柑橘酒的发酵工艺优化研究

张晓丹，李建婷，秦丹，陈长松，曾璐*

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南长沙410128；2.天下果业开发有限公司，湖南湘西自治州416000；3.湖南农业大学湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室，湖南长沙410128）

柑橘酒的发酵工艺优化研究

张晓丹1，李建婷1，秦丹1，陈长松2，曾璐3*

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南长沙410128；2.天下果业开发有限公司，湖南湘西自治州416000；3.湖南农业大学湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室，湖南长沙410128）

以柑橘为原料，筛选出适合柑橘酒发酵的前处理方式及发酵菌种，采用单因素试验和正交试验研究初始糖度、酵母接种量、发酵温度以及主发酵时间对柑橘酒发酵的影响，并对发酵工艺条件进行优化。结果表明，柑橘酒的最佳发酵条件为：采用柑橘浊汁，接种SC果酒酵母，初始糖度24%，酵母接种量0.04%，发酵温度26℃，主发酵6 d，在此条件下，所得柑橘酒的酒精度12.4%vol，感官得分为83分，可为柑橘酒工业生产提供参考。

柑橘；果酒；发酵工艺；优化

柑橘是世界种植面积和年产量最大的水果[1]，酸甜适口，香气馥郁，富含有机酸、类黄酮、矿物质、维生素、纤维素等多种对人体有益成分[2]，其中类黄酮、类柠檬苦素、类胡萝卜素等被证实具有预防心血管疾病[3]、抗氧化[4]、抑制肿瘤细胞[5]的功效。但由于柑橘成熟期集中，采收期短，造成季节性供过于求，采后损耗达20%～30%[6]。目前我国柑橘深加工技术仍相对滞后，常见的柑橘加工制品为糖水橘瓣罐头和柑橘汁[7]。

以柑橘为原料酿造的果酒，酒精含量低，酒体醇香[8]。并且柑橘酒较好的保留了柑橘的原有功能成分，其中富含多种氨基酸、维生素以及类黄酮、类胡萝卜素等活性物质[9-10]，具有防衰抗老、保健养颜、润肺、补肝、安神等效果[9]。同时，发酵过程中，微生物将柑橘中的糖转化成酒精，与有机酸作用，伴随发生酯化、氧化、还原等一系列复杂的化学反应，合成多种醇、醛、酯类物质，使果酒具有原料所不能及的营养和风味，因此，近年来柑橘酒的研究受到广泛关注，目前已取得一些优秀的成果。万萍等[12]对柑橘酒发酵条件进行了研究。采用单因素试验研究发酵液pH值、酵母接种量和发酵温度对柑橘酒品质的影响，并通过正交试验进一步优化。结果表明：在酵母接种量为12%，pH值为3.8，25℃的条件下发酵5 d，柑橘酒酒精度达到11.24%vol。陈茂彬等[13-14]从柑橘自然发酵液中分离筛选得到发酵能力强，产酒精度高，产香性能好的菌株GJ-17，该菌株可作为独立的发酵菌株使用。因柑橘果实含产生“后苦味”的柠檬苦素类似物，经加工后的柑橘酒苦涩味较浓，是目前限制柑橘酒工业化生产最大的问题[15]。

因此，本研究研制柑橘发酵酒，筛选出适合柑橘酒发酵的前处理方式及发酵菌种，采用单因素及正交试验探索最优柑橘发酵工艺条件，以期为减少柑橘资源浪费、提高果农收入，丰富柑橘加工产品提供一条新的途径。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

柑橘：湖南湘西椪柑；意大利SC果酒酵母：烟台帝伯仕自酿机有限公司；安琪葡萄酒果酒专用酵母：安琪酵母股份有限公司；法国X16拉曼德酿酒酵母：烟台帝伯仕自酿机有限公司；蔗糖：广西贵糖集团股份有限公司；氢氧化钠（分析纯）、葡萄糖（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；盐酸（分析纯）：广东光华科技股份有限公司。

1.2仪器与设备

JYZ-E8型榨汁机：九阳股份有限公司；MJ-250B5-Ⅱ型生化培养箱：上海新苗医疗器械制造有限公司；LXJ-IIB型离心机：上海安宁科学仪器厂；LH-T32折光仪：杭州盈傲仪器有限公司；PHS-3B型酒精计：翼州市耀华器械仪表厂；HH-S数显恒温水浴锅：金坛市医疗仪器厂；JA2003N型电子天平：上海箐海仪器有限公司；101-2AB型电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1柑橘酒加工工艺流程[12]

1.3.2操作要点

原料预处理：挑选充分成熟、无病虫害的柑橘鲜果，用清水洗去表面泥沙，经手工剥皮、分瓣、去籽后用原汁机破碎榨汁，弃去果渣，得柑橘汁。调整成分：柑橘汁糖度为11%左右，为酿制酒精度为11%vol的柑橘酒，将柑橘汁糖度调整到20%；柑橘汁pH值为3.3～3.5，无需进行调整。酵母活化：准确称取待发酵液质量0.02%的活性干酵母，加入一定体积的待发酵液溶解，在37℃水浴中活化30 min至大量发泡[14]。接种：将活化后的酵母缓慢倒入待发酵液中，边加边搅拌。主发酵：将发酵液置于26℃条件下发酵6 d，酒精度达11%vol，糖度降至6%以下，完成酵母的主发酵过程。酒渣分离：主发酵结束，分离酒脚，转入后发酵。后发酵：后发酵温度为15～20℃，发酵30 d后进行倒罐处理，分离酒脚[16]。陈酿：于18℃满罐放置3个月，每隔1个月倒罐1次，以分离沉渣及酒脚，以防止酒脚给原酒带来异味。澄清、过滤：使用1%的壳聚糖对柑橘酒进行澄清处理，用量为0.6 g/L[17-19]，用4层纱布过滤后即可装瓶，得柑橘酒成品。

1.3.3原料前处理工艺对发酵的影响

选用4种不同前处理方法制得待发酵液：①柑橘瓣：柑橘剥皮、分瓣、去籽；②柑橘浆：柑橘剥皮去籽后用原汁机榨汁，与果渣混合；③柑橘浊汁：柑橘浆过滤果渣，取汁；④柑橘清汁：将柑橘浊汁在4000r/min的条件下离心5 min，取上清液。分别接种0.02%SC果酒酵母，在26℃条件下主发酵6 d（每个水平进行3次平行试验），主发酵完成后测定酒精度、还原糖、总酸、干浸出物、维生素C的含量，结合感官评价，筛选得到较优的柑橘酒前处理方法。

1.3.4发酵菌种的选择

本试验将柑橘浊汁作为基础发酵液，分别接种0.02%的3种酵母，在26℃条件下主发酵6 d（每个水平进行3次平行试验）。主发酵完成后测定酒精度、还原糖、总酸、干浸出物、维生素C的含量，结合感官评价，筛选得到较优的柑橘酒发酵菌种。

1.3.5发酵工艺优化单因素试验

将柑橘浊汁作为基础发酵液，加入蔗糖使果汁中初始糖度分别为（12%、16%、20%、24%、28%），接种本试验筛选的优势酵母，酵母接种量分别为（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%），在发酵温度分别为（18℃、22℃、26℃、30℃、34℃）条件下，分别发酵4 d、6 d、8 d、10 d、12 d（每个水平进行3次平行试验），考察初始糖度、酵母接种量、发酵温度及发酵时间对柑橘酒发酵的影响。

1.3.6发酵工艺条件的优化正交试验

根据单因素试验结果，选取初始糖度（A）、酵母接种量（B）、发酵温度（C）及发酵时间（D）为考察因素，以酒精度及感官评分为评价指标，设计4因素3水平L9（34）的正交试验，因素与水平见表1。

表1　柑橘酒发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1　Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of citrus wine

1.3.7分析测定方法

表2　柑橘酒的感官评定标准Table 2　Sensory evaluation standard of citrus wine

酒精度的测定：酒精计法[20]；还原糖的测定：直接滴定法[20]；干浸出物的测定：密度瓶法[20]；总酸的测定：指示剂法[20]；糖度的测定：折光计法[21]；维生素C的测定：滴定法[20]；感官评分方法：结合GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[20]，制定感官评分标准见表2，满分100分。

2　结果与分析

2.1原料前处理工艺对发酵的影响

采用4种不同的原料前处理方式进行柑橘酒发酵，结果见表3。

表3　前处理方式对柑橘酒品质的影响Table 3　Effects of pretreatment methods on the quality of citrus wine

由表3可知，不同原料前处理方式对柑橘酒的酒精生成量影响较大。用橘瓣直接发酵的柑橘酒，由于柑橘没有经过榨汁处理，菌种与果汁不能充分接触，酵母起酵慢，发酵力弱，主发酵6 d后，酒精度仅为9.1%vol；采用柑橘浆发酵的柑橘酒，起酵较快，酒精度为9.8%vol；而采用浊汁和清汁发酵，发酵完全，酒精度分别为10.5%vol、10.2%vol。

不同原料前处理工艺对柑橘酒的品质也有较大影响，主要表现为：取汁发酵的浊汁、清汁处理组在感评得分上明显优于带渣发酵的橘瓣、浆处理组。用橘瓣和浆发酵的柑橘酒，酒体相对浑浊，苦涩味浓，适口性差。用浊汁和清汁发酵，酒精度接近预期设定11%vol，酒体颜色清亮，适口性好。可见，橘瓣和浆发酵相对取汁发酵其酵母发酵力受到限制，转化酒精能力下降，在相同发酵周期下，发酵不充分，酒体成形性差，未能形成浓郁的果酒香气，同时由于果渣中苦味、果胶和纤维等物质未经处理参与发酵，导致酿造的柑橘酒适口性及视感不佳。但同时也可看到经离心处理的柑橘清汁虽糖转化充分但大量非可溶性成分在发酵前作为离心沉淀被去除，发酵后得到的酒体维生素C、干浸出物含量低于其他3种处理，酒液颜色及香气清淡，入口寡淡不具有柑橘的典型性。综上可知，采用柑橘浊汁作为基础发酵液较为适合。

2.2发酵菌种的筛选

菌种在果酒酿造中起着至关重要的作用，酵母菌的发酵性能直接影响酒精发酵的质量[22]。良好的发酵菌种，具有发酵彻底、残糖低、产酒率高、产香性能强，耐酒精耐高低温和耐高渗透压等良好性能[23]。3种果酒酵母对柑橘酒品质的影响，结果见表4。

表4　不同酵母对柑橘酒品质的影响Table 4　Effects of different yeasts on the quality of citrus wine

由表4可知，不同发酵菌种对柑橘酒的品质有重要影响。用SC果酒酵母发酵的柑橘酒，酒精度为10.5%vol，酸度为5.57 g/L，干浸出物含量为33.3 g/L，维生素C含量为0.032 g/L，酒体果香味和酒香味浓郁，颜色鲜艳、口感醇厚，苦味不明显；接种安琪酵母发酵，酒体酸度相较其他两种菌种最高，为6.85 g/L，而干浸出物具体和维生素C的含量分别为28.7 g/L、0.012 g/L酒体中带有强烈的酵母味，柑橘香气被掩盖，酒香不突出；接种X16拉曼德酿造酵母，维生素C的保留度最佳，达0.063 g/L，酒精度为10.0 g/L，酒体果香不足，酒体颜色偏深，苦涩味突出。综合各项指标，SC果酒酵母作为柑橘酒的发酵菌种较为合适。

2.3发酵工艺优化单因素试验结果

2.3.1初始糖度对发酵的影响

糖醇转化率是指成熟醪酒精度与糖化醪外观糖度的比值，是衡量可利用糖转化为酒精的效率的重要指标之一。不同初始糖度对发酵过程的影响，结果见表5。

表5　初始糖度对柑橘酒发酵各指标的影响Table 5　Effect of initial sugar content on indexes of citurs wine fermentation

由表5可知，随着待发酵液中初始糖度为12%～28%时，残糖量为4.2%～7.0%，酒精度为5.3%vol～13.5%vol；当初始糖度为12%时，柑橘酒酒精度过低，不满足国标《葡萄酒》[24]的要求，且糖醇转化率最低；当初始糖度在16%～24%，残糖量、酒精度逐渐升高，糖醇转化率在初始糖度为20%时达到最高，说明在此初始糖度下发酵液中的糖被充分利用；当初始糖度＞20%时，糖醇转化率逐渐下降，因此，最适初始糖度为20%。

2.3.2酵母接种量对发酵的影响

酵母接种量对柑橘酒的发酵具有较大的影响，接种量少，酵母数量不足，起酵慢，发酵力弱，酒精转化速率低，酒体易感染杂菌，影响酒体色、香、味的形成，甚至导致发酵失败。接种量过多，酵母大量进行自体细胞增殖，过早消耗完糖分停止发酵，酒精生成量低，且酒精转化速率过快，不利于柑橘酒香气的成型[25]。酵母添加量对发酵过程中酒精度的影响结果见图1。

图1　酵母接种量对发酵过程中酒精度的影响Fig.1　Effect of different yeast inoculum on alcohol content during fermentation

由图1可知，当酵母接种量为0.01%、0.05%时，酒精生成迟缓，发酵结束后酒体酒精度分别为9.2%vol、9.4%vol，低于其他条件；当酵母接种量为0.02%～0.04%时，发酵速度适中，成品酒精度高，分别为10.4%vol、10.7%vol、10.6%vol，因此，较佳的酵母接种量为0.03%。

2.3.3发酵温度对发酵的影响

发酵温度对酵母的生长繁殖和酒的酿造过程都有重要的影响[26]，发酵温度过低或过高，都会使酵母的细胞增殖受到抑制，发酵速度慢，发酵周期长，易感染杂菌；另外过高的温度会使柑橘中香气成分丧失，维生素C，色素及黄酮类活性成分破坏分解，导致酒体功能成分降低，香气不足，酒体粗糙[27]，影响果酒的品质。发酵温度对发酵过程中酒精度的影响结果见图2。

图2　发酵温度对发酵过程中酒精度的影响Fig.2　Effects of fermentation temperatures on alcohol content during fermentation

由图2可知，温度越低，起酵速度越慢。在18℃条件下发酵，发酵速度缓慢，同时发酵6 d后，酒精度仅为9%vol；当发酵温度维持在34℃时，酒精度急剧上升，发酵3 d即进入平台期，不利于香气成分的转化；发酵温度为22～30℃时，发酵液起酵较快，发酵速度适中，且在30℃下，5 d基本完成主发酵，酒精度接近10%vol；发酵温度为26℃的主发酵时间为6 d，酒精度最高，达10.5%vol。综上可知，较适宜的主发酵温度应维持在26℃。

2.3.4发酵时间对发酵的影响

酒体的酒精度，主体风味及色泽的形成主要是在主发酵阶段[28]。发酵时间过短，酵母发酵不充分，残糖高，酒精度偏低。反之若发酵时间过长，则果酒中含糖量低，酵母活性下降，死亡率增加，易导致杂菌滋生。发酵时间对发酵过程中酒精度的影响结果见图3。

图3　发酵时间对发酵过程中酒精度的影响Fig.3　Effect of fermentation time on alcohol content in the primary fermentation

由图3可知，对SC果酒酵母而言，起酵时间为1 d，之后发酵曲线迅速进入对数期，第6天进入发酵平台期，延长发酵时间至第10天，酒精生成量仍与第6天相当，无显著差别。由此可知，较佳的发酵时间为6 d。

2.4发酵工艺条件的优化

为获得柑橘酒最适发酵工艺条件，结合单因素试验结果，以待发酵液的初始糖度（A）、酵母接种量（B）、发酵温度（C）及发酵时间（D）为影响因素，设计4因素3水平L9（34）的正交试验。试验采用综合加权评分法对发酵工艺进行评价。酒精度评分=各样品中酒精度×0.6/9个样品中最高酒精度；感官评分=各样品感官评分×0.4/9个样品中最高感官评分；综合评分=酒精度评分+感官评分，正交试验结果与分析见表6，方差分析结果见表7。

由表6可知，影响柑橘酒发酵条件的主次因素排序为A＞C＞B＞D，即初始糖度影响最大，其次是发酵温度和酵母接种量，影响最小的为发酵时间；比较k值大小可知，柑橘酒发酵条件的最优组合为A3B3C2D2，即初始糖度为24%，酵母接种量为0.04%，在26℃条件下发酵6 d。在此最佳条件下进行验证试验，所得柑橘酒酒精度为12.4%vol，感官评分为83分，酒体呈深黄色，澄清透亮，酒样具有典型的柑橘果香，酸甜适口，各项理化指标都符合相关国标要求。

表6　柑橘酒发酵工艺条件优化正交试验结果与分析Table 6　Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of citrus wine

表7　正交试验结果方差分析Table 7　Variance analysis of orthogonal experiments results

3　结论

通过单因素及正交优化试验优化柑橘酒发酵工艺，以柑橘浊汁为原料，选取SC果酒酵母，维持主发酵温度在26℃；当发酵液初始糖度为24%，酵母接种量为0.04%，主发酵6 d酿造的柑橘酒酒精度为12.4%vol，感官评分为83分。

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Optimization of fermentation technology of citrus wine

ZHANG Xiaodan1,LI Jianting1,QIN Dan1,CHEN Changsong2,ZENG Lu3*
(1.College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China; 2.Tianxia Fruit Industry Development Co.,Ltd.,Xiangxi 416000,China;3.Hunan Provincial Key Laboratory for Germplasm Innovation and Utilization of Crop,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

Using citrus as the raw material,the pretreatment methods and fermentation strains were selected for the fermentation of citrus wine.The effects of initial sugar content,yeast inoculum,fermentation temperature and the primary fermentation time on citrus wine fermentation were researched,and the fermentation conditions were optimized by single factor and orthogonal experiments.The results showed that the optimal fermentation conditions of citrus wine were using citrus turbid juice,initial sugar content 24%,SC fruit wine yeast inoculum 0.04%,fermentation temperature 26℃and time 6 d.Under the conditions,the alcohol content of citrus wine was 12.4%vol,the sensory score was 83,which could provide a reference for industrial production of citrus wine.

citrus;fruit wine;fermentation technology;optimization

TS262.7

0254-5071（2016）10-0179-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.040

2016-05-06

湖南农业大学青年科学基金（12QN11）

张晓丹（1993-），女，硕士研究生，研究方向为食品加工与安全。

曾璐（1983-），女，助理研究员，博士，研究方向为微生物学。