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        響應(yīng)面法優(yōu)化紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝

        2019-10-08 05:44:14姚萌萌康嘉偉單春會(huì)蔡文超唐鳳仙
        中國(guó)釀造 2019年9期
        關(guān)鍵詞:糖度酒精度紅棗

        姚萌萌,劉 姍,康嘉偉,單春會(huì),田 歡,蔡文超,唐鳳仙*

        (石河子大學(xué) 食品學(xué)院,新疆 石河子 832000)

        紅棗(Ziziphus jujubaMill.)在中國(guó)有8 000年的種植歷史,被列為“五果”之一(栗、桃、李、杏、棗)。紅棗富含脂肪、蛋白質(zhì),還有豐富的維生素C和B族維生素,有“維生素之王”的美稱。史書及現(xiàn)代的藥理學(xué)均對(duì)紅棗的營(yíng)養(yǎng)成分及功效有研究記載:棗中富含的鈣和鐵,能提高人的免疫力,對(duì)防治骨質(zhì)疏松有重要作用;同時(shí),有大量的研究表明,紅棗果中含有8種人體必需氨基酸[1];紅棗中的黃酮類化合物—蘆丁,有促進(jìn)維生素C的積蓄、維持毛細(xì)血管的抵抗力、抑制醛糖還原酶等功能;另外,紅棗中還含有一種重要的生理活性物質(zhì)—紅棗多糖,可以促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖,有抗衰老作用;此外,紅棗還在降低膽固醇、提高機(jī)體免疫力、預(yù)防癌癥等方面具有顯著療效[2]。新疆獨(dú)特的壞境、充足的光熱資源為紅棗的生長(zhǎng)提供了優(yōu)良條件,特別是在阿克蘇、和田、喀什等地區(qū),新疆紅棗產(chǎn)量大,品質(zhì)優(yōu)良。但在加工銷售上,紅棗以干果為主,產(chǎn)品形式單一、缺乏深加工、附加值不高,嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)丶t棗行業(yè)的發(fā)展。

        起泡酒一般以水果為原料,經(jīng)酵母發(fā)酵、醇凈、調(diào)配而制成。其外觀精美,與干紅葡萄酒相比更加個(gè)性化,且酒精度較低(9%vol~14%vol),可作為開胃酒、餐前酒,可以和任意菜肴搭配。近年來(lái),隨著多元文化的傳播,起泡酒的需求量也在增加。然而,我國(guó)生產(chǎn)的起泡酒數(shù)量和種類還較少,多集中于用葡萄為原料生產(chǎn)的起泡酒,紅棗起泡酒還鮮見報(bào)道[3]。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上[1],以新疆紅棗為原料制備紅棗起泡酒。以酒精度及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面法對(duì)二次發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化,旨在研制出一款棗味突出、色澤艷麗、口感清爽的紅棗起泡酒,并對(duì)其理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)進(jìn)行分析。本研究對(duì)開發(fā)紅棗新食品,填補(bǔ)市場(chǎng)空缺,提高紅棗產(chǎn)品附加值有一定意義。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        駿棗:新疆天山金冠果業(yè)有限公司;蔗糖(食品級(jí)):市售;酒用高活性干酵母BV818(食品級(jí)):安琪酵母(伊犁)有限公司;果膠酶(1 000 U/g):北京索萊寶生物科技有限公司;酒石酸(食品級(jí)):西安沐森生物工程有限公司;偏重亞硫酸鉀(分析純):河北潤(rùn)步生物科技有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        HWS-28電熱恒溫水浴鍋:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;10 L不銹鋼發(fā)酵罐:上海百侖生物科技有限公司;蘇泊爾08P真空加熱破壁機(jī):深圳歐亨科技有限公司;XB220A-SCS電子分析天平:上海精科天美貿(mào)易有限公司;WZ108/118ATC手持式折射儀:北京萬(wàn)成北增精密儀器有限公司;PHS-3C型pH計(jì):上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;M277465型酒精計(jì):河間市宏利玻璃儀器廠;MJX-1500智能霉菌培養(yǎng)箱:上海百典儀器設(shè)備有限公司;HG03-XV55NL-1罐頭真空度汽酒飲料CO2壓力測(cè)量?jī)x:北京中西遠(yuǎn)大科技有限責(zé)任公司;日照供應(yīng)手持濁度測(cè)量?jī)xZD-2A/微機(jī)型濁度儀:博特(連云港)儀器有限公司;德國(guó)AVM色度計(jì):長(zhǎng)沙市馭福儀器設(shè)備有限公司;CYE-9001汽酒壓力測(cè)定器:菏澤海大儀器設(shè)備有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 紅棗起泡酒發(fā)酵工藝流程及操作要點(diǎn)

        操作要點(diǎn):

        預(yù)處理:挑選成熟、無(wú)病、無(wú)霉?fàn)€的紅棗清洗后瀝干水分,去核,1 000 g紅棗加入6倍的水,放入破壁機(jī)中打漿30 s,并添加0.03%果膠酶。

        調(diào)整成分:根據(jù)理論值17 g/L蔗糖發(fā)酵可以產(chǎn)生1%vol的酒精度,按照預(yù)期產(chǎn)生的酒精度,用蔗糖調(diào)整紅棗汁糖度至22°Bx[5-6]。用檸檬酸和碳酸鈣調(diào)整紅棗汁的pH值至3.8。

        巴氏殺菌:將調(diào)配好的紅棗汁于68℃條件下巴氏殺菌30 min,然后冷卻至室溫[7],備用。

        干酵母活化:稱取紅棗汁總質(zhì)量0.03%的酒用高活性干酵母,加入5 mL的5%葡萄糖溶液中,并于37℃條件下活化30 min,做菌種備用[8]。

        接種、一次發(fā)酵:在本實(shí)驗(yàn)室前期紅棗甜酒的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行一次發(fā)酵[9],向紅棗汁中接種0.03%活化好的酵母菌,并在20℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行一次發(fā)酵(不封閉)。發(fā)酵過(guò)程中觀察發(fā)酵液糖度的變化,發(fā)酵50 h后,根據(jù)感官評(píng)定及酒精度終止一次發(fā)酵,此時(shí)紅棗酒酒精度為6.5%vol,糖度為11 °Bx,pH值為3.8[10-12]。

        過(guò)濾、巴氏殺菌:將紅棗酒過(guò)濾,放入68℃水浴鍋殺菌30 min。

        補(bǔ)糖、二次發(fā)酵:根據(jù)理論值14.3 g/L蔗糖發(fā)酵可產(chǎn)生一個(gè)大氣壓,補(bǔ)加適量蔗糖和酵母,在15℃條件下進(jìn)行二次封閉發(fā)酵[13]。二次發(fā)酵中,酵母將蔗糖轉(zhuǎn)化為酒精的同時(shí),主要提高瓶?jī)?nèi)的二氧化碳,二氧化碳?jí)毫ι?,提高起泡酒中二氧化碳?duì)口腔濃重而愉快的刺激感,即提高起泡酒的殺口感[14]。檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程中的氣壓變化,當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)氣壓達(dá)到0.35 MPa時(shí)終止發(fā)酵[15]。

        1.3.2 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

        參照紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝,依次考察紅棗酒二次發(fā)酵初始糖度(13 °Bx、14 °Bx、15 °Bx、16 °Bx、17 °Bx)、酵母添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、發(fā)酵溫度(11℃、13℃、15℃、17℃、19℃)3個(gè)因素對(duì)紅棗起泡酒感官評(píng)分及酒精度的影響[16-17]。

        1.3.3 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

        在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取(以一次發(fā)酵結(jié)束補(bǔ)加糖計(jì))二次發(fā)酵初始糖度(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)為考察因素,以感官評(píng)分(Y1)以及酒精度(Y2)為響應(yīng)值,利用Design-Expert 8.0軟件中的Box-Behnken設(shè)計(jì)進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1。

        表1 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for secondary fermentation process of jujube sparkling wine

        1.3.4紅棗起泡酒的感官評(píng)定

        選擇10位經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的人員對(duì)紅棗起泡酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià),具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2[18]。

        表2 紅棗起泡酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of jujube sparkling wine

        1.3.5分析方法

        可溶性固形物含量:采用折射儀法測(cè)定[19];酒精度測(cè)定:按照GB 5009.225—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》中的酒精計(jì)法測(cè)定[20];菌落總數(shù)測(cè)定:按照GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》測(cè)定[21];致病菌測(cè)定:按照GB 29921—2013《食品中致病菌限量》測(cè)定[22];產(chǎn)氣量測(cè)定:使用CO2壓力測(cè)量?jī)x測(cè)定[23]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1 二次發(fā)酵初始糖度對(duì)紅棗起泡酒品質(zhì)的影響

        二次發(fā)酵不同初始糖度對(duì)紅棗起泡酒感官評(píng)分及酒精度的影響見圖1。由圖1可知,隨著二次發(fā)酵初始糖度的增加,酒精度及感官評(píng)分均呈先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)二次發(fā)酵初始糖度為15°Bx時(shí),酒精度及感官評(píng)分均達(dá)到最大,分別為7.8%vol、91分,紅棗起泡酒有醇香,糖酸比適宜,口感良好,產(chǎn)氣量0.36 MPa;當(dāng)初始糖度<15°Bx之前,酵母菌生長(zhǎng)緩慢,酒精度低,醇香味較淡,產(chǎn)氣量較低,使得紅棗起泡酒的典型性不突出,對(duì)口感有著消極影響;當(dāng)初始糖度>15°Bx之后,由于蔗糖含量高,使紅棗發(fā)酵液的滲透壓過(guò)高,抑制了酵母菌的生長(zhǎng),影響紅棗起泡酒二次發(fā)酵效率;同時(shí),含糖量過(guò)高使紅棗起泡酒糖酸比失調(diào),口味較為甜膩。因此,確定最佳二次發(fā)酵初始糖度為15 °Bx。

        圖1 二次發(fā)酵初始糖度對(duì)紅棗起泡酒酒精度及感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of initial sugar content of secondary fermentation on alcohol content and sensory score of jujube sparkling wine

        2.1.2 二次發(fā)酵酵母接種量對(duì)紅棗起泡酒品質(zhì)的影響

        二次發(fā)酵不同酵母接種量對(duì)紅棗起泡酒感官評(píng)分及酒精度的影響見圖2。由圖2可知,隨著酵母接種量的增加,酒精度及感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)酵母接種量為0.03%時(shí),酒精度及感官評(píng)分均最高,分別為7.7%vol、94分,酵母量適宜,發(fā)酵完全,產(chǎn)氣量為0.35 MPa,起泡酒酒體醇香,無(wú)雜味,殺口感較強(qiáng),紅棗起泡酒風(fēng)味最佳;當(dāng)酵母接種量<0.03%時(shí),酵母添加量不足,發(fā)酵程度低,不滿足酒精度要求,使得紅棗起泡酒偏甜,酒香味較弱,二氧化碳的產(chǎn)量不足,殺口感較弱;當(dāng)酵母接種量>0.03%時(shí),瓶?jī)?nèi)氣壓升高快,而起泡酒內(nèi)的總糖有限,但酵母增殖作用時(shí)要消耗大量的糖,所以會(huì)出現(xiàn)有部分酵母不發(fā)揮作用,使得起泡酒的殺口感不足,含有少量酵母味,影響風(fēng)味。因此,確定最佳二次發(fā)酵酵母接種量為0.03%。

        圖2 二次發(fā)酵酵母接種量對(duì)紅棗起泡酒酒精度及感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of yeast inoculum of secondary fermentation on alcohol content and sensory score of jujube sparkling wine

        2.1.3 二次發(fā)酵溫度對(duì)紅棗起泡酒品質(zhì)的影響

        不同二次發(fā)酵溫度對(duì)紅棗起泡酒感官評(píng)分和酒精度的影響見圖3。由圖3可知,隨發(fā)酵溫度的升高,紅棗起泡酒酒精度及感官評(píng)分均呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)酵溫度為15℃時(shí),紅棗起泡酒酒精度及感官評(píng)分最高,分別為7.6%vol、95分,酵母達(dá)到其生長(zhǎng)繁殖水平的最佳狀態(tài),酒體醇香、柔和,殺口感較強(qiáng),沒(méi)有苦味;當(dāng)發(fā)酵溫度低于15℃時(shí),未能達(dá)到酵母最佳生長(zhǎng)繁殖水平,產(chǎn)生的酒精少,起泡酒口感不佳,酒香淡;當(dāng)發(fā)酵溫度高于15℃時(shí),發(fā)酵程度過(guò)快,且過(guò)高的發(fā)酵溫度有可能破壞維生素C等營(yíng)養(yǎng)成分[23],使起泡酒品質(zhì)下降,酒體不柔和,殺口感較弱,口味粗糙,苦味較重。因此,確定最佳二次發(fā)酵溫度為15℃。

        圖3 二次發(fā)酵溫度對(duì)紅棗起泡酒酒精度及感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of secondary fermentation temperature on alcohol content and sensory score of jujube sparkling wine

        2.2 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

        在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)Design-Expert 8.0軟件中的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),考察二次發(fā)酵初始糖度(以一次發(fā)酵結(jié)束補(bǔ)加糖計(jì))(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)3個(gè)因素對(duì)紅棗起泡酒感官評(píng)分(Y1)及酒精度(Y2)的影響,響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3,以紅棗起泡酒感官評(píng)分為響應(yīng)值的方差分析見表4,以紅棗起泡酒酒精度為響應(yīng)值的方差分析見表5。

        表3 紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for secondary fermentation process of jujube sparkling wine

        表4 以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model for response surface methodology using sensory score as evaluation index

        表5 以酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的響應(yīng)試驗(yàn)回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model for response surface methodology using alcohol content as evaluation index

        通過(guò)Design-Expert 8.0軟件對(duì)表3的結(jié)果進(jìn)行多元二次回歸擬合,得到感官評(píng)分(Y1)與二次發(fā)酵初始糖度(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)的回歸方程為Y1=87.60+1.88A+0.13B-0.75C-1.00AB-0.75AC+0.25BC-7.05A2-6.05B2-7.80C2;酒精度(Y2)與二次發(fā)酵初始糖度(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)的回歸方程為Y2=7.94+0.36A+0.088B-0.20C-0.10AB-0.23AC-0.12BC-0.62A2-0.37B2-0.49C2。

        由表4、表5可知,回歸方程的模型均極顯著(P<0.01),說(shuō)明模型構(gòu)建成功,能反應(yīng)響應(yīng)值的變化。失擬項(xiàng)均不顯著(P>0.05),表明回歸方程擬合效果較好,模型選擇恰當(dāng)。決定系數(shù)R2Y1=0.9399,R2Y2=0.9367,調(diào)整決定系數(shù)R2AdjY1=0.862 7,R2AdjY2=0.855 4,說(shuō)明該模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值具有較好的擬合性,可以用此模型對(duì)紅棗起泡酒的感官品質(zhì)和酒精度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

        由表4可知,各因素對(duì)感官評(píng)分影響的主次順序?yàn)锳>C>B,即初始糖度>發(fā)酵溫度>酵母接種量。二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)結(jié)果影響極顯著(P<0.01),一次項(xiàng)A對(duì)結(jié)果影響顯著(P<0.05),其他相對(duì)結(jié)果影響不顯著(P>0.05)。由表5可知,各因素對(duì)酒精度影響的主次順序?yàn)锳>C>B,即初始糖度>發(fā)酵溫度>酵母接種量。一次項(xiàng)A及二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)結(jié)果影響極顯著(P<0.01),一次項(xiàng)C對(duì)結(jié)果影響顯著(P<0.05),其他相對(duì)結(jié)果影響不顯著(P>0.05)。

        通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化求解,以感官評(píng)分和酒精度為雙響應(yīng)值,得到紅棗起泡酒二次發(fā)酵的最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為二次發(fā)酵初始糖度15.27°Bx,酵母接種量0.03%,發(fā)酵溫度14.78℃,在此發(fā)酵條件下,紅棗起泡酒的酒精度預(yù)測(cè)值為7.99%vol,感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為92.75分。

        考慮實(shí)際生產(chǎn)的可行性,將最優(yōu)二次發(fā)酵條件修正為初始糖度15°Bx、酵母接種量0.03%、發(fā)酵溫度15℃。為驗(yàn)證模型的可靠性,進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在此最優(yōu)發(fā)酵條件下得到的紅棗起泡酒感官評(píng)分實(shí)際值為93分,酒精度實(shí)際值為7.8%vol,與響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)值基本一致,證明響應(yīng)面優(yōu)化紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝的結(jié)果合理可靠。

        2.3 紅棗起泡酒質(zhì)量分析

        在優(yōu)化的發(fā)酵工藝下,紅棗起泡酒酒精度為7.8%vol,產(chǎn)氣量為0.35 MPa。紅棗起泡酒細(xì)菌總數(shù)≤100 CFU/mL,大腸桿菌≤3 MPN/100 mL,致病菌未檢出。紅棗起泡酒各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12696—2016《發(fā)酵酒及其配制酒生產(chǎn)衛(wèi)生規(guī)范》[24]。

        3 結(jié)論

        本研究以紅棗為原料,通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅棗起泡酒二次發(fā)酵工藝。結(jié)果表明,紅棗起泡酒最佳二次發(fā)酵工藝為初始糖度15°Bx、酵母接種量0.03%、發(fā)酵溫度15℃,在此最優(yōu)工藝條件下,紅棗起泡酒的酒精度為7.8%vol,感官評(píng)分為93分。此時(shí)紅棗起泡酒有明顯的酒香、酒香協(xié)調(diào),有紅棗特有光澤,殺口感適中,泡沫細(xì)膩持久、酸甜柔和,口感飽滿。本實(shí)驗(yàn)為紅棗產(chǎn)品的開發(fā)提供了新的思路,能夠滿足消費(fèi)者需要,增加起泡酒的種類,對(duì)于提高紅棗附加值,填補(bǔ)市場(chǎng)空缺有一定的意義。

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