武威天梯山人參果果酒發(fā)酵工藝研究

杜 琨，蘇鳳賢

1陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安710062;2 河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，張掖734000

人參果別名香瓜茄、香艷茄、香瓜梨等，原產(chǎn)南美洲安第斯山脈北麓，為茄科(Solamaceae)茄屬(Solanum)多年生蔬菜、水果兼觀賞型草本植物［1］。人參果具有蛋白質(zhì)含量高、人體必需氨基酸含量豐富、富含多種維生素及人體必需微量元素等特點［2］，有抗衰老、抗腫瘤、降低血糖、穩(wěn)定血壓、糖尿病等多種功效。

本研究以甘肅武威天梯山產(chǎn)人參果為原料，在菌種選擇和接種量已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上［3］，以人參果果酒酒精度為考察主要依據(jù)，研究影響人參果發(fā)酵酒的不同工藝參數(shù)，并進(jìn)行主成分分析，運(yùn)用SAS 9.2 軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，以期得到人參果果酒發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)，為大規(guī)模開發(fā)人參果果酒提供理論基礎(chǔ)和工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

人參果:市售，產(chǎn)于甘肅武威天梯山;蔗糖:市售優(yōu)質(zhì)白砂糖;果膠酶:武漢遠(yuǎn)城科技發(fā)展有限公司，酶活力10000 U/g;酵母:安琪酵母股份有限公司;其他試劑均為分析純。

1.2 實驗儀器

恒溫培養(yǎng)箱，上海柏欣儀器設(shè)備廠;無菌操作臺，蘇州佳寶凈化工程設(shè)備有限公司;高壓滅菌鍋，上海道基科學(xué)儀器有限公司;手持糖量計，上海華光儀器儀表廠;PHS-3C 酸度計，江蘇常州金壇市精達(dá)儀器制造廠;722 型分光光度計，上海鳳凰光學(xué)科儀有限公司。

1.3 實驗設(shè)計

1.3.1 人參果發(fā)酵酒加工工藝流程

新鮮人參果→選果清洗→破碎→過濾→加硫(Na2SO3)→調(diào)糖(蔗糖或白砂糖)→調(diào)酸(檸檬酸)→添加CaCl2→接種(干酵母→30 ℃水中搖勻靜置活化半小時→人參果果汁→28 ℃培養(yǎng)36-48 h)→主發(fā)酵→倒罐→后發(fā)酵→下膠→澄清→調(diào)配

1.3.2 加糖量對人參果果酒發(fā)酵的影響

分別將人參果果汁可溶性固形物含量調(diào)整為10%、15%和20%進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵期間每天取上清酒液用以測定可溶性固形物含量(Soluble Solids Content，以下簡稱SSC)、還原糖含量、酒精度，研究加糖量對人參果果酒發(fā)酵的影響。

1.3.3 pH 值對人參果果酒發(fā)酵的影響

分別調(diào)整pH 至3.0、3.5、4.0、4.5 和5.0 五個水平進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵期間每天取上清酒液用以測定SSC 和酒精度，每組數(shù)據(jù)平行三次，研究pH 對人參果果酒發(fā)酵的影響。

1.3.4 發(fā)酵溫度對人參果果酒發(fā)酵的影響

分別選取19 ℃、21 ℃、23 ℃、25 ℃和27 ℃五個溫度水平進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵期間每天取上清酒液用以測定SSC 和酒精度，研究主發(fā)酵溫度對人參果果酒發(fā)酵的影響。

1.3.5 SO2添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響

調(diào)整SO2添加量分別為0、30、60、80、90 mg/L和120 mg/L 六個水平進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵期間每天取上清酒液用以測定SSC、吸光度和酒精度，考察SO2添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響。

1.3.6 CaCl2添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響

添加80 mg/L 的SO2，調(diào)整CaCl2添加量分別為0.2、0.3、0.4、0.5 g/L 和0.6 g/L 五個水平進(jìn)行主發(fā)酵，發(fā)酵期間每天取上清酒液用以測定SSC 和酒精度，并與未添加CaCl2組進(jìn)行對照，考察CaCl2添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響。

1.3.7 主成分分析

本實驗選取對人參果果酒發(fā)酵有影響的酵母添加量(即接種量)、pH 值、發(fā)酵溫度、糖添加量、SO2添加量、CaCl2添加量、發(fā)酵時間七個因素作為考察對象，以人參果果酒酒精度作為主要評價指標(biāo)，以主發(fā)酵結(jié)束后人參果果酒殘余SSC 和還原糖含量為輔助評價指標(biāo)，實驗設(shè)計方案及結(jié)果見表7。

1.4 測定項目與方法［4-5］

酒精度:蒸餾法;SSC:手持折光儀法;還原糖含量:斐林試劑法(直接滴定法);吸光度:分光光度計法。

2 結(jié)果與討論

2.1 加糖量對人參果果酒發(fā)酵過程的影響

2.1.1 加糖量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC 的影響

分別將人參果果汁可溶性固形物含量調(diào)整為10%、15%和20%進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中發(fā)酵液的SSC 隨發(fā)酵時間變化結(jié)果見圖1。

圖1 加糖量對人參果果酒發(fā)酵過程中可溶性固形物含量的影響Fig.1 Effect of different content of sugar on the soluble solids content (SSC)during the brewing alcoholic beverage of pepino fruit

從圖1 可以看出，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，人參果果汁中可溶性固形物含量逐漸下降并最終趨于穩(wěn)定。

2.1.2 加糖量對人參果果酒發(fā)酵過程中酒精度的影響

分別將人參果果汁可溶性固形物含量調(diào)整為10%、15%和20%進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中發(fā)酵液的酒精度隨發(fā)酵時間變化結(jié)果見圖2。

圖2 加糖量對人參果果酒發(fā)酵過程中酒精度的影響Fig.2 Effect of different content of sugar on the alcohol during the brewing alcoholic beverage of pepino fruit

從圖2 可以看出，人參果果酒發(fā)酵過程中，隨發(fā)酵時間的延長酒精度逐漸增加并于主發(fā)酵結(jié)束趨于穩(wěn)定。

2.2 pH 值對人參果果酒發(fā)酵的影響

2.2.1 pH 值對人參果果酒SSC 的影響

圖3 pH 對人參果果酒SSC 的影響Fig.3 Effect of pH on the soluble solids content of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

由圖3 可知，pH 不同對人參果果酒SSC 的影響也不盡相同。總的說來，隨著主發(fā)酵時間延長，人參果果酒可溶性固形物含量迅速下降并于主發(fā)酵進(jìn)行到4～6 天趨于穩(wěn)定，，無論哪組pH 處理主發(fā)酵后期人參果果酒可溶性固形物含量均相近，無統(tǒng)計學(xué)差異。

2.2.2 pH 值對人參果果酒酒精度的影響

由圖4 可知，隨著主發(fā)酵進(jìn)行，人參果果酒酒精度開始逐漸升高，除pH 4.5 外，其余處理均在主發(fā)酵進(jìn)行到第7 天時酒精度的增加趨勢變緩，而pH 4.5 組在主發(fā)酵進(jìn)入第3 天酒精度便迅速增加，而且在第4 天即變化趨緩，其中pH 4.0 組在第7 天酒精度取得極大值。

圖4 pH 對人參果果酒酒精度的影響Fig.4 Effect of pH on the alcohol of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

2.3 發(fā)酵溫度對人參果果酒發(fā)酵的影響

2.3.1 發(fā)酵溫度對人參果果酒SSC 的影響

圖5 發(fā)酵溫度對人參果果酒SSC 的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on the soluble solids content of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

圖6 發(fā)酵溫度對人參果果酒酒精度的影響Fig.6 Effect of fermentation temperature on the alcohol of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

由圖5 可知，隨主酵時間延長，人參果果酒SSC逐漸下降并趨于定值。其中主酵溫度為23 ℃時，人參果果酒可溶性固形物含量下降最快，而主酵溫度為19 ℃時，人參果果酒可溶性固形物含量下降最慢，但是所有處理在主酵進(jìn)入第6 天人參果果酒SSC 基本一致，無統(tǒng)計學(xué)差異。

2.3.2 發(fā)酵溫度對人參果果酒酒精度的影響

由圖6 可知，隨著主酵進(jìn)行，人參果果酒酒精度迅速升高最終趨于緩和，其中主發(fā)酵溫度為27 ℃和23 ℃時接種后酒精度迅速升高并于發(fā)酵進(jìn)入第5天后增加趨勢趨于穩(wěn)定，而主發(fā)酵溫度分別為19、21 和25 ℃時，人參果果酒接種后酒精度逐漸升高并分別于發(fā)酵進(jìn)入第5 天和第6 天后增加趨勢趨于緩和，其中主酵溫度為25 ℃時，酒精度取得極大值14.6 度。

2.4 SO2 添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響

2.4.1 SO2添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC的影響

圖7 SO2 添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC 的影響Fig.7 Effect of sulfur dioxide concentration on soluble solids content of brewing alcoholic beverage of pepine fruit

由圖7 可知，添加80 mg/L 的SO2有助于人參果果酒SSC 迅速下降

2.4.2 SO2添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中酒精度的影響。

圖8 SO2 添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC 的影響Fig.8 Effect of sulfur dioxide concentration on soluble solids content of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

由圖8 可知，無論是否添加SO2，人參果果酒酒精度變化趨勢均基本一致，并且大體都于主發(fā)酵第3(或4)天進(jìn)入緩慢增長期，只不過隨著主發(fā)酵進(jìn)行，在人參果果酒中添加適宜的SO2會加速其中碳水化合物向酒精度的轉(zhuǎn)化速度，同時包括空白未添加組在內(nèi)的所有處理組主發(fā)酵結(jié)束酒精度基本相似，無統(tǒng)計學(xué)差異(P ＞0.05)，由此可知，添加SO2對人參果果酒酒精度變化無顯著影響。

2.5 CaCl2 添加量對人參果果酒發(fā)酵的影響

2.5.1 CaCl2添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC的影響

圖9 CaCl2 添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中SSC 的影響Fig.9 Effect of calcium chloride concentration on soluble solids content of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

圖10 CaCl2 添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中酒精度的影響Fig.10 Effect of calcium chloride concentration on alcohol content of brewing alcoholic beverage of pepino fruit

由圖9 可知，在整個人參果果酒發(fā)酵過程中，添加CaCl2組與空白不添加組SSC 變化趨勢基本相同，只不過下降趨勢更加緩和，且主酵后期SSC 殘余較高，酒精轉(zhuǎn)化率相對較低。其中CaCl2添加量為0.6g/L 組相對其它添加組SSC 下降趨勢稍快，主酵后期SSC 殘余較低，酒精轉(zhuǎn)化率稍高，其余組無顯著差別。主發(fā)酵結(jié)束時各處理組殘?zhí)呛炕鞠嘟瑹o統(tǒng)計學(xué)差異(P ＞0.05)。

2.5.2 CaCl2添加量對人參果果酒發(fā)酵過程中酒精度的影響

由圖10 可知，在整個人參果果酒發(fā)酵過程中，添加CaCl2組與空白不添加組酒精度增長趨勢基本相同，且這種趨勢與CaCl2添加量成正比;同時在整個主酵期間人參果果酒酒精度始終與不添加組無顯著性差異(P ＞0.05)。

2.6 主成分分析

按照實驗設(shè)計方案實施，并于主發(fā)酵結(jié)束測人參果果酒酒精度、SSC 和還原糖含量，實驗結(jié)果見表7。數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.2 統(tǒng)計軟件進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表1～3。

分別以酵母添加量x1、pH 值x2、發(fā)酵溫度x3、糖添加量x4、SO2添加量x5、CaCl2添加量x6、發(fā)酵時間x7七個因素為自變量，以酒精度作為主要因變量Y，以SSC、還原糖含量作為輔助評價因子，建立不同因子對人參果果酒釀造影響模擬回歸方程。

表1 主成分設(shè)計實驗方案與結(jié)果Table 1 Experimental design and results of principal component

人參果果酒酒精度初步預(yù)期模型(Predictive Model for Y1):

該預(yù)期模型相關(guān)系數(shù)100%，說明該方程可以很好的解釋這七個因素對酒精度的影響，模型擬合程度良好。

表2 回歸模型方差分析Table 2 Analysis of variance(ANOVA)of the regression model(equation 7)

由表3 可見，各因素對人參果果酒酒精度影響的順序依次為:x3＞x7＞x4＞＞x1＞x5＞x2＞x6，即發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞糖添加量＞＞酵母添加量＞SO2添加量＞pH 值＞CaCl2添加量，據(jù)此通過降維分析優(yōu)選出三個對人參果果酒酒精度影響最主要的因素分別為:發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、糖添加量。

3 結(jié)論

人參果果酒發(fā)酵過程中，單因素研究結(jié)果表明，最佳糖添加量為20%，pH 為4. 0，發(fā)酵溫度為23℃，SO2添加量為80 mg/L，CaCl2添加量為0.4 g/L;根據(jù)主成分降維分析可知，影響發(fā)酵的7 個因子對其酒精度影響的順序依次為:x3＞ x7＞x4＞＞x1＞x5＞x2＞x6，即發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時間＞糖添加量＞＞酵母添加量＞SO2添加量＞pH 值＞CaCl2添加量，據(jù)此降維優(yōu)選出三個對人參果果酒酒精度影響最顯著的因素分別為:發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、糖添加量。

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