响应面优化甜椒薄荷复合酒生产工艺

王 琪，刘琨毅 *，安江珊，毛冬梅，吴 霞，何翠容

（1.宜宾职业技术学院 五粮液技术与食品工程学院，四川 宜宾 644003；2.云南农业大学 食品科学技术学院&龙润普洱茶学院，云南 昆明 650201；3.云南省峨山彝族自治县富良棚乡农业农村综合服务中心，云南 玉溪 653206；4.四川工商职业技术学院 酒类与食品工程系，四川 成都 611830；5.四川省酒类科研所，四川 成都 610000）

甜椒（Capsicum frutescensL.）为茄科辣椒属植物，是辣椒属的一个变种，在世界各地均有广泛种植[1]。甜椒果实厚，汁液丰富，颜色艳丽，味甜，而且风味活性化合物种类多，如2,3-丁二酮、1-戊烯-3-酮、己醛、（Z）-2-戊烯-1-醇、（E）-香叶基丙酮辛醛、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪等[1]。甜椒营养价值丰富，富含蛋白、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、矿物质、维生素等物质，尤其维生素A（vitamin A，VA）和维生素C（vitamin C，VC）在蔬菜中含量是最高的[2-3]。除此之外，甜椒富含抗坏血酸、类胡萝卜素、类黄酮类、酚酸等物质，这些抗氧化剂可以清除自由基，具有延缓衰老，预防癌症、心脑血管疾病、动脉粥样硬化等疾病，并提高免疫力[1，4-5]。目前，利用甜椒酿酒的相关研究还未见报道。

薄荷（Mentha haplocalyxL.）又称夜息香、仁丹草、鱼香菜，唇形科薄荷属，多年生宿根性草本植物，草本芳香植物，清凉香气浓郁，性味凉辛[6]。薄荷主要成分包括挥发油、黄酮、氨基酸类、萜类、醌类和酚类等物质，其中薄荷脑、大茴香脑、香芹酮、薄荷酮为主要香气物质[7-10]。薄荷能提神醒脑，利咽透疹、疏散风热、抗炎症、抗氧化、抗肿瘤、抗菌抗病毒、保肝利胆等功效，具有很高的药用价值[11]。通过前期甜椒汁与薄荷汁的复配试验[12-13]，发现复合果汁具有令人愉悦的香气与滋味，故本试验拟以甜椒、薄荷为原料，在单因素试验的基础上采用响应面优化酿造工艺，以期获得感官特性优良的甜椒薄荷复合酒，为工业化生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜甜椒、薄荷、白砂糖：市售；酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）CICC31482：宜宾职业技术学院菌种保藏中心；偏重亚硫酸钾、维生素C（均为分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；柠檬酸、柠檬酸钠（均为分析纯）：湖北鑫润德化工有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

BS210S型电子分析天平：北京赛多利斯天平有限公司；SW-CJ-2FD型超净工作台：苏州净化设备有限公司；YXQ GO2型高压灭菌锅：上海医疗仪器设备厂；ZXSD-1160型全自动新型生化培养箱：上海智城分析仪器制造有限公司；S-3C型pH计：上海精密科学仪器有限公司；JYL-C91T型豆浆机：九阳股份有限公司；723型可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；LXJ-IIB低速大容量多管离心机：郑州长城工贸有限公司；BIOTECH-5BG-7000A型5 L自动发酵罐：上海保兴生物设备工程有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜椒薄荷复合酒生产工艺流程

甜椒、薄荷→洗涤→榨汁（料水比1∶1）→过滤→甜椒汁、薄荷汁混合→装罐→成分调整→巴氏灭菌→接种→主发酵→固液分离→低温贮存→过滤→成品

操作要点：选取新鲜的甜椒与薄荷，小心清洗甜椒后，除去甜椒里面的心，将甜椒（薄荷）放入榨汁机中榨汁（料水比1∶1），并加入0.08%VC用于护色，用四层纱布过滤掉榨汁剩下的残渣，利用柠檬酸将果汁的pH值调整为4.0；按照一定比例将甜椒汁、薄荷汁装入发酵罐内，加糖调整到试验所需糖度并加入0.01%偏重亚硫酸钾后巴氏灭菌（65 ℃、30 min），待冷却按体积分数接入一定量经扩大培养后的酵母菌悬液（1.32×107CFU/mL），在一定温度条件下发酵，主发酵8 d结束；固液分离后15 ℃贮存10 d，四层纱布过滤后得到成品。

1.3.2 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化单因素试验

参考刘琨毅等[14]的方法，在甜椒汁的比例（复合汁中甜椒汁所占比例）为85%、初始糖度为25%、酿酒酵母接种量为5%及发酵温度为23 ℃的基础条件下，每次只改变4个因素中的1个因素，保持其他因素不变，分别设置甜椒汁的体积分数（75%、80%、85%、90%、95%）、初始糖度（19%、22%、25%、28%、31%）、酿酒酵母接种量（1%、3%、5%、7%、9%）及发酵温度（19 ℃、21 ℃、23 ℃、25 ℃、27 ℃），以感官评分及酒精度为指标，每组试验重复3次进行单因素试验。

1.3.3 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化响应面试验

在单因素试验的基础上，以甜椒汁体积分数（A）、初始糖度（B）、酿酒酵母接种量（C）、发酵温度（D）为4个因素，以感官评分（Y）为考察指标设计响应面试验，响应面试验因素与水平如表1所示。

表1 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for sweet pepper-mint compound wine fermentation conditions optimization

1.3.4 测定方法

总糖：采用直接滴定法[15]；总酸：采用电位滴定法[16]；酒精度：采用密度瓶法测定[17]；干浸出物：采用密度瓶法测定[18]。

感官评价：感官评分由13名（6男7女）高级品酒师组成的感官评定小组参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[18]对甜椒薄荷复合酒从外观、香气、滋味、风格等4个方面进行感官评分，满分100分，每个样品的感官评分取平均分，评分标准见表2。

表2 甜椒薄荷复合酒的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of sweet pepper-mint compound wine

1.3.5 数据分析处理方法

以上每个试验重复3次，结果取平均值。采用OriginPro 12.1软件进行数据制图，应用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析，利用Design Expert 10.1软件进行响应面设计及结果分析。

2 结果与分析

2.1 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化单因素试验

2.1.1 甜椒汁体积分数对甜椒薄荷复合酒品质的影响

图1 不同甜椒汁体积分数对甜椒薄荷复合酒品质的影响Fig.1 Effect of different volume fraction of sweet pepper juice on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由图1可知，随着甜椒汁的体积分数的增加，甜椒薄荷复合酒的感官评分呈先升后降的趋势；在甜椒汁比例为90%时，甜椒薄荷复合酒感官评分达到最高分，为（79.36±0.81）分；甜椒汁体积分数继续增加，甜椒薄荷复合酒的感官评分显著下降（P＜0.05）。因此，选择甜椒汁体积分数为90%用于后续试验。

2.1.2 初始糖度对甜椒薄荷复合酒品质的影响

图2 初始糖度对甜椒薄荷复合酒的影响Fig.2 Effect of initial sugar content on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由图2可知，当初始糖度从19%增加至28%时，甜椒薄荷复合酒的感官评分呈显著上升趋势（P＜0.05）；当初始糖度为28%时，甜椒薄荷复合酒的感官评分到达最高分，为（83.29±0.93）分。初始糖度继续增加后，甜椒薄荷复合酒的感官评分反而下降。初始糖度是直接影响甜椒薄荷复合酒发酵的过程，糖分是酵母发酵主要动力来源，在发酵过程中，糖分转化成乙醇、酸类、酯类等物质[19]。初始糖度过低，酵母发酵动力不足；初始糖度过高，导致甜椒薄荷复合酒残糖过多影响感官品质过甜[20]。因此，选择初始糖度为28%进行后续的试验。

2.1.3 酿酒酵母接种量对甜椒薄荷复合酒品质的影响

图3 酿酒酵母接种量对甜椒薄荷复合酒品质的影响Fig.3 Effect of Saccharomyces cerevisiae inoculum on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由图3可知，随着酿酒酵母接种量的逐渐增加，甜椒薄荷复合酒的感官评分与酒精度均呈先上升后下降的趋势。在酿酒酵母接种量为5%时，感官评分与酒精度均达到最高值，分别为（83.29±0.93）分、（8.2±0.1）%/vol。酿酒酵母是主要的产酒精的微生物，在发酵过程中生成酒精及其他的香气成分[21-22]。因此，选择酿酒酵母接种量为5%进行后续试验。

2.1.4 发酵温度对甜椒薄荷复合酒品质的影响

图4 发酵温度对甜椒薄荷复合酒品质的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on the quality of sweet pepper-mint compound wine

由图4可知，发酵温度直接影响甜椒薄荷复合酒的品质，当发酵温度从19 ℃上升至27 ℃时，甜椒薄荷复合酒感官评分呈现出先升高后降低的趋势。当发酵温度为21 ℃时，甜椒薄荷复合酒感官评分达到最高分为（85.10±1.20）分。甜椒薄荷复合酒的酒精度随着发酵温度的升高而增加，当发酵温度从25 ℃升高至27 ℃时，酒精度增加不再显著（P＞0.05）。当发酵温度从21 ℃升高至27 ℃时，酵母菌的生长速度逐渐加快、代谢活跃，导致酒体整体风味不佳进而促使感官评分显著降低[22]。因此，选择发酵温度为21 ℃进行后续试验。

2.2 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化响应面试验

甜椒薄荷复合酒生产工艺优化响应面试验设计及结果见表3。

表3 甜椒薄荷复合酒生产工艺优化响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface methodology for sweet pepper-mint compound wine fermentation conditions optimization

对试验数据进行方差分析，结果如表4。以感官评分为响应值，经回归拟合后，得到相应的回归方程：

Y=86.18-1.00A+0.04B+0.06C+1.49D+0.73AB+0.59AC-0.27AD+2.00BC+1.14BD-0.42CD-1.64A2-2.37B2-2.46C2-1.85D2

根据方差分析，模型为极显著（P＜0.01），且失拟项不显著（P＞0.05），表明未知因素对试验结果的干扰较小。该模型充分拟合试验数据，可以通过模型确定甜椒薄荷复合酒酿造的最佳工艺。4个因素对甜椒薄荷复合酒感官评分的影响次序为D＞A＞C＞B，即发酵温度对甜椒薄荷复合酒感官评分的影响最为显著，其次是甜椒汁比例，再次是酵母接种量。一次项D、二次项B2、C2、D2对甜椒薄荷复合酒感官评分的影响极显著（P＜0.01）；一次项A、交互项BC、二次项A2对甜椒薄荷复合酒感官评分的影响显著（P＜0.05）。

表4 响应面试验结果方差分析Table 4 Variance analysis of response surface test results

等高线的形状可以反映其交互作用的大小，当等高线的形状为椭圆形时，说明其交互作用显著；当等高线的形状为圆形时，说明其交互作用不显著[23-24]，初始糖度、酿酒酵母接种量交互作用如图5所示。

由图5可知，因素B与因素C所形成的响应面曲面坡度最为陡峭与方差分析中交互项BC对甜椒薄荷复合酒感官评分的影响较为显著（P＜0.05）的结论相吻合。

通过软件分析确定复合果酒生产最佳工艺为：甜椒汁体积分数88.29%、初始糖度28.13%、酿酒酵母接种量4.90%、发酵温度为21.89 ℃，此条件下甜椒薄荷复合酒的感官评分理论值为88.68分。为便于实际操作，将甜椒薄荷复合酒的发酵工艺条件调整为甜椒汁比例88%、初始糖度28%、酿酒酵母接种量5%、发酵温度为22 ℃，在此条件下进行3组验证试验，得到的甜椒薄荷复合酒感官评分实际值为（88.47±1.12）分，测定结果稳定，偏差不大，证明该结果合理可靠。

图5 初始糖度、酿酒酵母接种量交互作用对甜椒薄荷复合酒感官评分影响的响应曲面及等高线Fig.5 Response surface plot and contour line of effects of interaction between initial sugar content and Saccharomyces cerevisiae inoculum on sensory evaluation score of sweet pepper-mint compound wine

2.3 甜椒薄荷复合酒理化指标

在最优发酵条件下得到的甜椒薄荷复合酒总糖为（9.2±0.4）g/L，总酸为（0.54±0.07）g/100 mL，酒精度为（8.1±0.5）%vol，干浸出物为（27.1±1.3）g/L。上述四项指标均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技术要求》[25]。

3 结论

经过响应面试验得到甜椒薄荷复合酒的最优酿造条件为：将鲜榨的甜椒汁88%、薄荷汁12%混合，并加入0.08%VC，调整初始糖度为28%与pH值为4.0，随后加入0.01%偏重亚硫酸钾，装入发酵罐中后巴氏灭菌；按5%的接种量接入经扩大培养后的酿酒酵母菌悬液，于22 ℃条件下发酵8 d固液分离，液体15 ℃贮存10 d。在此条件下可获得红褐透明、酒香和谐、滋味爽口，感官评分（88.47±1.12）分，酒精度（8.1±0.5）%vol的甜椒薄荷复合酒。