响应面法对洋葱酒发酵工艺的优化

李升升，徐怀德,*，李钰金，晏 超

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.泰祥集团 山东海洋食品营养研究院，山东 荣成 264309)

响应面法对洋葱酒发酵工艺的优化

李升升1，徐怀德1,*，李钰金2，晏 超1

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.泰祥集团 山东海洋食品营养研究院，山东 荣成 264309)

目的：为充分利用洋葱资源，制得具有良好口感与保健功能的洋葱酒。方法：以黄皮洋葱为原料，选择不同的前处理方式对洋葱进行前处理并采用响应面法对洋葱酒的发酵工艺进行优化。结果：洋葱在539W微波条件下处理20min，按料液比1:3(g/mL)打浆，在发酵温度25.3℃、酵母菌接种量0.84%、发酵时间48.36h条件下发酵，制得洋葱酒乙醇体积分数9.7%，总黄酮的浸出率为65.12%。多元回归分析结果显示，发酵温度、酵母菌接种量、发酵时间与洋葱酒酒精含量和黄酮浸出率之间回归模型极显著，可用于实际生产预测。结论：微波处理可明显除去洋葱的葱臭味，并得出了洋葱酒发酵的最优条件。

洋葱酒；预处理；乙醇体积分数；黄酮浸出率；响应面分析法

洋葱(Allium cepaL.)属百合科葱属草本植物，富含营养物质，含有丰富的硫化合物、黄酮、苯丙素、甾体皂苷、前列腺素类等生理活性物质，被誉为“菜中皇后”[1]。洋葱全球产量仅次于西红柿，约占蔬菜总量10%；我国各地均有种植，直接食用或深加工产品有干制洋葱、洋葱酱、洋葱精油等[2-4]。

从当前洋葱的主要加工产品中可以看出，洋葱的深加工品还不多。究其原因主要是洋葱的葱臭味限制了洋葱产品的开发与发展。据相关文献报道[1]，洋葱产品葱臭味的防治主要采用加热、加入包埋剂或用稀释的方法。在加热过程中仍会产生一部分葱臭味，单独添加包埋剂或稀释也不能达到掩盖葱臭味的目的。本实验拟通过对洋葱不同前处理方式的选择，得出能较好的防止洋葱葱臭味的处理方式，以酿制品质较好的洋葱酒。

在酒精发酵过程中，酵母菌接种量、初始pH值、发酵温度和发酵时间等因素都对洋葱酒精发酵和发酵过程中有效成分的保存率有很大的影响[5]。因此，要生产品质优良和生理功能成分含量高的洋葱酒，必须对发酵条件进行优化，这对洋葱酒产业的发展至关重要。本实验在单因素试验的基础上，采用响应面分析法[6-10]研究洋葱酒发酵过程中发酵温度、酵母菌接种量、发酵时间对洋葱酒乙醇体积分数和黄酮浸出率的影响，旨在为洋葱酒工业化生产提一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

洋葱(黄皮洋葱) 杨凌农贸市场；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；芦丁标品 中国药品生物制品检定所；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

UV-1700 pharmaSpec型紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；HPS-250型生化培养箱 哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；MP200B型电子分析天平 上海精密科学仪器有限公司；KDC-40型离心机 科大创新股份有限公司中佳分公司；WYT-4型糖度计 上海精密仪器仪表有限公司；酒精计 河北武强县同辉仪表厂；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥器 上海精宏设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 洋葱的前处理方式选择

选无病变和劣变的洋葱，分别进行对照、加热和微波处理，然后进行酒精发酵，以最终的乙醇体积分数、黄酮保存率等理化指标和感官评价为评价指标，确定最佳的前处理方式。

对照处理：洋葱按料液比1:3(g/mL)打浆，然后调整糖度至175g/L待用。

加热处理：洋葱按料液比1:3打浆，调整糖度至175g/L然后加热煮沸10min待用。

微波处理：洋葱切分后，立即放入微波设备中在539W条件下，处理20min，然后按料液比1:3打浆，用白砂糖调整洋葱浆中总糖至175g/L待用。

1.3.2 响应面试验方案设计

1.3.2.1 洋葱酒酿造工艺要点

原料处理：选择无病变和劣变的洋葱，进行适当前处理，备用；酵母活化：活性干酵母先在35℃水浴中用复水10min，然后按照水质量的5%加入白砂糖，搅拌均匀，在36℃水浴中活化20min备用；发酵：将活化好的酵母放入处理好的待发酵液中发酵。

1.3.2.2 试验方案设计

在单因素试验结果基础上，选取发酵温度、酵母菌接种量和发酵时间3个主要因素，以发酵结束后的乙醇体积分数和黄酮浸出率为响应值，运用设计专家7.0.0[11]软件进行响应面设计。试验因素水平及编码见表1。

表1 响应面试验优化洋葱酒发酵工艺因素水平与编码表Table 1 Factors and levels in response surface design

1.4 指标测定及计算方法

1.4.1 黄酮含量的测定

标准曲线的绘制[12]：精密称取105℃条件下干燥至质量恒定的芦丁纯品0.1000g，用50%乙醇溶解，摇匀，定容至100mL，再取10mL此标准液于100mL容量瓶中，稀释、定容为0.1g/L芦丁标准品溶液，作为储备液备用。分别吸取0、1、2、3、4、5、6 mL于2 5 mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸馏水定容至刻度，摇匀，静置0.5h，于波长420nm处测定吸光度，以吸光度为纵坐标、显色液中芦丁的质量(mg)为横坐标，用最小二乘法进行回归，线性方程为Y=1.4173X－0.0017，R2=0.9997。

测定酒样中黄酮含量时，吸取5mL酒精于25mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸馏水定容至刻度，摇匀静置0.5h后，于波长420nm处测定吸光度。

1.4.2 理化指标的测定

按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，乙醇体积分数采用酒精计法测定；总酸采用氢氧化钠滴定法测定；总糖采用直接滴定法测定。

2 结果与分析

2.1 洋葱前处理方式的选择

不同预处理条件下，制得的洋葱酒的理化指标和感官评价结果见表2。

由表2可知，对照处理洋葱酒的葱臭味较重，而加热和微波处理可明显减少或降低洋葱酒中的葱臭味。这是因为洋葱中的葱臭味是洋葱中的蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下，生成含硫化合物经过一系列的反应而产生，对照处理中洋葱中葱臭味物质生成且没有散失，而加热和微波处理一方面可破环蒜氨酸酶，减少葱臭味前体物质的生成，另一方面加热和微波处理会使已生成的葱臭味物质挥发，所以对照处理中洋葱酒的葱臭味较重而加热和微波处理葱臭味较淡。

表2 不同预处理方式下洋葱酒的理化指标和感官评价结果Table 2 Physico-chemical properties and sensory evaluation of onion wine fermented from onion subjected to different pretreatments

由洋葱酒的理化指标可以看出，在相同发酵条件下，对照处理洋葱的糖转化率低，而加热和微波处理糖转化率较高，因为洋葱中含有的硫化物较多抑制了酵母菌的酒精发酵，通过加热或微波处理能减少硫化物的生成或使一部分硫化物蒸发；从黄酮浸出率的角度看，对照处理的黄酮浸出率较高，加热和微波处理黄酮浸出率低于对照处理，因为在加热或微波处理过程中损失了一部分黄酮类物质；从感官评价的结果看出，对照处理的葱臭味较重，加热和微波处理的葱臭味较淡，但是从口感、产品状态等方面来看，微波处理较好。综合分析，选择微波处理作为洋葱酒精发酵的前处理方式。

2.2 洋葱酒精发酵工艺优化

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Scheme and results of response surface design

按照3因素响应面法设计方案，安排了20组处理组合，测定其乙醇体积分数并计算黄酮浸出率，结果见表3，试验数据采用设计专家软件进行分析[13-15]。

2.2.1 工艺条件对乙醇体积分数的影响

2.2.1.1 回归模型的建立

以发酵温度(X1)、酵母菌接种量(X2)、发酵时间(X3)为自变量，洋葱酒的乙醇体积分数(Y1)为因变量，建立洋葱酒酒精发酵工艺参数回归模型。回归方程为：

2.2.1.2 工艺参数的分析

表4 乙醇体积分数回归模型方差分析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)极显著，不同处理间的差异极显著；失拟项P=0.1422＞0.05，不显著；模型的校正决定系数R2Adj为0.8664，说明该模型能解释约86%响应值的变化，表明方程拟合程度较好。离散系数(CV)表示试验的精确度，其值越大，试验结果的可靠性越低。本试验CV=2.46%，在可接受范围内，说明试验结果可靠，可以用此模型对洋葱酒的乙醇体积分数进行分析和预测。

由回归方程系数显著性检验可知，模型(1)的一次项X1和X3(P＜0.01)影响极显著，X2(P＞0.05)影响不显著；二次项(P＜0.01)影响均极显著；交互项X1X2和X1X3(P＜0.05)影响显著，X2X3(P＞0.05)影响不显著。依据方程系数的估计值X1=0.23、X2=0.098和X3=0.38，可知影响因子的主效应主次顺序为发酵时间＞发酵温度＞酵母菌接种量。由软件分析得工艺参数为发酵温度25.38℃、酵母菌接种量0.73%、发酵时间55.92h，此时乙醇体积分数的预测值Y1为9.87%。

2.2.1.3 酒精发酵优化工艺参数的验证

为了检验响应面法的可行性，采用得到的最佳发酵条件进行洋葱酒的发酵试验，发酵温度25.4℃、酵母菌接种量0.73%、发酵时间为56h，同时进行3次平行试验。结果为洋葱酒的乙醇体积分数分别为9.9%、9.9%、10.0%，平均值为9.93%，与预测值的相对误差为0.6%，与模拟值非常接近，进一步验证了模型的实用性。

2.2.2 工艺条件对洋葱酒黄酮浸出率的影响

2.2.2.1 回归模型的建立

以发酵温度(X1)、酵母菌接种量(X2)、发酵时间(X3)为自变量，洋葱酒的黄酮浸出率(Y2)为因变量，建立洋葱酒酒精发酵工艺参数回归模型。回归方程为：

2.2.2.2 工艺参数的分析

表5 黄酮含量回归模型方差分析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)极显著，不同处理间的差异极显著；失拟项P=0.1295＞0.05，不显著；模型的校正决定系数为0.9577，说明该模型能解释约95%响应值的变化，表明方程拟合程度较好。离散系数(CV)表示试验的精确度，其值越大，试验结果的可靠性越低。本试验CV=3.48%，在可接受范围内，说明试验结果可靠，可以用此模型对洋葱酒的黄酮浸出率进行分析和预测。

由回归方程系数显著性检验可知，模型(2)的一次项X1(P＞0.05)影响不显著，X2和X3(P＜0.01)影响极显著；二次项(P＜0.01)影响均极显著；交互项X1X2(P＜0.01)影响极显著，X1X3和X2X3(P＞0.05)影响不显著。依据方程系数的估计值X1=0.53、X2=5.69和X3=3.87，可知影响因素的主效应主次顺序为：酵母菌接种量＞发酵时间＞发酵温度。由设计专家软件分析得工艺参数为发酵温度25.04℃、酵母菌接种量0.87%、发酵时间42.96h，此时黄酮浸出率的预测值Y2为65.61%。

2.2.2.3 黄酮浸出率工艺参数的验证

为了检验响应面法的可行性，用得到的最佳发酵条件进行洋葱酒的发酵实验，为便于控制，将条件修改为发酵温度25℃、酵母菌接种量0.87%、发酵时间43h，同时进行3次平行试验。结果为洋葱酒的黄酮浸出率分别为65.12%、64.89%、64.45%，平均值为64.82%，与预测值的相对误差为1.20%，与模拟值非常接近，验证了模型的实用性。

2.2.3 洋葱酒发酵工艺参数分析

综合以上不同发酵条件对乙醇体积分数和黄酮浸出率的影响，经软件对发酵参数进行分析得出最佳工艺条件为发酵温度25.3℃、酵母菌接种量0.84%、发酵时间为48.36h，此时乙醇体积分数预测值为9.75%，黄酮浸出率预测值为64.62%。在优化条件下进行验证实验，得乙醇体积分数9.7%，黄酮浸出率65.12%，与预测结果吻合。

3 结 论

3.1 通过对洋葱酒酿造预处理条件的选择，得出洋葱在539W微波条件下处理20min，然后按料液比1:3打浆后再进行酒精发酵，酿制的洋葱酒的口感较好。

3.2 通过响应面分析建立了洋葱酒发酵过程中发酵温度、酵母菌接种量，发酵时间与洋葱酒乙醇体积分数和黄酮浸出率之间的回归模型，通过检验模型显著，可用于生产预测。

3.3 洋葱酒酒精发酵的最佳工艺参数为发酵温度25.3℃、酵母菌接种量0.84%、发酵时间48.36h，采用该工艺参数进行生产实验，洋葱酒的乙醇体积分数达9.7%，黄酮浸出率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

陕西省农业科技攻关课题(2007K01-10-2)

李升升(1984—)，男，硕士研究生，研究方向为果品蔬菜贮藏与加工。E-mail：lishshxn@yahoo.cn

*通信作者：徐怀德(1964—)，男，副教授，本科，研究方向为果品蔬菜贮藏与加工、天然产物提取。E-mail：xuhuaide@yahoo.com.cn