祁乙雯,付安珍,李 雙,陳志周,王 頡,賈春福,牟建樓*
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院,河北 保定071001;2.淶源縣振冀杏仁加工有限公司,河北 保定071001)
杏為薔薇科(Rosaceae)杏屬(ArmeniacaMill)[1],其廣義上認(rèn)為主要分為普通杏(Prunus armeniacaL.)、西伯利亞杏(Prunus sibiricaL.)、東北杏(Prunus mandshurica)和梅(Prunus mume)的變種、變型和雜交種質(zhì)[2-4],原產(chǎn)于我國(guó),有著豐富的物種資源和廣泛的地理分布[5-6]。我國(guó)是杏的起源地,種類(lèi)繁多[7],分布廣泛,其中華北溫?zé)釒訁^(qū)是我國(guó)杏樹(shù)資源的主產(chǎn)區(qū)[8]。杏營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極為豐富[9],其中糖類(lèi)物質(zhì)約5%~17%,含氮物質(zhì)約9%,礦物質(zhì)約0.37%~0.83%[10-11],是一種實(shí)用性?xún)r(jià)值比較高的水果。杏屬于呼吸躍變型果實(shí)[12],且采收期較為集中,多為高溫季節(jié),因而不耐貯藏[13],采收后易發(fā)生軟化腐敗、失水、褐變等品質(zhì)劣變[14],故杏的貨架期較短,限制了杏的市場(chǎng)供應(yīng)時(shí)間。
白蘭地是一種蒸餾酒,以水果為原料,經(jīng)過(guò)發(fā)酵、蒸餾、陳釀及調(diào)配制成的酒[15],根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 11856—2008《白蘭地》,白蘭地的酒精度不低于36.0%vol。傳統(tǒng)的水果白蘭地通常選用葡萄、蘋(píng)果、紅棗、梨等水果[16-18]作為原料,決定白蘭地品質(zhì)的因素有原料的品質(zhì)、釀造工藝以及陳釀的時(shí)間等[19-20]。
目前對(duì)杏的加工主要集中在杏干、杏脯、杏醬、杏汁、杏酒等產(chǎn)品[21],對(duì)杏白蘭地研究報(bào)道很少。李寶坤等[22]采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),確定了杏白蘭地的發(fā)酵工藝為發(fā)酵溫度23 ℃,起始糖度26%,接種量3%。何偉等[23]研究了杏皮渣漿液的制備方式、酵母篩選、接種量等影響因素對(duì)杏皮渣白蘭地發(fā)酵的影響。本研究以河北串枝紅杏為原料,研究杏漿的酶解工藝及杏白蘭地的釀造工藝,通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化果膠酶酶解和發(fā)酵工藝,以期能釀造出口感醇厚、典型性強(qiáng)的杏白蘭地,提高杏的深加工能力,為實(shí)現(xiàn)杏白蘭地的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
河北串枝紅杏,白砂糖:市售;高效活性干酵母:安琪酵母有限公司;果膠酶(酶活2.25×104U/g):法國(guó)SAS SOFRALAB OENOFRANCE公司;偏重亞硫酸鉀(分析純):天津天利化學(xué)試劑有限公司;抗壞血酸(色譜純):美國(guó)藍(lán)白Labscience公司。
15R高速冷凍離心機(jī):力康生物醫(yī)療科技控股有限公司;SPX型生化培養(yǎng)箱:上海東器實(shí)業(yè)有限公司;ZNCL-BS磁力攪拌器:上海卓越儀器設(shè)備有限公司;PAL-α糖度計(jì):日本愛(ài)拓公司。
1.3.1 杏白蘭地工藝流程
1.3.2 操作要點(diǎn)
原料處理[24-25]:選擇無(wú)腐爛、無(wú)病蟲(chóng)害的八分熟杏果為原料,貯存于-18 ℃。處理時(shí)用清水淋洗兩遍,注意不要破壞杏果表面組織,去核去果柄。
酶解[26]:將杏果肉與0.2%的抗壞血酸水溶液按照質(zhì)量比1∶1混合,果膠酶添加量0.10%,酶解溫度45 ℃,酶解時(shí)間3 h對(duì)混合液進(jìn)行酶解處理。
成分調(diào)整[27]:以80 mg/L的比例添加偏重亞硫酸鉀,并調(diào)整果漿pH到適合酵母菌生長(zhǎng)的范圍,加入白砂糖調(diào)整可溶性固形物含量。
發(fā)酵:在無(wú)菌條件下,向果汁中加入活化酵母菌,24 ℃條件下恒溫發(fā)酵,發(fā)酵期間每日攪拌2次,每天測(cè)定殘?zhí)?、總酸、酒精度,?dāng)殘?zhí)橇窟B續(xù)3 d不變時(shí),發(fā)酵結(jié)束。
蒸餾:將果漿發(fā)酵后的原酒液和果渣進(jìn)行一次蒸餾和二次蒸餾,得到餾出液,餾出液經(jīng)過(guò)陳釀即為杏白蘭地。
1.3.3 杏果漿酶解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)
表1 杏果漿酶解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for enzymatic hydrolysis process optimization of apricot pulp
采用果膠酶酶解杏果漿,研究果膠酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度對(duì)酶解后杏漿的可溶性固形物和出汁率的影響。在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,選取果膠酶添加量(A)、酶解溫度(B)、酶解時(shí)間(C)為自變量,以透光率、出汁率、可溶性固形物含量為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用Max-Min歸一化處理,以3個(gè)指標(biāo)處理結(jié)果的平均值作為綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo),設(shè)計(jì)L9(33)進(jìn)行3因素3水平的正交試驗(yàn),其因素與水平見(jiàn)表1。
1.3.4 杏白蘭地發(fā)酵工藝優(yōu)化
發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn):分別考察發(fā)酵溫度(18 ℃、20 ℃、22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃)、酵母接種量(0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%)和初始糖濃度(20%、22%、24%、26%、28%)對(duì)杏白蘭地發(fā)酵結(jié)束后的酒液感官評(píng)分及酒精度的影響。
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)和初始糖度(C)3個(gè)因素作為影響杏白蘭地發(fā)酵的因子,依照Box-Behnken設(shè)計(jì)原理,以發(fā)酵結(jié)束后的白蘭地酒精度(Y1)和感官評(píng)分(Y2)為響應(yīng)值,優(yōu)化杏白蘭地發(fā)酵工藝參數(shù),Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見(jiàn)表2。
表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 2 Factors and levels of Box-Behnken tests design
1.3.5 杏白蘭地發(fā)酵結(jié)束后一次蒸餾的酒液感官評(píng)分方法
選擇經(jīng)過(guò)感官品評(píng)知識(shí)培訓(xùn)的10名研究生(5男,5女)進(jìn)行,評(píng)定參照國(guó)標(biāo)GB/T 11856—2008《白蘭地》,杏白蘭地發(fā)酵結(jié)束后的酒液感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3,滿(mǎn)分100分,結(jié)果取平均值。
表3 杏白蘭地發(fā)酵結(jié)束后的酒液感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standards of liquor after apricot brandy fermentation
1.3.6 理化指標(biāo)檢測(cè)方法
可溶性固形物:使用PAL-α型手持精度計(jì)進(jìn)行測(cè)定;總酸:參考GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》中的方法進(jìn)行測(cè)定;酒精度、總酯、揮發(fā)性物質(zhì)含量參照GB/T 11856—2008《白蘭地》中的方法進(jìn)行測(cè)定。
采用果膠酶酶解杏果漿,研究果膠酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度對(duì)酶解后杏漿的可溶性固形物和出汁率的影響。果膠酶酶解杏果漿正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,方差分析見(jiàn)表5。
表4 杏果漿酶解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal tests for enzymatic hydrolysis process optimization of apricot pulp
表5 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal tests results
由表4可知,果膠酶添加量對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響最大,其次是酶解時(shí)間,酶解溫度的影響最小,綜合評(píng)分最高的組合為A2B2C3,即果膠酶添加量0.10%,酶解溫度45 ℃,酶解時(shí)間3.5 h。在此優(yōu)化酶解條件下,綜合評(píng)價(jià)最高,為89.35分。由表5可知,果膠酶添加量、酶解時(shí)間與酶解溫度對(duì)綜合評(píng)分的影響均極顯著(P<0.01)。
2.2.1 不同發(fā)酵溫度對(duì)杏白蘭地發(fā)酵的影響
在酵母接種量為0.08%,初始糖量為26%條件下,考察發(fā)酵溫度18 ℃、20 ℃、22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液酒精度、感官評(píng)分、總糖的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 發(fā)酵溫度對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液的影響Fig. 1 Effect of fermentation temperature on liquor after apricot pulp fermentation
由圖1可知,隨著發(fā)酵溫度的升高,杏果漿發(fā)酵后酒液感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì),酒精度隨著發(fā)酵溫度的升高,變化不明顯,總糖隨著發(fā)酵溫度的升高,呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到22 ℃時(shí),感官評(píng)分達(dá)到峰值74.60分,酒精度達(dá)到11.9%vol,隨著發(fā)酵溫度的升高,起酵速度加快,發(fā)酵周期變短,但同時(shí)加快了酵母的衰老,導(dǎo)致乙醇體積分?jǐn)?shù)下降,溫度升高會(huì)使整個(gè)發(fā)酵醪的體系中腐敗微生物增多,酒香中包含著杏果實(shí)過(guò)熟氣味,且果香會(huì)隨著發(fā)酵產(chǎn)生的CO2氣體溢出,香氣損失較大,風(fēng)味、口感等感官特性變差,使得感官評(píng)分下降。因此,確定適宜發(fā)酵溫度為22 ℃。
2.2.2 不同酵母接種量對(duì)杏白蘭地發(fā)酵的影響
在發(fā)酵溫度22 ℃,初試糖量為26%條件下,考察酵母菌接種量0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液感官評(píng)分、酒精度和總糖的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 不同酵母接種量對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液的影響Fig. 2 Effect of different yeast inoculum on liquor after apricot pulp fermentation
由圖2可知,當(dāng)酵母接種量為0.08%時(shí),杏果漿發(fā)酵后酒液感官評(píng)分達(dá)到最大值,酵母接種量低于0.08%時(shí),酒精度和感官評(píng)分隨著酵母菌接種量的增加而逐漸升高,當(dāng)接種量達(dá)到0.10%時(shí),酒精轉(zhuǎn)化量不顯著,感官評(píng)分卻顯著性下降(P<0.05),當(dāng)酵母接種量為0.08%時(shí),總糖為1.19 g/L。這可能是因?yàn)榻湍附臃N量過(guò)少,酵母不能將糖全部轉(zhuǎn)化為酒精;而酵母接種量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致酵母菌在短時(shí)間內(nèi)利用糖進(jìn)行自身繁殖,因此大量的糖類(lèi)被消耗而酒精度并不會(huì)顯著上升,與此同時(shí)由于初始糖度是一定的,過(guò)多酵母菌的加入會(huì)導(dǎo)致其與糖類(lèi)物質(zhì)相比是過(guò)量的,因此所得的酒酵母味比較重,與杏香和酒香并不能協(xié)調(diào),感官評(píng)分降低。因此,確定酵母接種量為0.08%。
2.2.3 不同初始糖度對(duì)杏白蘭地發(fā)酵影響
在發(fā)酵溫度為22 ℃,酵母接種量為0.08%條件下,考察初始糖度20%、22%、24%、26%、28%對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液感官評(píng)分、酒精度和總糖的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 不同初始糖度對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液的影響Fig. 3 Effect of different initial sugar contents on liquor after apricot pulp fermentation
由圖3可知,隨著糖添加量的增加,杏白蘭地發(fā)酵后酒液的感官評(píng)分和酒精度逐漸增加,當(dāng)糖添加量為26%時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最大值75.4分,繼續(xù)增大糖度含量,感官評(píng)分降低,原因可能是因?yàn)楫?dāng)初始糖度較低時(shí),酵母菌可利用的糖較少,發(fā)酵周期相應(yīng)較短,同時(shí)酯類(lèi)物質(zhì)和香氣物質(zhì)積累的也少;當(dāng)糖濃度過(guò)高時(shí)會(huì)使發(fā)酵液滲透壓過(guò)大,酵母菌的代謝被抑制,過(guò)多的糖已經(jīng)不能再被轉(zhuǎn)化為酒精,發(fā)酵延滯對(duì)杏白蘭地品質(zhì)有較大影響。因此,選擇初始糖度含量為26%。
2.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵工藝
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),設(shè)計(jì)發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)和初始糖度(C)作為影響因子,依照Box-Behnken設(shè)計(jì)原理,以發(fā)酵結(jié)束后的酒液酒精度(Y1)和感官評(píng)分(Y2)為響應(yīng)值,優(yōu)化杏白蘭地發(fā)酵工藝參數(shù),Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 6 Design and results of Box-Behnken tests
2.2.5 回歸模型的建立及方差分析
應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到酒精度(Y1)和感官評(píng)分(Y2)的回歸方程:
以酒精度為響應(yīng)值回歸模型的方差分析結(jié)果見(jiàn)表7。從表7可知,響應(yīng)面回歸模型P<0.000 1,說(shuō)明回歸模型極顯著;失擬項(xiàng)的P=0.091 6>0.05,說(shuō)明模型失擬項(xiàng)不顯著。決定系數(shù)R21=0.993 7,調(diào)整決定系數(shù)R21adj=0.985 5,說(shuō)明該模型擬合度高,試驗(yàn)誤差小,能夠用于分析發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)、初始糖度(C)交互作用對(duì)酒精度影響的預(yù)測(cè)。根據(jù)回歸系數(shù)的顯著性表明,交互項(xiàng)AB、AC及二次項(xiàng)A2對(duì)酒精度影響沒(méi)有達(dá)到顯著性水平(P>0.05),而一次項(xiàng)A、B、C和二次項(xiàng)B2、C2對(duì)酒精度的影響都達(dá)到了極顯著水平(P<0.01);交互項(xiàng)BC對(duì)酒精度的影響也達(dá)到了顯著水平(P<0.05);這說(shuō)明發(fā)酵溫度、酵母接種量、初始糖度是杏白蘭地釀造過(guò)程中影響酒精度的重要因素,也是釀造過(guò)程中的關(guān)鍵控制因素。由表7可知,各個(gè)因素對(duì)酒精度影響顯著程度由大到小依次為發(fā)酵溫度(A)>酵母接種量(B)>初始糖度(C)。
以感官評(píng)分為響應(yīng)值的回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表8。由表8可知,模型P<0.000 1,說(shuō)明回歸模型極顯著;失擬項(xiàng)P=0.752 4>0.05,說(shuō)明模型失擬項(xiàng)不顯著。決定系數(shù)R22=0.993 2,調(diào)整決定系數(shù)R2adj2=0.984 6,說(shuō)明該模型擬合度高,試驗(yàn)誤差小,能夠用于分析發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)、初始糖度(C)交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的預(yù)測(cè)。
表7 以酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸模型方差分析Table 7 Variance analysis of regression model using alcohol content as evaluation index
根據(jù)回歸系數(shù)的顯著性表明,交互項(xiàng)AC、BC沒(méi)有達(dá)到顯著性水平(P>0.05),對(duì)感官評(píng)分沒(méi)有顯著影響,而在一次項(xiàng)A、B、C和二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)分的影響都達(dá)到了極顯著水平(P<0.01);交互項(xiàng)AB對(duì)感官評(píng)分的影響也達(dá)到了顯著水平(P<0.05);這說(shuō)明發(fā)酵溫度、酵母接種量、初始糖度是杏白蘭地釀造過(guò)程中影響感官評(píng)分的重要因素。通過(guò)比較F值的大小,可以推斷出試驗(yàn)范圍內(nèi)各因素對(duì)酒精度和感官評(píng)分的影響大小,F(xiàn)值越大,對(duì)結(jié)果的影響越大。由表8可知,各個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分的影響程度由大到小依次為發(fā)酵溫度(A)>初始糖度(C)>酵母接種量(B)。
表8 以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸模型方差分析Table 8 Variance analysis of regression model using sensory score as evaluation index
2.2.6 響應(yīng)面分析及優(yōu)化
圖4 發(fā)酵溫度、酵母接種量及初始糖度對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液酒精度影響的響應(yīng)面及等高線Fig. 4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between fermentation temperature, yeast inoculum and initial sugar content on alcohol content of liquor after apricot pulp fermentation
圖5 發(fā)酵溫度、初始糖度及酵母接種量對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線Fig. 5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between fermentation temperature, initial sugar content and yeast inoculum on sensory score of liquor after apricot pulp fermentation
利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化,得到發(fā)酵溫度、酵母接種量、初始糖度三個(gè)因素交互影響對(duì)杏果漿發(fā)酵后酒液酒精度和感官評(píng)分的響應(yīng)曲面及等高線分別見(jiàn)圖4和圖5。由圖4和圖5可知,酵母接種量(B)和初始糖度(C)、發(fā)酵溫度(A)和酵母接種量(B)的響應(yīng)面曲面較陡峭,而且等高線為橢圓形,說(shuō)明BC交互作用對(duì)酒精度影響顯著,AB交互作用對(duì)感官評(píng)分影響顯著。這與方差分析結(jié)果一致。
2.2.7 響應(yīng)面驗(yàn)證試驗(yàn)
通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件,預(yù)測(cè)最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為:發(fā)酵溫度24.27 ℃、酵母接種量0.08%、初始糖度24.80%,在此優(yōu)化工藝條件下,酒精度預(yù)測(cè)值為16.20%vol,感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為87.64分,考慮到實(shí)際生產(chǎn)的操作性,將發(fā)酵工藝參數(shù)修正為發(fā)酵溫度24 ℃、酵母接種量0.08%、初始糖度24.8%,為驗(yàn)證該模型的預(yù)測(cè)是否正確,在修正后的參數(shù)下進(jìn)行3次試驗(yàn),得到的酒精度實(shí)際值為16.0%vol,感官評(píng)分實(shí)際值為88.22分,與預(yù)測(cè)值接近,表明該模型有效。因此,采用響應(yīng)面分析方法優(yōu)化杏白蘭地發(fā)酵工藝參數(shù)比較準(zhǔn)確,有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
杏白蘭地理化指標(biāo)測(cè)定:總酸含量81.12 mg/L,酒精度為38.0%vol,總酯(乙酸乙酯計(jì))140.8 mg/L,高級(jí)醇356.24 mg/L,甲醇1.34 g/L,成品理化指標(biāo)符合相關(guān)國(guó)標(biāo)要求。
結(jié)果表明,最佳酶解工藝為果膠酶添加量0.10%,酶解溫度45 ℃,酶解時(shí)間3.5 h,在此條件下,綜合評(píng)價(jià)可以達(dá)到89.35分。杏白蘭地最佳發(fā)酵工藝為發(fā)酵溫度24 ℃、酵母接種量0.08%、初始糖度24.8%。在此優(yōu)化發(fā)酵工藝條件下,得到的一次蒸餾液酒精度為16.0%vol,感官評(píng)分為88.22分。將一次蒸餾液二次蒸餾后,酒精度為38.0%vol,成品杏白蘭地色澤透亮,果香濃郁,入口干冽,具有杏果特有的香氣。