒的品質(zhì)也相對較差。因此選擇14%、16%、18%這三個(gè)初始糖度用于固定化酵母發(fā)酵正交試驗(yàn)。

2.2.2酵母菌用量的選擇

在初始糖度為16%，發(fā)酵溫度為22 ℃條件下，研究不同酵母菌用量對固定化酵母發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖5。

圖5　酵母菌用量對固定化酵母發(fā)酵的影響

酵母菌用量是影響酒精發(fā)酵的重要因素之一。由圖5可見，在一定范圍內(nèi)，酒精度隨酵母菌用量的增加而增加。當(dāng)酵母菌用量為0.2%時(shí)，酒精度水平相對最低，而酵母菌用量為1.0%時(shí)，雖然發(fā)酵速度較快，但最后酒精度相對偏低，且成品果酒風(fēng)味不佳，酒液也較渾濁。這是因?yàn)榻湍妇昧窟^少，會(huì)導(dǎo)致底物轉(zhuǎn)化不完全，發(fā)酵后酒精度較低；而酵母菌用量過大，制得的果酒酵母味也較重，影響成品風(fēng)味，且酵母自身生長繁殖會(huì)消耗原料中大量的糖分，致使果酒中酒精度相對偏低。因此選擇0.4%、0.6%、0.8%這三個(gè)酵母菌用量用于固定化酵母發(fā)酵正交試驗(yàn)。

2.2.3發(fā)酵溫度的選擇

在初始糖度為16%，酵母菌用量為0.4%條件下，研究不同發(fā)酵溫度對固定化酵母發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖6。

圖6　發(fā)酵溫度對固定化酵母發(fā)酵的影響

溫度影響固定化酵母的活性，故對臍橙果酒的釀造有重要影響。由圖6可見，在20 ℃條件下，固定化酵母發(fā)酵過程緩慢，最終酒精度相對最低。若溫度過高，易使酵母菌過早衰老，最終酒精度反而偏低，且成品風(fēng)味不佳。因此選擇22 ℃、24 ℃和26 ℃這3個(gè)溫度用于固定化酵母發(fā)酵正交試驗(yàn)。

2.3固定化酵母發(fā)酵正交試驗(yàn)

為了進(jìn)一步確定固定化酵母發(fā)酵生產(chǎn)臍橙果酒的最佳工藝條件，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以初始糖度、酵母菌用量和發(fā)酵溫度為考察因素，以酒精度為考察指標(biāo)，選用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，方差分析見表2。

由表1可以看出，影響固定化酵母發(fā)酵臍橙果酒的主次因素順序?yàn)椋築>A>C，也就是酵母菌用量的影響最大，其次是初始糖度，最后是發(fā)酵溫度，發(fā)酵工藝的最優(yōu)組合和最優(yōu)水平為A2B2C2，即固定化酵母細(xì)胞釀造臍橙果酒的最佳工藝為：臍橙汁初始糖度為16%，固定化酵母菌用量為0.6%，發(fā)酵溫度為24 ℃。

由表2方差分析結(jié)果可知，B因素(酵母菌用量)達(dá)極顯著水平。為了確保發(fā)酵工藝條件最優(yōu)，對正交試驗(yàn)所得最佳條件A2B2C2進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為：固定化酵母釀造臍橙果酒的酒精度高達(dá)9.0% vol，比正交試驗(yàn)表中各組酒精度都高，達(dá)到了正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件的要求。

2.4固定化酵母重復(fù)利用結(jié)果

根據(jù)固定化酵母發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果，在臍橙汁初始糖度為16%，固定化酵母菌用量為0.6%，發(fā)酵溫度為24 ℃的最佳工藝條件下，經(jīng)過第1次發(fā)酵后，將固定化酵母取出，在相同條件下對臍橙汁進(jìn)行第2次和第3次發(fā)酵。試驗(yàn)結(jié)果如圖7和圖8所示。

表1　正交試驗(yàn)結(jié)果

圖7　固定化酵母連續(xù)3次發(fā)酵時(shí)糖度的變化

圖8　 固定化酵母連續(xù)3次發(fā)酵時(shí)酒精度的變化

由圖7和圖8的結(jié)果可知，固定化酵母經(jīng)過重復(fù)3次發(fā)酵后，雖然發(fā)酵強(qiáng)度逐漸減弱，發(fā)酵過程趨于平緩，但依然保持較好的發(fā)酵效果，在第3次連續(xù)發(fā)酵后，酒精度仍能達(dá)到6.4 %vol，由此說明固定化酵母在重復(fù)利用方面確有實(shí)效。

3結(jié)論

固定化酵母與游離酵母相比，在連續(xù)發(fā)酵中有極大優(yōu)勢，且在整個(gè)試驗(yàn)過程中均發(fā)揮了非常穩(wěn)定高效的發(fā)酵性能，重復(fù)利用的同時(shí)減少了酵母培養(yǎng)和增殖的時(shí)間，具有節(jié)約成本和提高發(fā)酵效率的獨(dú)特優(yōu)勢，有利于果酒的工業(yè)化生產(chǎn)。

采用固定化酵母發(fā)酵臍橙果酒的最佳工藝條件為：初始糖度16%，酵母菌用量0.6%，發(fā)酵溫度24 ℃，在此條件下發(fā)酵6 d可使酒精度達(dá)到9.0% vol，而且固定化酵母經(jīng)過3次重復(fù)利用后，仍可使臍橙果酒的酒精度達(dá)到6.4% vol，具有較好的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]譚敏，夏延斌.臍橙的加工利用進(jìn)展[J]. 廣西輕工業(yè)，2008，119(10)：8-9.

[2]潘訓(xùn)海，劉新露，左勇.臍橙全汁果酒釀造技術(shù)研究[J]. 釀酒科技，2013(5)：8-10.

[3]張素斌，張繡瑜，梁巧榮.貢柑與臍橙營養(yǎng)成分的分析與比較[J].食品工業(yè)科技，2010，31(2)：317-318.

[4]陳智理，楊昌鵬，郭靜婕.固定化酵母生產(chǎn)果酒研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(29)：14357-14359.

[5]張菡，杜雙奎.釀酒酵母細(xì)胞固定化研究[J].中國釀造，2006(2)：12-15.

[6]Shen F, Zeng Y, Deng S, et al. Bioethanol production from sweet sorghum stalk juice with immobilized yeast[J]. Procedia Environmental Sciences, 2011, 11:782-789.

[7]劉鋒，鐘瑞敏，曾慶孝，等.固定化細(xì)胞釀造楊梅果酒的研究[J].食品與機(jī)械，2005，21(1)：7-9.

[8]張麗，梁磊，郭勇，等.無機(jī)鹽對新型固定化酵母蔗汁酒精發(fā)酵的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技，2008(3)：223-226.

[9]張衛(wèi)國，陳掌權(quán). 柑桔果酒2種發(fā)酵方法的比較研究[J]. 中國釀造，2006(7)：55-58.

Study on Brewing Technology of Navel Orange

Fruit Wine by Immobilized Yeast

Yu Senyan, Li Zhihong, Cheng Haiyun

(CollegeofTechnology,HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan，Hubei432000,China)

Key Words：navel orange; fruit wine; immobilized yeast; brewing technology

(責(zé)任編輯：張凱兵)