柑橘酒的發酵工藝優化研究

張曉丹，李建婷，秦丹，陳長松，曾璐*

（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙410128；2.天下果業開發有限公司，湖南湘西自治州416000；3.湖南農業大學湖南省作物種質創新與資源利用重點實驗室，湖南長沙410128）

柑橘酒的發酵工藝優化研究

張曉丹1，李建婷1，秦丹1，陳長松2，曾璐3*

（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙410128；2.天下果業開發有限公司，湖南湘西自治州416000；3.湖南農業大學湖南省作物種質創新與資源利用重點實驗室，湖南長沙410128）

以柑橘為原料，篩選出適合柑橘酒發酵的前處理方式及發酵菌種，采用單因素試驗和正交試驗研究初始糖度、酵母接種量、發酵溫度以及主發酵時間對柑橘酒發酵的影響，并對發酵工藝條件進行優化。結果表明，柑橘酒的最佳發酵條件為：采用柑橘濁汁，接種SC果酒酵母，初始糖度24%，酵母接種量0.04%，發酵溫度26℃，主發酵6 d，在此條件下，所得柑橘酒的酒精度12.4%vol，感官得分為83分，可為柑橘酒工業生產提供參考。

柑橘；果酒；發酵工藝；優化

柑橘是世界種植面積和年產量最大的水果[1]，酸甜適口，香氣馥郁，富含有機酸、類黃酮、礦物質、維生素、纖維素等多種對人體有益成分[2]，其中類黃酮、類檸檬苦素、類胡蘿卜素等被證實具有預防心血管疾病[3]、抗氧化[4]、抑制腫瘤細胞[5]的功效。但由于柑橘成熟期集中，采收期短，造成季節性供過于求，采后損耗達20%～30%[6]。目前我國柑橘深加工技術仍相對滯后，常見的柑橘加工制品為糖水橘瓣罐頭和柑橘汁[7]。

以柑橘為原料釀造的果酒，酒精含量低，酒體醇香[8]。并且柑橘酒較好的保留了柑橘的原有功能成分，其中富含多種氨基酸、維生素以及類黃酮、類胡蘿卜素等活性物質[9-10]，具有防衰抗老、保健養顏、潤肺、補肝、安神等效果[9]。同時，發酵過程中，微生物將柑橘中的糖轉化成酒精，與有機酸作用，伴隨發生酯化、氧化、還原等一系列復雜的化學反應，合成多種醇、醛、酯類物質，使果酒具有原料所不能及的營養和風味，因此，近年來柑橘酒的研究受到廣泛關注，目前已取得一些優秀的成果。萬萍等[12]對柑橘酒發酵條件進行了研究。采用單因素試驗研究發酵液pH值、酵母接種量和發酵溫度對柑橘酒品質的影響，并通過正交試驗進一步優化。結果表明：在酵母接種量為12%，pH值為3.8，25℃的條件下發酵5 d，柑橘酒酒精度達到11.24%vol。陳茂彬等[13-14]從柑橘自然發酵液中分離篩選得到發酵能力強，產酒精度高，產香性能好的菌株GJ-17，該菌株可作為獨立的發酵菌株使用。因柑橘果實含產生“后苦味”的檸檬苦素類似物，經加工后的柑橘酒苦澀味較濃，是目前限制柑橘酒工業化生產最大的問題[15]。

因此，本研究研制柑橘發酵酒，篩選出適合柑橘酒發酵的前處理方式及發酵菌種，采用單因素及正交試驗探索最優柑橘發酵工藝條件，以期為減少柑橘資源浪費、提高果農收入，豐富柑橘加工產品提供一條新的途徑。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

柑橘：湖南湘西椪柑；意大利SC果酒酵母：煙臺帝伯仕自釀機有限公司；安琪葡萄酒果酒專用酵母：安琪酵母股份有限公司；法國X16拉曼德釀酒酵母：煙臺帝伯仕自釀機有限公司；蔗糖：廣西貴糖集團股份有限公司；氫氧化鈉（分析純）、葡萄糖（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸（分析純）：廣東光華科技股份有限公司。

1.2儀器與設備

JYZ-E8型榨汁機：九陽股份有限公司；MJ-250B5-Ⅱ型生化培養箱：上海新苗醫療器械制造有限公司；LXJ-IIB型離心機：上海安寧科學儀器廠；LH-T32折光儀：杭州盈傲儀器有限公司；PHS-3B型酒精計：翼州市耀華器械儀表廠；HH-S數顯恒溫水浴鍋：金壇市醫療儀器廠；JA2003N型電子天平：上海箐海儀器有限公司；101-2AB型電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1柑橘酒加工工藝流程[12]

1.3.2操作要點

原料預處理：挑選充分成熟、無病蟲害的柑橘鮮果，用清水洗去表面泥沙，經手工剝皮、分瓣、去籽后用原汁機破碎榨汁，棄去果渣，得柑橘汁。調整成分：柑橘汁糖度為11%左右，為釀制酒精度為11%vol的柑橘酒，將柑橘汁糖度調整到20%；柑橘汁pH值為3.3～3.5，無需進行調整。酵母活化：準確稱取待發酵液質量0.02%的活性干酵母，加入一定體積的待發酵液溶解，在37℃水浴中活化30 min至大量發泡[14]。接種：將活化后的酵母緩慢倒入待發酵液中，邊加邊攪拌。主發酵：將發酵液置于26℃條件下發酵6 d，酒精度達11%vol，糖度降至6%以下，完成酵母的主發酵過程。酒渣分離：主發酵結束，分離酒腳，轉入后發酵。后發酵：后發酵溫度為15～20℃，發酵30 d后進行倒罐處理，分離酒腳[16]。陳釀：于18℃滿罐放置3個月，每隔1個月倒罐1次，以分離沉渣及酒腳，以防止酒腳給原酒帶來異味。澄清、過濾：使用1%的殼聚糖對柑橘酒進行澄清處理，用量為0.6 g/L[17-19]，用4層紗布過濾后即可裝瓶，得柑橘酒成品。

1.3.3原料前處理工藝對發酵的影響

選用4種不同前處理方法制得待發酵液：①柑橘瓣：柑橘剝皮、分瓣、去籽；②柑橘漿：柑橘剝皮去籽后用原汁機榨汁，與果渣混合；③柑橘濁汁：柑橘漿過濾果渣，取汁；④柑橘清汁：將柑橘濁汁在4000r/min的條件下離心5 min，取上清液。分別接種0.02%SC果酒酵母，在26℃條件下主發酵6 d（每個水平進行3次平行試驗），主發酵完成后測定酒精度、還原糖、總酸、干浸出物、維生素C的含量，結合感官評價，篩選得到較優的柑橘酒前處理方法。

1.3.4發酵菌種的選擇

本試驗將柑橘濁汁作為基礎發酵液，分別接種0.02%的3種酵母，在26℃條件下主發酵6 d（每個水平進行3次平行試驗）。主發酵完成后測定酒精度、還原糖、總酸、干浸出物、維生素C的含量，結合感官評價，篩選得到較優的柑橘酒發酵菌種。

1.3.5發酵工藝優化單因素試驗

將柑橘濁汁作為基礎發酵液，加入蔗糖使果汁中初始糖度分別為（12%、16%、20%、24%、28%），接種本試驗篩選的優勢酵母，酵母接種量分別為（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%），在發酵溫度分別為（18℃、22℃、26℃、30℃、34℃）條件下，分別發酵4 d、6 d、8 d、10 d、12 d（每個水平進行3次平行試驗），考察初始糖度、酵母接種量、發酵溫度及發酵時間對柑橘酒發酵的影響。

1.3.6發酵工藝條件的優化正交試驗

根據單因素試驗結果，選取初始糖度（A）、酵母接種量（B）、發酵溫度（C）及發酵時間（D）為考察因素，以酒精度及感官評分為評價指標，設計4因素3水平L9（34）的正交試驗，因素與水平見表1。

表1　柑橘酒發酵條件優化正交試驗因素與水平Table 1　Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of citrus wine

1.3.7分析測定方法

表2　柑橘酒的感官評定標準Table 2　Sensory evaluation standard of citrus wine

酒精度的測定：酒精計法[20]；還原糖的測定：直接滴定法[20]；干浸出物的測定：密度瓶法[20]；總酸的測定：指示劑法[20]；糖度的測定：折光計法[21]；維生素C的測定：滴定法[20]；感官評分方法：結合GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[20]，制定感官評分標準見表2，滿分100分。

2　結果與分析

2.1原料前處理工藝對發酵的影響

采用4種不同的原料前處理方式進行柑橘酒發酵，結果見表3。

表3　前處理方式對柑橘酒品質的影響Table 3　Effects of pretreatment methods on the quality of citrus wine

由表3可知，不同原料前處理方式對柑橘酒的酒精生成量影響較大。用橘瓣直接發酵的柑橘酒，由于柑橘沒有經過榨汁處理，菌種與果汁不能充分接觸，酵母起酵慢，發酵力弱，主發酵6 d后，酒精度僅為9.1%vol；采用柑橘漿發酵的柑橘酒，起酵較快，酒精度為9.8%vol；而采用濁汁和清汁發酵，發酵完全，酒精度分別為10.5%vol、10.2%vol。

不同原料前處理工藝對柑橘酒的品質也有較大影響，主要表現為：取汁發酵的濁汁、清汁處理組在感評得分上明顯優于帶渣發酵的橘瓣、漿處理組。用橘瓣和漿發酵的柑橘酒，酒體相對渾濁，苦澀味濃，適口性差。用濁汁和清汁發酵，酒精度接近預期設定11%vol，酒體顏色清亮，適口性好。可見，橘瓣和漿發酵相對取汁發酵其酵母發酵力受到限制，轉化酒精能力下降，在相同發酵周期下，發酵不充分，酒體成形性差，未能形成濃郁的果酒香氣，同時由于果渣中苦味、果膠和纖維等物質未經處理參與發酵，導致釀造的柑橘酒適口性及視感不佳。但同時也可看到經離心處理的柑橘清汁雖糖轉化充分但大量非可溶性成分在發酵前作為離心沉淀被去除，發酵后得到的酒體維生素C、干浸出物含量低于其他3種處理，酒液顏色及香氣清淡，入口寡淡不具有柑橘的典型性。綜上可知，采用柑橘濁汁作為基礎發酵液較為適合。

2.2發酵菌種的篩選

菌種在果酒釀造中起著至關重要的作用，酵母菌的發酵性能直接影響酒精發酵的質量[22]。良好的發酵菌種，具有發酵徹底、殘糖低、產酒率高、產香性能強，耐酒精耐高低溫和耐高滲透壓等良好性能[23]。3種果酒酵母對柑橘酒品質的影響，結果見表4。

表4　不同酵母對柑橘酒品質的影響Table 4　Effects of different yeasts on the quality of citrus wine

由表4可知，不同發酵菌種對柑橘酒的品質有重要影響。用SC果酒酵母發酵的柑橘酒，酒精度為10.5%vol，酸度為5.57 g/L，干浸出物含量為33.3 g/L，維生素C含量為0.032 g/L，酒體果香味和酒香味濃郁，顏色鮮艷、口感醇厚，苦味不明顯；接種安琪酵母發酵，酒體酸度相較其他兩種菌種最高，為6.85 g/L，而干浸出物具體和維生素C的含量分別為28.7 g/L、0.012 g/L酒體中帶有強烈的酵母味，柑橘香氣被掩蓋，酒香不突出；接種X16拉曼德釀造酵母，維生素C的保留度最佳，達0.063 g/L，酒精度為10.0 g/L，酒體果香不足，酒體顏色偏深，苦澀味突出。綜合各項指標，SC果酒酵母作為柑橘酒的發酵菌種較為合適。

2.3發酵工藝優化單因素試驗結果

2.3.1初始糖度對發酵的影響

糖醇轉化率是指成熟醪酒精度與糖化醪外觀糖度的比值，是衡量可利用糖轉化為酒精的效率的重要指標之一。不同初始糖度對發酵過程的影響，結果見表5。

表5　初始糖度對柑橘酒發酵各指標的影響Table 5　Effect of initial sugar content on indexes of citurs wine fermentation

由表5可知，隨著待發酵液中初始糖度為12%～28%時，殘糖量為4.2%～7.0%，酒精度為5.3%vol～13.5%vol；當初始糖度為12%時，柑橘酒酒精度過低，不滿足國標《葡萄酒》[24]的要求，且糖醇轉化率最低；當初始糖度在16%～24%，殘糖量、酒精度逐漸升高，糖醇轉化率在初始糖度為20%時達到最高，說明在此初始糖度下發酵液中的糖被充分利用；當初始糖度＞20%時，糖醇轉化率逐漸下降，因此，最適初始糖度為20%。

2.3.2酵母接種量對發酵的影響

酵母接種量對柑橘酒的發酵具有較大的影響，接種量少，酵母數量不足，起酵慢，發酵力弱，酒精轉化速率低，酒體易感染雜菌，影響酒體色、香、味的形成，甚至導致發酵失敗。接種量過多，酵母大量進行自體細胞增殖，過早消耗完糖分停止發酵，酒精生成量低，且酒精轉化速率過快，不利于柑橘酒香氣的成型[25]。酵母添加量對發酵過程中酒精度的影響結果見圖1。

圖1　酵母接種量對發酵過程中酒精度的影響Fig.1　Effect of different yeast inoculum on alcohol content during fermentation

由圖1可知，當酵母接種量為0.01%、0.05%時，酒精生成遲緩，發酵結束后酒體酒精度分別為9.2%vol、9.4%vol，低于其他條件；當酵母接種量為0.02%～0.04%時，發酵速度適中，成品酒精度高，分別為10.4%vol、10.7%vol、10.6%vol，因此，較佳的酵母接種量為0.03%。

2.3.3發酵溫度對發酵的影響

發酵溫度對酵母的生長繁殖和酒的釀造過程都有重要的影響[26]，發酵溫度過低或過高，都會使酵母的細胞增殖受到抑制，發酵速度慢，發酵周期長，易感染雜菌；另外過高的溫度會使柑橘中香氣成分喪失，維生素C，色素及黃酮類活性成分破壞分解，導致酒體功能成分降低，香氣不足，酒體粗糙[27]，影響果酒的品質。發酵溫度對發酵過程中酒精度的影響結果見圖2。

圖2　發酵溫度對發酵過程中酒精度的影響Fig.2　Effects of fermentation temperatures on alcohol content during fermentation

由圖2可知，溫度越低，起酵速度越慢。在18℃條件下發酵，發酵速度緩慢，同時發酵6 d后，酒精度僅為9%vol；當發酵溫度維持在34℃時，酒精度急劇上升，發酵3 d即進入平臺期，不利于香氣成分的轉化；發酵溫度為22～30℃時，發酵液起酵較快，發酵速度適中，且在30℃下，5 d基本完成主發酵，酒精度接近10%vol；發酵溫度為26℃的主發酵時間為6 d，酒精度最高，達10.5%vol。綜上可知，較適宜的主發酵溫度應維持在26℃。

2.3.4發酵時間對發酵的影響

酒體的酒精度，主體風味及色澤的形成主要是在主發酵階段[28]。發酵時間過短，酵母發酵不充分，殘糖高，酒精度偏低。反之若發酵時間過長，則果酒中含糖量低，酵母活性下降，死亡率增加，易導致雜菌滋生。發酵時間對發酵過程中酒精度的影響結果見圖3。

圖3　發酵時間對發酵過程中酒精度的影響Fig.3　Effect of fermentation time on alcohol content in the primary fermentation

由圖3可知，對SC果酒酵母而言，起酵時間為1 d，之后發酵曲線迅速進入對數期，第6天進入發酵平臺期，延長發酵時間至第10天，酒精生成量仍與第6天相當，無顯著差別。由此可知，較佳的發酵時間為6 d。

2.4發酵工藝條件的優化

為獲得柑橘酒最適發酵工藝條件，結合單因素試驗結果，以待發酵液的初始糖度（A）、酵母接種量（B）、發酵溫度（C）及發酵時間（D）為影響因素，設計4因素3水平L9（34）的正交試驗。試驗采用綜合加權評分法對發酵工藝進行評價。酒精度評分=各樣品中酒精度×0.6/9個樣品中最高酒精度；感官評分=各樣品感官評分×0.4/9個樣品中最高感官評分；綜合評分=酒精度評分+感官評分，正交試驗結果與分析見表6，方差分析結果見表7。

由表6可知，影響柑橘酒發酵條件的主次因素排序為A＞C＞B＞D，即初始糖度影響最大，其次是發酵溫度和酵母接種量，影響最小的為發酵時間；比較k值大小可知，柑橘酒發酵條件的最優組合為A3B3C2D2，即初始糖度為24%，酵母接種量為0.04%，在26℃條件下發酵6 d。在此最佳條件下進行驗證試驗，所得柑橘酒酒精度為12.4%vol，感官評分為83分，酒體呈深黃色，澄清透亮，酒樣具有典型的柑橘果香，酸甜適口，各項理化指標都符合相關國標要求。

表6　柑橘酒發酵工藝條件優化正交試驗結果與分析Table 6　Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization of citrus wine

表7　正交試驗結果方差分析Table 7　Variance analysis of orthogonal experiments results

3　結論

通過單因素及正交優化試驗優化柑橘酒發酵工藝，以柑橘濁汁為原料，選取SC果酒酵母，維持主發酵溫度在26℃；當發酵液初始糖度為24%，酵母接種量為0.04%，主發酵6 d釀造的柑橘酒酒精度為12.4%vol，感官評分為83分。

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Optimization of fermentation technology of citrus wine

ZHANG Xiaodan1,LI Jianting1,QIN Dan1,CHEN Changsong2,ZENG Lu3*
(1.College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China; 2.Tianxia Fruit Industry Development Co.,Ltd.,Xiangxi 416000,China;3.Hunan Provincial Key Laboratory for Germplasm Innovation and Utilization of Crop,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

Using citrus as the raw material,the pretreatment methods and fermentation strains were selected for the fermentation of citrus wine.The effects of initial sugar content,yeast inoculum,fermentation temperature and the primary fermentation time on citrus wine fermentation were researched,and the fermentation conditions were optimized by single factor and orthogonal experiments.The results showed that the optimal fermentation conditions of citrus wine were using citrus turbid juice,initial sugar content 24%,SC fruit wine yeast inoculum 0.04%,fermentation temperature 26℃and time 6 d.Under the conditions,the alcohol content of citrus wine was 12.4%vol,the sensory score was 83,which could provide a reference for industrial production of citrus wine.

citrus;fruit wine;fermentation technology;optimization

TS262.7

0254-5071（2016）10-0179-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.040

2016-05-06

湖南農業大學青年科學基金（12QN11）

張曉丹（1993-），女，碩士研究生，研究方向為食品加工與安全。

曾璐（1983-），女，助理研究員，博士，研究方向為微生物學。