北冰紅山葡萄酒CO2浸漬發(fā)酵工藝研究

鐘　寶，文連奎*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，吉林 吉林 132101）

北冰紅山葡萄酒CO2浸漬發(fā)酵工藝研究

鐘寶1，2，文連奎1*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，吉林 吉林 132101）

以北冰紅山葡萄為原料釀制山葡萄酒，通過試驗確定CO2浸漬時間為10 d，浸漬溫度為31℃時浸漬效果最佳。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法對北冰紅山葡萄酒的發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為酵母添加量160 mg/L，發(fā)酵溫度21℃，發(fā)酵時間23 d，在此條件下制得北冰紅山葡萄酒的平均酒精度為10.40%vol。

北冰紅；山葡萄酒；CO2浸漬發(fā)酵；響應(yīng)面

北冰紅為山葡萄種間雜交得到的釀酒葡萄品種，果粒圓形，藍(lán)黑色，果粉厚。在吉林省東部山區(qū)生長的北冰紅山葡萄，漿果平均含糖（滴定糖）11.01%、總酸含量1.43%，單寧含量0.034 4%，出汁率67.88%。果皮紅色素含量高，平均含量是高粱紅色素的10余倍［1］。此外，北冰紅果實還含有蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)（鉀、鈣、磷、鐵）等營養(yǎng)元素，具有降壓開胃，預(yù)防和治療神經(jīng)衰弱，胃疼腹脹、心血管疾病等功效。

CO2浸漬釀造法［2-8］是將整粒葡萄放入密閉容器中，充滿CO2氣體，使葡萄細(xì)胞在無氧條件下代謝，果實在厭氧條件下進(jìn)行的細(xì)胞內(nèi)發(fā)酵作用和浸漬，然后進(jìn)行酒精發(fā)酵的葡萄酒釀造方法。所釀制的葡萄酒降酸明顯口感柔和、香氣較豐富，具有不同于傳統(tǒng)葡萄酒的特殊風(fēng)味。

本試驗以北冰紅山葡萄為原料，采用CO2浸漬釀造法，經(jīng)發(fā)酵、澄清得到北冰紅山葡萄酒，為北冰紅山葡萄開發(fā)利用及其企業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

北冰紅山葡萄：通化市柳河縣葡萄酒研發(fā)中心提供；釀酒干酵母：安琪酵母股份有限公司；果膠酶：南寧東恒華道生物科技有限責(zé)任公司；膨潤土、殼聚糖（食品級）：北京萬佳首化生物科技有限公司。

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（potato dextrose agar，PDA）：馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂15～20 g，自來水1 000 mL，自然pH值。

1.2儀器與設(shè)備

天眾1.5葡萄脫梗機(jī)：河南天眾機(jī)械制造有限公司；DC-P3色差計：北京市興光測色儀器公司；TB-214電子天平：賽多利斯儀器系統(tǒng)公司；TGL-16G臺式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；R-210旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：瑞士步琪公司；DIRECT-Q3超純水器：美國密理博公司；SY-360超聲清洗器：上海寧商超聲儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；PE20K酸度計：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；UV-1700紫外可見分光光度計：日本津島公司。

1.3方法

1.3.1工藝流程

北冰紅山葡萄（擇選）→整穗山葡萄CO2密閉浸漬（SO255 mg/mL）→分離壓榨→酒精發(fā)酵（加入酵母種液）→倒灌→蘋果酸乳酸發(fā)酵→澄清（澄清劑）→陳釀→干紅葡萄酒

1.3.2操作要點

原料選擇：選用優(yōu)質(zhì)北冰紅山葡萄，選擇最佳采摘時節(jié)，挑選質(zhì)量好的果實，除去成熟度差和變質(zhì)的顆粒，同時應(yīng)最大限度地確保葡萄顆粒的完整，分選后一般不采用除梗破碎，應(yīng)立即整穗入罐，裝罐應(yīng)采用工具將葡萄果穗緩慢送入罐底，避免造成果實破碎。

密閉浸漬：將整穗葡萄放入浸漬罐中，充入二氧化碳?xì)怏w，調(diào)整不同CO2浸漬溫度，每隔24 h測定總酸（以酒石酸計）的變化，通過繪制不同溫度、不同時間總酸變化曲線，確定最佳浸漬時間和最佳浸漬溫度。

分離壓榨：分離壓榨應(yīng)該盡量迅速進(jìn)行，減少氧化對成酒品質(zhì)的影響。

酒精發(fā)酵：先將釀酒干酵母放入PDA培養(yǎng)基中活化24 h。再根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)［9-14］，確定實驗中影響較大的因素為酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間，通過單因素和響應(yīng)面試驗優(yōu)化發(fā)酵工藝。

蘋果酸-乳酸發(fā)酵［15］：葡萄酒的蘋果酸-乳酸發(fā)酵是酒精發(fā)酵后由乳酸菌引起的第二次發(fā)酵，該過程將蘋果酸經(jīng)脫羧作用轉(zhuǎn)化為乳酸和CO2。酒精發(fā)酵后，將葡萄酒倒入干凈的酒罐中，并將溫度保持在20℃左右，靜置30 d左右，蘋果酸乳酸可能自然觸發(fā)。同時控制溫度低于15℃，pH控制在3.1～3.3發(fā)酵。

澄清：在葡萄酒的生產(chǎn)過程中為保證酒的穩(wěn)定性和澄清度，需要澄清處理，本試驗選取2種澄清劑進(jìn)行澄清處理，取50 mL的原酒置于100 mL比色管中，分別添加1%果膠酶溶液、1%的膨潤土懸浮液，進(jìn)行澄清試驗，通過測定透光率，確定最佳澄清劑。

1.3.3二氧化碳浸漬條件確定

將釀酒葡萄置于CO2氣體中，分別考察不同浸漬時間及浸漬溫度對總酸含量的影響。

1.3.4單因素試驗

酵母添加量的確定：取100 mL葡萄汁，裝入500 mL三角瓶中，在發(fā)酵溫度21℃、發(fā)酵時間23 d條件下，分別接入120 mg/L、140 mg/L、160 mg/L、180 mg/L、200 mg/L釀酒酵母，考察酵母添加量對酒精度的影響。

發(fā)酵溫度的確定：取100mL葡萄汁，裝入500 mL三角瓶中，接入160 mg/L釀酒酵母，發(fā)酵時間為23 d，分別在發(fā)酵溫度為17℃、19℃、21℃、23℃、25℃條件下發(fā)酵，考察發(fā)酵溫度對酒精度的影響。

發(fā)酵時間的確定：取100 mL葡萄汁，裝入500 mL三角瓶中，接入160 mg/L釀酒酵母，發(fā)酵溫度為21℃，分別發(fā)酵19 d、21 d、23 d、25 d、27 d，考察發(fā)酵時間對酒精度的影響。

1.3.5響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間為3個因素，以發(fā)酵結(jié)束后的酒精度作為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析，每一組試驗設(shè)計兩個重復(fù)，計算其平均值。響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。

表1　北冰紅山葡萄酒發(fā)酵條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for fermentation conditions optimization

1.3.6測定方法

總酸、酒精度：按照GB 15037—2006《葡萄酒》的方法測定。

2　結(jié)果與分析

2.1二氧化碳浸漬條件確定

2.1.1二氧化碳浸漬時間對總酸的影響

圖1　二氧化碳浸漬時間對總酸的影響Fig.1 Effect of carbonic maceration time on total acid

由圖1可知，葡萄漿果與外界CO2的交換最初在釀酒葡萄置入CO2氣體的幾天內(nèi)，由于產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)發(fā)酵，所以，浸漬過程中總酸不斷下降，測定不同葡萄中總酸的變化，從第5天開始降酸明顯，第8天開始逐漸趨于穩(wěn)定，從第9、10天開始無明顯變化，并且在第10天總酸量降到最低，因此確定浸漬時間為10 d。

2.1.2二氧化碳浸漬溫度對總酸的影響

圖2　二氧化碳浸漬溫度對總酸的影響Fig.2 Effect of carbonic maceration temperature on total acid

CO2進(jìn)入葡萄漿果，漿果吸收CO2的量取決于溫度條件。其中，漿果吸收的CO2一部分被果實中的酶系統(tǒng)利用，合成蘋果酸、琥珀酸、氨基酸、糖以及酒精等物質(zhì)，在吸收CO2的同時，漿果也釋放CO2（這是厭氧條件下，果實進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)發(fā)酵的結(jié)果）。在葡萄品種相同的情況下，總酸的分解與溫度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，溫度越高，總酸含量的降低幅度越大、速度越快。但如果達(dá)到一定下降值，下降會逐漸趨于緩慢，直至停止。由圖2可知，浸漬溫度為25～29℃時總酸下降較快；浸漬溫度高于30℃時，酸度變化開始減慢；浸漬溫度為31℃時，酸度降至最低，接下來無明顯變化，因此，確定最佳浸漬溫度為31℃。

2.2北冰紅山葡萄酒發(fā)酵單因素試驗

2.2.1酵母添加量對山葡萄酒發(fā)酵的影響

圖3　酵母添加量對酒精度的影響Fig.3 Effect of yeast addition on alcohol content

由圖3可知，在酵母添加量為120～160 mg/L時，隨著添加量的上升，酒精度升高，添加量為160 mg/L時酒精度最高，為9.8%vol；酵母添加量＞160 mg/L后，由于沒有充足的糖分，酒精度開始下降。因此，選取酵母添加量140 mg/L、160 mg/L、180 mg/L進(jìn)行發(fā)酵試驗。

2.2.2發(fā)酵溫度對山葡萄酒發(fā)酵的影響

圖4　發(fā)酵溫度對酒精度的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol content

由圖4可知，在發(fā)酵溫度為17～21℃時，隨著溫度的上升，酒精度升高，發(fā)酵溫度為21℃時酒精度最高，為9.9%vol；當(dāng)發(fā)酵溫度高于21℃后，酒精度達(dá)到一定值，糖類轉(zhuǎn)換成酒精過程中會產(chǎn)生CO2，由于測定過程中打開釀酒罐，會有微量酒精揮發(fā)，再加之乙醇是許多香氣物質(zhì)形成的基礎(chǔ)，也會有少量酒精參與反應(yīng)。因此，發(fā)酵溫度過低時，發(fā)酵速度慢，酒精生產(chǎn)量少，隨著添加量的上升，酒精度隨之升高，當(dāng)達(dá)到一定值時，酒精度稍有降低，并逐漸穩(wěn)定。因此，選擇19℃、21℃、23℃進(jìn)行發(fā)酵試驗。

2.2.3發(fā)酵時間對發(fā)酵的影響

圖5　發(fā)酵時間對酒精度的影響Fig.5 Effect of fermentation time on alcohol content

由圖5可知，在發(fā)酵時間為19～23 d時，隨著發(fā)酵時間的增加，酒精度上升，發(fā)酵時間為23d時，酒精度為10.0%vol，繼續(xù)延長發(fā)酵時間，由于缺少碳源酒精度變化趨于平穩(wěn)。因此選擇21～25 d進(jìn)行發(fā)酵試驗。

2.3響應(yīng)面法優(yōu)化北冰紅山葡萄酒工藝條件

2.3.1響應(yīng)面分析試驗設(shè)計

根據(jù)單因素，進(jìn)行響應(yīng)面分析，安排17組處理組合，考察酵母添加量（A），發(fā)酵溫度（B），發(fā)酵時間（C）對葡萄酒酒精度（R1）的影響，結(jié)果見表2。

表2　北冰紅山葡萄酒發(fā)酵條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of response surface methodology for fermentation condition optimization

2.3.2北冰紅山葡萄酒發(fā)酵回歸模型、方差分析及顯著性檢驗

對表2進(jìn)行多元回歸模型擬合、方差分析及顯著性檢驗。得到初步回歸方程為：

對該模型進(jìn)行顯著性檢驗，可得到方差分析見表3。

表3　回歸方程方差分析Table 3 Analysis of variance for fitted quadratic regression equation

由表3可知，模型的P值＜0.000 1，說明該模型極顯著，回歸模型設(shè)計與實際測定值能夠最大限度的擬合，試驗誤差較小，因此，可以用該回歸方程代替試驗真實值對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，得到復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=99.36%，修正相關(guān)系數(shù)%預(yù)測值與實測值之間存在著高度相關(guān)性，說明該方程具有較高的可靠性。回歸模型中，一次項A、B、C，交互項AC、BC，二次項A2、B2、C2，均表現(xiàn)出了極顯著水平。方差分析結(jié)果還表明，影響酒精度的因素為酵母添加量A＞發(fā)酵時間C＞發(fā)酵溫度B。

2.3.3各因素交之間互作用對酒精發(fā)酵的響應(yīng)面分析

酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間交互作用對酒精度的影響等高線和響應(yīng)面圖見圖6。

由圖6可知，酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間各因素對酒精度影響顯著。由回歸方程可知，最佳組合為酵母添加量160.30 mg/L、發(fā)酵溫度20.88℃、發(fā)酵時間22.92 d。對應(yīng)的果酒酒精度為10.42%vol。考慮到實際操作，將最佳條件修正為酵母添加量160 mg/L、發(fā)酵溫度21℃、發(fā)酵時間23 d。在此條件下進(jìn)行3次驗證試驗，制得果酒酒精度的平均值為10.40%vol，與理論預(yù)測值較為接近，表明響應(yīng)面得到的數(shù)學(xué)模型是可靠的，具有實用價值。

圖6　酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間交互作用對果酒酒精度影響的等高線和響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plots and contour line of effects of interaction between yeast addition，fermentation temperature and time on grape wine alcohol content

3　結(jié)論

采用不同浸漬時間、浸漬溫度對北冰紅山葡萄進(jìn)行浸漬，最佳浸漬時間為10 d，最佳浸漬溫度為31℃。

在單因素試驗基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面對釀造條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過響應(yīng)面分析，所得數(shù)據(jù)表明，酵母添加量A＞發(fā)酵時間C＞發(fā)酵溫度B。得到最佳釀制工藝參數(shù)為酵母添加量160 mg/L、發(fā)酵溫度21℃、發(fā)酵時間23 d，在此條件下制得山葡萄酒酒精度平均值為10.40%vol。

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Carbonic maceration techniques ofBeibinghongAmur grape wine

ZHONG Bao1，2，WEN Liankui1*
（1.College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China；2.School of Food Technology，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin 132101，China）

UsingBeibinghongAmur grape as main raw material，BeibinghongAmur grape wine was prepared.The optimum carbonic maceration effect was obtained as time 10 d，and temperature 31℃.According to the single factor experiments，the fermentation technology was optimized by response surface methodology.The results showed that the optimal fermentation technology was yeast addition 160 mg/L，fermentation temperature 21℃，fermentation time 23 d.Under these conditions，the average alcohol content of theBeibinghongAmur grape wine was 10.40%vol.

Beibinghong；Amur grape wine；carbonic maceration fermentation；response surface methodology

TS261.4

0254-5071（2016）03-0032-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.008

2015-12-18

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院校級重點學(xué)科項目（吉農(nóng)院合字［2015］第X063號）

鐘寶（1987-），男，碩士研究生，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。

文連奎（1962-），男，教授，博士，研究方向為農(nóng)品加工及貯藏工程。