李帥，孫慧

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林132101）

響應(yīng)面法優(yōu)化酸漿果酒發(fā)酵工藝的研究

李帥，孫慧

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林132101）

以酸漿為主要原料，對酸漿果酒酵母菌生產(chǎn)發(fā)酵條件進(jìn)行了研究。采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵工藝，確定酸漿果酒發(fā)酵最佳工藝條件為：發(fā)酵溫度30℃，發(fā)酵時(shí)間9 d，酵母接種量0.3%，初始糖度18%，SO2添加量55 mg/L。在此最佳發(fā)酵工藝條件下，酸漿果酒酒精度為11.9%vol。

酸漿；果酒；發(fā)酵；工藝優(yōu)化；響應(yīng)面分析法

酸漿（Physalis alkekengi）又名紅菇娘、掛金燈、戈力、燈籠草、燈籠果、洛神珠、泡泡草、鬼燈等北方稱為菇蔫兒、姑娘兒，以果實(shí)供食用[1]。酸漿果實(shí)中含有人體需要的多種營養(yǎng)成分，具有清熱解毒、利咽、化痰、利尿作用[2]。其中鈣的含量是西紅柿的73.1倍、胡蘿卜的13.8倍，維生素C的含量是西紅柿的6.4倍、胡蘿卜的5.4倍[3]。酸漿果實(shí)可以制作成糖果、果汁、果醬、果酒等，在國內(nèi)外食品生產(chǎn)中都有應(yīng)用[4-5]。

產(chǎn)酯酵母主要屬于產(chǎn)膜酵母或假絲酵母，其中大多數(shù)為異常漢遜酵母（Hansenula anomala）[6]，少數(shù)為小圓形酵母，能產(chǎn)生以酯香為主體的香味物質(zhì)[7]。在果汁飲料[8]生產(chǎn)中，應(yīng)用產(chǎn)酯酵母還可以產(chǎn)生乙偶姻等多種芳香物質(zhì)。選擇產(chǎn)酯酵母來生產(chǎn)果酒[9-10]，其香氣酵母菌培養(yǎng)成分包含了醇類、有機(jī)酸、醛類、縮醛類、酮類、酯類、內(nèi)酯類、酚類和萜烯類等物質(zhì)。

果酒具有低酒精度、高營養(yǎng)、益腦健身等特點(diǎn)，可促進(jìn)血液循環(huán)和機(jī)體的新陳代謝，控制體內(nèi)膽固醇水平，改善心腦血管功能，同時(shí)具有利尿、激發(fā)肝功能和抗衰老的功效[11]。據(jù)全國食品工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前，我國果酒的年消費(fèi)量正以15%的速度遞增。與此同時(shí)，糧食酒的消費(fèi)量是在逐年減少。作為保健養(yǎng)生酒，酸漿果酒的發(fā)展?jié)摿Ψ浅？捎^。并且，酸漿的人工種植在吉林省已非常普遍，產(chǎn)量很大，但酸漿的食用方式多以鮮食和干食為主，酸漿的深加工產(chǎn)品并不多[12]。近年來有人在酸漿的營養(yǎng)價(jià)值和藥用方面做了一些研究，但是在酸漿果酒生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化研究較少。本研究針對現(xiàn)有酸漿果酒的菌種生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定出適合的發(fā)酵工藝路線，以便為酸漿果酒的生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料

酸漿：吉林省吉林市雙吉鎮(zhèn)9月份果實(shí)。

1.1.2化學(xué)試劑

果膠酶（30 000 U/g）：南寧龐博生物工程有限公司；亞硫酸氫鈉（分析純）：天津福晨化學(xué)有限公司；安琪干酵母：湖北宜昌安琪酵母股份有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

MJ-250數(shù)顯霉菌培養(yǎng)箱：江蘇省金壇市正基儀器有限公司；FA2104N電子天平：上海菁海儀器有限公司；HL-9017 KDM型可調(diào)控溫電熱套：山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；HH-4數(shù)字恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；WZ102手持糖度計(jì)：托普云農(nóng)科技股份有限公司；PHS-3C酸度計(jì)：上海旦鼎國際貿(mào)易有限公司；0-100盛通酒精計(jì)：武強(qiáng)縣盛通儀表廠。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1酸漿果酒加工工藝流程[13]

1.3.2操作要點(diǎn)

分選、清洗：挑選粒大飽滿表面無傷痕成熟的酸漿果為原料，流動(dòng)水清洗附著在酸漿表面的泥土、雜物及殘留的農(nóng)藥和微生物，清洗時(shí)應(yīng)注意避免力度過大造成酸漿破損。

破碎：采用搗碎的方式直至成漿狀。

酶解：按照0.6 g/kg用量添加果膠酶，在30℃、pH值為3.5條件下酶解8 h。

榨汁：酶解后的漿狀物放入榨汁機(jī)中進(jìn)行榨汁，收集濾渣加4倍水，用勻漿機(jī)均質(zhì)成濃漿，重新榨汁備用。

果汁成分調(diào)整：果汁的含糖量過低，若僅用果汁發(fā)酵則酒精度較低。因此，應(yīng)以適當(dāng)補(bǔ)充白砂糖來提高酸漿果酒發(fā)酵的酒精度。糖分調(diào)整后進(jìn)行酸度的調(diào)整。一般采用檸檬酸，使果汁的酸度維持在pH 3.5左右。

殺菌：高溫蒸汽滅菌120℃，15 min。

冷卻：殺菌后的酸漿汁冷卻至室溫。

接種：干酵母活化（在干酵母量的20倍、35℃、2%的蔗糖水中復(fù)水活化2 h）后，按照干酵母添加量0.3%加入酸漿汁中。

主發(fā)酵：采用密閉式發(fā)酵，發(fā)酵罐裝料以不超過容量2/3為宜。發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時(shí)間9 d，初始pH值為3.5。當(dāng)還原糖含量、酒精度趨于穩(wěn)定，發(fā)酵基本結(jié)束。

澄清：采用自然沉降后再離心分離的方式進(jìn)行澄清[14]。

過濾：選用三層無菌紗布過濾。

1.3.3測定指標(biāo)與方法

糖度、pH值及酒精度測定分別采用手持糖度計(jì)、pH計(jì)及酒精計(jì)。

1.3.4發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)[15-16]

發(fā)酵溫度：設(shè)定發(fā)酵時(shí)間為9 d，接種量為0.3%，初始糖度為18%，SO2添加量為55mg/L，分別在發(fā)酵溫度為24℃、27℃、30℃、33℃、36℃條件下釀造酸漿果酒，考察發(fā)酵溫度對酸漿果酒酒精度的影響。

發(fā)酵時(shí)間：設(shè)定發(fā)酵溫度為30℃，接種量為0.3%，初始糖度為18%，SO2添加量為55 mg/L，分別在發(fā)酵時(shí)間為5 d、7 d、9 d、11 d、13 d條件下釀造酸漿果酒，考察發(fā)酵時(shí)間對酸漿果酒酒精度的影響。

接種量：設(shè)定發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時(shí)間為9 d，初始糖度為18%，SO2添加量為55 mg/L，分別在接種量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%條件下釀造酸漿果酒，考察接種量對酸漿果酒酒精度的影響。

初始糖度：設(shè)定發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時(shí)間為9 d，接種量為0.3%，SO2添加量為55 mg/L，分別在初始糖度為14%、16%、18%、20%、22%條件下按釀造酸漿果酒，考察初始糖度對酸漿果酒酒精度的影響。

SO2添加量：設(shè)定發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵時(shí)間為9 d，接種量為0.3%，初始糖度為18%，分別在SO2添加量為45mg/L、50 mg/L、55 mg/L、60 mg/L、65 mg/L條件下按釀造酸漿果酒，考察SO2添加量對酸漿果酒酒精度的影響。

1.3.5響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[17-19]

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化酸漿果酒發(fā)酵的工藝條件。綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、接種量、初始糖度、SO2添加量5個(gè)因素，利用Design-Expert 8.0軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行多元回歸分析。試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1（a）可知，酒精度隨著發(fā)酵溫度的升高先增大后減小，在溫度為30℃時(shí)達(dá)到理想，可能是由于發(fā)酵溫度的不斷升高，加速了酵母的衰老，對酵母轉(zhuǎn)化的糖量或能生成的酒精量產(chǎn)生了影響。利于雜菌的生長，產(chǎn)生酯酸或乳酸，影響酒質(zhì)。由圖1（b）可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，酒精度先增加后平緩下降，在第9天時(shí)酒質(zhì)較理想。由圖1（c）可知，隨著接種量的增大，酒精度先增后減，趨于平緩。在接種量為0.3%時(shí)，發(fā)酵效果較為理想。高接種量時(shí)，酵母的存活率會(huì)降低。由圖1（d）可知，隨著初始糖度的增加，酒精度先增后減，在初始糖度為18%時(shí)結(jié)果較為理想。當(dāng)初始糖度＞20%時(shí)，由于滲透壓太高，酵母發(fā)酵會(huì)出現(xiàn)延滯現(xiàn)象，酒度不再變化，殘?zhí)欠炊黾印Ｓ蓤D1（e）可知，隨著SO2添加量的增加，酒精度先是增加的，而后減少趨于平緩。SO2添加量過高會(huì)對酵母菌有抑制作用，影響酒的風(fēng)味。

圖1　發(fā)酵溫度(a)、時(shí)間(b)、接種量(c)、初始糖度(d)、SO2添加量(e)對酒精度的影響Fig.1 Effects of fermentation temperature(a),time(b),inoculum(c), initial sugar content(d),and SO2addition(e)on alcohol content

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化酸漿果酒工藝參數(shù)

本試驗(yàn)共有46個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中1～40為分析試驗(yàn)，41～46為中心試驗(yàn)，用來估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface experiments

通過Design-Expert 8.0軟件對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，方差分析結(jié)果見表3。以酒精度（Y）為響應(yīng)值，經(jīng)回歸擬合后，得到回歸方程：

表3　響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of response surface experiments results

由表3可知，上述回歸方程描述與響應(yīng)面值之間的關(guān)系時(shí)因其模型顯著（P＜0.05），而誤差項(xiàng)不顯著（P＞0.05），說明回歸方程與實(shí)際情況吻合得較好，試驗(yàn)誤差小。其中二次多項(xiàng)式的決定系數(shù)R2=0.969 2，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj= 0.956 9，表明該模型相關(guān)度好?；貧w模型各項(xiàng)方差分析還表明，所有一次項(xiàng)，二次項(xiàng)，交互項(xiàng)BD都有顯著影響，各試驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系，而是呈二次拋物面關(guān)系。回歸模型中作用顯著項(xiàng)是A、B、C、D、E、BD、A2、B2、C2、D2、E2。從各變量顯著性檢驗(yàn)P值大小，可以看出影響酸漿果酒效果的各因素按大小排列順序依次：發(fā)酵時(shí)間＞接種量＞初始糖度＞SO2添加量＞發(fā)酵溫度。

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對各試驗(yàn)因子A、B、C、D、E所構(gòu)成的三維空間的曲面圖，其可形象地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用[15]。根據(jù)回歸方程得出不同因素的響應(yīng)面分析圖及等高線結(jié)果見圖2。由圖2可知，若曲線越陡峭，則表明該因素對酒精度的影響越大，應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。而由等高線圖可以看出存在極值的條件應(yīng)該在圓心處。

圖2　各因素交互作用對酸漿果酒酒精度影響的響應(yīng)面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of interaction between each factors on alcohol content ofPhysalis alkekengifruit wine

2.3酸漿果酒生產(chǎn)工藝的優(yōu)化與驗(yàn)證結(jié)果

為進(jìn)一步確定發(fā)酵工藝最佳點(diǎn)，利用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化分析，獲得最優(yōu)的發(fā)酵工藝條件為：發(fā)酵溫度31.21℃、發(fā)酵時(shí)間8.74 d、酵母接種量0.28%、初始糖度17.94%、SO2添加量54.29 mg/L。模型預(yù)測值酒精度為11.98%vol?？紤]實(shí)際操作的方便性，將各因素修正為發(fā)酵溫度30℃、發(fā)酵時(shí)間9 d、酵母接種量0.3%、初始糖度18%、SO2添加量55 mg/L，在此最佳條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，酒精度為11.90%vol。與模型預(yù)測值基本一致。證明該模型具有一定的可靠性。

3　結(jié)論

采用單因素及響應(yīng)面試驗(yàn)，得到酸漿果酒最佳發(fā)酵工藝條件是：發(fā)酵溫度30℃、發(fā)酵時(shí)間9 d、酵母接種量為0.3%、初始糖度為18%、SO2添加量為55 mg/L。在此最佳發(fā)酵工藝條件下，果酒酒精度為11.90%vol，滿足果酒相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

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Optimization of fermentation technology ofPhysalis alkekengifruit wine by response surface method

LI Shuai,SUN Hui
(College of Food Engineering,Jilin Agricultural Science and Technology University,Jilin 132101,China)

UsingPhysalis alkekengias the main material,the fermentation conditions ofP.alkekengifruit wine were investigated.By single factor experiment and response surface method to optimize the fermentation technology,and the optimum conditions were determined as follows：fermentation temperature 30℃,fermentation time 9 d,yeast inoculum 0.3%,initial sugar content 18%and SO2addition 55 mg/L.Under these conditions,the alcohol content ofP.alkekengifruit wine was 11.9%vol.

Physalis alkekengi;fruit wine;fermentation;technology optimization;response surface method

TS262

0254-5071（2016）08-0124-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.08.028

2016-04-25

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院校級(jí)青年基金項(xiàng)目（吉農(nóng)院合字[2015]第220號(hào)）

李帥（1986-），女，博士研究生，研究方向?yàn)槭称繁２嘏c物流。