发酵型红枣酒工艺条件的优化

张 洁,张大为*,闫 佳,裴志胜

(1.海南热带海洋学院 生命科学与生态学院,海南三亚 572022;2.海南省海洋食品工程技术研究中心,海南 三亚 572022)

红枣(Zizyphus jujube Mill.)又名中华大枣、刺枣、胶枣,是枣树的成熟果实独具特色的优势果品[1]。至今,红枣已有3 000多年的栽培历史[2]。红枣富含碳水化合物、蛋白质、维生素、微量元素、黄酮类物质、有机酸、三萜类化合物等,具有很高的营养价值和药用价值,被誉为“补品之王”。红枣性温、味甘,是集药、食、补三大功能为一体的保健食品,对高血压、心血管疾病、贫血、失眠等病人都非常有益,也是护肤美颜的佳品。红枣营养保健价值很高,有“木本粮食,滋补佳品”之称,还有“百果之王”、“天然维生素丸”的美誉[3]。发酵型果酒是酵母菌利用水果中的糖进行酒精发酵,成熟果实或果汁通过酿酒酵母的发酵作用,制成香气怡人、口感清爽的低度酒饮料。大量研究证明,果酒含有酒精和各种对人体有益的营养物质,同时又具水果风味[4-9]。

近年来,国家提出的酿酒工业生产的“四个转变”的要求,即从高度酒向低度酒转变,蒸馏酒向酿造酒转变,粮食酒向果类酒转变,一般酒向优质酒转变[10]。目前,对于红枣酒的研究主要有3个方面:原料的处理方式、枣汁的浸提方法和制酒方法。红枣酒的制酒工艺主要有两种,一种是直接用酒精与枣汁调配成品酒,另一种是用酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)发酵制取枣酒。红枣酒酿酒酵母的研究少,酵母菌一般采用葡萄酒酿制品种,缺乏专一性[11],枣酒加工生产规模小,而且枣酒加工厂往往采用发酵葡萄酒所用的发酵条件,而不是针对大枣本身的特点设计发酵条件,酿造出的枣酒质量不高[12-14],所以对于枣酒的生产工艺还有待进一步研究。

本研究以干制红枣为原料,制备发酵型红枣酒,采用单因素试验和正交试验对其酶解工艺、发酵工艺条件进行优化,为发酵型红枣酒的大规模生产提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新疆干枣:市售;安琪果酒专用酵母:安琪酵母股份有限公司;果胶酶(20000U/g):深圳恒生生物科技有限公司。

柠檬酸(分析纯):亿鑫生物科技有限公司;壳聚糖:河南万邦实业有限公司;氢氧化钠、葡萄糖、次甲基蓝、酒石酸钾钠、邻苯二甲酸氢钾、乙酸锌(均为分析纯):勾玉田径福晨化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

BSP-400型生化培养箱:上海新苗医疗器械有限公司;SW-CJ-2F型超净工作台:苏州苏洁净化设备厂;AUY-120型分析天平:日本岛津公司;PB-10型pH计:北京赛多利斯仪器系统有限公司;YXQ-LS-75SII型立式压力蒸汽灭菌器:上海博讯实业有限公司医疗设备厂;SZX10摄影显微镜:日本OLYMPUS公司;722N型可见分光光度计:上海仪电分析仪器有限公司;LB50T型糖度计:广州市速为电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 发酵型红枣酒加工工艺流程及操作要点

操作要点:

(1)挑选、清洗:挑选无腐烂变质的优质大枣,放入清水中浸泡5 min,用流动清水清洗掉红枣表面的污物。

(2)浸泡、蒸煮、去核:加清水浸泡1 h,加热至沸腾保持30 min(枣水比例为1∶5),然后冷却去核。

(3)打浆:去核后的枣浆补加原料枣质量3倍的水,加至组织捣碎机中进行打浆破碎。然后将浆液过60目的滤布,过滤除去果渣,得到枣浆。

(4)酶解:添加一定量果胶酶在一定温度下酶解一段时间。

(5)糖酸调节:将酶解后的枣浆用白砂糖调节含糖量至20%,用柠檬酸调节pH值为3.5。

(6)巴氏杀菌、冷却:温度68～70℃,时间为30 min。然后冷却至室温。

(7)添加亚硫酸氢钠:冷却后加入40 mg/L的亚硫酸氢钠,常温放置12 h。

(8)接种发酵:加入定量酵母后用干净并经过消毒的纱布和保鲜膜封住瓶口,以防空气中的杂菌进入,发酵过程中应适当放气,以保证酵母正常发酵。

(9)过滤:用洗干净并消毒烘干的双层纱布过滤枣酒。(10)澄清:添加一定量的壳聚糖溶液澄清果酒。

(11)膜过滤:将澄清后的枣酒通过0.45μm的膜进行过滤,即得红枣酒。

1.3.2 酶解工艺优化单因素试验

称取5份已经预处理过的枣浆,每份10.00 g,分别考察果胶酶添加量(0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)、酶解时间(1 h、2 h、3 h、4 h、5 h)和酶解温度(20 ℃、30 ℃、40 ℃、50℃、60℃)对酶解效果的影响。每组实验均作3组平行实验。

1.3.3 酶解工艺优化正交试验

称取9份已经过预处理的枣浆,每份10.00 g,以酶解液糖度为评价指标,对果胶酶添加量(A),酶解时间(B),酶解温度(C)三个因素进行正交试验,确定最佳酶解工艺参数。酶解工艺优化正交试验因素与水平见表1。

表1 酶解工艺优化正交试验因素与水平Table1 Factors and levels of orthogonal experiments for enzymolysis technology optimization

1.3.4 发酵工艺优化单因素试验

量取5份150mL酶解后的枣浆,分别在发酵温度(19℃、22℃、25℃、28℃、31℃)、发酵时间(5 d、6 d、7 d、8 d、9 d)、酵母菌添加量(0.1g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5g/L)条件下发酵7 d,测定其酒精度含量。

1.3.5 发酵工艺优化正交试验

在单因素试验基础上,以感官评价和酒精度为评价指标,对发酵温度(A),发酵时间(B)酵母菌添加量(C)三个因素进行正交试验,确定枣酒最佳发酵工艺参数。发酵工艺优化正交试验因素与水平见表2。

表2 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table2 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

1.3.6 红枣酒的澄清试验[5]

取11份10mL经过滤后的枣酒,分别添加1%的壳聚糖溶液0、0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL、0.6 mL、0.7 mL、0.8 mL、0.9mL、1.0 mL,在常温状态下静置2 d,分别在波长680 nm条件下测定其透光率T(%),根据试验结果选择壳聚糖的最适添加量。

1.3.7 分析检测

糖度测定采用手持式糖度计法;酒精度测定采用酒精计法[15];还原糖测定采用直接滴定法[16];酸度采用酸碱滴定法[17];pH值测定采用pH计法。发酵型红枣果酒感官评价标准(满分100分)[14],感官评价在参考文献[14]基础上,根据本产品特点进行改进,感官评价标准见表3。选择10名食品专业人员对每个产品进行评分,取平均分作为每个产品的最终得分。

表3 发酵型红枣果酒感官评定标准Table3 Sensory evaluation standards of fermented red jujube wine

2 结果与分析

2.1 红枣酒酶解工艺优化

2.1.1 果胶酶添加量对酶解效果的影响

不同果胶酶添加量对糖度的影响结果见图1。由图1可知,随着果胶酶添加量在0.15%～0.25%范围内增加,枣浆的糖度含量也随之上升,这是因为随着果胶酶用量的增加,枣浆中有更多的果胶类物质和纤维素类物质被酶解,溶出更多的可溶性固形体,糖度也就随之增加;当果胶酶添加量为0.25%时,糖度达到最大值14.1%;当果胶酶添加量＞0.25%之后,糖度值趋于下降。因此,最适果胶酶添加量为0.25%。

图1 不同果胶酶添加量对糖度的影响Fig.1 Effect of different pectinase addition on sugar content

2.1.2 酶解时间对酶解效果的影响

不同酶解时间对糖度的影响结果见图2。由图2可知,酶解时间在1～2h糖度上升速率较快,酶解时间2～3 h上升缓慢;且在第3小时糖度达到最大值14.20%;酶解时间＞3 h之后,糖度呈缓慢下降趋势。这是因为随着酶解时间的延长,枣浆中的果胶类物质和纤维素类物质被酶解,糖会不断溶出;但时间过长时空气中的氧气会氧化还原糖,导致糖度含量减少[5]。因此,最佳酶解时间为3 h。

图2 不同酶解时间对糖度的影响Fig.2 Effect of different enzymatic hydrolysis time on sugar content

2.1.3 酶解温度对酶解效果的影响

不同酶解温度对糖度的影响结果见图3。由图3可知,酶解糖度随着酶解温度在20～40℃范围内的增大而增大;并在酶解温度40℃时,糖度达到最大值14.1%;酶解温度＞40℃之后,随着酶解温度进一步增大糖度下降。由于随着温度的增加,果胶酶酶解枣浆中的果胶物质和纤维素物质的活力增强,从而糖度含量增加;但温度过高时,果胶酶的活性减弱,溶出的糖浓度也随之减少。因此,确定最佳酶解温度为40℃。

图3 不同酶解温度对糖度的影响Fig.3 Effect of different enzymatic hydrolysis temperature on sugar content

2.1.4 红枣酒酶解工艺优化正交试验结果

以酶解液糖度为评价指标,对果胶酶添加量(A),酶解时间(B),酶解温度(C)三个因素进行正交试验,酶解工艺优化正交试验结果与分析见表4。

由表4可知,由R值可以得出影响果胶酶解结果的因素主次顺序为:酶解温度(C)＞果胶酶添加量(A)＞酶解时间(B);酶解温度对枣浆酶解的影响最大,果胶酶添加量的影响次之,酶解时间对枣浆酶解的影响最小。由均值初步确定优化糖化工艺条件组合为A2B1C2,即果胶酶添加量为0.25%,酶解时间为2 h,酶解温度为40℃。在此优化条件下,酶解得到的枣浆糖度为14.2%。

表4 酶解工艺优化正交试验结果与分析Table4 Results and analysis of orthogonal experiments for enzymatic hydrolysis optimization

2.2 红枣酒发酵工艺优化

2.2.1 发酵温度对发酵结果的影响

由图4可知,酒精度随着发酵温度在19～25℃范围内增加而呈直线上升趋势,由于初期温度过低时酵母繁殖和代谢受抑制,发酵缓慢;随着温度的增加,酵母繁殖和代谢速度越来越快,酵母菌利用糖产生较多的酒精,产酒率也就越来越高;当温度达到25℃时酒精度达到最大值10%vol;随后发酵温度＞25℃之后,酒精度开始下降,这是由于发酵温度再增加,酒中高级醇含量也相应增加,酵母菌发酵副产物生成也越来越多,影响发酵速率并且出现酵母疲劳现象而造成产酒率降低,当温度过高时,酵母菌会丧失活力而死亡[18-19]。因此,确定酵母的最适发酵温度为25℃。

图4 不同发酵温度对酒精度的影响Fig.4 Effect of different fermentation temperature on alcohol content

2.2.2 发酵时间对发酵结果的影响

由图5可知,酒精度随着发酵时间在5～7 d范围内增加而增加;当发酵到第7天时,酒精度为10%vol;发酵时间＞7 d之后,酒精度稍有下降。因为发酵前期,随着时间的增加酵母菌繁殖越来越多,更大的利用枣浆中的糖产生酒精,所以酒精度有显著增加;发酵的后期,由于枣浆中的糖越来越少,而且酵母菌活性受到较高浓度酒精的抑制作用,所以酵母菌数量不再增加,早期生成的酵母由于碳源缺乏而活力下降,产酒精降低,无法继续发酵产生酒精。因此,发酵最适时间为7 d。

图5 不同发酵时间对酒精度的影响Fig.5 Effect of different fermentation time on alcohol content

2.2.3 酵母添加量对发酵结果的影响

由图6可知,随着酵母添加量在0.1～0.3 g/L范围内的增加,酒精度逐渐增加,说明酵母添加量越多,枣浆中的还原糖转化为酒精的能力就越大;当酵母添加量为0.3 g/L时,酒精度最大,为10%vol;但是当酵母添加量＞0.3 g/L之后,酒精度随着酵母添加量的增加而呈现降低趋势,这是因为酵母添加量过多时,酵母繁殖量也就相应增大,呼吸过于旺盛,枣浆中的糖分就较多的应用于维持酵母菌生长和呼吸,所以没有被转化为酒精。因此,酵母最适添加量为0.3 g/L。

图6 不同酵母添加量对酒精度的影响Fig.6 Effect of different yeast inoculum on alcohol content

2.2.4 红枣酒发酵工艺优化正交试验结果

在单因素试验基础上,以感官评价和酒精度为评价指标,对发酵温度(A),发酵时间(B)酵母菌添加量(C)进行正交试验,确定枣酒最佳发酵工艺参数。发酵工艺优化正交试验结果与分析见表5。

由表5可知,以酒精度为评价指标,各因素影响发酵结果的主次顺序为酵母菌添加量(C)＞发酵温度(A)＞发酵时间(B),由均值得到各因素最优水平的组合为A2B2C2;以感官评分为评价指标,各因素影响发酵结果的主次顺序为发酵温度(A)＞酵母菌添加量(C)＞发酵时间(B),由均值得到各因素最优水平的组合为A2B2C3。

表5 红枣酒发酵工艺优化正交试验结果与分析Table5 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of red jujube wine

综合比较发酵最优组合为A2B2C3,即发酵温度为25℃,发酵时间为7 d,酵母添加量为0.4 g/L。在此优化条件下,酒精度为9.9%vol,感官评分为91分。

2.3 红枣酒澄清试验结果

图7 壳聚糖澄清试验结果Fig.7 Results of chitosan clarification experiments

由图7可知,当不加壳聚糖溶液时透光率为8.0%,枣酒澄清度低;随着壳聚糖添加量从0.1～0.3 mL的增加透光率逐渐升高,当壳聚糖用量达到0.4 mL时透光率稍有下降趋势随后又开始缓慢增加,壳聚糖用量达到0.9 mL时透光率达到最大值75.8%并趋于稳定。因此,1%的壳聚糖溶液0.9 mL/10 mL枣酒澄清效果较为理想。

2.4 发酵型红枣酒的成品质量指标检测

感官指标:色泽清澈透亮;酒体均一;香味协调。

理化指标:酒精度为9.9%vol,总酸(以酒石酸计)为5.3 g/L,还原糖(以葡萄糖计)为3.72 g/L;透光率为75.8%,pH值为3.94,糖度为5.1%,检测结果均符合国家标准GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用试验方法》。

微生物指标:菌落总数42个/mL＜100个/mL,大肠杆菌(CFU/g)未检出。

3 结论

通过单因素和正交试验分析,得到了发酵型红枣酒的最佳酶解工艺条件为果胶酶添加量0.25%,酶解时间2 h,酶解温度40℃;最佳发酵工艺条件为发酵温度为25℃,发酵时间为7 d,酵母添加量为0.4 g/L,壳聚糖最适宜添加量为1%的壳聚糖溶液0.9 mL/10 mL枣酒,在此条件下发酵型红枣酒酒精度为9.9%vol,感官评分为91分,pH值3.94,糖度5.1%,透光度为75.8%。