沙枣红提复合果酒发酵工艺优化

李彩霞 屈雅宁 张 静 焦 扬

（河西学院生命科学与工程学院，甘肃 张掖 734000）

沙枣，别名：七里香、香柳、刺柳等，是胡颓子属植物，原产于西亚.沙枣树是改造干旱、盐渍地、沙地、荒地等造林用优选树种之一［1］.在我国东北、华北、西北等地区，已大量种植用于防风固林，自然资源极其丰富.其果实富含糖类、黄酮、单宁、矿物质及微量元素等多种成分［2］，其中成熟沙枣果实总糖含量高达60%左右［3］，非常适合用来酿酒［4］，以提高其利用价值.

红提，又名红地球，是我国鲜食葡萄的主要品种之一，含有较丰富的维生素、矿物质、氨基酸等，味道甜美、口感优良，是一种具有代表性的鲜食葡萄［5］.红提在张掖市种植面积广，其果实较大，颜色为深红色，果粒整齐紧实，产量高［6］.但是由于以红提为主线的加工产品较少，致使红提仍以鲜食为主，其后期的腐烂变质造成大量资源浪费［7］.

果酒是将破碎、压榨后的水果经发酵等工艺所制成的低酒精度饮料酒.果酒中富含多种活性成分，营养价值较高［8］.近几年，果酒需求量逐年增大，研制果酒新品种成为食品研究领域的新热点［9］.于翔［10］、田晓菊［11］等人优化了单一沙枣果酒发酵工艺，前人对于沙枣复合果酒的研究较少.本研究以沙枣和红提为主要原料，制备复合果酒，以期为沙枣深加工产品的开发提供一定的理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料

沙枣：产于甘肃省酒泉市；红提：产于甘肃省张掖市；果胶酶（500U/mg）（浙江博丹衡食品配料有限公司）；高活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；柠檬酸（分析纯）：（天津市致远化学试剂有限公司）；白砂糖（食品级）：市售.

1.2 仪器与设备

pH510精密pH计：安莱立思仪器科技（上海）有限公司；BSA224S电子天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司；WYT型手持折射仪：上海沪粤明科学仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；DHP-9272电热恒温培养箱：上海齐欣科学仪器有限公司；CH2122F微电脑电磁炉：中山市格兰仕生活电器制造有限公司.

1.3 方法

1.3.1 复合果酒酿造工艺流程及操作要点

（1）原料选择：沙枣和红提，选择成熟、无病和无霉烂的果实.

（2）混合浆制备：沙枣清洗，以1∶5质量比加水浸泡5min，在95℃下预煮3min，去核后打浆；红提去梗后破碎；沙枣浆和红提浆按5∶1体积比混合后，立即添加50mg/LH2SO3（以SO2计）和30mg/L的果胶酶［12］，静置24h，备用.

（3）调整糖度、pH值：使用白砂糖调节混合浆的糖度至预定值，且在发酵初始一次性加完；之后加入适量的碳酸钙或酒石酸，以便调整pH值至预定值.

（4）酵母的活化［13］：取一定量的活性干酵母，加入其质量5%的白砂糖以及20倍质量的水，搅拌均匀，置于35～40℃电热恒温水浴锅中30min，冷却至28～30℃备用.

（5）酒精发酵：将活化好的酵母按一定比例加入待发酵液中，在一定温度下发酵6天，结束发酵后经过滤、澄清并于75℃灭菌20min得到成品复合果酒.

1.3.2 单因素试验设计将活化后的酵母菌分别按0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的量接入待发酵液中，调节待发酵液的初始糖度分别为16oBx、18oBx、20oBx、22oBx、24oBx，初始pH值分别为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，在培养温度分别为22℃、25℃、28℃、31℃、34℃的条件下发酵6d.分别考察酵母菌接种量、初始糖度、初始pH值、和发酵温度对复合果酒中酒精度的影响.

1.3.3 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，以酵母接种量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和发酵温度（D）为考察因素，以酒精度为响应值，通过Box-Behnken设计试验，优化复合果酒的工艺参数，试验因素水平如表1所示：

表1 试验因素水平Table 1 Test factor level

1.3.4 分析检测

初始糖度：采用手持折射仪测定；pH值：采用pH计测定；酒精度：按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中密度瓶法测定；总糖与还原糖：采用菲林试剂滴定法测定.还原糖：按照GB 5009.7-2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》中直接滴定法测定；菌落总数及大肠菌群测定：参照GB 4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》.

1.3.5 数据处理采用OriginPro 8进行数据处理和制图，采用Design-Expert V8.0.6进行试验设计和响应面分析.

2 结果与分析

2.1 酵母接种量对复合果酒酒精度的影响

酵母接种量对复合果酒酒精度的影响如图1所示：酒精度随酵母接种量的增大呈现先升高后降低的趋势.当酵母接种量达到0.8%时，复合果酒的酒精度最高，达到6.49%vol.继续增大酵母接种量，酒精度会出现下降趋势.从上述分析可以得出将果酒的酵母接种量控制在0.8%左右比较合适.

图1 酵母接种量对酒精度影响Fig.1 Effect of yeast inoculation amount on alcohol content

2.2 初始糖度对复合果酒酒精度的影响

初始糖度对酒精度的影响如图2所示：随着初始糖度不断地增大，酒精度不断升高，在初始糖度达到20oBx时，酒精度最高，为8.6%vol；继续增大初始糖度，酒精度又呈现缓慢下降趋势.因此调整果酒的发酵初始糖度为20oBx进行发酵比较合理.

图2 初始糖度对酒精度影响Fig.2 Influence of initial sugar content on alcohol content

2.3 初始pH值对复合果酒酒精度的影响

初始pH 值对酒精度的影响如图3 所示：初始pH 值较低，复合果酒酒精度偏低；当初始pH 值增加，酒精度呈现上升趋势，且酒精度的变化较大；当初始pH值达到4.5，复合果酒的酒精度最大，达到7.2%vol；继续增大初始pH值，复合果酒酒精度下降.综上，将沙枣红提复合果酒的发酵初始pH值控制在4.5左右为宜.

图3 初始pH值对酒精度影响Fig.3 Influence of initial pH value on alcohol content

2.4 发酵温度对复合果酒酒精度的影响

发酵温度对酒精度的影响如图4所示：随着发酵温度不断地升高，复合果酒的酒精度呈现先升高后逐渐降低的趋势.当发酵的温度达到28℃时，复合果酒的酒精度达到最大.因此，将复合果酒的发酵温度控制在28℃左右较好.

图4 发酵温度对酒精度影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol content

2.5 响应面因素水平设计

依据单因素试验的结果，利用Design Expert 8.0.6软件，采用Box-Behnken Design建立数学模型，以酵母添加量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）、发酵温度（D）为自变量，酒精度为响应值，进行四因素三水平的响应面试验设计.响应面试验设计及结果如表2.

表2 响应面优化果酒发酵工艺试验结果Table 2 Response surface optimization of fruit wine fermentation process test results

2.6 回归方程及方差分析

经拟合后得到的回归模型：

Y=9.80+0.23A+0.85B+0.41C-0.28D-0.035AB+0.45AC+0.57AD-0.77BC-0.012BD-0.29CD-1.37A2-1.09B2-0.46C2-2.00D2

如表3所示，模型P＜0.01，因此模型极显著；且失拟项不显著（P=0.0885＞0.05）；模型的决定系数R2=0.9339，校正系数R2Adj＝0.8678，说明回归模型拟合情况良好，不存在失拟因素，可以利用此模型对沙枣红提复合果酒发酵过程中酒精度的变化进行分析和预测.根据F值可得，在影响复合果酒酒精发酵的各个因素中，对酒精度的影响大小顺序为：B 初始糖度＞C 初始pH 值＞D 发酵温度＞A 酵母接种量. 其中B 初始糖度对复合果酒的酒精度影响极显著（P＜0.0001），C 初始pH 值对酒精度的影响显著（P＜0.05）.

表3 回归模型方差分析表Table 3 Analysis of variance of regression model

2.7 响应面交互作用分析

响应面图是根据数据拟合后得到的二次回归方程绘制的，由响应面图可以确定各变量之间的交互关系，弯曲面倾斜的程度越高、等高线的形状越椭圆代表各因素之间的交互作用越强［14］，各因素的交互作用对复合果酒酒精度的影响如图5所示.

图5 各因素交互作用对复合果酒酒精度影响的响应面和等高线Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on alcohol content of compound fruit wine

由图5可知，酵母接种量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和发酵温度（D）之间交互变化时，复合果酒的酒精度呈现相应的变化.从曲面坡度的陡峭程度可以看出，BC 交互效应对酒精度的影响极显著，AD 交互作用对酒精度的影响较显著；交互作用大小排序为BC＞AD＞AC＞CD＞BD＞AB，且6 个图的开口均向下，说明存在最大值.

2.8 复合果酒的最佳参数及试验验证

利用已建立的数据模型预测沙枣红提复合果酒发酵的最佳生产工艺条件为：酵母菌接种量0.82%，初始糖度为20.58oBx，初始pH值4.64，发酵温度27.78℃.在此条件下，酒精度理论值为10.01%vol.结合实际试验情况，将生产工艺调整为酵母菌接种量0.8%，初始糖度为20oBx，发酵温度28℃，初始pH值为4.5，在此条件下进行3次验证试验，得到复合果酒的实际酒精度为9.76%vol，与理论预测值相差较小，说明该模型能较好地预测沙枣红提复合果酒的发酵工艺.

2.9 产品质量指标

2.9.1 感官指标

沙枣红提复合果酒呈现浅茶红色，清澈透明，无明显沉淀物，具有沙枣特有的香味，口感纯正.

2.9.2 理化指标

产品的酒精度为9.76%vol，还原糖（以葡萄糖计）为2.1g/L，符合果酒国家标准.

2.9.3 微生物指标

菌落总数≤50CFU/mL，大肠菌群≤3CFU/mL；致病菌未检出.

3 讨论

发酵液中酵母接种量较低时，随着接种量增大，果酒中的总糖消耗量增大，酒精度会随着酵母量的增加而上升较快［15］.当酵母接种量达到0.8%后，继续增大接种量，此时大量酵母菌在发酵液中迅速繁殖，使得酒液中的糖分被快速消耗，因此破坏了酒液的发酵环境，从而导致酵母菌提前衰老并发生自溶［16］，酒精度会出现下降趋势.

随着初始糖度不断地增大，酵母菌的营养物质逐渐充足，酒精度不断升高；在初始糖度达到20oBx后，继续增大初始糖度，酒精度又呈现缓慢下降趋势，这可能是因为在含糖量过高时，糖化酶和酿酒酵母活性受到抑制，从而影响了果酒的发酵，导致其酒精度下降［17］.

研究表明，酒精发酵过程中，初始pH值较低，对酵母的代谢有抑制作用，使得复合果酒酒精度偏低、残糖量过剩［18］.而发酵酒液的初始pH值过高，会使得酿酒酵母的生长和代谢酶系活性被抑制，酒精度含量就会有所下降［19］.

酒精发酵过程中，酵母对发酵温度有一定的要求，温度偏低时，酵母的生长繁殖加快，大量消耗糖类物质产生代谢副产物，使酒精度比较低；而温度过高，酵母发酵会受到一定的影响，同时生成的其他成分对果酒的风味品质也有一定的影响［20］.

4 结论

以沙枣和红提为原料，经单因素试验和响应面试验，得出复合果酒的最佳优化工艺参数为：酵母菌接种量0.8%，初始糖度为20oBx，发酵温度28℃，初始pH 值为4.5.此条件下发酵的复合果酒，具有沙枣特有的香气，酒体澄清透明，颜色呈现浅茶红色，口感纯正，酒精度为9.76%vol，还原糖（以葡萄糖计）为2.1g/L，工艺条件稳定.