楊玉霞,康 超,段振華,*,朱香澔,李定金

(1.賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,廣西賀州 542899; 2.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

百香果(Passion Fruit)又稱西番蓮、雞蛋果、藤桃、受難果、巴西果等,是西番蓮科西番蓮屬的草質(zhì)藤本植物[1]。它廣泛分布于熱帶與亞熱帶,主要生長于澳大利亞、南非、肯尼亞、巴西、美國夏威夷與佛羅里達(dá)州等國家或地區(qū),在我國主要分布于廣東、廣西、海南、云南、福建等地[2]。按照百香果果實的形態(tài)和品質(zhì)可以將百香果分為紫果百香果、黃果百香果及紫果與黃果的雜交種[3]。百香果果實多汁、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富,含有17種氨基酸、21種微量元素[4]和具有藥用價值的生物堿和黃酮類物質(zhì)[5],具有生津止渴、消除疲勞、養(yǎng)顏美容、抑菌抗癌、降膽固醇等多種保健療效[6]。因百香果含番石榴、芒果、蘋果、菠蘿等許多種水果的香氣成分,且其果汁中含有60多種酯類等香味成分,具有濃烈的獨特香味[7],所以被譽為世界上最芳香的水果。

百香果越來越受人們的關(guān)注喜愛,除鮮食外,百香果產(chǎn)品的種類也在逐步增多,對百香果類產(chǎn)品的要求越來越高。百香果產(chǎn)品主要有果汁[8-9]、果脯[10]、百香果醋[11-12],近年來,開始有關(guān)于百香果酒的研究報道,但多數(shù)都是選用百香果汁或肉進(jìn)行發(fā)酵,王志江等[13]選用百香果汁與山藥汁復(fù)合發(fā)酵制備了一款具有典型的百香果和山藥風(fēng)味果酒;石小瓊等[14]采用正交的方法得到了糯米百香果果酒的加工發(fā)酵配方:100 g果肉,65 g糯米,0.4 g果酒酵母,1.75 g酒曲,165 g水;李朝能等[15]采用百香果肉、果殼分開榨汁的方法制備果漿,添加11種中藥材,采用煎煮、濃縮、用純米酒泡制的方法制備百香果果酒。利用全果發(fā)酵果酒研究較少,有相關(guān)研究表明百香果皮中富含果膠、多糖、黃酮、花色苷類成分,安全無毒,具有抗氧化、改善糖尿病及保護(hù)心血管等生理活性[5],因此利用百香果全果發(fā)酵果酒既能提高果酒營養(yǎng)價值,同時也解決百香果果皮資源浪費的問題。

本文以百香果全果為原料,果汁、果肉和果皮混合打漿后固-液態(tài)發(fā)酵,運用響應(yīng)面法優(yōu)化百香果酒發(fā)酵工藝參數(shù),旨在研制一款營養(yǎng)價值高、具有濃郁百香果香氣的果酒,為百香果酒產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

百香果 品種為紫果,大小、顏色均一的成熟果實,購于廣西賀州泰興超市;蔗糖 市售;安琪果酒酵母 安琪酵母股份有限公司;果膠酶(10000 U/mL)、纖維素酶(100 FBG/g)諾維信生物有限公司;乳酸(食品級) 河南金丹乳酸科技股份有限公司;食用純堿(食品級) 南京甘汁園糖業(yè)有限公司。

Jd-322打漿機 金達(dá)電器;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;KDC-40低速離心機 安徽科大創(chuàng)新;FE20實驗室pH計 梅特勒-托利多;YP1201N電子天平 上海儀器總廠;LH-B55數(shù)顯折光儀 杭州陸恒生物科技有限公司;ZWYR-D2403恒溫培養(yǎng)箱 上海智城分析儀器有限公司;N-1300旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 EYELA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點 原料預(yù)處理:挑選無病蟲害、無霉變、表皮平整的成熟百香果,流動清水漂洗2次,備用。

打漿[16]:將清洗好的鮮果稱量,切塊,置于打漿機中,料液比為1∶3加水混合打漿1 min左右,得百香果漿,此時的果漿經(jīng)過酶解后果汁含量較高,達(dá)到94.21%,且風(fēng)味濃郁,口感適宜。

酶解[17]:百香果漿pH為3.2～3.7,用食用純堿調(diào)整百香果原漿pH4.0,添加0.12%的復(fù)合酶(纖維素酶、果膠酶),果膠酶∶纖維素酶為1∶5,在50 ℃的條件下酶解3.5 h。

調(diào)整糖度:測量百香果汁中的可溶性固形物判斷糖度的大小。酶解結(jié)束的百香果汁的可溶性固形物為2.5%～3.0%,為滿足果酒發(fā)酵所需達(dá)到的酒精度的要求,在發(fā)酵前用蔗糖一次性補充糖分。

酵母活化:稱取所需酵母用量,加入5 mL的無菌水,在37 ℃的條件下水浴30 min,不斷攪拌使其溶解,活化完成,將活化好的酵母放置冷卻至室溫備用。

發(fā)酵:將發(fā)酵料液裝至容器的80%,接入酵母密封發(fā)酵,每天攪拌排氣1次,直至基本無氣泡產(chǎn)生,發(fā)酵結(jié)束。

過濾、陳釀:用8層紗布過濾發(fā)酵液,分離出百香果酒,裝入儲酒罐中密封陳釀1～2個月。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 酵母接種量對百香果酒發(fā)酵的影響 百香果漿可溶性固形物2.5%～3.0%,根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果,為滿足果酒發(fā)酵所需達(dá)到的酒精度的要求,將糖度調(diào)整為20%;pH調(diào)整為4.0[18]。分別添加酵母量為0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%,混合均勻,置于22 ℃的條件下發(fā)酵,由預(yù)實驗顯示,發(fā)酵7 d后,發(fā)酵液氣泡基本消失,因此選取7 d作為單因素實驗的發(fā)酵時間。測定發(fā)酵液的酒精度及可溶性固形物含量。

1.2.3.2 初始糖度對百香果酒發(fā)酵的影響 將百香果漿初始糖度調(diào)整為12%、14%、16%、18%、20%、22%,pH4.0,添加上述1.2.3.1最佳酵母用量,混合均勻,在22 ℃的條件下發(fā)酵7 d,測定發(fā)酵液的酒精度及可溶性固形物含量。

1.2.3.3 發(fā)酵時間對百香果酒發(fā)酵的影響 以上述1.2.3.1、1.2.3.2實驗中最優(yōu)的酵母接種量、初始糖度為基礎(chǔ),將百香果漿置于22 ℃的條件下分別發(fā)酵1、3、5、7、9 d,測定發(fā)酵液的酒精度及可溶性固形物含量。

1.2.3.4 發(fā)酵溫度對百香果酒發(fā)酵的影響 以上述1.2.3.1、1.2.3.2、1.2.3.3實驗中最優(yōu)的酵母接種量、初始糖度、發(fā)酵時間為基礎(chǔ),將百香果漿分別置于18、22、26、30、34 ℃的條件下發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后測定發(fā)酵液的酒精度及可溶性固形物。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實驗 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,以酵母接種量(A)、初始糖度(B)、發(fā)酵時間(C)、發(fā)酵溫度(D)為考察因素,根據(jù)Box-Behnken實驗設(shè)計原理,采用四因素三水平的響應(yīng)面分析方法,實驗因素水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平表Table 1 Factors and levels in the response surface analysis

1.2.5 指標(biāo)測定方法 酒精度的測定:參照GB/T 15038-2006中酒精計法;可溶性固形物含量:使用折光儀測定過濾后的百香果發(fā)酵液的可溶性固形物含量;總糖的測定:參考GB/T 15038-2006中直接滴定法測定總糖含量;總酸:參考GB/T 12456-2010中酸堿滴定法測定;菌落總數(shù)的測定:參考GB 4789.2-2010檢測;大腸菌群計數(shù):參考GB 4789.3-2010檢測;感官評價:參考NY/T1508-2017 對百香果酒的色澤、香氣、滋味、典型性進(jìn)行評定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft office excel 2012、Origin8.5和Design-Expert.8.05進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表制作及數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 酵母接種量對百香果酒發(fā)酵的影響 不同的酵母接種量對百香果酒發(fā)酵的影響結(jié)果見圖1所示。酵母接種量對百香果漿發(fā)酵具有一定的影響,隨著酵母接種量的增加,發(fā)酵液酒精度變化呈先升高后略降低的趨勢,可溶性固形物含量逐漸降低最后趨于平衡。其中未接入酵母的百香果漿發(fā)酵最弱,可溶性固形物含量高,主要原因是百香果表皮中自然酵母含量少,不能起到消耗果漿中糖分產(chǎn)生大量酒精的作用;當(dāng)酵母接種量小于0.04%時,隨著接種量增加,酒精度逐漸升高,當(dāng)酵母接種量為0.04%時,發(fā)酵液酒精度為7.9%vol,達(dá)到最大值,且可溶性固形物接近最低,說明酵母利用糖分產(chǎn)生酒精的能力最強;繼續(xù)增加酵母添加量,雖殘?zhí)呛柯晕⒔档?但是發(fā)酵液酒精度未見提高,由于酵母接種量過多,需要用于微生物自身生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)也會增多[19],即用于酒精發(fā)酵的營養(yǎng)物質(zhì)則變少,另一方面,菌體在代謝過程中產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物,會抑制酒精的轉(zhuǎn)化[20]。因此,酵母接種量選擇0.04%為宜。

圖1 酵母接種量對百香果酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effects of inoculation amount of yeast on alcohol fermentation

2.1.2 初始糖度對百香果酒發(fā)酵的影響 酒精發(fā)酵的底物是糖,酵母利用糖分進(jìn)行生長繁殖,并產(chǎn)出酒精、酯類等物質(zhì),初始糖度的高低直接影響發(fā)酵液的品質(zhì)。不同的初始糖度對百香果酒發(fā)酵的影響結(jié)果見圖2所示。

由圖2可知,隨著初始糖度的增加,百香果發(fā)酵液的酒精度呈先增大再減小的趨勢,當(dāng)初始糖度為20%時,酒精度達(dá)到最大值8.9%vol,但當(dāng)初始糖度超過20%,糖度過高,滲透壓加大,會不利于酵母菌的生長繁殖[21],酒精轉(zhuǎn)化率降低,導(dǎo)致發(fā)酵液中的殘?zhí)鞘Ｓ噍^多,酒精度下降;當(dāng)糖度過低時,發(fā)酵不充分,酒精度低,甜度不足,口感不協(xié)調(diào)。所以,初始糖度選擇20%最佳。

圖2 初始糖度對百香果酒發(fā)酵的影響Fig.2 Effects of sugar concentrations on alcohol fermentation

2.1.3 發(fā)酵時間對百香果酒發(fā)酵的影響 不同發(fā)酵時間對百香果酒發(fā)酵的影響結(jié)果見圖3所示。

由圖3可知,隨著發(fā)酵時間的延長,百香果酒發(fā)酵越充分,酵母不斷利用糖分產(chǎn)生酒精,可溶性固形物含量逐漸降低,百香果發(fā)酵液酒精度呈先上升再趨于平緩,發(fā)酵7 d時,酒精度達(dá)到最大值,殘?zhí)呛孔畹?說明在7 d左右達(dá)到發(fā)酵終點。

圖3 發(fā)酵時間對百香果酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effects of time on alcohol fermentation

2.1.4 發(fā)酵溫度對百香果酒發(fā)酵的影響 溫度能影響酵母的活性和代謝作用,溫度過高或過低都會對百香果酒發(fā)酵有不利的影響。不同溫度條件對百香果酒發(fā)酵的影響結(jié)果見圖4所示。

圖4 發(fā)酵溫度對百香果酒發(fā)酵的影響Fig.4 Effects of temperature on alcohol fermentation

由圖4可知,隨著溫度的升高,酒精度呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)26 ℃后,酒精度增長緩慢,同時,此時發(fā)酵液的可溶性固形物含量達(dá)到最低值;34 ℃時,酒精度下降,說明此溫度過高,不利于發(fā)酵的進(jìn)行。綜上所述,百香果酒發(fā)酵的較適合溫度為26 ℃。

2.2 響應(yīng)面實驗優(yōu)化發(fā)酵條件

酒精度(%vol)=9.59+0.037A+0.47B+0.4C+0.54D+0.45AB-0.95AC+0.23AD+0.13BC+0.17BD-0.33CD+0.044A2-0.44B2+0.032C2-0.66D2。該模型方差分析結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面二次回歸方程模型方差分析結(jié)果Table 3 ANOVA results of quadratic regression model for response surface

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化模型的建立分析 應(yīng)用Box-Behnken對百香果酒發(fā)酵條件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析實驗。在酒精發(fā)酵過程中,糖分消耗得越多,酒精度會越高,根據(jù)單因素實驗分析,當(dāng)酒精度達(dá)到最高水平時,可溶性固形物的含量處于較低水平。為了簡化優(yōu)化實驗,因此,選用酒精度作為響應(yīng)面實驗指標(biāo),酒精度越高,說明發(fā)酵條件越好。用Design-Expert.8.05軟件對響應(yīng)面實驗結(jié)果(表2)進(jìn)行多元回歸擬合分析,得到預(yù)測模型為:

表2 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果Table 2 Experimental design and corresponding results for response surface analysis

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析與優(yōu)化 根據(jù)回歸方程所作的響應(yīng)面圖可用于評價實驗因素對響應(yīng)值影響的兩兩交互作用以及各因素的最佳水平范圍[23],交互圖中的曲線坡度陡峭,等高線呈橢圓形,都表明該因素的交互作用對酒精度的影響大[24]。由圖5(b)可以看出等高線呈橢圓形狀，說明酵母接種量和初始糖度有交互作用，且交互作用達(dá)到極顯著效果；由圖6可以看出，酵母接種量和時間交互的坡度很陡峭，說明兩者交互作用對酒精度的影響大，達(dá)到顯著水平。由圖7和圖8可看出，酵母接種量和溫度交互、時間和初始糖度交互形成的曲面較陡峭，且等高線為橢圓形，說明兩者交互作用對酒精度有一定影響，但未達(dá)到顯著水平。圖9為溫度和初始糖度的交互圖，形成的曲線坡度較小，等高線為橢圓形，說明兩者有交互作用，但是兩者交互不顯著。從圖10看出等高線為橢圓形，說明溫度和時間兩因素的交互作用較強，且對酒精度的影響達(dá)到顯著水平。

圖5 初始糖度和酵母接種量交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.5 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of sugar concentration and amount of yeast on the alcoholicity

圖6 酵母接種量和時間交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.6 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of time and amount of yeast on the alcoholicity

圖7 酵母接種量和溫度交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.7 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of temperature and amount of yeast on the alcoholicity

圖8 初始糖度和時間交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.8 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of sugar concentration and time on the alcoholicity

圖9 初始糖度和溫度交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.9 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of sugar concentration and temperature on the alcoholicity

圖10 溫度和時間交互影響酒精度的相應(yīng)面圖(a)和等高圖(b)Fig.10 Respondse surface graph(a)and contour(b)for the effects of temperature and time on the alcoholicity

綜合表2、表3與圖5～10,并結(jié)合回歸方程處理得到的最佳發(fā)酵條件為:酵母接種量0.05%,初始糖度21.82%,發(fā)酵時間6.29 d,發(fā)酵溫度29.19 ℃,在此工藝條件下,百香果酒酒精度理論值為10.8%vol,為了檢驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性及實用性,將工藝參數(shù)修正為:酵母接種量0.05%,初始糖度21.8%,發(fā)酵時間6 d,發(fā)酵溫度29 ℃,并進(jìn)行果酒發(fā)酵驗證實驗,最終結(jié)果為10.7%vol,與最優(yōu)條件下的理論值基本接近,說明采用響應(yīng)面優(yōu)化百香果酒發(fā)酵工藝條件是準(zhǔn)確可行的,有一定的應(yīng)用價值。

2.3 百香果果酒指標(biāo)及感官評價結(jié)果

對百香果酒成品進(jìn)行部分指標(biāo)檢測及感官評價,結(jié)果見表4、表5。酒精度、總糖、總酸、菌落總數(shù)、大腸菌群屬于NY/T 1508-2017中的檢測指標(biāo)項目,其中在標(biāo)準(zhǔn)要求中,總糖含量為4.1～12.0 g/L時,屬半干型果酒,結(jié)果顯示:百香果酒的總糖為11.4 g/L,屬半干型果酒?？扇苄怨绦挝锸前l(fā)酵過程的重要指標(biāo),因此,檢測成品酒的可溶性固形物,判斷酵母消耗底物情況,結(jié)果顯示百香果酒可溶性固形物為5.6%。酒精度、總酸、菌落總數(shù)、大腸菌群的檢測結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 部分指標(biāo)結(jié)果Table 4 Results of Partial indicators

百香果酒的感官評價結(jié)果見表5，百香果酒酒體具有典型性，果香與醇香協(xié)調(diào)，色澤為暗紅色，澄清泛有光澤，口感柔和純正。

表5 感官評價結(jié)果Table 5 Results of sensory evaluation

3 結(jié)論

本研究以百香果全果為原料,通過單因素實驗和Box-Behnken設(shè)計實驗,采用響應(yīng)面分析方法優(yōu)化百香果酒的發(fā)酵工藝參數(shù),得到最佳的發(fā)酵工藝:酵母接種量0.05%,初始糖度21.8%,發(fā)酵時間6 d,發(fā)酵溫度29 ℃,在此條件下發(fā)酵百香果酒,酒精度為10.7%vol,可溶性固形物含量為5.6%,酒體顏色呈暗紅色,澄清泛光澤,口感柔和,具有特殊的香氣。

本研究建立的二次線性模型準(zhǔn)確可信,具有較好的實用價值,可為特色百香果酒的進(jìn)一步研究開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和參考價值。

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