基于響應面分析不同澄清劑對沙棗果酒澄清效果的影響

于翔，單春會，程衛東

（石河子大學食品學院，新疆石河子832000）

基于響應面分析不同澄清劑對沙棗果酒澄清效果的影響

于翔，單春會*，程衛東

（石河子大學食品學院，新疆石河子832000）

為增強沙棗果酒的澄清效果及其穩定性，實驗以蛋清、明膠、殼聚糖、皂土四種澄清劑單一或復合使用的方法對沙棗果酒進行澄清處理，測定沙棗果酒澄清處理前后的酒精度、透光率、總糖、總酸等指標。實驗結果表明：以復合澄清劑澄清效果最佳，即明膠溶液用量0.32 g/L、殼聚糖溶液用量0.85 g/L、皂土溶液用量0.61 g/L，經澄清處理后，果酒的整體理化指標變化較小，酒精度為14.1%vol，總糖2.3 g/L，總酸2.0 g/L，透光率95.6%。

沙棗；果酒；澄清劑；澄清效果

沙棗（Elaeagnus angustifoliaLinn）別名銀柳胡頹子、七里香、刺柳、桂香柳等。產地廣泛，我國主要分布于東北、華北、西北等地區，在新疆大量種植，自然資源極為豐富，具有抗旱、抗鹽堿等特性［1］，用于防風固沙。沙棗在臨床上用于脾胃虛弱、消化不良、腸炎腹瀉、肺熱咳嗽等疾病的治療［2］。沙棗果實含有多種營養成分，同時醫學檢測出黃酮類物質及油脂含量較高。油脂中含多種不飽和脂肪酸，目前國內外已投入大量經費研究不飽和脂肪酸的生理功能。在日常生活中，沙棗果實的浸出物具有一定的消炎作用，多用于腹瀉的治療，是伊朗、土耳其民間和我國新疆治療胃脹的傳統食療材料［3］。

沙棗果酒的研制是沙棗深加工的重要途徑，解決了大量資源浪費的同時也拉動的其經濟附加值。但是制作沙棗果酒的傳統方法較為復雜，在果酒的加工與保藏過程中，極易出現渾濁、褐變等現象，從而導致果酒失去光澤、酒體出現渾濁，嚴重損害沙棗果酒的感官品質及其特性［4-5］。其次，果酒中含有蛋白質、果膠、纖維素、單寧以及酒石酸鹽等，果酒中這些物質以膠體狀態存在，隨著酒精含量在果酒中逐步升高，膠體逐漸形成大分子或其他形式的沉淀物析出，促使果酒呈現渾濁現象［6］。沙棗果酒要達到品質優良且能長期貯藏的效果，澄清工藝及技術的研究與運用是關鍵步驟之一。因此本試驗研究沙棗果酒中單一和復合澄清劑對澄清效果的影響，得到最佳澄清劑配方，從而使沙棗果酒在較長時間內有良好的口感與穩定性。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

沙棗：采摘于新疆沙灣地區；釀酒酵母：安琪酵母股份有限公司；蛋清粉：吳川市銀雨蛋白飼料廠；明膠：河南旗諾食品配料有限公司；殼聚糖：濰坊海之源生物制品有限公司；皂土：上海試劑四廠。

1.2儀器與設備

UV-2000紫外可見分光光度計：上海尤尼柯有限公司；JH502電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；THZ-98臺式恒溫振蕩器：太倉市華美生化儀器廠；ATR-ST手持折光儀：成都泰華光學公司；WNY-01酒精計：河北省滄州地區醫藥公司；TGL-16臺式高速冷凍離心機：力康發展有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1沙棗果酒發酵工藝流程及操作要點

沙棗→原料分級→清洗→預煮→去核→打漿→糖酸調節→接種釀酒酵母→發酵→澄清→過濾→灌裝→煮沸殺菌→成品

原料篩選：釀造果酒的果實品質直接影響到果酒的優劣，沙棗要求新鮮、無霉爛、無蟲蛀，成熟的沙棗蛋白質含量為6.5%～7.5%，總糖含量為43%～52%，氨基酸總量為3.5%～4.0%。

調整糖度：沙棗原液中初始糖度為6%～8%，通過酒精度換算得出所需發酵糖度，通過補加白砂糖達到所需發酵糖度。

接種發酵：在接種前先將酵母活化，將干酵母加入至0.5%的蔗糖水溶液中，120 r/min搖床活化30 min左右，將活化后的酵母接入至沙棗原液中，選擇不同的條件進行發酵試驗，發酵時間為6 d左右。

澄清：采用硅藻土法，在沙棗酒中加入1%的硅藻土，在50～60℃的恒溫水浴鍋上酶解1 h，4 000 r/min離心5 min，取上清液。

1.3.2澄清度波長的選擇

使用UV-2000紫外分光光度計，以蒸餾水作空白，從波長400 nm開始，每隔20 nm測定一次經離心（4 000 r/min離心5 min）澄清后的沙棗果酒的透光率，繪制波長400～800 nm范圍的透光率曲線，確定最佳測定波長。

1.3.3澄清劑的制備［7-9］

蛋清溶液：稱取10 g蛋清粉，加1 g NaCl后溶于100 mL純水中備用，得到10 g/100 mL蛋清溶液。

明膠溶液：稱取2g明膠，加入100mL冷水，浸泡24h去掉雜質，再加入100 mL的95℃熱水攪拌均勻，得到1 g/100 mL明膠溶液。使用時需慢慢加入，并不停攪拌。

殼聚糖溶液：稱取1g殼聚糖溶于100mL的0.2%檸檬酸溶液中，加熱煮沸到全部溶解，配成1 g/100 mL殼聚糖溶液，趁熱使用。

皂土溶液：使用前以5倍50℃左右熱水充分浸泡膨脹24 h，使之形成膠體懸浮液，配制成10 g/100 mL溶液備用。

1.3.4果酒澄清度的判定［10］

取100 mL沙棗果酒原液置于三角瓶中，加入不同種類澄清劑，搖晃均勻（瓶內液體向右側旋轉1 min）后，室溫條件下靜置7 d后取其上清液（使用濾布進行3次過濾），在波長680 nm處以蒸餾水為參比液，測定其透光率，透光率越大表示澄清度越高。

1.3.5單因素澄清條件的優化

對單一澄清條件進行優化，分別考察不同質量濃度的蛋清溶液（0、0.1g/L、0.2g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5 g/L、0.6 g/L、 0.7g/L）、明膠溶液（0、0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.5g/L、0.6 g/L、0.7 g/L）、殼聚糖溶液（0、0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.2g/L、1.4g/L）、皂土溶液（0、0.2g/L、0.4g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L、1.2 g/L、1.4 g/L）對果酒澄清效果的影響。

1.3.6響應面法優化復合澄清劑配比參數

通過單一澄清劑的澄清效果試驗，選明膠溶液（A）、殼聚糖溶液（B）、皂土溶液（C）的用量作為考察因子，以果酒透光率為響應值，采用Box-Behnken設計方法來優化復合澄清劑的最佳配比。試驗水平及編碼見表1。

表1　復合澄清劑配方優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment for compound clarifying agent formula optimizationg/L

1.3.7果酒品質的測定方法

取經離心后的沙棗果酒，分別進行酒精度、殘糖、pH值和透光率等主要理化指標的測定并對果酒進行感官評價，以未使用澄清劑的酒樣作為對照，分析澄清劑對果酒品質的影響。

酒精度檢測：比重法；總糖含量測定：使用手持折光儀；透光率測定：分光光度計，測定波長680 nm處的透光率（以T680nm表示）；pH值測定：使用數顯pH計進行測定。

感官評價：參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》進行感官評價并評分（總分100分），其中外觀15分，香氣25分，滋味40分，典型性20分［11］。

2　結果與分析

2.1透光率波長的選定

對沙棗果酒在波長400～800 nm范圍進行透光率測定，結果見圖1。

圖1　波長對沙棗果酒透光率的影響Fig.1 Effect of wavelength on transmittance of Elaeagnus angustifoliawine

由圖1可以看出，隨著波長的逐漸增大，沙棗果酒的透光率呈先上升后下降的趨勢。當波長增加為680nm時透光率達到最大，因此以680nm作為測定沙棗果酒透光率的波長。

2.2澄清劑的單因素試驗結果

2.2.1蛋清溶液用量對沙棗果酒澄清的影響

沙棗果酒中分別加入不同用量蛋清溶液，靜置、離心、取上清液，探討不同蛋清溶液用量對沙棗果酒澄清的影響，結果見圖2。

圖2　不同蛋清溶液用量對沙棗果酒透光率的影響Fig.2 Effect of different egg white solution addition on transmittance ofElaeagnus angustifoliawine

如圖2所示，隨著蛋清溶液用量的逐漸增加，透光率呈先上升后平穩的趨勢；蛋清溶液用量增至0.3 g/L時，透光率達到最高；當蛋清溶液用量＞0.3 g/L后，透光率呈現逐漸平穩的趨勢。由于雞蛋清主要通過與果酒中某些澀味單寧和色素物質結合形成絮狀沉淀的特殊方式而起到澄清作用［12］，而不能清除果酒中其他渾濁因素（如蛋白質、金屬離子、漿果組織等［13-14］）。所以在蛋清溶液用量＞0.3 g/L時，果酒的透光率逐漸出現平穩的趨勢。因此，最終選取蛋清溶液用量為0.3 g/L。

2.2.2明膠溶液用量對沙棗果酒澄清的影響

沙棗果酒中分別加入不同用量明膠溶液，靜置、離心，取上清液，探討不同明膠溶液用量對沙棗果酒澄清的影響，結果見圖3。

圖3　不同明膠溶液用量對沙棗果酒透光率的影響Fig.3 Effect of different gelatin solution addition on transmittance ofElaeagnus angustifoliawine

如圖3所示，使用明膠溶液澄清后，沙棗果酒透光率呈現出先升高后下降的趨勢。這表明沙棗果酒澄清效果取決于明膠溶液用量，使用量達到0.3 g/L時，澄清效果最佳，但在使用量＞0.3g/L時，果酒逐漸呈現出渾濁狀態。相關文獻表明沙棗果酒中單寧物質的含量較高［15］，而蛋白質類包含明膠，可與果酒中的單寧物質形成單寧-蛋白質絡合物，隨著絡合物的含量增大，果酒中的大部分懸浮物質達到吸附聚沉的效果，從而達到澄清效果。因此，最終選取明膠溶液用量為0.3 g/L。

2.2.3殼聚糖溶液用量對沙棗果酒澄清的影響

沙棗果酒中分別加入不同用量殼聚糖溶液，靜置、離心，取上清液，探討不同殼聚糖溶液用量對沙棗果酒澄清的影響，結果見圖4。

圖4　不同殼聚糖溶液用量對沙棗果酒透光率的影響Fig.4 Effect of different chitosanon addition on transmittance of Elaeagnus angustifolia wine

如圖4所示，隨著殼聚糖溶液用量的增加，果酒透光率呈先上升后下降的趨勢；殼聚糖溶液用量增至0.8 g/L時，果酒透光率達到最大；當殼聚糖溶液用量＞0.8 g/L后，透光率呈現逐步下降。沙棗果酒中的可溶性固形物、黃酮類物質及多種顆粒物質呈負電，殼聚糖溶于果酒后呈正電，將會與帶負電物質結成絮凝物而沉淀［16］。因此，最終選取殼聚糖溶液用量為0.8 g/L。

2.2.4皂土溶液用量對沙棗果酒澄清的影響

沙棗果酒中分別加入不同用量皂土溶液，靜置、離心，取上清液，探討不同皂土溶液用量對沙棗果酒澄清的影響，結果見圖5。

如圖5所示，隨著皂土溶液使用量的逐漸增加，果酒透光率呈先上升后平穩的趨勢；皂土溶液用量增至0.6 g/L時，透光率達到最佳；當皂土溶液用量＞0.6 g/L后，透光率呈現逐漸平穩的趨勢。皂土集合體常呈土狀，其中常含石英、長石、方解石等礦物。添加皂土后，由于正負電荷相互吸引，易于沉淀物質與皂土混合形成絮狀沉淀，從而達到果酒澄清效果［17］。由于皂土只能通過正負電荷吸引，從而達到澄清效果，但是不能清除不帶電荷的渾濁物質，所以當皂土溶液用量達到0.6 g/L后，果酒的透光率呈現平穩的趨勢。因此，最終選取皂土溶液用量為0.6 g/L。

圖5　不同皂土溶液用量對沙棗果酒透光率的影響Fig.5 Effect of different bentonite solution addition on transmittance ofElaeagnus angustifolia wine

2.3復合澄清劑的澄清效果

2.3.1復合澄清劑最佳配比的響應面試驗結果

根據Box-Behnken試驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，選取選明膠溶液（A）、殼聚糖溶液（B）、皂土溶液（C）的用量為考察因素，采用3因素3水平的響應面試驗設計對果酒的透光率（Y）進行優化，試驗設計與結果見表2。

表2　Box-Behnken試驗設計及結果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiments

2.3.2回歸模型的建立與方差分析

通過統計軟件Design-Expert.V8.0.6對響應面試驗結果進行多元回歸擬合，對表2的數據進行回歸分析，得到復合澄清劑最佳配比的初步回歸模型為：

對回歸模型進行方差分析，結果見表3。

表3　回歸模型的方差和顯著性分析結果Table 3 Coefficient and significance analysis results of regression model

由表3可知，模型P＜0.01，表明回歸模型極顯著，失擬項P＞0.05，表明不顯著。相關系數R2=0.985 3，說明該模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用此來分析和預測明膠、殼聚糖、皂土復合澄清劑的澄清作用。在各因素中，A、B、二次項A2、B2對果酒透光率的影響極顯著（P＜0.01）。交互項AB對結果影響顯著（P＜0.05）。這表明各試驗因素對果酒透光率的影響存在交互作用。

2.3.3響應面分析

圖6　明膠與殼聚糖交互作用對透光率影響的等高線和響應面Fig.6 Response surface plots and contour line of effects of gelatin and chitosan interaction on transmittance

明膠和殼聚糖兩因素對果酒透光率的響應面和等高線見圖6。由圖6可知，隨著明膠溶液添加量的增加，果酒的透光率呈現先增大后減小的趨勢，呈二次函數關系。明膠和殼聚糖的添加量以及明膠和殼聚糖之間的交互作用對果酒透光率的影響極其顯著（P＜0.01）。

通過統計軟件Design-Expert V8.0.6對模型優化求解，可得到最大響應值所對應的因素條件為：明膠溶液用量0.32 g/L、殼聚糖溶液用量0.85 g/L、皂土溶液用量0.61 g/L，在此條件下，沙棗果酒透光率可達到96.14%，優于單一澄清劑。在此條件下進行驗證試驗，沙棗果酒透光率為95.6%，與模型的預測值96.14%相符。因此，說明該回歸方程可應用于實踐中。

2.4不同澄清劑處理對沙棗果酒品質的影響

根據2.2中不同澄清劑的單因素試驗和2.3中復合澄清劑Box-Behnken試驗結果分析，單一或復合的澄清劑都對沙棗果酒具有一定的澄清效果，然而也會對果酒的風味成分造成某些不良的影響，致使果酒口感與香氣發生一定變化。因此本試驗對使用最佳單一或復合澄清劑處理前后的沙棗果酒的酒精度、總糖含量、總酸含量進行測定，比較澄清前后的理化指標，從而確定澄清沙棗果酒的最優工藝。試驗結果參見表4。

表4　不同澄清劑處理對沙棗果酒品質的影響Table 4 Effects of different clarifiers addition on quality of Elaegnus angustifoliawine

由表4可知，采用單一或復合澄清劑處理后，果酒的透光率高低為復合澄清劑＞殼聚糖＞明膠＞蛋清＞皂土＞原酒，其中復合澄清劑處理所得的果酒透光率最高為95.6%，即澄清效果最好，相對于原酒透光率78.5%，提高了17.1%。試驗結果和Box-Behnken試驗所得結論一樣；所有單一或復合澄清劑對酒精度都有部分影響，酒精度稍有下降，但其他理化指標均較平穩；經澄清劑處理后，果酒總糖變化比較穩定，其中殼聚糖添加處理后，果酒中總糖度有所上升，其他澄清劑均小幅降低；總酸含量相對于原酒都有所降低；感官評價高低為復合澄清劑＞殼聚糖＞明膠＞蛋清＞皂土＞原酒；因此，復合澄清劑處理后的果酒酒體醇厚，果香與酒香協調，口感突出，質量最佳。

3　結論

試驗結果表明，四種澄清劑蛋清、明膠、殼聚糖、皂土單一地或復合使用均對沙棗果酒的澄清效果有一定的影響。澄清效果整體最佳為明膠、殼聚糖加皂土的復合澄清劑，即明膠溶液用量0.32g/L、殼聚糖溶液用量0.85g/L、皂土溶液用量0.61 g/L，經該處理后，果酒的澄清度最佳，透光率達95.6%，酒體色澤光鮮，果香與酒香協調，感官評價分達94分，且果酒理化性質變化微弱。其次為殼聚糖處理，透光率達94.2%；明膠處理后透光率達93.5%，澄清效果突出，但是經過處理后的果酒風味較差。

本試驗通過研究單一或復合澄清劑的添加量對沙棗果酒澄清效果及感官評定的比較，得到沙棗果酒的澄清劑最優配方，但對試驗中各澄清劑的澄清機理及其對果酒風味、感官影響的原因未作深入研究，有待更深層次的研究。

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YU Xiang，SHAN Chunhui*，CHENG Weidong
（College of Food Science，Shihezi University，Shihezi 832000，China）

In order to improve the clarifying effect and stalibity ofElaeagnus angustifoliawine，theE.angustifoliawine was treated using single and compound agents of egg white，gelatin，chitosan，and bentonite.Then alcohol content，light transmittance，total sugar，total acid ofE.angustifolia wine before and after clarification was determined.Results showed that the effect of compound clarifying agents was the optimum，and the formula was as follows：gelatin 0.32 g/L，chitosan 0.85 g/L，bentonite 0.61 g/L.The physical and chemical indexes changed little in wine after clarification，the alcohol content was 14.1%vol，total sugar was 2.3 g/L，total acid was 2.0 g/L，and the light transmission rate was 95.6%.

Elaeagnus angustifolia；fruit wine；clarifying agents；clarifying effect

TS262.7

0254-5071（2016）06-0150-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.06.032

2016-02-23

兵團特色果蔬中心（5001501）；兵團英才（0213-60016）

于翔（1992-），男，碩士研究生，研究方向為食品加工與安全。

單春會（1978-），男，副教授，博士，研究方向為果蔬貯藏與加工。