不同条件下壳聚糖对葡萄酒澄清效果的影响

银晓丽，王 君，王昕宇

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷 030801）

生产优质的葡萄酒需要澄清处理，目前常用的澄清剂如明胶、蛋清粉、单宁、膨润土等易与葡萄酒中的其他物质相互作用，在澄清的同时残留等问题会影响葡萄酒的质量。因此，安全稳定的新型澄清剂的开发和使用是葡萄酒生产中亟需解决的问题[1]。

壳聚糖是甲壳素在碱性条件下水解并脱去部分乙酰基后生成的衍生物[2]，是一种天然的高分子化合物。作为安全无毒的澄清剂，壳聚糖能和葡萄酒中带负电荷的胶体相互作用，絮凝沉淀引起酒液浑浊的胶态颗粒,从而澄清酒体，产品的风味和营养成分基本不受影响,现已被美国食品药物管理局批准为食品添加剂[4-8]。不同分子量壳聚糖物化特性及功能差异很大,分子量到达一定程度时许多独特功能才能表现出来[3]。本研究以壳聚糖为澄清剂，通过单因素试验和响应面优化实验设计，不同条件下测定葡萄酒的透光率，确定壳聚糖最佳澄清工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料

原酒：赤霞珠干红葡萄酒（山西农业大学食品科学与工程学院自酿）。

澄清剂：分子量7 kDa、100 kDa、250 kDa、700 kDa 的壳聚糖白色粉末，细度60 目，脱乙酰度≥85 %，使用时提前配制成1 %的溶液（山东济南海得海贝海洋生物工程有限公司）。

仪器设备：UV-5100 紫外可见光分光光度计(上海元析仪器有限公司)，BS210S 电子天平(常熟市双杰测试仪器场)，HH-4 数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)，HH-4 恒温水浴箱(金坛市科析仪器公司)，LD4-2 型离心机(北京医用离心机厂产品)，CM-5型色差仪(柯尼卡美能达有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素试验法

1.2.1.1 不同分子量壳聚糖及其用量对澄清效果的影响

准备20 支试管，分别加入葡萄酒原酒液各25 mL，将这些试管分为4 组，按梯度依次加入分子量7 kDa、100 kDa、250 kDa 和700 kDa 的壳聚糖各0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1 g/L，在实验室的室温和自然的pH 条件下，将20 组试管避光静置，6 h后取试管内葡萄酒的上清液测定其透光率。

1.2.1.2 处理温度对澄清效果的影响

准备5 支试管，分别加入原酒液25 mL 和分子量7 kDa 的壳聚糖0.6 g/L，在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃的不同温度条件下一共分成5 组，避光静置6 h 后取试管内葡萄酒的上清液测定其透光率。

1.2.1.3 澄清时间对澄清效果的影响

准备5 支试管，分别加入原酒液25 mL 和分子量7 kDa 的壳聚糖0.6 g/L，温度30 ℃，时间分别为3 h、6 h、12 h、24 h、48 h 的条件下分为5 组，避光静置后取葡萄酒的上清液测定其透光率。

1.2.2 响应面因素水平设计（表1）

表1 响应面设计试验因素水平及编码

1.2.3 澄清度的测定方法

以试验室蒸馏水为葡萄酒透光率测定的空白对照,用1 cm 比色皿在分光光度计680 nm 波长处测定葡萄酒酒液的透光率,重复3 次。酒液的澄清度值用单位T表示。

2 结果与分析

2.1 不同分子量壳聚糖对葡萄酒澄清效果的影响

用不同分子量的壳聚糖对葡萄酒进行澄清实验，结果如图1 所示，选取分子量从7～700 kDA 的4 种壳聚糖，随着壳聚糖用量的增加，葡萄酒的透光率先增大后减小。

分子量700 kDA 的壳聚糖添加0.4 g/L 时，透光率最高，其他分子量的壳聚糖添加0.6 g/L 时，透光率最高，用架桥机理[10]解释：高分子壳聚糖通常要在低剂量条件下才会有良好的絮凝效果。

壳聚糖添加量超过0.6 g/L时，透光率均呈下降趋势，这是因为过高浓度的壳聚糖会吸附在胶体颗粒的表面,形成的空间保护层会阻止形成桥架结构,絮凝不易发生[9]。壳聚糖的添加量有一个最佳值,若超过最佳值反而起稳定保护作用[8]。

分子量7 kDa 的壳聚糖添加0.6 g/L 时，透光率为77.26%，此时澄清效果最佳。

2.2 处理温度对澄清效果的影响

添加分子量7 kDa 的壳聚糖0.6 g/L 处理6 h，葡萄酒的透光率受不同处理温度的影响如图2，随着温度的上升，葡萄酒的透光率先上升后逐渐下降，当温度为30 ℃时，透光率为78.74%，此时澄清效果最佳。

2.3 处理时间对葡萄酒澄清效果的影响

30 ℃条件下，添加分子量7 kDa的壳聚糖0.6 g/L，葡萄酒的透光率受不同处理时间的影响如图3，葡萄酒的透光率随着处理时间延长先明显上升后逐渐下降，当处理时间为6 h 时，透光率为82.34%，此时澄清效果最佳。

2.4 响应面试验结果（表2、表3）

用Design-Expert 10.0 软件对表2 所列出的实验数据进行多元回归拟合处理，获得葡萄酒透光率(Y)对壳聚糖添加量(A)、处理温度(B)、处理时间(C)的二次多项式回归模型方程为：

Y=84.74-3A-2.54B+0.6C-0.36AB+1.69AC-1.46BC-5.73A2-4.53B2-2.84C2

表2 响应面优化试验设计及结果

由表3 可知，在响应面方差分析中该模型的F值为29.30，概率p＜0.0001，表现为极显著，说明壳聚糖澄清红葡萄酒的试验测定方法设计是极可靠的。失拟项的p＞0.05，表现为不显著，说明该试验模型的拟和性良好，试验产生的误差较小。试验因素A、B 的p＜0.05，表现为极显著，即壳聚糖用量、处理温度对葡萄酒透光率的影响极显著。试验因素C 的p＞0.05，表现为不显著，说明处理时间对酒体透光率的影响不显著。交互项AB、BC 的p＞0.05，表现为不显著，说明壳聚糖用量与处理温度、处理温度与处理时间这两组交互项均对葡萄酒透光率没有显著影响。交互项AC 的p＜0.05，表现为显著，说明壳聚糖用量和处理时间的交互作用对葡萄酒透光率的影响显著。A2、B2、C2的p＜0.05，表现为显著，说明A2、B2、C2对葡萄酒透光率的变化影响显著。复相关系数R2=0.9635，说明响应值透光率的变化有96.35 %来源于试验设计的所选变量，可以说明该响应面优化试验设计的回归方程拟合度和可信度非常高，采用且实施后试验误差较小。根据以上的数据分析可得，以该回归方程所示为澄清条件的应用标准对实际操作过程中干红葡萄酒澄清效果的影响提供了一个效用良好的参考模型。

表3 响应面方差分析

2.5 响应面分析

交互效应的强弱可以通过等高线来反映，如果两个因素间交互作用不显著是圆形，显著是椭圆形[11]。由图4 可知，该等高线的形状为明显的椭圆，说明壳聚糖用量与处理时间对葡萄酒透光率的交互效应较显著。葡萄酒的透光率随着壳聚糖用量的增多与处理时间的延长先逐渐上升又逐渐下降，且壳聚糖用量与处理温度过高或过低都会影响透光率，当壳聚糖用量0.6 g/L、处理时间为6 h 时，透光率最高，此时的澄清效果最好。

2.6 验证试验

通过对回归模型的分析可知，壳聚糖用量0.55 g/L、处理温度28.55 ℃、澄清时间6.22 h，此时葡萄酒透光率的预测值为85.4924 %，此时澄清效果最佳。进一步选取壳聚糖添加量0.55 g/L、澄清处理温度恒定为28 ℃、澄清处理时间固定为6.3 h进行验证试验，通过分光光度计的多次测定最终得出葡萄酒透光率的实际数值为85.40%。实际值与理论值相差不到0.09%，说明通过响应面优化试验所筛选出的红葡萄酒澄清工艺参数准确性和可靠度高，得到的澄清工艺具有实际的应用价值。

3 结论

本研究通过考察不同的处理温度、不同的处理时间、不同分子量的壳聚糖对葡萄酒澄清效果的研究，优选出在30 ℃条件下，分子量为7 kDa 的壳聚糖0.6 g/L 处理6 h，葡萄酒的透光率可以达到86%以上，此时达到最佳澄清工艺条件。