響應面法優化酸漿果酒發酵工藝的研究

李帥，孫慧

（吉林農業科技學院食品工程學院，吉林吉林132101）

響應面法優化酸漿果酒發酵工藝的研究

李帥，孫慧

（吉林農業科技學院食品工程學院，吉林吉林132101）

以酸漿為主要原料，對酸漿果酒酵母菌生產發酵條件進行了研究。采用單因素試驗和響應面法優化發酵工藝，確定酸漿果酒發酵最佳工藝條件為：發酵溫度30℃，發酵時間9 d，酵母接種量0.3%，初始糖度18%，SO2添加量55 mg/L。在此最佳發酵工藝條件下，酸漿果酒酒精度為11.9%vol。

酸漿；果酒；發酵；工藝優化；響應面分析法

酸漿（Physalis alkekengi）又名紅菇娘、掛金燈、戈力、燈籠草、燈籠果、洛神珠、泡泡草、鬼燈等北方稱為菇蔫兒、姑娘兒，以果實供食用[1]。酸漿果實中含有人體需要的多種營養成分，具有清熱解毒、利咽、化痰、利尿作用[2]。其中鈣的含量是西紅柿的73.1倍、胡蘿卜的13.8倍，維生素C的含量是西紅柿的6.4倍、胡蘿卜的5.4倍[3]。酸漿果實可以制作成糖果、果汁、果醬、果酒等，在國內外食品生產中都有應用[4-5]。

產酯酵母主要屬于產膜酵母或假絲酵母，其中大多數為異常漢遜酵母（Hansenula anomala）[6]，少數為小圓形酵母，能產生以酯香為主體的香味物質[7]。在果汁飲料[8]生產中，應用產酯酵母還可以產生乙偶姻等多種芳香物質。選擇產酯酵母來生產果酒[9-10]，其香氣酵母菌培養成分包含了醇類、有機酸、醛類、縮醛類、酮類、酯類、內酯類、酚類和萜烯類等物質。

果酒具有低酒精度、高營養、益腦健身等特點，可促進血液循環和機體的新陳代謝，控制體內膽固醇水平，改善心腦血管功能，同時具有利尿、激發肝功能和抗衰老的功效[11]。據全國食品工業協會統計，目前，我國果酒的年消費量正以15%的速度遞增。與此同時，糧食酒的消費量是在逐年減少。作為保健養生酒，酸漿果酒的發展潛力非常可觀。并且，酸漿的人工種植在吉林省已非常普遍，產量很大，但酸漿的食用方式多以鮮食和干食為主，酸漿的深加工產品并不多[12]。近年來有人在酸漿的營養價值和藥用方面做了一些研究，但是在酸漿果酒生產工藝條件優化研究較少。本研究針對現有酸漿果酒的菌種生產工藝進行優化，確定出適合的發酵工藝路線，以便為酸漿果酒的生產提供技術保障。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料

酸漿：吉林省吉林市雙吉鎮9月份果實。

1.1.2化學試劑

果膠酶（30 000 U/g）：南寧龐博生物工程有限公司；亞硫酸氫鈉（分析純）：天津福晨化學有限公司；安琪干酵母：湖北宜昌安琪酵母股份有限公司。

1.2儀器與設備

MJ-250數顯霉菌培養箱：江蘇省金壇市正基儀器有限公司；FA2104N電子天平：上海菁海儀器有限公司；HL-9017 KDM型可調控溫電熱套：山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；HH-4數字恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；WZ102手持糖度計：托普云農科技股份有限公司；PHS-3C酸度計：上海旦鼎國際貿易有限公司；0-100盛通酒精計：武強縣盛通儀表廠。

1.3試驗方法

1.3.1酸漿果酒加工工藝流程[13]

1.3.2操作要點

分選、清洗：挑選粒大飽滿表面無傷痕成熟的酸漿果為原料，流動水清洗附著在酸漿表面的泥土、雜物及殘留的農藥和微生物，清洗時應注意避免力度過大造成酸漿破損。

破碎：采用搗碎的方式直至成漿狀。

酶解：按照0.6 g/kg用量添加果膠酶，在30℃、pH值為3.5條件下酶解8 h。

榨汁：酶解后的漿狀物放入榨汁機中進行榨汁，收集濾渣加4倍水，用勻漿機均質成濃漿，重新榨汁備用。

果汁成分調整：果汁的含糖量過低，若僅用果汁發酵則酒精度較低。因此，應以適當補充白砂糖來提高酸漿果酒發酵的酒精度。糖分調整后進行酸度的調整。一般采用檸檬酸，使果汁的酸度維持在pH 3.5左右。

殺菌：高溫蒸汽滅菌120℃，15 min。

冷卻：殺菌后的酸漿汁冷卻至室溫。

接種：干酵母活化（在干酵母量的20倍、35℃、2%的蔗糖水中復水活化2 h）后，按照干酵母添加量0.3%加入酸漿汁中。

主發酵：采用密閉式發酵，發酵罐裝料以不超過容量2/3為宜。發酵溫度為30℃，發酵時間9 d，初始pH值為3.5。當還原糖含量、酒精度趨于穩定，發酵基本結束。

澄清：采用自然沉降后再離心分離的方式進行澄清[14]。

過濾：選用三層無菌紗布過濾。

1.3.3測定指標與方法

糖度、pH值及酒精度測定分別采用手持糖度計、pH計及酒精計。

1.3.4發酵工藝優化單因素試驗[15-16]

發酵溫度：設定發酵時間為9 d，接種量為0.3%，初始糖度為18%，SO2添加量為55mg/L，分別在發酵溫度為24℃、27℃、30℃、33℃、36℃條件下釀造酸漿果酒，考察發酵溫度對酸漿果酒酒精度的影響。

發酵時間：設定發酵溫度為30℃，接種量為0.3%，初始糖度為18%，SO2添加量為55 mg/L，分別在發酵時間為5 d、7 d、9 d、11 d、13 d條件下釀造酸漿果酒，考察發酵時間對酸漿果酒酒精度的影響。

接種量：設定發酵溫度為30℃，發酵時間為9 d，初始糖度為18%，SO2添加量為55 mg/L，分別在接種量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%條件下釀造酸漿果酒，考察接種量對酸漿果酒酒精度的影響。

初始糖度：設定發酵溫度為30℃，發酵時間為9 d，接種量為0.3%，SO2添加量為55 mg/L，分別在初始糖度為14%、16%、18%、20%、22%條件下按釀造酸漿果酒，考察初始糖度對酸漿果酒酒精度的影響。

SO2添加量：設定發酵溫度為30℃，發酵時間為9 d，接種量為0.3%，初始糖度為18%，分別在SO2添加量為45mg/L、50 mg/L、55 mg/L、60 mg/L、65 mg/L條件下按釀造酸漿果酒，考察SO2添加量對酸漿果酒酒精度的影響。

1.3.5響應面試驗設計[17-19]

在單因素試驗基礎上，利用響應面分析法優化酸漿果酒發酵的工藝條件。綜合單因素試驗結果，以發酵溫度、發酵時間、接種量、初始糖度、SO2添加量5個因素，利用Design-Expert 8.0軟件設計進行多元回歸分析。試驗因素與水平見表1。

表1　響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments

2　結果與分析

2.1單因素試驗結果

由圖1（a）可知，酒精度隨著發酵溫度的升高先增大后減小，在溫度為30℃時達到理想，可能是由于發酵溫度的不斷升高，加速了酵母的衰老，對酵母轉化的糖量或能生成的酒精量產生了影響。利于雜菌的生長，產生酯酸或乳酸，影響酒質。由圖1（b）可知，隨著發酵時間的延長，酒精度先增加后平緩下降，在第9天時酒質較理想。由圖1（c）可知，隨著接種量的增大，酒精度先增后減，趨于平緩。在接種量為0.3%時，發酵效果較為理想。高接種量時，酵母的存活率會降低。由圖1（d）可知，隨著初始糖度的增加，酒精度先增后減，在初始糖度為18%時結果較為理想。當初始糖度＞20%時，由于滲透壓太高，酵母發酵會出現延滯現象，酒度不再變化，殘糖反而增加。由圖1（e）可知，隨著SO2添加量的增加，酒精度先是增加的，而后減少趨于平緩。SO2添加量過高會對酵母菌有抑制作用，影響酒的風味。

圖1　發酵溫度(a)、時間(b)、接種量(c)、初始糖度(d)、SO2添加量(e)對酒精度的影響Fig.1 Effects of fermentation temperature(a),time(b),inoculum(c), initial sugar content(d),and SO2addition(e)on alcohol content

2.2響應面法優化酸漿果酒工藝參數

本試驗共有46個試驗點，其中1～40為分析試驗，41～46為中心試驗，用來估計試驗誤差。試驗方案及結果見表2。

表2　響應面試驗設計及結果Table 2 Design and results of response surface experiments

通過Design-Expert 8.0軟件對表2的數據進行分析，方差分析結果見表3。以酒精度（Y）為響應值，經回歸擬合后，得到回歸方程：

表3　響應面試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of response surface experiments results

由表3可知，上述回歸方程描述與響應面值之間的關系時因其模型顯著（P＜0.05），而誤差項不顯著（P＞0.05），說明回歸方程與實際情況吻合得較好，試驗誤差小。其中二次多項式的決定系數R2=0.969 2，調整決定系數R2Adj= 0.956 9，表明該模型相關度好。回歸模型各項方差分析還表明，所有一次項，二次項，交互項BD都有顯著影響，各試驗因素對響應值的影響不是簡單的線性關系，而是呈二次拋物面關系。回歸模型中作用顯著項是A、B、C、D、E、BD、A2、B2、C2、D2、E2。從各變量顯著性檢驗P值大小，可以看出影響酸漿果酒效果的各因素按大小排列順序依次：發酵時間＞接種量＞初始糖度＞SO2添加量＞發酵溫度。

響應面圖形是響應值對各試驗因子A、B、C、D、E所構成的三維空間的曲面圖，其可形象地看出最佳參數及各參數之間的相互作用[15]。根據回歸方程得出不同因素的響應面分析圖及等高線結果見圖2。由圖2可知，若曲線越陡峭，則表明該因素對酒精度的影響越大，應表現為響應值變化的大小。而由等高線圖可以看出存在極值的條件應該在圓心處。

圖2　各因素交互作用對酸漿果酒酒精度影響的響應面及等高線Fig.2 Response surface plots and contour lines of interaction between each factors on alcohol content ofPhysalis alkekengifruit wine

2.3酸漿果酒生產工藝的優化與驗證結果

為進一步確定發酵工藝最佳點，利用Design-Expert 8.0軟件進行數值優化分析，獲得最優的發酵工藝條件為：發酵溫度31.21℃、發酵時間8.74 d、酵母接種量0.28%、初始糖度17.94%、SO2添加量54.29 mg/L。模型預測值酒精度為11.98%vol。考慮實際操作的方便性，將各因素修正為發酵溫度30℃、發酵時間9 d、酵母接種量0.3%、初始糖度18%、SO2添加量55 mg/L，在此最佳條件下進行3次平行驗證試驗，酒精度為11.90%vol。與模型預測值基本一致。證明該模型具有一定的可靠性。

3　結論

采用單因素及響應面試驗，得到酸漿果酒最佳發酵工藝條件是：發酵溫度30℃、發酵時間9 d、酵母接種量為0.3%、初始糖度為18%、SO2添加量為55 mg/L。在此最佳發酵工藝條件下，果酒酒精度為11.90%vol，滿足果酒相關標準要求。

[1]李春和.植物酸漿藥用及使用價值[J].農技服務，2011，28（3）：360-362.

[2]許枬，王冰，周翎，等.酸漿化學成分的研究[J].中草藥，2009，40（2）：175-178.

[3]TAG M S,MILLER E E,PRATT D E.China seeds as a source of natural lipid antioxidants[J].J Am Oil Chem Soc,2000,33(5)：32-35.

[4]韓陽花.酸漿有效成份的初步研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2005.

[5]趙偉，金慧，趙瑩，等.長白山區掛金燈酸漿的開發利用及高產園藝栽培技術[J].北華大學學報，2013，14（2）：208-212.

[6]徐麗萍.滬型大曲中產酯酵母的篩選鑒定及產酯條件優化[J].中國釀造，2016，35（2）：74-76.

[7]崔艷麗，蔣雪，祁付云，等.釀酒葡萄中內生酵母菌的分離與初步鑒定[J].中國釀造，2012，31（9）：82-84.

[8]吳大偉，張建華，張成林，等.沙棘果汁飲料的研制[J].食品工業，2006，26（2）：18-19.

[9]秦捷，姚茂君.果酒生產工藝的研究進展[J].中國釀造，2009，28（12）：9-11.

[10]馮志彬，程顯好，夏利江.櫻桃果酒發酵工藝研究[J].中國釀造，2008，27（3）：90-91.

[11]劉曉娜.沙棘果酒發酵工藝研究[D].沈陽：東北農業大學，2012.

[12]王俊英，李富軍.1-甲基環丙烯對“豐水梨”冷藏品質的影響[J].北方園藝，2012（8）：165-168.

[13]王林，岳田利.發酵型無花果酒釀造工藝研究[J].中國釀造，2005，24（10）：59-62.

[14]蔣繼豐，王存堂，吳紅艷，等.液態發酵法生產酸漿果酒的工藝研究[J].中國釀造，2008，27（15）：86.

[15]徐敏，杜金城，丁秀云，等.乳酸菌聯合酵母菌發酵制備一種新型沙棘酒[J].中國釀造，2016，35（1）：174-176.

[16]王慶珂，孫中貫，陳青.棗酒釀造用酵母的篩選及發酵性能研究[J].中國釀造，2015，34（11）：103-108.

[17]蔡恩博，張崇禧，朱啟光，等.星點設計-效應面法優選暴馬丁香樹皮中紫丁香苷的提取工藝[J].藥物分析雜志，2011，31（9）：1808-1811.

[18]杜雙奎，于修燭，李志西，等.紅棗酶法提汁工藝條件響應面分析[J].農業機械學報，2007，38（38）：198-203.

[19]蘇鳳賢，王曉琴，茍亞峰，等.響應面分析果膠酶提高人參果出汁率的工藝參數[J].食品科學，2010，31（10）：83-88.

Optimization of fermentation technology ofPhysalis alkekengifruit wine by response surface method

LI Shuai,SUN Hui
(College of Food Engineering,Jilin Agricultural Science and Technology University,Jilin 132101,China)

UsingPhysalis alkekengias the main material,the fermentation conditions ofP.alkekengifruit wine were investigated.By single factor experiment and response surface method to optimize the fermentation technology,and the optimum conditions were determined as follows：fermentation temperature 30℃,fermentation time 9 d,yeast inoculum 0.3%,initial sugar content 18%and SO2addition 55 mg/L.Under these conditions,the alcohol content ofP.alkekengifruit wine was 11.9%vol.

Physalis alkekengi;fruit wine;fermentation;technology optimization;response surface method

TS262

0254-5071（2016）08-0124-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.08.028

2016-04-25

吉林農業科技學院校級青年基金項目（吉農院合字[2015]第220號）

李帥（1986-），女，博士研究生，研究方向為食品保藏與物流。