桑椹酒发酵工艺优化研究

陈 雅，廉苇佳，韩 琛，吴 斌，阿依加马丽·加帕尔，雷 静

（新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番 838000）

桑椹是桑科桑属落叶乔木桑树的果实，又名桑果、桑枣，被国家卫生部列为“药食同源”的农产品[1-2]。桑椹营养丰富，含有维生素、氨基酸、有机酸、多糖、花青素、白藜芦醇等营养成分，具有降低血糖、血脂、预防心血管疾病的发生、抗衰老、改善视力等作用，被医学界誉为“21 世纪最佳保健果品”[3-7]。桑椹是浆果类果实，含水量高，且成熟和采摘期集中在炎热的夏季（5—6 月份），采摘期较短，且极易腐烂变质不易储藏，限制了非产地的销售，造成了桑椹资源的浪费[8]。因此，将桑椹精深加工成产品来延长货架期，增加其附加值[9]。

桑椹酒能极大的保留桑椹独特的果香味及营养成分，提高桑椹资源的经济效益，还能很好的解决桑椹果实的储藏问题[10]。有关研究发现，桑椹酒中花青素含量是红葡萄酒的5 倍，白黎芦醇含量达1.38 μg/mL[11-12]。吐鲁番是新疆桑椹的主产区，独特的自然条件出产了优质桑椹，但吐鲁番桑椹的研究还处在初级研究阶段，对桑椹资源的加工利用程度不高，致使我市每年桑椹资源白白浪费。因此，本研究以吐鲁番黑桑椹为原料，通过单因素实验和响应面分析方法，研究发酵工艺条件对桑椹酒品质的影响，以期得到桑椹酒最佳发酵工艺参数，为桑椹精深加工开发研究提供新的途径，为当地加工企业提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：黑桑椹，采摘于吐鲁番；白砂糖，新疆中唐糖业有限责任公司。

试剂：盐酸、氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾、葡萄糖、硫酸铜、酒石酸钾钠、乙醇，均为分析纯；碳酸氢钠、柠檬酸，均为食品级；果胶酶，上海康禧食品饮业有限公司；焦亚硫酸钾，ESSECO S.R.L.；酿酒高活干酵母(LALVIN EC-1118)，上海杰兔工贸有限公司。

仪器设备：FA/JA 系列电子天平，上海上平仪器有限公司；手持式测糖仪，上海亮研智能科技有限公司；控温发酵罐FJG-1、贮酒罐，吐鲁番市耀扬金属制品有限公司；打浆机DJ-330，温州市龙湾东霸食品机械厂；制冷设备ICA-20L，上海康赛制冷设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

本试验采用工艺流程如下：

1.2.2 操作要点

原料采收：成熟黑桑椹，紫红色或紫黑色，无霉果、烂果。

破碎、打浆：去除桑椹中的枯枝、叶子等杂物，将黑桑椹破碎、打浆，全汁与果肉一起发酵，使桑椹中的营养成分保留在桑椹酒中。

加焦亚硫酸钾：加入焦亚硫酸钾（以SO2计30 g/L），以去除黑桑椹中的杂菌。焦亚硫酸钾在水中充分溶解后加到桑椹汁中。

加果胶酶：加入30 g/L 的果胶酶以提高桑椹的出汁率[13]，搅拌均匀，静置2 h。

调节糖酸：根据桑椹汁的原始糖度，计算添加糖的含量，分两次加到桑椹汁中（第一次发酵前添加、第二次48 h 后添加）。采用分批加糖的方式比一次性加入糖更能提高糖的利用率，从而提高乙醇产量[14]。用碳酸氢钠和柠檬酸调节酸度。

活化酵母：水温37 ℃左右，糖度7 %～10 %，加入酵母进行活化。

发酵：将活化好的酵母加入到桑椹汁中进行控温发酵。测定发酵过程中桑椹酒的酒精度、总糖、总酸。

终止发酵：发酵结束后，添加焦亚硫酸钾（以SO2计50 g/L）终止发酵。

低温澄清：将终止发酵后的桑椹酒在0～5 ℃下静置10～15 d，使发酵液中的果肉、籽、酵母等悬浮物沉降到罐底。

皮渣分离：抽取发酵罐中桑椹酒上清液至贮酒罐，装至满罐，冲入氮气，隔绝空气。

陈酿：在0～5 ℃低温条件下贮存不少于6 个月。陈酿是使桑椹酒中的悬浮物进一步沉淀，酒液发生酯化、氧化还原反应，而逐渐澄清、老熟[15]。

澄清过滤：利用澄清剂进行澄清处理，并使用硅藻土过滤机、板框过滤机过滤至酒体澄清透亮。

杀菌、灌装：68 ℃±2 ℃灭菌3 min后灌装。

1.2.3 单因素实验

（1）初始糖度的选择。桑椹汁添加糖的总含量分别为160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L，平均分2 组，分两次添加，调整初始pH 值为4，在发酵温度为22 ℃条件下进行发酵。发酵结束，对其酒精度、总糖、总酸进行测定，选取桑椹酒发酵的最适初始糖度。

（2）初始pH 值的选择。调整桑椹汁初始糖度为220 g/L、初始pH 值分别为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，发酵温度为22 ℃条件下发酵。发酵结束，对其酒精度、总糖、总酸进行测定，选取桑椹酒发酵的最适初始pH值。

（3）发酵温度的选择。调整桑椹汁初始糖度为220 g/L、初始pH 值为3.5，发酵温度分别为14 ℃、18 ℃、22 ℃、26 ℃、30 ℃时进行发酵。发酵结束，对其酒精度、总糖、总酸进行测定，选取桑椹酒最适发酵温度。

1.2.4 响应面实验

在单因素实验的基础上，以初始糖度（A）、初始pH值（B）、发酵温度（C）3个因素进行响应面优化实验，以感官评分作为响应指标，确定桑椹酒的最适发酵工艺条件，响应面分析因素与水平表见表1。

表1 响应面分析因素与水平表

1.2.5 分析方法[16-17]

酒精度的测定，采用酒精计法进行检测；总糖的测定，采用斐林试剂法进行检测；总酸的测定，采用酸碱滴定法进行检测；感官评定，桑椹酒感官指标评定标准见表2。

表2 桑椹酒感官指标评定标准

以色泽、澄清程度、香气、滋味、典型性5 个方面作为桑椹酒感官指标，选取10 名品评人员组成品评小组，进行感官评定，满分为100 分，去掉一个最高分和一个最低分后，取其平均分作为感官评分。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 初始糖度对桑椹酒品质的影响（图1）

图1 初始糖度对桑椹酒的影响

桑椹破碎打浆后，用手持式测糖仪测得桑椹汁的糖度为14.5%，该糖度下发酵的桑椹酒酒精度较低，不足以发酵口感醇厚、酒体丰满的优质桑椹酒，因此，需要额外添加糖，以提高桑椹酒的酒精度及口感。由图1 可以看出，随着初始糖度的增加，桑椹酒的酒精度、总糖、总酸含量均随之增加。桑椹酒发酵过程中，酒精由糖转化而来，当初始糖度为160 g/L 时，没有足够的糖转化成酒精，使酒精度较低为8.2%vol，残留的总糖含量为12.4 g/L，总酸含量为6.7 g/L；当初始糖度为240 g/L 时，过多的糖分增加了桑椹酒的渗透压，抑制酵母菌的代谢活动，使桑椹酒酒精度为12 %vol，残留的总糖含量最高为24 g/L，总酸含量为8.8 g/L，且桑椹酒的口感不佳，感官评分只有71 分。初始糖度为220 g/L 时，感官评分最高为82 分，且酒精度适宜为10.8%vol，糖酸比例适中，总糖含量22.7 g/L，总酸含量8.3 g/L。因此，选220 g/L作为桑椹酒的最适初始糖度。

2.1.2 初始pH值对桑椹酒品质的影响（图2）

图2 初始pH值对桑椹酒的影响

黑桑椹破碎打浆后，测得的pH 值为4.16，为考察不同初始pH 值对桑椹酒品质的影响，需要用碳酸氢钠和柠檬酸调整其pH 值。结果如图2 所示，当初始pH 值为3.0 时，酸度过高，影响酵母活性，抑制发酵过程，使酒精度较低为8.7 %vol，总酸含量较高为9.6 g/L，此时的桑椹酒口感过酸；当初始pH值为5.0 时，极易滋生杂菌，抑制酵母菌的代谢，使酒精度降低为9.5%vol，总糖含量为47.8 g/L，总酸含量为7.1 g/L，酒体浑浊，风味不佳；当初始pH 值为3.5 时，无杂菌生成，酒精含量较高，残留的总糖含量较低，此时酒体较饱满，感官评分最高。因此，选取pH3.5作为桑椹酒最适初始pH值。

2.1.3 发酵温度对桑椹酒品质的影响（图3）

图3 发酵温度对桑椹酒品质的影响

从图3 可看出，酒精度随着发酵温度的上升先升高后下降，总糖含量先下降后升高。当发酵温度为14 ℃时，发酵温度过低，酵母生长缓慢，酒精度为9.2%vol，总糖含量为52.2 g/L，总酸为7.6 g/L，残留的总糖含量过高，酿造出的桑椹酒口感不佳；发酵温度为30 ℃时，发酵温度过高，酵母菌增殖加快，菌体过早进入衰亡期，不利于糖转化为酒精，导致后发酵不足，此时酒精度为9.7 %vol，总糖含量为43.1 g/L。随着发酵温度的升高，酵母菌活力提升、生长繁殖速度加快，产酸能力增强，导致总酸含量随之升高，从7.6 g/L 升高到10.7 g/L。结合感官评分，当发酵温度为18 ℃时，酒精度为11.5 %vol，总糖含量23.6 g/L，总酸8.6 g/L，此时酿造的桑椹酒，酒香浓郁，酸甜协调，酒体丰满，感官评分最高，为88 分。因此，选取18 ℃作为桑椹酒的最适发酵温度。

2.2 响应面实验

2.2.1 回归模型的建立及方差分析（表3）

表3 响应面实验设计及结果

利用Design-Expert 7.1.3 软件对表3 的实验数据用多元回归拟合后，得到感官评分(Y)与初始糖度（A）、初始pH值（B）、发酵温度（C）的回归方程：

Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2

对模型进行方差分析，从表4 可以看出，此模型P 值为＜0.0001，极显著（P＜0.05），说明实验方法是可靠的。失拟项P 值为0.9482＞0.05，表现为不显著，说明回归方程拟合度和可信度均较好，实验误差小。模型中A、B、C 的P 值＜0.05 表现为显著，说明初始糖度、初始pH 值、发酵温度对桑椹酒感官评分的影响显著，且各因素影响感官评分顺序为发酵温度＞初始糖度＞初始pH 值。交互项AB的P 值小于0.05，说明AB 对桑椹酒感官评分有显著影响。交互项AC、BC 的P 值均大于0.05，说明AC、BC 对桑椹酒感官评分的影响不显著。A2、B2、C2的P 值均小于0.05，说明A2、B2、C2对桑椹酒感官评分均有显著影响。相关系数R2=0.9785，说明模型拟合度高，很好反映了初始糖度、初始pH 值、发酵温度对桑椹酒感官评分之间的关系，用于模型实验结果可靠。

表4 回归模型方差分析

图4 各因素交互作用对桑椹酒品质影响的等高线和响应曲面

2.2.2 响应面分析

各因素交互作用对桑椹酒品质影响的等高线和响应曲面见图4。由图4 可知，初始pH 值与初始糖度对桑椹酒的感官评分交互作用显著，等高线图呈椭圆形。随着初始pH 值与初始糖度的增加，桑椹酒感官评分逐渐增加，当两个因素增加到一定程度，桑椹酒感官评分又逐渐降低，说明过高或过低的初始pH 值和初始糖度都会影响桑椹酒的品质。在初始pH 值为3.5 时，初始糖度和发酵温度对桑椹酒的感官评分的交互作用不显著。初始pH 值与发酵温度等高线图呈圆形，说明初始pH 值与发酵温度对桑椹酒感官评分的交互作用不显著。随着初始pH 值与发酵温度的增加，桑椹酒感官评分逐渐增加，但当两个因素增加到一定程度，桑椹酒感官评分又逐渐降低，说明过高或过低的初始pH 值与发酵温度都会影响桑椹酒的品质。

2.2.3 验证实验

回归模型预测的桑椹酒理论最佳发酵工艺条件为：初始糖度226.33 g/L、初始pH 值3.56、发酵温度18.67 ℃，在此条件下，桑椹酒感官评分的最大理论值为91.0571 分。鉴于实验的实际可操作性，将桑椹酒的发酵工艺条件调整为：初始糖度226 g/L、初始pH 值3.6、发酵温度18 ℃，经过3 组重复实验，得到实际桑椹酒感官评分为90.1 分，实验结果与理论预测值基本相符。因此，基于响应面分析方法优化桑椹酒发酵工艺条件参数较准确，具有实际应用价值。

3 结论

通过桑椹酒感官评分（Y）与初始糖度（A）、初始pH 值（B）、发酵温度（C）的关系建立响应面回归方程：Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2，得到最适桑椹酒发酵工艺条件：初始糖度226 g/L、初始pH值3.6、发酵温度18 ℃，在此条件下，桑椹酒感官评分的最大理论值为91.0571 分，实际测得桑椹酒感官评分的平均分为90.1 分，表明该回归模型具有较好的预测性能，可用于指导生产实践，为加工企业提供理论支持。