武威天梯山人參果果酒發酵工藝研究

杜 琨，蘇鳳賢

1陜西師范大學食品工程與營養科學學院，西安710062;2 河西學院農業與生物技術學院，張掖734000

人參果別名香瓜茄、香艷茄、香瓜梨等，原產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、穩定血壓、糖尿病等多種功效。

本研究以甘肅武威天梯山產人參果為原料，在菌種選擇和接種量已經確定的基礎上［3］，以人參果果酒酒精度為考察主要依據，研究影響人參果發酵酒的不同工藝參數，并進行主成分分析，運用SAS 9.2 軟件對實驗數據進行降維處理，以期得到人參果果酒發酵的最佳工藝參數，為大規模開發人參果果酒提供理論基礎和工藝參數。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

人參果:市售，產于甘肅武威天梯山;蔗糖:市售優質白砂糖;果膠酶:武漢遠城科技發展有限公司，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

恒溫培養箱，上海柏欣儀器設備廠;無菌操作臺，蘇州佳寶凈化工程設備有限公司;高壓滅菌鍋，上海道基科學儀器有限公司;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儀器制造廠;722 型分光光度計，上海鳳凰光學科儀有限公司。

1.3 實驗設計

1.3.1 人參果發酵酒加工工藝流程

新鮮人參果→選果清洗→破碎→過濾→加硫(Na2SO3)→調糖(蔗糖或白砂糖)→調酸(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36-48 h)→主發酵→倒罐→后發酵→下膠→澄清→調配

1.3.2 加糖量對人參果果酒發酵的影響

分別將人參果果汁可溶性固形物含量調整為10%、15%和20%進行發酵，發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酵的影響。

1.3.3 pH 值對人參果果酒發酵的影響

分別調整pH 至3.0、3.5、4.0、4.5 和5.0 五個水平進行主發酵，發酵期間每天取上清酒液用以測定SSC 和酒精度，每組數據平行三次，研究pH 對人參果果酒發酵的影響。

1.3.4 發酵溫度對人參果果酒發酵的影響

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

1.3.5 SO2添加量對人參果果酒發酵的影響

調整SO2添加量分別為0、30、60、80、90 mg/L和120 mg/L 六個水平進行主發酵，發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酵的影響。

1.3.6 CaCl2添加量對人參果果酒發酵的影響

添加80 mg/L 的SO2，調整CaCl2添加量分別為0.2、0.3、0.4、0.5 g/L 和0.6 g/L 五個水平進行主發酵，發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組進行對照，考察CaCl2添加量對人參果果酒發酵的影響。

1.3.7 主成分分析

本實驗選取對人參果果酒發酵有影響的酵母添加量(即接種量)、pH 值、發酵溫度、糖添加量、SO2添加量、CaCl2添加量、發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，以主發酵結束后人參果果酒殘余SSC 和還原糖含量為輔助評價指標，實驗設計方案及結果見表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 結果與討論

2.1 加糖量對人參果果酒發酵過程的影響

2.1.1 加糖量對人參果果酒發酵過程中SSC 的影響

分別將人參果果汁可溶性固形物含量調整為10%、15%和20%進行發酵，發酵過程中發酵液的SSC 隨發酵時間變化結果見圖1。

圖1 加糖量對人參果果酒發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，隨著發酵的進行，人參果果汁中可溶性固形物含量逐漸下降并最終趨于穩定。

2.1.2 加糖量對人參果果酒發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整為10%、15%和20%進行發酵，發酵過程中發酵液的酒精度隨發酵時間變化結果見圖2。

圖2 加糖量對人參果果酒發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，人參果果酒發酵過程中，隨發酵時間的延長酒精度逐漸增加并于主發酵結束趨于穩定。

2.2 pH 值對人參果果酒發酵的影響

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酵進行到4～6 天趨于穩定，，無論哪組pH 處理主發酵后期人參果果酒可溶性固形物含量均相近，無統計學差異。

2.2.2 pH 值對人參果果酒酒精度的影響

由圖4 可知，隨著主發酵進行，人參果果酒酒精度開始逐漸升高，除pH 4.5 外，其余處理均在主發酵進行到第7 天時酒精度的增加趨勢變緩，而pH 4.5 組在主發酵進入第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 發酵溫度對人參果果酒發酵的影響

2.3.1 發酵溫度對人參果果酒SSC 的影響

圖5 發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入第6 天人參果果酒SSC 基本一致，無統計學差異。

2.3.2 發酵溫度對人參果果酒酒精度的影響

由圖6 可知，隨著主酵進行，人參果果酒酒精度迅速升高最終趨于緩和，其中主發酵溫度為27 ℃和23 ℃時接種后酒精度迅速升高并于發酵進入第5天后增加趨勢趨于穩定，而主發酵溫度分別為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酵進入第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酵的影響

2.4.1 SO2添加量對人參果果酒發酵過程中SSC的影響

圖7 SO2 添加量對人參果果酒發酵過程中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酵過程中酒精度的影響。

圖8 SO2 添加量對人參果果酒發酵過程中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，并且大體都于主發酵第3(或4)天進入緩慢增長期，只不過隨著主發酵進行，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化速度，同時包括空白未添加組在內的所有處理組主發酵結束酒精度基本相似，無統計學差異(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酵的影響

2.5.1 CaCl2添加量對人參果果酒發酵過程中SSC的影響

圖9 CaCl2 添加量對人參果果酒發酵過程中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，酒精轉化率稍高，其余組無顯著差別。主發酵結束時各處理組殘糖含量基本相近，無統計學差異(P ＞0.05)。

2.5.2 CaCl2添加量對人參果果酒發酵過程中酒精度的影響

由圖10 可知，在整個人參果果酒發酵過程中，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

按照實驗設計方案實施，并于主發酵結束測人參果果酒酒精度、SSC 和還原糖含量，實驗結果見表7。數據處理采用SAS 9.2 統計軟件進行主成分分析，結果見表1～3。

分別以酵母添加量x1、pH 值x2、發酵溫度x3、糖添加量x4、SO2添加量x5、CaCl2添加量x6、發酵時間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 主成分設計實驗方案與結果Table 1 Experimental design and results of principal component

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

該預期模型相關系數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，即發酵溫度＞發酵時間＞糖添加量＞＞酵母添加量＞SO2添加量＞pH 值＞CaCl2添加量，據此通過降維分析優選出三個對人參果果酒酒精度影響最主要的因素分別為:發酵溫度、發酵時間、糖添加量。

3 結論

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

1 Ren XF(任雪峰)，Wu DQ(吳冬青)，Wang YS(王永生)，et al. Study on ultrasonic extraction process of polysaccharides from Solanum muricatum.Food Res Dev (食品研究與開發)，2010，31:9-11.

2 Wang ZJ(王致晶). The current situation and the countermeasures of developing of Solanum muricatum of Liangzhou district Zhangyi town.Gansu Agric(甘肅農業)，2009，9:81-82.

3 Su FX(蘇鳳賢)，Cao XF(曹旭峰)，Wang F(汪峰)，et al.Study on the selection of Saccharomyces cerevisiae for brewing pepion wine.J Food Ferment Ind(食品與發酵工業)，2010，36:130-135.

4 Wang FR(王福榮). Wine analysis and detection. Beijing:Chemical Industry Press，2005:97-98，102-103，106-107.

5 Zhao GA(趙光鰲)，Wang JS(王金山)，Gu GX(顧國賢).Wine brewing.Beijing:China Light Industry Press，1999，8.