響應面法優化不同澄清劑對龍眼酒的澄清效果

吳翠瓊，李杰民，方曉純，周澤秀，許志英，農秋平，劉國明

（1.廣西壯族自治區農業科學院農產品加工研究所，廣西南寧530007； 2.大新龍眼實驗站，廣西大新532300； 3.大新縣農技推廣站，廣西大新532300）

響應面法優化不同澄清劑對龍眼酒的澄清效果

吳翠瓊1，李杰民1，方曉純1，周澤秀2，許志英2，農秋平3，劉國明1

（1.廣西壯族自治區農業科學院農產品加工研究所，廣西南寧530007； 2.大新龍眼實驗站，廣西大新532300； 3.大新縣農技推廣站，廣西大新532300）

以龍眼酒為研究對象，用透光率作為澄清效果指標。在單因素的基礎上，選取不同澄清劑、靜置時間、澄清劑的添加量為自變量，透光率值為響應值，利用Box-Behnken中心組合設計原理和響應面分析法，對龍眼酒的澄清效果進行優化。確定其最佳條件為：澄清劑選用明膠，濃度為0.9 g/L，靜置時間為5 d，透光率為95.8%。

龍眼酒； 澄清劑； 響應面分析法

龍眼(Dimocarpus longan Lour)又稱桂圓、益智，主產于廣東、廣西、福建、臺灣等地區，是我國亞熱帶名貴特產。龍眼果肉總糖含量高，是果酒釀造的優質原料[1]。以龍眼為原料，經剝殼去核、榨汁、低溫發酵、過濾陳釀而成的發酵果酒，具有益氣補血、安神定志、降脂護心、延緩衰老等保健功能[2]，并且不少學者們一直在研究探討龍眼酒的發酵工藝[3-6]。剛完成主發酵的龍眼原酒易產生苦澀味，易褐變，顏色較深，澄清度不高[7]；而在龍眼酒陳釀、貯存過程中，也極易受到生物性與非生物性因素的影響，產生渾濁沉淀，進而發生氧化變質[8]，影響龍眼酒的品質。果酒的成分復雜、穩定性較差，多種原因引起酒體渾濁，由于用物理方法進行澄清會對酒中營養成分有所破壞，因此目前利用澄清劑進行澄清處理是主要方法[9]。澄清劑在果酒中的應用較為廣泛[10-14]，應用在龍眼原酒的澄清方面也有不少研究[7，15]，如何選擇一種便捷、有效、經濟、實惠的澄清方法，是本實驗的主要目的。本實驗選用不同澄清劑、靜置時間、澄清劑的添加量3個因素，在單因素實驗的基礎上，確定響應面的最佳條件，并進一步優化不同澄清劑對龍眼酒的澄清效果。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

樣品及耗材：龍眼鮮果，采自廣西桂平，品種為石硤；白砂糖，南寧糖業股份有限公司；Lalvin KD耐低溫酵母，日照隆堡商貿有限公司；果膠酶（酶活力30000 U/g），南寧龐博生物工程有限公司；皂土，煙臺帝伯仕貿易有限公司；明膠、蛋清粉，日照隆堡商貿有限公司。

儀器設備：SalvisLAB CN118恒溫生物培養箱，瑞士Salvis公司；電子天平（ATX124），日本島津商貿有限公司；紫外可見掃描分光光度計（GENESYS 10SUV-VIS），賽默飛世爾科技有限公司；PAL-1糖度計，維欣儀奧康科技公司；PHS-3C酸度計，上海雷磁儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 龍眼果酒制備的工藝流程

采用新鮮、成熟度高的石硤龍眼去皮、去核后進行打漿。打漿后的果肉和汁在40℃下用濃度為1%的果膠酶酶解60 min。酶解后的龍眼肉、汁按要求調配,65℃水浴加熱滅菌30 min，待溫度降至40℃時加入Lalvin KD耐低溫酵母菌種（用量0.1%）進行20℃恒溫發酵。發酵結束后進行換罐，并降溫至5℃進行沉降及陳釀。具體流程如下：

龍眼→清洗、去皮、去核→打漿→酶解→調配→滅菌→降溫、發酵→換罐→陳釀→成品

1.2.2 龍眼酒透光率測定波長的選擇

用紫外可見掃描分光光度計，以蒸餾水作參照，在200～1000 nm范圍內對龍眼原酒進行透光率掃描，并導出掃描圖，據此確定龍眼酒透光率的測定波長。

1.2.3 不同澄清劑澄清效果的單因素實驗

不同澄清劑：將50 mL龍眼原酒置于50 mL離心管中，分別采用明膠溶液0.1 g/L、蛋清粉溶液0.1 g/L、皂土溶液0.1 g/L、果膠酶溶液0.1 g/L，并放置5 d檢測透光率。靜置時間：選取明膠溶液0.1 g/L做靜置15 d實驗，其中每天檢測透光率。澄清劑的添加量：選取明膠溶液0.1 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5 g/L、0.6 g/L、0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L、1.0 g/L做添加量實驗，放置5 d檢測透光率。

1.2.4 不同澄清劑響應面最佳條件的確定

在單因素實驗基礎上，選取不同澄清劑、靜置時間、澄清劑的添加量為自變量，透光率值為響應值，利用Box-Behnken中心組合設計原理，采用3因素3水平的響應面分析法，確定龍眼酒最佳澄清條件。響應面實驗因素水平表見表1。

表1 響應面實驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 龍眼酒透光率波長掃描結果與分析（圖1）

圖1 龍眼原酒的透光率曲線

龍眼原酒透光率測定波長的確定。由圖1可知，龍眼原酒透光率隨著波長增加而提高，當波長增加到657 nm時，其透光率為96.739%，但其后隨著波長繼續增加時，其透光率曲線上升緩慢，且不穩定，綜合紫外可見分光光度計的測定范圍和穩定性，選擇在657 nm處測定透光率。

2.2 單因素實驗結果與分析

2.2.1 不同澄清劑處理對龍眼酒澄清度的影響（圖2）

圖2 不同澄清劑對龍眼酒澄清度的影響

由圖2可知，4種澄清劑對龍眼原酒都有一定的澄清效果,其透光率值都大于空白的透光率，明膠的透光率最大，這是由不同澄清劑與龍眼酒不同的作用機理決定的。相同條件下的不同澄清劑對龍眼原酒的透光率的影響程度順序為：明膠＞皂土＞果膠酶＞蛋清粉＞空白，因此選擇透光率較高的明膠、皂土、果膠酶3個水平做響應面實驗進行優化。

2.2.2 靜置時間對龍眼酒澄清度的影響（圖3）

圖3 靜置時間對龍眼酒澄清度的影響

由圖3可知，放置的前5 d，龍眼原酒的透光率隨著時間的延長而增大；后10 d，龍眼原酒的透光率隨著時間的延長而趨向緩慢下降。整個變化趨勢中，放置的第3天、第4天、第5天龍眼原酒的透光率較大，第5天達到峰值。選擇放置時間3 d、4 d、5 d共3個水平做響應面實驗進行優化。

2.2.3 澄清劑添加量對龍眼酒澄清度的影響（圖4）

圖4 澄清劑添加量對龍眼酒澄清度的影響

由圖4可知：龍眼原酒的透光率隨著澄清劑添加量的增加呈先升高后下降的趨勢。當澄清劑的添加量為0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L時，龍眼原酒的透光率明顯較大，當澄清劑的添加量為0.9 g/L時，龍眼原酒的透光率達到最大。選擇澄清劑的添加量為0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L 3個水平做響應面實驗進行優化。

2.3 響應面法澄清條件的優化

2.3.1 響應面實驗設計及結果

龍眼原酒澄清效果響應面實驗設計實驗結果見表2。

將表2中的數據利用軟件進行二次多元回歸擬合，得到模型的二次多項回歸方程：Y=91.66-0.72A+0.38B+0.12C-0.35AB+1.1AC+0.4BC+1.07A2+1.07B2+1.47C2。

為了檢驗方程的有效性，對龍眼原酒透光率的數學模型進行方差分析，結果見表3、表4。

在模型中p＜0.01，表明回歸模型達到了極顯著的水平，而失擬項的p值為0.6501，大于0.05，表明失擬項不顯著。該表中一次項A、B的p值都小于0.05，達到顯著影響水平；而C項的p值大于0.05，未達到顯著影響水平，說明澄清劑、靜置時間對龍眼原酒的透光率有顯著影響，澄清劑的濃度對龍眼原酒的透光率沒有顯著影響。在所選取的因素水平范圍內，對龍眼原酒透光率影響程度順序為澄清劑＞靜置時間＞澄清劑濃度。二次項A2、B2、C2的p值小于0.01，對響應值影響極顯著。

表2 響應面實驗設計實驗結果

表3 回歸模型方差分析表

表4 方差相關系數

由表4可知，R2為0.9739，R2adj為0.9402，說明此模型與實際實驗擬合較好，自變量與響應值之間線性關系顯著；R2Pred為0.8307，說明該模型預測性良好。變異系數CV為0.38%，小于5%，表明方程有良好的重現性。信噪比為15.708，遠大于4，說明模型可信度較高。因此，可以用此模型來分析預測響應值隨自變量的變化規律。

2.3.2 因素交互作用分析

根據所得回歸方程作出響應面圖，預測澄清劑種類、靜置時間、澄清劑濃度3個因素對透光率的影響。響應面圖見圖5、圖6、圖7。

圖5 澄清劑與靜置時間交互作用對透光率的影響

由圖5可知，澄清劑的濃度一定時，隨著靜置時間和澄清劑數值的增大，透光率呈先降低后升高之勢。當澄清劑數值為-1.00，即澄清劑為皂土時，隨著靜置時間變大，龍眼酒透光率迅速減小而后迅速增大；當澄清劑數值為0，即澄清劑為果膠酶時，隨著靜置時間變大，龍眼酒透光率呈緩慢減小后緩慢增大之勢；當澄清劑數值為1，即澄清劑為明膠時，隨著靜置時間變大，龍眼酒透光率呈緩慢減小后迅速增大之勢。

由圖6可知，靜置時間一定時，隨著澄清劑濃度和澄清劑數值的增大，透光率呈先減少后增大之勢。當澄清劑數值為-1.00，即澄清劑為皂土時，隨著澄清劑濃度的變大，龍眼酒透光率緩慢減小而后迅速增大；當澄清劑數值為0，即澄清劑為果膠酶時，隨著澄清劑濃度的變大，龍眼酒透光率呈緩慢減小后緩慢增大之勢；當澄清劑數值為1，即澄清劑為明膠時，隨著澄清劑濃度的變大，龍眼酒透光率呈迅速減小后迅速增大之勢。

圖6 澄清劑與濃度相互作用對透光率的影響

圖7 濃度與靜置時間交互作用對透光率的影響

由圖7可知，澄清劑一定時，隨著靜置時間和澄清劑濃度數值的同時增大，龍眼酒透光率呈先減少后增大之勢。

2.3.3 龍眼酒最佳澄清效果的條件驗證與確定

通過DesignExpert V 8.0.6.1軟件對所得回歸方程求解，明膠作為澄清劑，濃度為0.9 g/L，靜置時間為5 d，此條件下得到理論最大透光率，為96.159%。在實際實驗中，以上述條件做驗證實驗，結果得到的透光率為95.8%，接近預測值96.159%。

3 結論

在龍眼酒透光率單因素實驗基礎上，設計3因素3水平響應面實驗，利用Box-Behnken中心組合設計原理和響應面分析法，優化并確定其最佳條件為：澄清劑選用明膠，濃度為0.9 g/L，靜置時間為5 d，透光率為95.8%。單一澄清劑對龍眼原酒均有較好的澄清效果，各因素影響龍眼原酒澄清效果的主次順序為：澄清劑＞靜置時間＞澄清劑濃度。

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Optimization of the Clarification Effect of Longan Wine by Different Clarifying Agents by Response Surface Method

WU Cuiqiong1,LI Jiemin1,FANG Xiaochun1,ZHOU Zexiu2,XU Zhiying2,NONG Qiuping3and LIU Guoming1
（1.Institute of Agro-products Processing Science and Technology,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning,Guangxi 530007;2.Daxin Longan Test Station,Daxin,Guangxi 532300;3 Daxin Agriculture Technology Spreading Station,Daxin,Guangxi 532300,China）

In this study,longan wine was used as the research object and light transmittance was used to evaluate the clarification effects.Based on single factor test,different clarifying agents,standing time,and the adding levels of the clarifying agents were used as the variables,light transmittance used as the response value,and Box-Behnken central composite design and response surface method were applied to optimize the clarifying process as follows:adding level of gelatin was 0.9 g/L,and the standing time was 5 d.As a result,the transmittance was 95.8%.

longan wine;clarifying agent;response surface method

TS262.7；TS261.4

A

1001-9286（2017）07-0037-05

10.13746/j.njkj2017040

2014年國家中組部“萬人計劃”青年拔尖人才項目（組廳字[2015]48號）；“八桂學者”工程專項經費資助（[2016]21）；國家自然科學基金項目（31160407，31560467，31660589）；廣西自然科學基金項目（2014GXNSFAA118110，2014GXNSFDA118013，2015GXNSFBA139102）；廣西農業重點科技計劃項目（201527）；廣西科學研究與技術開發計劃項目（桂科合15104001-23，桂科合1347004-18，桂科AD16380015）；2015年留學人員科技活動項目擇優資助項目（人社廳函[2015]192號）；廣西農業科學院科技基本業務費團隊項目（2015YT86）。

2017-02-28

吳翠瓊（1978-），女，本科，助理工程師，研究方向為果酒釀造。

劉國明（1984-），男，碩士，高級工程師，研究方向為農產品加工研究與產品開發工作，E-mail：guoming-liu@gxaas.net。

優先數字出版時間：2017-03-30；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170330.1545.004.html。