响应面法优化酸浆果酒发酵工艺的研究

李帅，孙慧

（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

响应面法优化酸浆果酒发酵工艺的研究

李帅，孙慧

（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

以酸浆为主要原料，对酸浆果酒酵母菌生产发酵条件进行了研究。采用单因素试验和响应面法优化发酵工艺，确定酸浆果酒发酵最佳工艺条件为：发酵温度30℃，发酵时间9 d，酵母接种量0.3%，初始糖度18%，SO2添加量55 mg/L。在此最佳发酵工艺条件下，酸浆果酒酒精度为11.9%vol。

酸浆；果酒；发酵；工艺优化；响应面分析法

酸浆（Physalis alkekengi）又名红菇娘、挂金灯、戈力、灯笼草、灯笼果、洛神珠、泡泡草、鬼灯等北方称为菇蔫儿、姑娘儿，以果实供食用[1]。酸浆果实中含有人体需要的多种营养成分，具有清热解毒、利咽、化痰、利尿作用[2]。其中钙的含量是西红柿的73.1倍、胡萝卜的13.8倍，维生素C的含量是西红柿的6.4倍、胡萝卜的5.4倍[3]。酸浆果实可以制作成糖果、果汁、果酱、果酒等，在国内外食品生产中都有应用[4-5]。

产酯酵母主要属于产膜酵母或假丝酵母，其中大多数为异常汉逊酵母（Hansenula anomala）[6]，少数为小圆形酵母，能产生以酯香为主体的香味物质[7]。在果汁饮料[8]生产中，应用产酯酵母还可以产生乙偶姻等多种芳香物质。选择产酯酵母来生产果酒[9-10]，其香气酵母菌培养成分包含了醇类、有机酸、醛类、缩醛类、酮类、酯类、内酯类、酚类和萜烯类等物质。

果酒具有低酒精度、高营养、益脑健身等特点，可促进血液循环和机体的新陈代谢，控制体内胆固醇水平，改善心脑血管功能，同时具有利尿、激发肝功能和抗衰老的功效[11]。据全国食品工业协会统计，目前，我国果酒的年消费量正以15%的速度递增。与此同时，粮食酒的消费量是在逐年减少。作为保健养生酒，酸浆果酒的发展潜力非常可观。并且，酸浆的人工种植在吉林省已非常普遍，产量很大，但酸浆的食用方式多以鲜食和干食为主，酸浆的深加工产品并不多[12]。近年来有人在酸浆的营养价值和药用方面做了一些研究，但是在酸浆果酒生产工艺条件优化研究较少。本研究针对现有酸浆果酒的菌种生产工艺进行优化，确定出适合的发酵工艺路线，以便为酸浆果酒的生产提供技术保障。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

1.1.1材料

酸浆：吉林省吉林市双吉镇9月份果实。

1.1.2化学试剂

果胶酶（30 000 U/g）：南宁庞博生物工程有限公司；亚硫酸氢钠（分析纯）：天津福晨化学有限公司；安琪干酵母：湖北宜昌安琪酵母股份有限公司。

1.2仪器与设备

MJ-250数显霉菌培养箱：江苏省金坛市正基仪器有限公司；FA2104N电子天平：上海菁海仪器有限公司；HL-9017 KDM型可调控温电热套：山东鄄城华鲁电热仪器有限公司；HH-4数字恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；WZ102手持糖度计：托普云农科技股份有限公司；PHS-3C酸度计：上海旦鼎国际贸易有限公司；0-100盛通酒精计：武强县盛通仪表厂。

1.3试验方法

1.3.1酸浆果酒加工工艺流程[13]

1.3.2操作要点

分选、清洗：挑选粒大饱满表面无伤痕成熟的酸浆果为原料，流动水清洗附着在酸浆表面的泥土、杂物及残留的农药和微生物，清洗时应注意避免力度过大造成酸浆破损。

破碎：采用捣碎的方式直至成浆状。

酶解：按照0.6 g/kg用量添加果胶酶，在30℃、pH值为3.5条件下酶解8 h。

榨汁：酶解后的浆状物放入榨汁机中进行榨汁，收集滤渣加4倍水，用匀浆机均质成浓浆，重新榨汁备用。

果汁成分调整：果汁的含糖量过低，若仅用果汁发酵则酒精度较低。因此，应以适当补充白砂糖来提高酸浆果酒发酵的酒精度。糖分调整后进行酸度的调整。一般采用柠檬酸，使果汁的酸度维持在pH 3.5左右。

杀菌：高温蒸汽灭菌120℃，15 min。

冷却：杀菌后的酸浆汁冷却至室温。

接种：干酵母活化（在干酵母量的20倍、35℃、2%的蔗糖水中复水活化2 h）后，按照干酵母添加量0.3%加入酸浆汁中。

主发酵：采用密闭式发酵，发酵罐装料以不超过容量2/3为宜。发酵温度为30℃，发酵时间9 d，初始pH值为3.5。当还原糖含量、酒精度趋于稳定，发酵基本结束。

澄清：采用自然沉降后再离心分离的方式进行澄清[14]。

过滤：选用三层无菌纱布过滤。

1.3.3测定指标与方法

糖度、pH值及酒精度测定分别采用手持糖度计、pH计及酒精计。

1.3.4发酵工艺优化单因素试验[15-16]

发酵温度：设定发酵时间为9 d，接种量为0.3%，初始糖度为18%，SO2添加量为55mg/L，分别在发酵温度为24℃、27℃、30℃、33℃、36℃条件下酿造酸浆果酒，考察发酵温度对酸浆果酒酒精度的影响。

发酵时间：设定发酵温度为30℃，接种量为0.3%，初始糖度为18%，SO2添加量为55 mg/L，分别在发酵时间为5 d、7 d、9 d、11 d、13 d条件下酿造酸浆果酒，考察发酵时间对酸浆果酒酒精度的影响。

接种量：设定发酵温度为30℃，发酵时间为9 d，初始糖度为18%，SO2添加量为55 mg/L，分别在接种量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%条件下酿造酸浆果酒，考察接种量对酸浆果酒酒精度的影响。

初始糖度：设定发酵温度为30℃，发酵时间为9 d，接种量为0.3%，SO2添加量为55 mg/L，分别在初始糖度为14%、16%、18%、20%、22%条件下按酿造酸浆果酒，考察初始糖度对酸浆果酒酒精度的影响。

SO2添加量：设定发酵温度为30℃，发酵时间为9 d，接种量为0.3%，初始糖度为18%，分别在SO2添加量为45mg/L、50 mg/L、55 mg/L、60 mg/L、65 mg/L条件下按酿造酸浆果酒，考察SO2添加量对酸浆果酒酒精度的影响。

1.3.5响应面试验设计[17-19]

在单因素试验基础上，利用响应面分析法优化酸浆果酒发酵的工艺条件。综合单因素试验结果，以发酵温度、发酵时间、接种量、初始糖度、SO2添加量5个因素，利用Design-Expert 8.0软件设计进行多元回归分析。试验因素与水平见表1。

表1　响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

由图1（a）可知，酒精度随着发酵温度的升高先增大后减小，在温度为30℃时达到理想，可能是由于发酵温度的不断升高，加速了酵母的衰老，对酵母转化的糖量或能生成的酒精量产生了影响。利于杂菌的生长，产生酯酸或乳酸，影响酒质。由图1（b）可知，随着发酵时间的延长，酒精度先增加后平缓下降，在第9天时酒质较理想。由图1（c）可知，随着接种量的增大，酒精度先增后减，趋于平缓。在接种量为0.3%时，发酵效果较为理想。高接种量时，酵母的存活率会降低。由图1（d）可知，随着初始糖度的增加，酒精度先增后减，在初始糖度为18%时结果较为理想。当初始糖度＞20%时，由于渗透压太高，酵母发酵会出现延滞现象，酒度不再变化，残糖反而增加。由图1（e）可知，随着SO2添加量的增加，酒精度先是增加的，而后减少趋于平缓。SO2添加量过高会对酵母菌有抑制作用，影响酒的风味。

图1　发酵温度(a)、时间(b)、接种量(c)、初始糖度(d)、SO2添加量(e)对酒精度的影响Fig.1 Effects of fermentation temperature(a),time(b),inoculum(c), initial sugar content(d),and SO2addition(e)on alcohol content

2.2响应面法优化酸浆果酒工艺参数

本试验共有46个试验点，其中1～40为分析试验，41～46为中心试验，用来估计试验误差。试验方案及结果见表2。

表2　响应面试验设计及结果Table 2 Design and results of response surface experiments

通过Design-Expert 8.0软件对表2的数据进行分析，方差分析结果见表3。以酒精度（Y）为响应值，经回归拟合后，得到回归方程：

表3　响应面试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of response surface experiments results

由表3可知，上述回归方程描述与响应面值之间的关系时因其模型显著（P＜0.05），而误差项不显著（P＞0.05），说明回归方程与实际情况吻合得较好，试验误差小。其中二次多项式的决定系数R2=0.969 2，调整决定系数R2Adj= 0.956 9，表明该模型相关度好。回归模型各项方差分析还表明，所有一次项，二次项，交互项BD都有显著影响，各试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系，而是呈二次抛物面关系。回归模型中作用显著项是A、B、C、D、E、BD、A2、B2、C2、D2、E2。从各变量显著性检验P值大小，可以看出影响酸浆果酒效果的各因素按大小排列顺序依次：发酵时间＞接种量＞初始糖度＞SO2添加量＞发酵温度。

响应面图形是响应值对各试验因子A、B、C、D、E所构成的三维空间的曲面图，其可形象地看出最佳参数及各参数之间的相互作用[15]。根据回归方程得出不同因素的响应面分析图及等高线结果见图2。由图2可知，若曲线越陡峭，则表明该因素对酒精度的影响越大，应表现为响应值变化的大小。而由等高线图可以看出存在极值的条件应该在圆心处。

图2　各因素交互作用对酸浆果酒酒精度影响的响应面及等高线Fig.2 Response surface plots and contour lines of interaction between each factors on alcohol content ofPhysalis alkekengifruit wine

2.3酸浆果酒生产工艺的优化与验证结果

为进一步确定发酵工艺最佳点，利用Design-Expert 8.0软件进行数值优化分析，获得最优的发酵工艺条件为：发酵温度31.21℃、发酵时间8.74 d、酵母接种量0.28%、初始糖度17.94%、SO2添加量54.29 mg/L。模型预测值酒精度为11.98%vol。考虑实际操作的方便性，将各因素修正为发酵温度30℃、发酵时间9 d、酵母接种量0.3%、初始糖度18%、SO2添加量55 mg/L，在此最佳条件下进行3次平行验证试验，酒精度为11.90%vol。与模型预测值基本一致。证明该模型具有一定的可靠性。

3　结论

采用单因素及响应面试验，得到酸浆果酒最佳发酵工艺条件是：发酵温度30℃、发酵时间9 d、酵母接种量为0.3%、初始糖度为18%、SO2添加量为55 mg/L。在此最佳发酵工艺条件下，果酒酒精度为11.90%vol，满足果酒相关标准要求。

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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

吉林农业科技学院校级青年基金项目（吉农院合字[2015]第220号）

李帅（1986-），女，博士研究生，研究方向为食品保藏与物流。