軟棗獼猴桃果酒釀造工藝的研究

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(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽(yáng) 110866)

軟棗獼猴桃(Actinidia arguta),俗稱軟棗子,又名奇異莓(英文:Kiwi berry)或是迷你奇異果,為獼猴桃科獼猴桃屬的植物。軟棗獼猴桃是獼猴桃屬中在中國(guó)地域分布最廣泛的野生果樹之一,分布于東北、華北、山東、西北及長(zhǎng)江流域,其中以東北三省的資源最為豐富 。

軟棗獼猴桃果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特,柔軟多汁,酸甜適口,芳香濃郁,含大量維生素C、淀粉、果膠質(zhì)等,以及多種微量元素,因此軟棗獼猴桃具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,和良好的醫(yī)療保健效果,是理想的綠色食品和食療食品。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)野生獼猴桃產(chǎn)品研究較少,本實(shí)驗(yàn)將軟棗獼猴桃破碎后加入輔料,立即入罐帶皮渣發(fā)酵,一方面可以較好地保留果酒中的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì),避免了清汁發(fā)酵工藝的損耗,同時(shí)也簡(jiǎn)化了工藝流程;另一方面也使果皮及果肉中的色素和風(fēng)味物質(zhì)等更好的融入到果酒中,使酒體豐滿,口味純正[1]。軟棗獼猴桃果酒釀造的研究不僅充分利用了野生資源,同時(shí)提高了軟棗獼猴桃果酒的技術(shù)含量,促進(jìn)了軟棗獼猴桃的栽培,對(duì)野生獼猴桃資源的開發(fā)利用有重要意義[2]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

軟棗獼猴桃 采摘自東北野生軟棗獼猴桃實(shí)驗(yàn)基地;安琪活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 食用,市售,湖北億龍?jiān)词称酚邢薰?NaOH分析純 上海計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院;酒石酸 食用級(jí),天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;亞硫酸氫鈉 北京恒業(yè)中遠(yuǎn)化工有限公司;2,6-二氯酚靛酚 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

PHS-2-型數(shù)顯酸度計(jì) 上海天達(dá)儀器有限公司;SL280A榨汁機(jī) 浙江蘇泊爾炊具股份有限公司;HHS型恒溫水浴鍋 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司;WYT-32 型手持糖度計(jì) 成都光學(xué)儀器廠;SS-325型高壓滅菌鍋 上虞市青峰儀器設(shè)備有限公司;數(shù)顯式恒溫水浴鍋 上海亞榮儀器制造有限公司;比重計(jì) 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 軟棗獼猴桃釀造工藝流程 新鮮軟棗獼猴桃→分選清洗→破碎榨汁→果汁成分調(diào)整→滅菌→酒精發(fā)酵→澄清過濾→原酒→調(diào)配成品

1.2.2 軟棗獼猴果酒發(fā)酵工藝的研究

1.2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)選取對(duì)軟棗獼猴桃果酒酒度和感官品質(zhì)影響較大的五個(gè)因素進(jìn)行考察[3-4]。

糖含量的確定:分別將果汁糖含量調(diào)至為17%、20%、23%、26%、29%,調(diào)制酸度pH為3.3按1.5 ‰接種,SO2添加量為70mg/L在26℃條件下進(jìn)行發(fā)酵,至含糖量基本保持不變時(shí)停止發(fā)酵,測(cè)所得酒液的酒精度。

酸度的確定:將軟棗獼猴桃果漿用酒石酸分別調(diào)整pH至2.9、3.1、3.3、3.5、3.7,SO2添加量為70mg/L在26℃,酵母接種量為1.5‰條件下進(jìn)行發(fā)酵,至含糖量基本保持不變時(shí)停止發(fā)酵。測(cè)得所得酒液的酒精度。

SO2添加量的確定:軟棗獼猴桃壓榨成汁后分別加入30、50、70、90、110mg/L的SO2,調(diào)整含糖量為20%,pH為3.3,SO2添加量為70mg/L在26℃,按1.5 ‰接種,至含糖量基本保持不變,停止發(fā)酵測(cè)所得酒液的酒精度。

接種量的確定:將軟棗獼猴桃果汁的含糖量調(diào)整為20%,pH調(diào)整至3.3,SO2添加量為70mg/L在26℃,分別按0.5‰、1‰、1.5‰、2‰、2.5‰接種酵母菌進(jìn)行發(fā)酵,至含糖量基本保持不變,停止發(fā)酵,測(cè)所得酒液的酒精度以及發(fā)酵時(shí)間。

發(fā)酵溫度的確定:將軟棗獼猴桃果汁含糖量調(diào)整為20%,pH調(diào)整至3.3,按1.5‰接種,SO2添加量為70mg/L分別在20、22、24、26、28℃條件下進(jìn)行發(fā)酵,至含糖量基本保持不變,停止發(fā)酵,測(cè)所得酒液的酒精度以及發(fā)酵時(shí)間。

1.2.2.2 響應(yīng)面分析 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取對(duì)果酒的口感和風(fēng)味影響較大的三個(gè)因素作為主要的考察因子。通過 Box-Benhnken 中心組合設(shè)計(jì),以三個(gè)因素為自變量(分別為X1、X2、X3),以感官評(píng)價(jià)值為響應(yīng)值,感官評(píng)價(jià)人員由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的20人組成,分別從口感、風(fēng)味、色澤三方面重復(fù)品評(píng)。實(shí)驗(yàn)采用Minitab15.0三因子三水平共15個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化軟棗獼猴桃果酒的最佳工藝條件[5],實(shí)驗(yàn)因子水平編碼表見表1,感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 實(shí)驗(yàn)因子水平編碼表Table 1 Codes and levels of factors chosen for test

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criterion of sensory evaluation for fruit wine

1.2.3 理化指標(biāo)檢測(cè)方法 軟棗獼猴桃果酒酒精度采用比重法測(cè)定;果酒中總糖和還原糖采用斐林試劑滴定法測(cè)定;利用手持折光儀測(cè)定果酒中可溶性固形物的含量;果酒的pH用 pH 計(jì)測(cè)定;果酒中滴定酸(以酒石酸計(jì))含量采用滴定法測(cè)定,成品果酒進(jìn)行大腸桿菌的測(cè)定以及菌落總數(shù)的檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始糖含量對(duì)軟棗獼猴桃汁酒精發(fā)酵的影響

制作果酒時(shí)酵母將發(fā)酵醪中的糖轉(zhuǎn)化為乙醇,為使生成的乙醇含量達(dá)到成品酒標(biāo)準(zhǔn)要求,通常需要對(duì)果酒中的糖分進(jìn)行調(diào)整。由圖1可以看出,隨著加糖量的增加,酒精度也隨之升高,當(dāng)初始含糖量在20%左右時(shí),酒精度最大,當(dāng)糖度在20%～29%時(shí),隨著加糖量的增加酒精度反而降低,這是因?yàn)樘呛扛?雖然酒精度也會(huì)提高,但高濃度的糖會(huì)對(duì)酵母造成過高滲透壓而影響酵母的發(fā)酵,從而導(dǎo)致酒精度的降低[6]。因此本實(shí)驗(yàn)選取起始含糖量20%。

圖1 初始含糖量對(duì)酒精發(fā)酵的影響 Fig.1 Effect of sugar content on alcohol fermentation

2.2 酸度對(duì)酒精發(fā)酵的影響

酵母菌在微酸(pH4)條件下最適合生長(zhǎng)繁殖,但較低的pH有利于某些氨基酸的吸收,有助于SO2的殺菌作用,而且會(huì)促使乙基酯和乙酸酯的水解,生成揮發(fā)性酸,改善果酒的口味,故本實(shí)驗(yàn)選取的酸度范圍在pH為2.9～3.7。由圖2可知隨著pH的增大,所得酒精度逐漸升高,pH過高會(huì)使人不快,酒味香氣均不純正,pH過低很難將果汁發(fā)酵徹底,且會(huì)使果酒不易保存,SO2達(dá)不到要求,風(fēng)味平淡[7-13]。故選取pH為3.3較為適宜。

圖2 pH對(duì)酒精發(fā)酵的影響 Fig.2 Effect of initial pH on alcohol fermentation

2.3 SO2對(duì)酒精發(fā)酵的影響

在整果破碎后,應(yīng)立即加入SO2,這樣不僅迅速抑制了果汁的進(jìn)一步氧化,而且在隨后的24h內(nèi),果酒基質(zhì)立刻達(dá)到所需要的分子態(tài)二氧化硫濃度,保證菌種添加后向正確方向進(jìn)行。由圖3可知,當(dāng)SO2濃度超過70mg/L時(shí),酒精度逐漸降低,這是因?yàn)檫^高的SO2濃度抑制了酵母的生長(zhǎng)繁殖,殺死了部分酵母從而影響了酒精度[8]。故本實(shí)驗(yàn)選取SO2濃度為70mg/L。

表3 pH對(duì)果酒品質(zhì)的影響Table 3 Effect of pH on wine quality

圖3 SO2添加量對(duì)酒精發(fā)酵的影響 Fig.3 Effect of the amount of SO2 on alcohol fermentation

2.4 接種量對(duì)酒精發(fā)酵的影響

由圖4可知,接種量大,菌體繁殖率高,發(fā)酵速度快,發(fā)酵周期短。接種量過大,發(fā)酵培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多消耗在菌體繁殖上,會(huì)導(dǎo)致酵母活性不足,酒精度降低;接種量太少,會(huì)造成酒精發(fā)酵不完全、發(fā)酵遲緩、酒度低、易引起雜菌繁殖。因此選擇接種量1.5‰為宜。

圖4 接種量對(duì)酒精發(fā)酵的影響 Fig.4 Effect of inoculation quantity on alcohol fermentation

2.5 發(fā)酵溫度對(duì)酒精發(fā)酵的影響

溫度是影響發(fā)酵的重要因素之一,溫度過高或過低都會(huì)引起酵母的死亡。果酒的釀造過程不僅僅是乙醇的生成,還包括香氣物質(zhì)的生成和保留,因此綜合各方面考慮果酒發(fā)酵溫度應(yīng)低于乙醇的最適溫度。本實(shí)驗(yàn)選取18～26℃進(jìn)行發(fā)酵,由圖5可知,隨著溫度升高發(fā)酵時(shí)間縮短,酒精度也隨之升高,當(dāng)高于20℃后酒精度有所降低,這是因?yàn)殡m然溫度升高使酵母繁殖快,但是由于酵母的快速繁殖使得發(fā)酵周期變短,酵母衰老變快,發(fā)酵結(jié)束較早。所以會(huì)使得產(chǎn)品酒度低。故本實(shí)驗(yàn)采取低溫發(fā)酵控制溫度在20℃[9-10]。

圖5 溫度對(duì)酒精發(fā)酵的影響 Fig.5 Effect of fermentation temperature on alcohol fermentation

2.6 酒精發(fā)酵工藝的優(yōu)化

響應(yīng)面法以最經(jīng)濟(jì)的方式、較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)和較短的時(shí)間對(duì)所選的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行全面研究。根據(jù) Box-Benhnken 的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取影響較大的三個(gè)因素:溫度(X1)、接種量(X2)、初始糖含量(X3)進(jìn)行組合,采用Minitab15.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken 設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 4 Program and results of Box-Behnken design

用Minitab15.0軟件對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得到感官評(píng)價(jià)值對(duì)自變量發(fā)酵溫度、接種量、含糖量的二次多項(xiàng)回歸模型方程:

Y=89.5+1.83X1-1.58X2+2X3-2.97X12-4.87X22-2.92X32-1.15X1X2-0.35X1X3-X2X3

2.6.1 回歸模型方程的建立及其顯著性檢驗(yàn) 對(duì)該模型方程進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn),結(jié)果見表5和表6。

表5 回歸方程方差分析Table 5 Variance analysis of regression equation

由表5可知,回歸方程的p=0.004<0.01極顯著,失擬項(xiàng)p=0.135>0.05,說明方程不失擬,可以用此模型分析和預(yù)測(cè)軟棗獼猴酒精發(fā)酵的最佳條件。從表6回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知:方程一次項(xiàng)中X1發(fā)酵溫度(p=0.010≤0.01)和X3含糖量(p=0.007<0.01)影響極顯著,X2接種量(p=0.017<0.05)影響顯著;二次項(xiàng)中三者影響均為極顯著;交互項(xiàng)p值均大于0.05影響不顯著,說明軟棗獼猴桃果酒發(fā)酵工藝的三個(gè)因素之間對(duì)酒精發(fā)酵工藝沒有明顯的交互作用[5]。

表6 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 6 Significance test for regression coefficients

2.6.2 軟棗獼猴桃果酒發(fā)酵最佳工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化 根據(jù)回歸方程,采用 Minitab15.0統(tǒng)計(jì)軟件繪制響應(yīng)曲面圖,考察所擬合的響應(yīng)曲面的形狀。響應(yīng)面圖可直觀地反映各因素的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響,如圖6所示。

圖6 含糖量、接種量和發(fā)酵溫度對(duì)感官評(píng)價(jià)影響的響應(yīng)面 Fig.6 Response surface plot of sensory evaluation effects for content of sugar content,inoculation quantity and fermentation temperature

圖6a顯示了軟棗獼猴桃果酒發(fā)酵的含糖量和接種量對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響。當(dāng)含糖量為0.4水平(即20.8%)、接種量為-0.2水平(即1.4‰)時(shí)果酒感官評(píng)價(jià)值最大。圖6b顯示了含糖量和發(fā)酵溫度對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響。當(dāng)含糖量為0.3水平(即20.6%)、發(fā)酵溫度為0.3水平(即20.6℃)時(shí),果酒風(fēng)味和口感較好。圖6c為發(fā)酵溫度和接種量對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響。當(dāng)發(fā)酵溫度為0.3水平(即20.6℃)、接種量為0.2水平(即1.6‰)時(shí),果酒的感官評(píng)價(jià)值較高。

2.6.3 響應(yīng)面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 為了進(jìn)一步確證軟棗獼猴桃果酒的最佳發(fā)酵工藝條件,對(duì)擬合的二次回歸模型方程取一階偏導(dǎo)等于零并整理得:X1≈0.3332;X2≈-0.2389;X3≈0.3634。與其相對(duì)應(yīng)的軟棗獼猴桃果酒發(fā)酵最佳工藝條件為:糖含量為20.7%,接種量為1.4‰,發(fā)酵溫度20.7℃,此時(shí)果酒的口感和風(fēng)味均為最佳。

2.7 理化指標(biāo)

根據(jù)響應(yīng)面法優(yōu)化的結(jié)果,以糖含量為20.7%,接種量為1.4‰,發(fā)酵溫度20.7℃,釀制軟棗獼猴桃果酒,成品于冰箱中冷藏,將貯酒容器添滿,1個(gè)月后取出,并對(duì)其質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析[12]。

2.7.1 軟棗獼猴桃果酒的感官指標(biāo) 該酒淺金黃色、有光澤、澄清透明、酒體圓潤(rùn)、無沉淀物、口感清爽、回味悠長(zhǎng)、典型性好、濃郁優(yōu)雅、具有軟棗獼猴桃的果香。

2.7.2 軟棗獼猴桃的理化指標(biāo)和生物指標(biāo) 酒精度(V/V,20℃)11.2%±1%;總糖(以葡萄糖計(jì))≤4g/L;總酸(以酒石酸計(jì))4～8g/L;揮發(fā)酸(以醋酸計(jì))≤1g/L細(xì)菌總數(shù)≤100CFU/mL;大腸菌群≤3CFU/100mL;致病菌不得檢出。

3 結(jié)論

通過對(duì)酒精發(fā)酵階段工藝參數(shù)的響應(yīng)面分析,確定了最適合本工藝的參數(shù)為含糖量20.7g/L、酵母接種量1.4‰、發(fā)酵溫度20.7℃,發(fā)酵完全結(jié)束后可得到酒精度為10.4%的軟棗獼猴桃果酒。此法生產(chǎn)的軟棗獼猴桃果酒呈淺黃色,果香濃郁酸甜適口,風(fēng)味獨(dú)特,營(yíng)養(yǎng)豐富，感官評(píng)分為92.1。

經(jīng)發(fā)酵后,軟棗獼猴桃果實(shí)自身的大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到保存,融入到了軟棗獼猴桃果酒當(dāng)中,使果酒有了軟棗獼猴桃特有的風(fēng)味。同時(shí),酵母菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生多種風(fēng)味物質(zhì),使果酒形成特殊風(fēng)味。因此軟棗獼猴桃果酒發(fā)酵工藝的研究對(duì)軟棗獼猴桃果實(shí)的開發(fā)利用具有重要理論意義[13-14]。

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