響應面法對洋蔥酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

李升升，徐懷德,*，李鈺金，晏 超

(1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.泰祥集團 山東海洋食品營養(yǎng)研究院，山東 榮成 264309)

響應面法對洋蔥酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

李升升1，徐懷德1,*，李鈺金2，晏 超1

(1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.泰祥集團 山東海洋食品營養(yǎng)研究院，山東 榮成 264309)

目的：為充分利用洋蔥資源，制得具有良好口感與保健功能的洋蔥酒。方法：以黃皮洋蔥為原料，選擇不同的前處理方式對洋蔥進行前處理并采用響應面法對洋蔥酒的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化。結果：洋蔥在539W微波條件下處理20min，按料液比1:3(g/mL)打漿，在發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時間48.36h條件下發(fā)酵，制得洋蔥酒乙醇體積分數(shù)9.7%，總黃酮的浸出率為65.12%。多元回歸分析結果顯示，發(fā)酵溫度、酵母菌接種量、發(fā)酵時間與洋蔥酒酒精含量和黃酮浸出率之間回歸模型極顯著，可用于實際生產(chǎn)預測。結論：微波處理可明顯除去洋蔥的蔥臭味，并得出了洋蔥酒發(fā)酵的最優(yōu)條件。

洋蔥酒；預處理；乙醇體積分數(shù)；黃酮浸出率；響應面分析法

洋蔥(Allium cepaL.)屬百合科蔥屬草本植物，富含營養(yǎng)物質，含有豐富的硫化合物、黃酮、苯丙素、甾體皂苷、前列腺素類等生理活性物質，被譽為“菜中皇后”[1]。洋蔥全球產(chǎn)量僅次于西紅柿，約占蔬菜總量10%；我國各地均有種植，直接食用或深加工產(chǎn)品有干制洋蔥、洋蔥醬、洋蔥精油等[2-4]。

從當前洋蔥的主要加工產(chǎn)品中可以看出，洋蔥的深加工品還不多。究其原因主要是洋蔥的蔥臭味限制了洋蔥產(chǎn)品的開發(fā)與發(fā)展。據(jù)相關文獻報道[1]，洋蔥產(chǎn)品蔥臭味的防治主要采用加熱、加入包埋劑或用稀釋的方法。在加熱過程中仍會產(chǎn)生一部分蔥臭味，單獨添加包埋劑或稀釋也不能達到掩蓋蔥臭味的目的。本實驗擬通過對洋蔥不同前處理方式的選擇，得出能較好的防止洋蔥蔥臭味的處理方式，以釀制品質較好的洋蔥酒。

在酒精發(fā)酵過程中，酵母菌接種量、初始pH值、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間等因素都對洋蔥酒精發(fā)酵和發(fā)酵過程中有效成分的保存率有很大的影響[5]。因此，要生產(chǎn)品質優(yōu)良和生理功能成分含量高的洋蔥酒，必須對發(fā)酵條件進行優(yōu)化，這對洋蔥酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。本實驗在單因素試驗的基礎上，采用響應面分析法[6-10]研究洋蔥酒發(fā)酵過程中發(fā)酵溫度、酵母菌接種量、發(fā)酵時間對洋蔥酒乙醇體積分數(shù)和黃酮浸出率的影響，旨在為洋蔥酒工業(yè)化生產(chǎn)提一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

洋蔥(黃皮洋蔥) 楊凌農(nóng)貿市場；蔗糖 市售；安琪葡萄酒高活性干酵母 湖北安琪酵母股份有限公司；蘆丁標品 中國藥品生物制品檢定所；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

UV-1700 pharmaSpec型紫外-可見分光光度計 日本島津公司；HPS-250型生化培養(yǎng)箱 哈爾濱市東聯(lián)電子技術開發(fā)有限公司；MP200B型電子分析天平 上海精密科學儀器有限公司；KDC-40型離心機 科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；WYT-4型糖度計 上海精密儀器儀表有限公司；酒精計 河北武強縣同輝儀表廠；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥器 上海精宏設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 洋蔥的前處理方式選擇

選無病變和劣變的洋蔥，分別進行對照、加熱和微波處理，然后進行酒精發(fā)酵，以最終的乙醇體積分數(shù)、黃酮保存率等理化指標和感官評價為評價指標，確定最佳的前處理方式。

對照處理：洋蔥按料液比1:3(g/mL)打漿，然后調整糖度至175g/L待用。

加熱處理：洋蔥按料液比1:3打漿，調整糖度至175g/L然后加熱煮沸10min待用。

微波處理：洋蔥切分后，立即放入微波設備中在539W條件下，處理20min，然后按料液比1:3打漿，用白砂糖調整洋蔥漿中總糖至175g/L待用。

1.3.2 響應面試驗方案設計

1.3.2.1 洋蔥酒釀造工藝要點

原料處理：選擇無病變和劣變的洋蔥，進行適當前處理，備用；酵母活化：活性干酵母先在35℃水浴中用復水10min，然后按照水質量的5%加入白砂糖，攪拌均勻，在36℃水浴中活化20min備用；發(fā)酵：將活化好的酵母放入處理好的待發(fā)酵液中發(fā)酵。

1.3.2.2 試驗方案設計

在單因素試驗結果基礎上，選取發(fā)酵溫度、酵母菌接種量和發(fā)酵時間3個主要因素，以發(fā)酵結束后的乙醇體積分數(shù)和黃酮浸出率為響應值，運用設計專家7.0.0[11]軟件進行響應面設計。試驗因素水平及編碼見表1。

表1 響應面試驗優(yōu)化洋蔥酒發(fā)酵工藝因素水平與編碼表Table 1 Factors and levels in response surface design

1.4 指標測定及計算方法

1.4.1 黃酮含量的測定

標準曲線的繪制[12]：精密稱取105℃條件下干燥至質量恒定的蘆丁純品0.1000g，用50%乙醇溶解，搖勻，定容至100mL，再取10mL此標準液于100mL容量瓶中，稀釋、定容為0.1g/L蘆丁標準品溶液，作為儲備液備用。分別吸取0、1、2、3、4、5、6 mL于2 5 mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸餾水定容至刻度，搖勻，靜置0.5h，于波長420nm處測定吸光度，以吸光度為縱坐標、顯色液中蘆丁的質量(mg)為橫坐標，用最小二乘法進行回歸，線性方程為Y=1.4173X－0.0017，R2=0.9997。

測定酒樣中黃酮含量時，吸取5mL酒精于25mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸餾水定容至刻度，搖勻靜置0.5h后，于波長420nm處測定吸光度。

1.4.2 理化指標的測定

按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，乙醇體積分數(shù)采用酒精計法測定；總酸采用氫氧化鈉滴定法測定；總糖采用直接滴定法測定。

2 結果與分析

2.1 洋蔥前處理方式的選擇

不同預處理條件下，制得的洋蔥酒的理化指標和感官評價結果見表2。

由表2可知，對照處理洋蔥酒的蔥臭味較重，而加熱和微波處理可明顯減少或降低洋蔥酒中的蔥臭味。這是因為洋蔥中的蔥臭味是洋蔥中的蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下，生成含硫化合物經(jīng)過一系列的反應而產(chǎn)生，對照處理中洋蔥中蔥臭味物質生成且沒有散失，而加熱和微波處理一方面可破環(huán)蒜氨酸酶，減少蔥臭味前體物質的生成，另一方面加熱和微波處理會使已生成的蔥臭味物質揮發(fā)，所以對照處理中洋蔥酒的蔥臭味較重而加熱和微波處理蔥臭味較淡。

表2 不同預處理方式下洋蔥酒的理化指標和感官評價結果Table 2 Physico-chemical properties and sensory evaluation of onion wine fermented from onion subjected to different pretreatments

由洋蔥酒的理化指標可以看出，在相同發(fā)酵條件下，對照處理洋蔥的糖轉化率低，而加熱和微波處理糖轉化率較高，因為洋蔥中含有的硫化物較多抑制了酵母菌的酒精發(fā)酵，通過加熱或微波處理能減少硫化物的生成或使一部分硫化物蒸發(fā)；從黃酮浸出率的角度看，對照處理的黃酮浸出率較高，加熱和微波處理黃酮浸出率低于對照處理，因為在加熱或微波處理過程中損失了一部分黃酮類物質；從感官評價的結果看出，對照處理的蔥臭味較重，加熱和微波處理的蔥臭味較淡，但是從口感、產(chǎn)品狀態(tài)等方面來看，微波處理較好。綜合分析，選擇微波處理作為洋蔥酒精發(fā)酵的前處理方式。

2.2 洋蔥酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Scheme and results of response surface design

按照3因素響應面法設計方案，安排了20組處理組合，測定其乙醇體積分數(shù)并計算黃酮浸出率，結果見表3，試驗數(shù)據(jù)采用設計專家軟件進行分析[13-15]。

2.2.1 工藝條件對乙醇體積分數(shù)的影響

2.2.1.1 回歸模型的建立

以發(fā)酵溫度(X1)、酵母菌接種量(X2)、發(fā)酵時間(X3)為自變量，洋蔥酒的乙醇體積分數(shù)(Y1)為因變量，建立洋蔥酒酒精發(fā)酵工藝參數(shù)回歸模型?；貧w方程為：

2.2.1.2 工藝參數(shù)的分析

表4 乙醇體積分數(shù)回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model for alcohol content

由表4可以看出：F模型=14.67＞F0.01(9,5)=10.16，P＜0.01，表明模型方程(1)極顯著，不同處理間的差異極顯著；失擬項P=0.1422＞0.05，不顯著；模型的校正決定系數(shù)R2Adj為0.8664，說明該模型能解釋約86%響應值的變化，表明方程擬合程度較好。離散系數(shù)(CV)表示試驗的精確度，其值越大，試驗結果的可靠性越低。本試驗CV=2.46%，在可接受范圍內，說明試驗結果可靠，可以用此模型對洋蔥酒的乙醇體積分數(shù)進行分析和預測。

由回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，模型(1)的一次項X1和X3(P＜0.01)影響極顯著，X2(P＞0.05)影響不顯著；二次項(P＜0.01)影響均極顯著；交互項X1X2和X1X3(P＜0.05)影響顯著，X2X3(P＞0.05)影響不顯著。依據(jù)方程系數(shù)的估計值X1=0.23、X2=0.098和X3=0.38，可知影響因子的主效應主次順序為發(fā)酵時間＞發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量。由軟件分析得工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.38℃、酵母菌接種量0.73%、發(fā)酵時間55.92h，此時乙醇體積分數(shù)的預測值Y1為9.87%。

2.2.1.3 酒精發(fā)酵優(yōu)化工藝參數(shù)的驗證

為了檢驗響應面法的可行性，采用得到的最佳發(fā)酵條件進行洋蔥酒的發(fā)酵試驗，發(fā)酵溫度25.4℃、酵母菌接種量0.73%、發(fā)酵時間為56h，同時進行3次平行試驗。結果為洋蔥酒的乙醇體積分數(shù)分別為9.9%、9.9%、10.0%，平均值為9.93%，與預測值的相對誤差為0.6%，與模擬值非常接近，進一步驗證了模型的實用性。

2.2.2 工藝條件對洋蔥酒黃酮浸出率的影響

2.2.2.1 回歸模型的建立

以發(fā)酵溫度(X1)、酵母菌接種量(X2)、發(fā)酵時間(X3)為自變量，洋蔥酒的黃酮浸出率(Y2)為因變量，建立洋蔥酒酒精發(fā)酵工藝參數(shù)回歸模型?；貧w方程為：

2.2.2.2 工藝參數(shù)的分析

表5 黃酮含量回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model for extraction rate of flavonoids

由表5可以看出：F模型=48.80＞F0.01(9,5)=10.16，P＜0.01，表明模型方程(2)極顯著，不同處理間的差異極顯著；失擬項P=0.1295＞0.05，不顯著；模型的校正決定系數(shù)為0.9577，說明該模型能解釋約95%響應值的變化，表明方程擬合程度較好。離散系數(shù)(CV)表示試驗的精確度，其值越大，試驗結果的可靠性越低。本試驗CV=3.48%，在可接受范圍內，說明試驗結果可靠，可以用此模型對洋蔥酒的黃酮浸出率進行分析和預測。

由回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，模型(2)的一次項X1(P＞0.05)影響不顯著，X2和X3(P＜0.01)影響極顯著；二次項(P＜0.01)影響均極顯著；交互項X1X2(P＜0.01)影響極顯著，X1X3和X2X3(P＞0.05)影響不顯著。依據(jù)方程系數(shù)的估計值X1=0.53、X2=5.69和X3=3.87，可知影響因素的主效應主次順序為：酵母菌接種量＞發(fā)酵時間＞發(fā)酵溫度。由設計專家軟件分析得工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.04℃、酵母菌接種量0.87%、發(fā)酵時間42.96h，此時黃酮浸出率的預測值Y2為65.61%。

2.2.2.3 黃酮浸出率工藝參數(shù)的驗證

為了檢驗響應面法的可行性，用得到的最佳發(fā)酵條件進行洋蔥酒的發(fā)酵實驗，為便于控制，將條件修改為發(fā)酵溫度25℃、酵母菌接種量0.87%、發(fā)酵時間43h，同時進行3次平行試驗。結果為洋蔥酒的黃酮浸出率分別為65.12%、64.89%、64.45%，平均值為64.82%，與預測值的相對誤差為1.20%，與模擬值非常接近，驗證了模型的實用性。

2.2.3 洋蔥酒發(fā)酵工藝參數(shù)分析

綜合以上不同發(fā)酵條件對乙醇體積分數(shù)和黃酮浸出率的影響，經(jīng)軟件對發(fā)酵參數(shù)進行分析得出最佳工藝條件為發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時間為48.36h，此時乙醇體積分數(shù)預測值為9.75%，黃酮浸出率預測值為64.62%。在優(yōu)化條件下進行驗證實驗，得乙醇體積分數(shù)9.7%，黃酮浸出率65.12%，與預測結果吻合。

3 結 論

3.1 通過對洋蔥酒釀造預處理條件的選擇，得出洋蔥在539W微波條件下處理20min，然后按料液比1:3打漿后再進行酒精發(fā)酵，釀制的洋蔥酒的口感較好。

3.2 通過響應面分析建立了洋蔥酒發(fā)酵過程中發(fā)酵溫度、酵母菌接種量，發(fā)酵時間與洋蔥酒乙醇體積分數(shù)和黃酮浸出率之間的回歸模型，通過檢驗模型顯著，可用于生產(chǎn)預測。

3.3 洋蔥酒酒精發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時間48.36h，采用該工藝參數(shù)進行生產(chǎn)實驗，洋蔥酒的乙醇體積分數(shù)達9.7%，黃酮浸出率65.12%。

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Optimization of Fermentation Process for Onion Wine by Response Surface Methodology

LI Sheng-sheng1，XU Huai-de1,*，LI Yu-jin2，YAN Chao1
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China；2. Ocean Food Nutrition Research Institute of Shandong Taixiang Group, Rongcheng 264309, China)

Objective: To make good use of onion and prepare palatable and healthy onion wine. Methods: Onion was used as the raw material and three pre-treatment methods were applied to treat onion. Response surface methodology was used to optimize fermentation parameters for the production of onion wine. Results: Onion wine was palatable when onion was subjected to microwave treatment at 539 W power for 20 min. The optimal fermentation parameters were fermentation temperature of 25.3 ℃, yeast bacillus inoculation amount of 0.84% and fermentation time of 48.36 h. Under the optimal conditions, the alcohol content of onion wine was 9.7% and the extraction rate of flavonoids from onion wine was 65.12%.Multivariate regression analysis showed that established regression models for alcohol content or extraction rate of flavonoids as a function of fermentation temperature, yeast bacillus inoculation amount and fermentation time were both remarkable, which could be used for practical prediction. Conclusion: Microwave pre-treatment can effectively remove the unpleasant aroma in onion and the optimized fermentation conditions for producing onion wine are reliable.

onion wine；pretreatment；alcohol content；extraction rate of flavonoids；response surface methodology

TS255.46

A

1002-6630(2011)06-0135-04

2010-05-06

陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關課題(2007K01-10-2)

李升升(1984—)，男，碩士研究生，研究方向為果品蔬菜貯藏與加工。E-mail：lishshxn@yahoo.cn

*通信作者：徐懷德(1964—)，男，副教授，本科，研究方向為果品蔬菜貯藏與加工、天然產(chǎn)物提取。E-mail：xuhuaide@yahoo.com.cn