固定化酵母釀造臍橙果酒的工藝研究

余森艷，李志紅，程海韻

(湖北工程學院 新技術學院，湖北 孝感432000)

固定化酵母釀造臍橙果酒的工藝研究

余森艷，李志紅，程海韻

(湖北工程學院 新技術學院，湖北 孝感432000)

摘要：以臍橙為原料，對游離酵母和固定化酵母發酵制備臍橙果酒進行對比試驗分析，并采用單因素試驗和正交試驗對固定化酵母發酵的初始糖度、酵母菌用量、發酵溫度進行了工藝優化，最后對固定化酵母細胞重復利用進行了初步研究。結果表明：固定化酵母比游離酵母發酵速度快，酒精產生量多；固定化酵母發酵制備臍橙果酒的最佳工藝條件為：初始糖度16%，酵母菌用量0.6%，發酵溫度24 ℃，在此條件下發酵6 d后得到果香濃郁、色澤金黃、澄清透明、酒精度為9.0% vol的優質臍橙果酒；固定化酵母可以重復利用，經3次重復發酵后果酒的酒精度仍能達到6.4% vol。

關鍵詞：臍橙；果酒；固定化酵母；釀造工藝

中圖分類號：TS262.7

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)06-0016-05

收稿日期：2015-08-18

基金項目：湖北工程學院新技術學院科研資助項目(Hgxky201402)

作者簡介：余森艷(1977-)，女，湖北應城人，湖北工程學院新技術學院講師，碩士。

Abstract：Using navel oranges as the major raw material, free yeast and immobilized yeast were used respectively in the experimental production of navel orange wine. The brewing conditions for the initial sugar content, yeast dosage and temperature were optimized with immobilized yeast fermentation by using single-factor test and orthogonal experiments. Finally, the preliminary study on the continuous fermentation of immobilized yeast was carried out. Results showed that immobilized yeast led to quicker fermentation than free yeast and also had high fermenting alcohol content. The optimum technical conditions for immobilized yeast fermentation were as the following: initial sugar concentration was 16%, the yeast dosage is 0.6%, and the temperature is 24 ℃. The alcohol content of navel orange wine amounted to 9.0% vol under the optimum conditions after 6 days of fermentation with fruity flavor, golden-yellow color and good clarification level. Immobilized yeast could be reused for fermentation, and the alcohol content of wine could still reach 6.4% vol for 3 times of fermentation.

臍橙被譽為“柑橘之王”，是蕓香科植物甜橙(Citrus sinensis Osbeck)栽培品種的成熟果實，主要分布在四川、湖北、江西等地，產量居世界第3位[1-2]。臍橙營養豐富，含有人體所必需的各類營養成份，具有降低膽固醇、分解脂肪、減少有色金屬和放射性元素在人體內積累、防癌抗癌等保健功效[3]。然而，由于臍橙成熟期較集中，深加工產業滯后，致使鮮銷壓力非常大，嚴重制約了我國柑橘產業的發展。目前，固定化酵母發酵作為一種新型的果酒發酵方式，已經引起國內外研究者的廣泛關注。與傳統游離細胞發酵法相比，酵母細胞固定化在簡化生產工藝、重復使用、產物分離、降低成本等方面有著突出的優勢，對于創新和改進傳統發酵工藝具有積極的促進作用[4-6]。利用臍橙良好的風味與色澤釀造果酒，并將固定化細胞技術應用于發酵工藝中，不僅能解決臍橙在成熟高峰期大量積壓的問題，還能極大地增加臍橙的經濟附加值，為固定化酵母細胞發酵生產果酒提供一定的參考。

1材料與方法

1.1主要原材料

贛南臍橙、冠生園蜂蜜：市售；菌種安琪葡萄酒·果酒專用酵母(RW)：湖北宜昌安琪酵母有限公司；果膠酶(酶活力10 000 U/g)：山東煙臺通商國際貿易有限公司；實驗所用化學試劑均為市售分析純。

1.2主要儀器

JYZ-E7型榨汁機，山東省九陽小家電有限公司；PSH-3C型精密pH計，上海今邁儀器儀表有限公司；BSA223S型電子天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；SHZ-Ⅲ型循環水真空泵，上海亞榮生化儀器廠；DZKW-S-6型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器有限公司；WYT型手持折光儀，上海銀澤儀器設備有限公司；SPX-1608F型生化培養相，上海福瑪實驗設備有限公司；酒精計，河北武強縣同輝儀表廠；722s可見分光光度計，上海棱光技術有限公司。

李志紅(1976-)，男，湖北仙桃人，湖北工程學院新技術學院助理實驗師。

程海韻(1991-)，女，湖北仙桃人，湖北工程學院新技術學院學生。

1.3分析方法

糖度：WYT型手持折光儀測定；酒精度：酒精計法(按GB/T15038-2006測定)；pH值：pH計法；澄清度測定：采用比色法，分光光度計于波長630～650 nm處檢測果酒透光率。

1.4工藝要點

1.4.1工藝流程

本文中臍橙果酒的制作工藝流程如圖1所示。

圖1　臍橙果酒的制作工藝流程

1.4.2技術要點

(1)臍橙汁的制備。挑選新鮮成熟的贛南臍橙，清洗去皮后，用榨汁機榨取果實汁液，并在果汁中添加0.05%的果膠酶，置于50 ℃水浴中保溫2 h后，在真空泵下抽濾得到澄清的臍橙原果汁，在低溫下貯藏備用。

(2)成分調整。測得臍橙汁的初始pH為4.0左右，適宜于酵母發酵，故在實驗中不作調整。而新榨得的臍橙汁糖度僅為9.5左右，糖度偏低，為了提高發酵酒精度，通過添加蜂蜜，調節果汁的糖度至發酵所需的糖度。

(3)酵母細胞固定化。稱取適量活性干酵母，用2%的蔗糖液在37 ℃條件下活化30 min。將酵母活化液與3%海藻酸鈉溶液混勻，用注射器將其勻速滴入4% CaCl2溶液中，形成凝膠小球，并鈣化30 min，用無菌水洗滌3次[7]。

(4)游離酵母與固定化酵母發酵對比。在相同條件下，將制備好的臍橙汁分別采用游離酵母和固定化酵母進行酒精發酵，每天取樣進行相關指標的檢測，并做好數據記錄。

(5)固定化酵母發酵工藝實驗。以初始糖度、酵母菌用量、發酵溫度為因素，以酒精度為指標，通過單因素試驗和正交試驗，對固定化酵母發酵臍橙汁的生產工藝進行優化。

(6)澄清、滅菌方法。采用明膠——單寧澄清法[8]，兩者正負電荷相吸形成絮狀沉淀，待沉淀完全后過濾，并用巴氏滅菌法，最后得到果酒成品。

(7)固定化酵母重復利用實驗。根據固定化酵母可重復使用的特點，在最佳生產工藝條件下對固定化酵母細胞進行了3次重復發酵實驗，以探究重復利用固定化酵母的效果。

2結果與分析

2.1游離酵母與固定化酵母發酵對比

取一定量臍橙汁，調整初始糖度為16%，分別加入酵母量為0.2%的固定化酵母和活化好的游離酵母，在22 ℃條件下進行恒溫發酵，做好數據記錄，實驗結果見圖2和圖3。

圖2　游離酵母與固定化酵母發酵時糖度的變化

圖3　游離酵母與固定化酵母發酵時酒精度的變化

由圖2和圖3可以看出，在發酵過程中，游離酵母和固定化酵母發酵的糖度變化均呈下降趨勢。區別在于，發酵前期游離酵母發酵降糖速率較快，但在后期固定化酵母繼續降糖明顯，至第6 d時，其酒精度產生量達到7.2% vol，明顯高于游離酵母發酵酒精度。主要原因在于前期固定化酵母細胞包埋在載體中，不利于糖的降解和酒精的生成，而后期游離酵母發酵速率減慢，除了底物濃度降低外，發酵代謝產物對游離細胞也有一定的抑制作用[9]。

2.2固定化酵母發酵單因素試驗

2.2.1初始糖度的選擇

在酵母菌用量為0.2%，發酵溫度為22 ℃條件下，研究不同初始糖度對固定化酵母發酵的影響，結果見圖4。

圖4　初始糖度對固定化酵母發酵的影響

臍橙汁的初始糖度直接影響到固定化酵母發酵后產品的酒精度。由圖4可以看出，隨初始糖度的增加，酒精度也增加，但初始糖度過高會影響酵母細胞的生長和代謝，不利于果酒徹底的發酵。初始糖度過低，又會延長發酵周期，果酒的品質也相對較差。因此選擇14%、16%、18%這三個初始糖度用于固定化酵母發酵正交試驗。

2.2.2酵母菌用量的選擇

在初始糖度為16%，發酵溫度為22 ℃條件下，研究不同酵母菌用量對固定化酵母發酵的影響，結果見圖5。

圖5　酵母菌用量對固定化酵母發酵的影響

酵母菌用量是影響酒精發酵的重要因素之一。由圖5可見，在一定范圍內，酒精度隨酵母菌用量的增加而增加。當酵母菌用量為0.2%時，酒精度水平相對最低，而酵母菌用量為1.0%時，雖然發酵速度較快，但最后酒精度相對偏低，且成品果酒風味不佳，酒液也較渾濁。這是因為酵母菌用量過少，會導致底物轉化不完全，發酵后酒精度較低；而酵母菌用量過大，制得的果酒酵母味也較重，影響成品風味，且酵母自身生長繁殖會消耗原料中大量的糖分，致使果酒中酒精度相對偏低。因此選擇0.4%、0.6%、0.8%這三個酵母菌用量用于固定化酵母發酵正交試驗。

2.2.3發酵溫度的選擇

在初始糖度為16%，酵母菌用量為0.4%條件下，研究不同發酵溫度對固定化酵母發酵的影響，結果見圖6。

圖6　發酵溫度對固定化酵母發酵的影響

溫度影響固定化酵母的活性，故對臍橙果酒的釀造有重要影響。由圖6可見，在20 ℃條件下，固定化酵母發酵過程緩慢，最終酒精度相對最低。若溫度過高，易使酵母菌過早衰老，最終酒精度反而偏低，且成品風味不佳。因此選擇22 ℃、24 ℃和26 ℃這3個溫度用于固定化酵母發酵正交試驗。

2.3固定化酵母發酵正交試驗

為了進一步確定固定化酵母發酵生產臍橙果酒的最佳工藝條件，根據單因素試驗結果，以初始糖度、酵母菌用量和發酵溫度為考察因素，以酒精度為考察指標，選用L9(34)進行正交試驗，實驗結果見表1，方差分析見表2。

由表1可以看出，影響固定化酵母發酵臍橙果酒的主次因素順序為：B>A>C，也就是酵母菌用量的影響最大，其次是初始糖度，最后是發酵溫度，發酵工藝的最優組合和最優水平為A2B2C2，即固定化酵母細胞釀造臍橙果酒的最佳工藝為：臍橙汁初始糖度為16%，固定化酵母菌用量為0.6%，發酵溫度為24 ℃。

由表2方差分析結果可知，B因素(酵母菌用量)達極顯著水平。為了確保發酵工藝條件最優，對正交試驗所得最佳條件A2B2C2進行驗證。驗證試驗結果為：固定化酵母釀造臍橙果酒的酒精度高達9.0% vol，比正交試驗表中各組酒精度都高，達到了正交試驗優化工藝條件的要求。

2.4固定化酵母重復利用結果

根據固定化酵母發酵正交試驗結果，在臍橙汁初始糖度為16%，固定化酵母菌用量為0.6%，發酵溫度為24 ℃的最佳工藝條件下，經過第1次發酵后，將固定化酵母取出，在相同條件下對臍橙汁進行第2次和第3次發酵。試驗結果如圖7和圖8所示。

表1　正交試驗結果

圖7　固定化酵母連續3次發酵時糖度的變化

圖8　 固定化酵母連續3次發酵時酒精度的變化

由圖7和圖8的結果可知，固定化酵母經過重復3次發酵后，雖然發酵強度逐漸減弱，發酵過程趨于平緩，但依然保持較好的發酵效果，在第3次連續發酵后，酒精度仍能達到6.4 %vol，由此說明固定化酵母在重復利用方面確有實效。

3結論

固定化酵母與游離酵母相比，在連續發酵中有極大優勢，且在整個試驗過程中均發揮了非常穩定高效的發酵性能，重復利用的同時減少了酵母培養和增殖的時間，具有節約成本和提高發酵效率的獨特優勢，有利于果酒的工業化生產。

采用固定化酵母發酵臍橙果酒的最佳工藝條件為：初始糖度16%，酵母菌用量0.6%，發酵溫度24 ℃，在此條件下發酵6 d可使酒精度達到9.0% vol，而且固定化酵母經過3次重復利用后，仍可使臍橙果酒的酒精度達到6.4% vol，具有較好的應用前景。

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Study on Brewing Technology of Navel Orange

Fruit Wine by Immobilized Yeast

Yu Senyan, Li Zhihong, Cheng Haiyun

(CollegeofTechnology,HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan，Hubei432000,China)

Key Words：navel orange; fruit wine; immobilized yeast; brewing technology

(責任編輯：張凱兵)