無核白葡萄酒澄清劑的篩選與優化

陳 雅，雷 靜，廉葦佳，韓 琛，吳 斌,任紅松

(新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番 838000)

0 引 言

【研究意義】無核白葡萄皮薄肉脆，汁多味甜，鮮果含糖量達24%以上[1]。2017年吐魯番葡萄種植面積達到3.68×104hm2，年產量達99.5×104t[2]，其中無核白葡萄就占全吐魯番葡萄種植面積的90%以上[3]。據“1/3釀酒、1/3制干、1/3鮮售”發展吐魯番葡萄酒產業，延伸葡萄產業鏈來提高葡萄產品附加值[4]。無核白葡萄酒陳釀后，經過過濾已經呈現出較好的澄清度，但無核白葡萄酒中的不穩定物質(蛋白質、纖維素、酚類物質等)在后期貯藏過程中會隨著時間和溫度的變化，產生渾濁或者沉淀，影響酒的外觀和品質[5]。釀造過程中采取澄清處理，去除無核白葡萄酒中的蛋白質、果膠質、酚類等物質，對保持無核白葡萄酒的澄清度和穩定性有重要意義。【前人研究進展】張寧波等[6]采用的皂土、明膠和海藻酸鈉對赤霞珠葡萄酒進行澄清處理，研究不同澄清劑和澄清溫度對赤霞珠葡萄酒的澄清效果，得到在10℃條件下用復合澄清劑(明膠∶皂土= 1∶1)對赤霞珠葡萄酒處理5～7 d可獲得良好的澄清效果。康超等[7]使用不同澄清劑對山葡萄酒澄清工藝進行研究，采用單因素試驗、理化性質及感官評定分析得出在15℃條件下，復合澄清劑A(殼聚糖0.09%+果膠酶0.08%)澄清效果最好，酒體透光率達到76.2%。這是因為殼聚糖有很強的黏性，帶正電的殼聚糖溶液吸附無核白葡萄酒中帶負電的物質，當其過量時自身形成一個穩定的絮凝體系，使無核白葡萄酒澄清度降低，不利于澄清[8]。【本研究切入點】目前國內外針對無核白葡萄酒澄清處理的研究尚未見報道。葡萄酒是復雜的膠體溶液，除含有酒精外，還含有甘油、芳香物質、色素、氨基酸、礦物質和人體必需的維生素等物質[9]，不同的葡萄酒原料，含有的成分以及含量也有所不同，對無核白葡萄酒的澄清處理的研究不可以簡單套用葡萄酒及果酒的澄清工藝[10-14]。研究澄清劑對無核白葡萄酒的澄清效果，篩選與優化無核白葡萄酒澄清劑。【擬解決的關鍵問題】選取明膠、殼聚糖、皂土進行單因素試驗以及響應面法優化試驗，研究5種單一澄清劑(果膠酶、明膠、殼聚糖、皂土、植酸)對無核白葡萄酒澄清效果的影響，確定最適合無核白葡萄酒的復合澄清劑，為無核白葡萄酒的澄清劑的合理選擇和使用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 無核白葡萄酒

無核白葡萄酒為新疆農科院吐魯番農業科學研究所自釀。

1.1.2 試劑

殼聚糖，成都市科龍化工試劑廠；皂土，上海試四赫維化工有限公司；果膠酶，上海藍季科技發展有限公司；明膠，天津市盛奧化學試劑有限公司；植酸，成都市科龍化工試劑廠。

1.1.3 儀器

FA/JA 系列電子天平，上海上平儀器有限公司；UV754N型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；Sigma 3K15離心機，北京五洲東方科技發展有限公司；DZKW電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器廠。

1.1.4 澄清劑配制[15-16]

根據無核白葡萄酒的特性及澄清劑的不同作用機理[17-19]，選取殼聚糖、皂土、明膠、果膠酶、植酸5種單一澄清劑對無核白葡萄酒澄清度及顏色的影響。

(1)1%殼聚糖溶液

將1 g檸檬酸于50 mL燒杯中，加入蒸餾水溶解，再加入1g殼聚糖，加熱煮沸至完全溶解，冷卻后定容至100 mL備用。

(2)1%皂土溶液

將1 g皂土于蒸餾水中浸泡24 h，直至完全膨脹后，配成均勻的懸浮液備用。

(3)1%明膠溶液

將1 g明膠加入50 mL蒸餾水中，浸泡24 h之后，40℃水浴加熱溶解，冷卻后定容至100 mL容量瓶中備用。

(4)1%果膠酶溶液

將1 g果膠酶用40～50℃的蒸餾水溶解后，再加入40～50℃的蒸餾水稀釋至100 mL，配制成1%的溶液果膠酶，放置1～2 h后備用。

1.2 方 法

取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，分別加入不同濃度的殼聚糖溶液、皂土溶液、明膠溶液、果膠酶溶液、植酸溶液，在常溫下，靜置24 h后，離心取上清液，于680 nm波長處測定其透光率(T%)。

1.2.1 單因素試驗

(1)殼聚糖添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響。取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，加入0.15 g/L的皂土溶液、0.12 g/L的明膠溶液，分別加入0.04、0.06、0.08、0.10和0.12 g/L殼聚糖溶液，在常溫下靜置24 h后，離心取上清液，于680 nm波長處測定其透光率(T%)。

(2)皂土添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響。取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，加入0.08 g/L的殼聚糖溶液、0.12 g/L的明膠溶液，分別加入0.14、0.16、0.18、0.20和0.22 g/L的皂土溶液，在常溫下靜置24 h后，離心取上清液，于680 nm波長處測定其透光率(T%)。

(3)明膠添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響。取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，加入0.08 g/L的殼聚糖溶液、0.16 g/L的皂土溶液，分別加入0.09、0.11、0.13、0.15和0.17 g/L的明膠溶液，在常溫下靜置24 h后，離心取上清液，于680 nm波長處測定其透光率(T%)。

1.2.2 響應面試驗

從響應面圖形上能形象地看出在反應過程中參數之間的相互作用及相互關系，曲面越陡，該因素對響應值的影響越大[20]。根據單因素試驗結果，以殼聚糖添加量(A)、皂土添加量(B)、明膠添加量(C)3個因素作為變量因素，以透光率 (T%)作為響應值，采用Box-Behnken原理設計試驗，試驗因素與水平設計。表1，表2

表1 響應面分析因素與水平Table 1 Factors and levels used in response surface analysis

表2 Box-Behnken試驗設計及結果Table 2 Box-Behnken design matrix and results

1.3 數據處理

多元回歸擬合后，得到透光率(Y)與殼聚糖添加量(A)、明膠添加量(B)、皂土添加量(C)的回歸方程：

Y=98.26+0.56A-0.043B-0.21C+0.20AB+0.33AC-0.53BC-0.37A2-0.71B2-0.53C2

2 結果與分析

2.1 不同澄清劑對無核白葡萄酒澄清效果影響

研究表明,5種單一澄清劑的澄清效果為殼聚糖>明膠>皂土>果膠酶>植酸，果膠酶和植酸的澄清效果均不理想，果膠酶添加量在0.04 g/L時，澄清度達到96.27%；植酸添加量在0.11 g/L時，澄清度達96.07%。雖然已達到澄清，但相比于明膠、皂土、殼聚糖的澄清效果不顯著，明膠、皂土、殼聚糖能顯著提高無核白葡萄酒的透光率，澄清度都能達到比較理想的程度。這3種澄清劑均有一定的缺陷。其中，殼聚糖價格比較高，若用于規模化生產成本較高；皂土、明膠雖然價格便宜，但易導致無核白葡萄酒顏色過淺，使產品失去原有的禾桿黃色；將這3種澄清劑進行復合試驗，取長補短，以獲得澄清效果好、用量少、成本低的復合澄清劑。圖1

圖1 不同澄清劑下無核白葡萄酒澄清度Fig.1 Effect of different clarifying agents on clarification of thompson seedless wine

2.2 單因素試驗

2.2.1 殼聚糖添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響

研究表明,無核白葡萄酒中加入殼聚糖溶液，會產生大量的絮狀物沉淀且比較松散。隨著殼聚糖溶液添加量的增加，無核白葡萄酒的澄清度逐漸增高，殼聚糖添加量為0.08 g/L時，透光率最大，達到97.95%；超過0.08 g/L，透光率呈現下降趨勢。圖2

圖2 不同殼聚糖添加量下無核白葡萄酒澄清效果Fig.2 Effect of chitosan additions amount on clarifying effect of thompson seedless wine

2.2.2 皂土添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響

研究表明,加入皂土使無核白葡萄酒的透光率明顯增高，皂土所帶負電荷與酒中帶正電荷的蛋白質等渾濁物相互吸引，當皂土加入量為0.16 g/L時，透光率達98.02%，但當皂土添加量超過0.16 g/L時，酒中帶正電荷的蛋白質等渾濁物已被全部吸附，過量的皂土就會形成絮凝物，使無核白葡萄酒透光率降低。圖3

圖3 不同皂土添加量下無核白葡萄酒澄清效果Fig.3 Effect of bentonite additions amount on clarifying effect of thompson wine

2.2.3 明膠添加量對無核白葡萄酒澄清效果的影響

研究表明,無核白葡萄酒的澄清度隨著明膠添加量的增加而逐漸上升，當明膠添加量為0.11 g/L時，酒體的澄清度超過98%，當明膠添加量超過0.11 g/L時，透光率逐漸下降，當明膠添加量達0.13 g/L時，透光率趨于平衡。圖4

圖4 不同明膠添加量對無核白葡萄酒澄清效果Fig.4 Effect of gelatin additions amount on clarifying effect of thompson seedless wine

2.3 建立模型方程與顯著性

研究表明,模型P值為0.000 9，極顯著(P﹤0.05)，試驗方法可靠。失擬項P值為0.551 0>0.05，表現為不顯著，回歸方程擬合度和可信度均較好，試驗誤差小。因素A的P值<0.05，A殼聚糖添加量對無核白葡萄酒透光率的影響顯著。A2、B2、C2的P值均小于0.05，A2、B2、C2對無核白葡萄酒透光率均有顯著影響。而因素B、C的P值>0.05，因素B皂土添加量、C明膠添加量對透光率的影響不顯著。交互項AB的P值為0.155 5大于0.05，AB對無核白葡萄酒透光率沒有顯著影響。交互項AC、BC的P值均小于0.05，AC、BC對無核白葡萄酒透光率有顯著影響。復相關系數R2=0.950 0，無核白葡萄酒澄清度的驗證值與模擬預測值之間的擬合度較好，反映了殼聚糖添加量、皂土添加量、明膠添加量與無核白葡萄酒澄清度之間的關系。表3

表3 回歸模型方差Table 3 Analysis of variance for the fieerd regression model

2.4 響應面

研究表明,殼聚糖添加量增加有助于無核白葡萄酒的澄清，表現為曲線較陡，且隨著殼聚糖添加量的增加無核白葡萄酒透光率也升高，但當達到一定澄清時間仍繼續澄清時，則無核白葡萄酒透光率反而會下降，說明過多或過少的殼聚糖添加量均不適合無核白葡萄酒的澄清。皂土添加量與明膠添加量對無核白葡萄酒澄清度的交互效應顯著，隨著添加量的不斷增加，無核白葡萄酒透光率逐漸增高，當2個因素增加到一定程度，無核白葡萄酒透光率又逐漸減小，過高或過低的添加量都會影響無核白葡萄酒透光率的高低。圖5

2.5 驗證試驗

根據所建立的數學模型，得到無核白葡萄酒的最佳澄清劑為殼聚糖添加量0.09 g/L，皂土添加量0.16 g/L，明膠添加量0.11 g/L，在此條件下無核白葡萄酒透光率為98.473 1%。在此條件下進行3次平行試驗，無核白葡萄酒實際透光率為98.45%，與理論值預測值基本吻合。根據該模型得到的最優酶解條件是可行的。圖5

圖5 各因素交互作用對無核白葡萄酒澄清度影響的等高線和響應曲面Fig.5 Response surface and contour plots showing the effects of chitosan addition amount,gelatin addition amount and bentonite addition amount on clarification of thompson seedless wine

3 討 論

葡萄酒生產過程中，澄清劑的選擇、澄清劑的添加量以及不同的澄清方法對葡萄酒會產生不同的澄清效果，品質也會得到不同程度的改善[21]。研究主要針對澄清劑的選擇做了系統的分析，評價使用單一澄清劑的缺陷以及使用復合澄清劑的優勢，3種澄清殼聚糖、皂土、明膠復合的澄清效果較好。

通過試驗選擇了殼聚糖、皂土、明膠作為無核白葡萄的澄清劑。一是殼聚糖屬于多糖類物質，加入無核白葡萄酒中，帶正電荷的殼聚糖吸引帶負電荷的果膠、纖維素、酚類等微粒物質，結合成絮凝物沉淀，分離后得到澄清的無核白葡萄酒，且對酒的色度、成分與口感影響不大[22]。二是皂土吸水膨脹后形成膠體懸浮液，加入無核白葡萄酒中產生白色絮狀沉淀，因為皂土是一種帶負電荷的粘土，主要吸附酒中帶正電荷的分子，如蛋白質，也能吸附酚類物質與蛋白質的配合物，形成絮狀物沉淀，使酒得以澄清[23]。三是明膠溶于熱水后形成可逆性凝膠，與帶負電粒子結合，吸附酒中的渾濁微粒，使其成為小片狀物而被除去，使酒達到澄清[24]。四是根據葡萄酒和果酒的國家標準，通過大量的試驗確定透光率T>95%為澄清度合格，透光率T≥98%為非常澄清[25]。單一澄清劑殼聚糖、皂土、明膠加入到無核白葡萄酒中，透光率T均在97%以上，澄清度合格。但用到生產中，要考慮成本因素，殼聚糖14.2×104、皂土0.55×104、明膠0.65×104元/t。處理1 t無核白葡萄酒使用單一澄清劑殼聚糖的成本為35.5元，單一澄清劑皂土的成本為2.20元，單一澄清劑明膠的成本為1.95元，復合澄清劑殼聚糖-皂土-明膠(0.09 g/L -0.16 g/L -0.11 g/L)成本為13.10元。使用殼聚糖處理成本昂貴，采用單一澄清劑皂土、明膠處理無核白葡萄酒雖然成本雖低，但會使無核白葡萄酒顏色過淡。3種澄清劑復合使用從澄清方面還是從成本方面，都是優于單一澄清劑的，為無核白葡萄酒的釀造和實際生產提供理論依據。

前人關于葡萄酒澄清方面的研究有許多，但有關無核白葡萄酒澄清的研究尚未見報道，并且研究參考張寧波等[6]研究的赤霞珠葡萄酒，以及康超等[7]研究的山葡萄酒，最后得到的結果不盡一致，可以看出研究對象不同，澄清劑的選擇以及添加量上也有所不同。

4 結 論

采用5種單一澄清劑果膠酶、明膠、殼聚糖、皂土、植酸分別對無核白葡萄酒進行澄清效果試驗，得到殼聚糖、明膠、皂土3種澄清劑的澄清效果較好，以殼聚糖、皂土、明膠進行復合，采用Box-Behnken響應曲面法分析，確定無核白葡萄酒復合澄清劑的最佳用量為殼聚糖添加量0.09 g/L、皂土添加量0.16 g/L、明膠添加量0.11 g/L，透光率為98.45%(屬非常澄清)。