響應(yīng)面法優(yōu)化覆盆子漿果果酒發(fā)酵工藝研究

吳瑞紅，李慧杰，孫金旭，任耀宗，歸丙晶，鄒笑然

（1.衡水學(xué)院，河北衡水053000；2.衡水市食品藥品監(jiān)督管理局稽查局，河北衡水053000）

響應(yīng)面法優(yōu)化覆盆子漿果果酒發(fā)酵工藝研究

吳瑞紅1，李慧杰2，孫金旭1，任耀宗1，歸丙晶1，鄒笑然1

（1.衡水學(xué)院，河北衡水053000；2.衡水市食品藥品監(jiān)督管理局稽查局，河北衡水053000）

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，利用響應(yīng)面法對(duì)覆盆子漿果果酒發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化研究，通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析建立了以上四因素（酵母菌接種量、初始糖濃度、發(fā)酵溫度、初始pH）和覆盆子果酒酒精度之間的回歸方程模型，確立了覆盆子果酒發(fā)酵的適宜工藝條件為，酵母菌接種量1.3 g/L；初始糖濃度19.5°Bx；發(fā)酵溫度25℃；初始pH3.3，此條件下，覆盆子果酒酒精度為11.6%（體積比），經(jīng)驗(yàn)證，該工藝切實(shí)可行，適宜于工業(yè)生產(chǎn)。

響應(yīng)面；覆盆子；果酒

覆盆子（Raspberry）、大號(hào)角公，薔薇科懸鉤子屬漿果植物，其果實(shí)含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，除常規(guī)的營(yíng)養(yǎng)成分之外，覆盆子漿果還是高鉀低鈉的水果，礦物質(zhì)，花青素、黃酮及揮發(fā)油、萜類、酚酸等有效成分含量豐富，SOD、VE含量具各種水果之首，使覆盆子果實(shí)具有抗氧化、預(yù)防衰老、抗輻射損傷、防癌、抗癌等功效［1］。覆盆子為漿果類，保質(zhì)期較短，不耐儲(chǔ)藏，因此，以覆盆子漿果為原料，開發(fā)覆盆子果酒，對(duì)覆盆子的種植，農(nóng)產(chǎn)品附加值的提高，開發(fā)果酒新品種，豐富果酒市場(chǎng)具有重要意義。本研究以覆盆子漿果為主要原料，利用響應(yīng)面法對(duì)覆盆子漿果果酒的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化研究。

1材料與方法

1.1材料

覆盆子：購(gòu)自白山市渾江區(qū)江北，品種為海爾特茲；白砂糖：市場(chǎng)購(gòu)置（國(guó)家一級(jí)）。

1.2儀器與設(shè)備

分光光度計(jì)：UV-250日本島津；XA-1組織搗碎機(jī)：金壇市開發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠；Agilent 110高效液相色譜儀：大連三杰科技發(fā)展有限公司；7230G紫外可見分光光度計(jì)、JL-60DTH超聲波清洗儀：上海天普分析儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1覆盆子果酒釀造工藝流程

1.3.2覆盆子果酒酒精含量測(cè)定

發(fā)酵酒酒精度測(cè)定：國(guó)標(biāo)法［2］GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。

1.3.3覆盆子果酒發(fā)酵工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，分別選擇對(duì)覆盆子果酒發(fā)酵由影響的條件X1（酵母菌接種量）、X2（初始糖度）、X3（發(fā)酵溫度）、X4（初始pH）為影響因素，以覆盆子果酒發(fā)酵后酒精濃度為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析［3-4］，對(duì)覆盆子果酒發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化研究，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平編碼表Table 1The factor and lecel for Response surface experimental design

2結(jié)果與討論

2.1響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，按照響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇酵母菌接種量（X1）、初始糖度（X1）、發(fā)酵溫度（X3）、初始pH（X4）為實(shí)驗(yàn)因子，以覆盆子果酒酒精度為響應(yīng)，進(jìn)行響應(yīng)面法優(yōu)化覆盆子果酒工藝條件優(yōu)化，結(jié)果如表2。

表2　覆盆子果酒發(fā)酵響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果Table 2The scheme and results of response surface design for raspberry wine

續(xù)表2覆盆子果酒發(fā)酵響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果Continue table 2The scheme and results of response surface design for raspberry wine

2.2響應(yīng)面模型建立及顯著性分析

根據(jù)覆盆子果酒響應(yīng)面分析優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用Design Expert實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析進(jìn)行擬合回歸，方程及分析結(jié)果如下：

回歸模型方差分析如表3所示

表3　回歸模型方差分析表Table 3The variance analysis of regression model for alcohol degree

由表3可知，該回歸方程模型差異極顯著，失擬項(xiàng)P值=0.400 341＞0.05，失擬項(xiàng)差異不顯著，表明所得到的回歸方程模型擬合度很好，一次項(xiàng)X1、X2、X3、X4和二次項(xiàng)X12、X42、X32、X22影響極為顯著，表明其影響較大；R2值為0.992 2，方程擬合度良好，因此此方程模型能夠?qū)Ω才枳庸频木凭a(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)P值幾種因素對(duì)覆盆子果酒酒精生成量影響的強(qiáng)弱順序?yàn)椋撼跏紁H（X4）＞發(fā)酵溫度（X3）＞酵母菌接種量（X1）＞初始糖濃度（X2）。采用SAS9.0中Design-Expert軟件分析最佳組合條件為：0.092 20X1、-0.170 47X2、0.267 82X3、0.225 19X4。此時(shí)覆盆子果酒的酒精度值為11.55%（體積比），根據(jù)回歸模型方程預(yù)測(cè)此條件下酒精產(chǎn)量為11.93%（體積比）。從實(shí)際操作的可能性出發(fā)，經(jīng)優(yōu)化后的發(fā)酵條件修正為如下：酵母菌接種量1.3 g/L；初始糖濃度19.5°Bx；發(fā)酵溫度25℃；初始pH3.3。

2.3響應(yīng)面優(yōu)化條件驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)修正后的覆盆子果酒工藝條件進(jìn)行覆盆子果酒的發(fā)酵試驗(yàn)，經(jīng)三次重復(fù)后得到的覆盆子果酒的酒精度為（11.6±0.2）%（體積比），和理論預(yù)測(cè)相差0.33%，表明該數(shù)學(xué)模型回歸可擬良好，能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)覆盆子果酒酒精產(chǎn)量和發(fā)酵工藝條件之間的關(guān)系，此次優(yōu)化修正后的發(fā)酵工藝條件可以作為工業(yè)生產(chǎn)依據(jù)。

3討論

1）菌種是酒類發(fā)酵的關(guān)鍵性因素之一，葡萄酒酵母菌為果酒發(fā)酵常用菌種，部分學(xué)者利用多菌種混合發(fā)酵［5-6］，效果明顯優(yōu)于單菌株發(fā)酵，且發(fā)酵周期較短，本研究采用單菌株發(fā)酵（高活性葡萄酒酵母），和混合菌株發(fā)酵相比較，發(fā)酵后的香氣成分和發(fā)酵效果存在不足，但總體影響不是很大，以后的研究中混合發(fā)酵可以作為覆盆子果酒發(fā)酵的嘗試。

2）果酒釀造的工藝條件（接種量、初始糖濃度、初始pH，發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間）為果酒發(fā)酵效果的關(guān)鍵性因素，直接影響到果酒的品質(zhì)和風(fēng)味，因此，工藝條件的優(yōu)化研究尤為重要，在單因素研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合分析和實(shí)驗(yàn)研究，以確定幾種因素的最佳組合，最佳組合的設(shè)計(jì)常采用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)雖然克服了全實(shí)驗(yàn)法試驗(yàn)次數(shù)多、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，當(dāng)因素水平較多時(shí)試驗(yàn)無法進(jìn)行的難題，但其試驗(yàn)次數(shù)較少，試驗(yàn)點(diǎn)不具代表性，考查的因素水平僅僅限于局部，未能全面反映因素的全面情況，因此存在很大局限性，本研究工藝優(yōu)化采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，克服了此方面的缺陷，能夠較為全面的反映因素水平的全面情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。

［1］梁魁景，魏淑珍．覆盆子復(fù)合果汁飲料的制備［J］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，7（3）：1623-1625

［2］中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢驗(yàn)總局.GB/T15038-2006.葡萄酒、果酒通用試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：38-46

［3］郭克娜，闞建全，王穎，等.響應(yīng)面法優(yōu)化兼米酒發(fā)酵工藝［J］.食品科學(xué)，2013，5（1）：1-10

［4］彭方杰，牛廣財(cái)，朱丹，等.響應(yīng)面法優(yōu)化黑加侖果酒發(fā)酵條件的研究［J］.中國(guó)釀造，2010，28（12）：58-62

［5］白衛(wèi)東，沈穎，劉曉艷，等.響應(yīng)面優(yōu)化荔枝酒混菌發(fā)酵工藝的研究［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（1）：57-62

［6］汪立平，徐巖.混菌發(fā)酵對(duì)蘋果酒香氣物質(zhì)及發(fā)酵效率的影響［J］.食品科學(xué)，2005，33（10）：151-154

The Response Surface Optimization Research for Raspberry Berry Wine

WU Rui-hong1，LI Hui-jie2，SUN Jin-xu1，REN Yao-zong1，GUI Bing-jing1，ZOU Xiao-ran1
（1.Hengshui College，Hengshui 053000，Hebei，China；2.Hengshui municipal food and drug inspection and testing center，Hengshui 053000，Hebei，China）

On the basis of experimental study of single factor，the multiple regression model was researched between inoculating amount，fermentation temperature，initial sugar density，initial pH and the alcohol degree for raspberry wine by response surface analysis，and the equation that could calculate the alcohol degree.The results through analysis showed that the alcohol degree 11.6%（v/v），the optimization conditions of which inoculating amount，the initial sugar density，fermentation temperature，initial pH were optimized as follows：1.3 g/L，19.5°Bx，25℃，and pH3.3 respectively.

response surface；raspberry；wine

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.025

2015-01-15

衡水學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新課題項(xiàng)目編號(hào)：150107006

吳瑞紅（1977—），女（漢），副教授，碩士研究生，研究方向：學(xué)校體育。