(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，甘肅蘭州 730070)

蘋果酒的澄清效果會影響其穩(wěn)定性和貯存時間[1]。而蘋果酒出現(xiàn)非生物性渾濁是由于蘋果酒在發(fā)酵后的貯藏過程中其含有的蛋白質(zhì)、果膠、單寧和蛋白質(zhì)的絡(luò)合物等相互聚合析出造成的[2-3]。蘋果酒的非生物性渾濁會影響蘋果酒的感官品質(zhì)，如何解決蘋果酒渾濁問題并得到澄清透明的蘋果酒是一個急需解決的重要問題。目前蘋果酒生產(chǎn)中通常采用下膠澄清、沉降、過濾三道常用的澄清處理方法，可達到較好的澄清效果[4]。超聲波是一種在介質(zhì)中傳播會產(chǎn)生機械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)的彈性機械波，并有助于果汁的澄清[5-7]。本試驗以蘋果酒為研究對象，以超聲后并經(jīng)微孔濾膜過濾的蘋果酒渾濁度為指標，通過響應(yīng)面法進行超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優(yōu)化，為蘋果酒澄清提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

蘋果酒：以富士蘋果為原料經(jīng)釀酒酵母發(fā)酵而成。0.45 μm 微孔過濾膜：海寧科諾過濾設(shè)備有限公司。

儀器設(shè)備：1900C 型便攜式濁度計，哈希公司；FB-05型過濾瓶，天津奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 蘋果酒工藝流程

蘋果→挑選→清洗→去核、破碎→護色→榨汁→調(diào)配→接種→發(fā)酵→澄清→過濾→殺菌→蘋果酒

1.2.2 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗

1.2.2.1 超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲時間25 min，超聲溫度20 ℃，設(shè)置超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W，考察超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.2 超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃，設(shè)置超聲時間為5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，考察超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.3 超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響

將發(fā)酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時間25 min，設(shè)置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，考察超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.3 超聲輔助微濾澄清蘋果酒的響應(yīng)面工藝優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken 設(shè)計原理，選取超聲功率X1、超聲時間X2、超聲溫度X3共3 個因子，以蘋果酒渾濁度為響應(yīng)值，采用3因子3水平的響應(yīng)面分析法，得到二次回歸方程，并找出最佳工藝參數(shù)。試驗設(shè)計見表1。

1.3 蘋果酒濁度值的檢測方法

濁度值采用1900C 濁度計進行測定。按儀器操作規(guī)程，15 mL 樣品池中放入酒樣進行測定，屏幕顯示以NTU 為單位的濁度數(shù)值，濁度值越小，表明酒體越澄清。

表1 因素水平試驗設(shè)計表

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPSv7.05 軟件進行顯著性分析，采用Design-Expert 8.0 軟件對Box-Behnken 設(shè)計的試驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗研究

2.1.1 超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗為了研究超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響，超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W 的條件下進行試驗，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，結(jié)果見圖1。

圖1 超聲波功率對蘋果酒濁度值的影響

由圖1 可以看出，當超聲波功率為250 W 處理時，蘋果酒濁度值最低且與其他處理相比差異顯著（p＜0.05），濁度值為0.52 NTU。因此，確定超聲波功率為250 W。

2.1.2 超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗將發(fā)酵好的富士蘋果酒在超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃條件下超聲5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 超聲波處理時間對蘋果酒濁度值的影響

圖2 結(jié)果表明，當超聲波處理時間為25 min時，蘋果酒濁度值最低為0.85 NTU，與處理時間為5 min 相比濁度值無顯著差異性（p＞0.05），但與其他處理相比差異顯著（p＜0.05）。在微孔濾膜過濾超聲處理后的蘋果酒時，超聲處理25 min的蘋果酒過濾時間少于超聲處理5 min 的。因此，考慮超聲時間為25 min。

2.1.3 超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗將發(fā)酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時間25 min，設(shè)置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，測定超聲后并經(jīng)微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 超聲波處理溫度對蘋果酒濁度值的影響

由圖3 可以看出，當超聲波處理溫度為10 ℃時，蘋果酒濁度值最高為0.79 NTU，與15 ℃時濁度值相比無顯著性差異（p＞0.05），而其他處理濁度值都比10 ℃和15 ℃的低且相互之間無顯著性差異（p＞0.05）?？紤]到溫度較高會對蘋果酒風(fēng)味產(chǎn)生影響，故確定超聲波處理溫度為20 ℃。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化超聲輔助微濾澄清工藝結(jié)果

2.2.1 模型建立與顯著性檢驗分析

在單因素實驗的基礎(chǔ)上為了進一步確定蘋果酒澄清的最佳工藝條件，以渾濁度為響應(yīng)值，選擇超聲功率、超聲時間和超聲溫度3 個因素進行響應(yīng)面回歸分析。試驗設(shè)計如表2所示。

表2 Box-Behnken 試驗設(shè)計及試驗結(jié)果

利用Design-Expert 軟件對表2 中試驗數(shù)據(jù)分析，獲得超聲輔助微濾澄清蘋果酒濁度值與超聲功率（X1）、超聲時間（X2）、超聲溫度（X3）的回歸模型方程：Y=0.62-0.22X1-0.035X2-0.11X3-0.005X1X2+0.23X1X3-0.01X2X3+0.077X12+0.11X22+0.33X32。對該模型進行方差分析，結(jié)果如表3所示。

由表3 結(jié)果可知，二次回歸模型極顯著(p＜0.01)，失擬項p 值為0.5495，無顯著性影響(p＞0.05)，回歸方程相關(guān)系數(shù)R2為0.9765，說明該模型能夠解釋97.65 %的變化,預(yù)測值和試驗值之間有較好的相關(guān)性,該模型對超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優(yōu)化試驗擬合程度較好，可以利用該回歸模型對試驗結(jié)果進行分析和預(yù)測。表3 顯著性分析結(jié)果表明，X1、X3、X1X3、X32對蘋果酒濁度值影響達到了極顯著水平(p＜0.01)，X22達到了顯著水平(p＜0.05)。

2.2.2 響應(yīng)面分析（圖4）

圖4 結(jié)果表明，各因素之間的交互作用和對濁度值的影響。在試驗考察范圍內(nèi)，各因素對蘋果酒濁度值影響由大到小依次為：超聲功率（X1）＞超聲溫度（X3）＞超聲時間（X2），結(jié)果與方差分析相似。在適宜的超聲功率、超聲溫度和超聲時間范圍內(nèi)，可以獲得較小的濁度值。

表3 回歸模型方差分析表

圖4 各因素對蘋果酒濁度值影響的響應(yīng)面圖

通過響應(yīng)面分析并結(jié)合回歸模型，利用Design-Expert 8.0 軟件進行最大值分析，優(yōu)化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝為超聲功率300 W、超聲時間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，該條件下，預(yù)測蘋果酒濁度值為0.46 NTU。為了確保所建回歸模型的準確性，采用最優(yōu)澄清條件進行驗證，實驗重復(fù)3 次，實際得到的濁度值為0.55 NTU，與預(yù)測值的相對誤差較小，說明采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的微波輔助微濾處理蘋果酒工藝準確可靠，能夠指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

3 結(jié)論

通過單因素和響應(yīng)面試驗設(shè)計優(yōu)化超聲輔助微濾處理工藝，得出3 個因素對蘋果酒澄清的影響大小依次為超聲功率、超聲溫度、超聲時間；優(yōu)化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝參數(shù)為超聲功率300 W、超聲時間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，此條件下預(yù)測蘋果酒濁度值為0.46 NTU，為降低蘋果酒渾濁度和指導(dǎo)生產(chǎn)實踐提供理論依據(jù)。