復合澄清劑對紅樹莓果酒的澄清效果研究

于潤美，姜燕，張海悅，翟碩

（長春工業大學化學與生命科學學院，吉林長春130012）

復合澄清劑對紅樹莓果酒的澄清效果研究

于潤美，姜燕*，張海悅，翟碩

（長春工業大學化學與生命科學學院，吉林長春130012）

以紅樹莓為原料發酵釀造紅樹莓果酒，并將殼聚糖和皂土作為復合澄清劑，探究其澄清效果及穩定性。以紅樹莓果酒透光率為響應值，采用Box-Behnken中心組合試驗和響應面分析法，研究復合澄清劑比例、水浴溫度和水浴時間對紅樹莓果酒澄清效果的影響。結果表明復合澄清劑澄清紅樹莓果酒的最佳工藝參數為：殼聚糖和皂土的質量比為3∶1、水浴溫度45℃、水浴時間35 min，在此條件下紅樹莓果酒透光率為91.26%，與響應面預測值91.32%擬合性較好，且酒體澄清透明，酒香濃郁，穩定性好。

紅樹莓；果酒；殼聚糖；皂土；澄清

樹莓又稱“覆盆子”，薔薇科懸鉤子屬漿果植物，其性微溫，味甘酸，腎經、歸肝，具有補肝益腎、明目之功效[1]。樹莓中含有豐富的糖、有機酸、維生素C及活性成分如鞣花酸、樹莓酮和黃酮等，具有抗氧化、降血脂、抗癌、提高免疫力等作用[2]。以紅樹莓為原料，經過破碎、發酵、陳釀等工藝釀造的果酒，可以促進血液循環和身體的新陳代謝，達到護肝、抗衰老的目的。

樹莓果酒中含有大量單寧、有機酸、果膠質等成分，大多以膠體形式存在，屬于高度分散的熱力學不穩定體系，使紅樹莓果酒在釀造過程中出現渾濁的現象，影響果酒的品質，需對紅樹莓果酒進行澄清處理[3]。常用的澄清劑有殼聚糖、皂土、明膠等。殼聚糖及其衍生物具有良好的絮凝、澄清作用，可使懸浮物迅速絮凝，自然沉淀，提高原液的得率；皂土是由天然膨潤土精制而成的無機礦物凝膠，在釀酒和農業中用作穩定劑、澄清劑等；明膠可以吸附果酒中的負電荷使其相互聚集沉淀達到澄清的效果。目前，紅樹莓果酒澄清研究均采用單一澄清劑，對于復合澄清劑優化試驗以及澄清后穩定性研究較少。本試驗利用單因素和響應面優化試驗確定最佳澄清方法，使澄清后的果酒透明，穩定性強，為紅樹莓果酒產品開發利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅樹莓：吉林省白山市玖宏樹莓種植基地；安琪葡萄酒果酒專用酵母：湖北省宜昌市安琪酵母有限公司；澄清劑（明膠、皂土）：鄭州萬搏化工產品有限公司；殼聚糖（脫乙酰度＞90%）：南通興成生物制品廠；檸檬酸：濰坊英軒實業有限公司；白砂糖：市購。

1.2 主要儀器與設備

Varian Cary 50紫外可見分光光度計：馭锘實業上海有限公司；TG-16G臺式高速離心機：湖南凱達科學儀器有限公司；WNY-01酒精計：河北省滄州地區醫藥公司；PHS-3D型pH計：上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

紅樹莓→原料分級→清洗→打漿→糖酸調節→接種果酒酵母→發酵→陳釀→澄清→二次調配→罐裝→殺菌→產品

1.3.2 澄清劑的制備方法

2%明膠溶液：準確稱取2 g明膠，置于98 mL蒸餾水中浸泡24 h，緩慢加熱溶解，邊加熱邊攪拌，配成2%明膠，靜置冷卻備用。

2%皂土溶液：準確稱取2 g皂土，置于98 mL蒸餾水中浸泡24 h，使其充分吸水膨脹，攪拌制成2%皂土懸浮液備用。

2%殼聚糖溶液：準確稱取1 g檸檬酸，將其加入在97 mL蒸餾水中攪拌直至溶解，再加入2 g殼聚糖，緩慢加熱直至殼聚糖完全溶解，靜置冷卻后備用。

1.3.3 各指標測定方法

1）透光率：取離心后的澄清果酒汁，以蒸餾水作為對照，在800 nm處測定透光率[3]。

式中：A為吸光度。

2）總酸：采用酸堿滴定法[4]。總糖：采用直接滴定法[4]。酒精度：酒精計法[4]。干浸出物：比重瓶法[4]。總酚：Folin-Denis法。蛋白質：考馬斯亮藍G-250法。

1.3.4 穩定性試驗

1）蛋白質穩定性試驗：取100 mL澄清酒液，向其加入2 mL 10 g/L單寧液，在80℃水浴加熱30 min左右，靜置冷卻，若發現絮狀沉淀，則說明含有過量蛋白，使瓶內蛋白敗壞。

2）氧化穩定性試驗：取100 mL澄清酒液在室溫下放置24 h，若顏色、氣味等發生變化則說明其氧化性不穩定。

3）鐵穩定性試驗：取100 mL澄清酒液進行開瓶通氣處理，然后塞住瓶口不斷搖動將酒瓶倒置，7 d后觀察是否有沉淀，若有沉淀，則表明鐵敗壞。

4）銅穩定性試驗：取100 mL澄清酒液密封后平放接受陽光照射，7 d后觀察是否有渾濁，若有渾濁，則表明銅敗壞。

5）生物穩定性試驗：取100 mL澄清酒液密封后在30℃恒溫箱里培養10 d，觀察與原酒感官差別，若差別很大則說明引起生物污染。

6）將不同澄清劑處理后的紅樹莓果酒，分別進行冷處理（-4℃靜置1 d）和熱處理（90℃水浴加熱10 min），觀察酒體變化[5-6]。

1.3.5 復合澄清劑澄清效果試驗

經預試驗得出殼聚糖和皂土的澄清效果優于明膠，因此選擇殼聚糖（2%）和皂土（2%）不同質量比例混合作為復合澄清劑，且復合澄清劑與原酒比例為2.5 g/L。以透光率為指標，分別對復合澄清劑質量比（1∶1、1.5∶1、2 ∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1）、水浴溫度（30、35、40、45、50、55 ℃）和水浴時間（10、20、30、40、50、60 min）3個因素進行單因素試驗，在室溫下靜置72 h后，3 000 r/min離心15 min，取上清液在800 nm處測定其透光率。

1.3.6 復合澄清劑澄清條件響應面優化試驗

根據單因素試驗的結果，采用Box-Benhnken法對復合澄清劑比例、水浴溫度及水浴進行三因素三水平優化試驗設計，相應的因素水平見表1，數據處理采用Design Expert 7.5軟件。

表1 Box-Benhnken法響應面因素水平表Table 1 Factor level table used in the Box-Behnken design

2 結果與分析

2.1 復合澄清劑澄清單因素試驗

2.1.1 復合澄清劑比例對紅樹莓果酒的澄清效果

復合澄清劑比例對紅樹莓果酒澄清效果的影響見圖1。

由圖1可知，殼聚糖和皂土復合使用對紅樹莓果酒澄清效果顯著，平均透光率達到85%以上。隨著殼聚糖與皂土比例增加，透光率明顯上升，當質量比達到2.5∶1時透光率達到最高87.5%。當比例繼續增大后，透光率呈現急速下降趨勢。澄清后試管底部出現大量沉淀，酒體澄清透明無懸浮物。皂土吸水膨脹后形成了帶負電荷的膠體懸浮液，能夠與帶正電荷的蛋白質等渾濁物相互吸附形成絮狀沉淀[7-10]；殼聚糖溶于稀酸溶液中，形成帶正電荷的分子，與樹莓果酒中帶負電荷的顆粒相互作用，使果酒中果膠等沉淀下來[11-12]。殼聚糖與皂土聯合作用吸附酒液中正負電荷渾濁物，澄清效果優于單一澄清劑。當澄清劑比例增大時，渾濁物已被完全沉淀，過量的殼聚糖形成的膠體系統阻礙了酒體澄清。

圖1 復合澄清劑比例對紅樹莓果酒澄清效果的影響Fig.1 Effect of compound clarifying agents’ratio on clarifying of red raspberry wine

2.1.2 水浴溫度對紅樹莓果酒的澄清效果

水浴溫度對紅樹莓果酒澄清效果的影響見圖2。

圖2 水浴溫度對紅樹莓果酒澄清效果的影響Fig.2 Effect of bath temperature on clarification of red raspberry wine

由圖2可知，水浴溫度在30℃~45℃之間，透光率會隨著水浴溫度升高而上升，當溫度達到45℃時，紅樹莓果酒澄清效果較好，透光率達到87.3%，繼續升溫，透光率稍有下降，但變化很小。在一定水浴溫度范圍內可以使紅樹莓中蛋白質、膠體物質凝結沉淀，而且利于皂土吸水膨脹，與殼聚糖充分結合，分子之間相互作用形成氫鍵和共價鍵，吸附紅樹莓果酒中的帶正負電荷的雜質，增強了復合澄清效果[5]，但水浴溫度繼續升高影響紅樹莓果酒中的有效成分例如花色苷、鞣花酸等的活性，酒體分解部分物質影響澄清度。

2.1.3 水浴時間對紅樹莓果酒的澄清效果

水浴時間對紅樹莓果酒的澄清效果見圖3。

圖3 水浴時間對紅樹莓果酒澄清效果的影響Fig.3 Effect of bath time on clarification of red raspberry wine

由圖3可知，隨著水浴時間的延長，透光率迅速上升，當水浴時間達到30 min時，透光率達到87.4%，繼續延長水浴時間，透光率明顯下降后趨于平穩。因為適當的水浴時間利于酒液中正負電荷微粒之間相互作用，復合澄清劑與其絮凝沉淀，若水浴時間太長會造成復合澄清劑粘度過大，不利于澄清且影響果酒品質。

2.2 響應面優化實驗結果分析

根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理，以果酒透光率作為響應值（R1），在單因素的基礎上選取復合澄清劑比例（A）、水浴溫度（B）、水浴時間（C）為考察因素，并以-1，0，1代表每組3個水平設計三因素三水平的響應面優化試驗見表2。

表2 響應面優化試驗設計及結果Table 2 Design and results of response surface methodology test

續表2 響應面優化試驗設計及結果Continue table 2 Design and results of response surface methodology test

使用Design Expert 7.5軟件對表2中數據進行非線性回歸的二次多項式擬合，得到預測模型方程如式（2）。

表3為回歸方程方差分析結果，顯著性檢驗表明該回歸模型顯著（p＜0.000 1），失擬項不顯著，且該模型的R2=0.979 5，R2adj=0.953 2，說明該模型與實際擬合較好，自變量與響應值之間線性關系顯著，可以預測復合澄清劑澄清紅樹莓果酒工藝。

表3 方差分析結果Table 3 Analysis of variance（ANOVA）of the regression model

各因素的F值可以反映各因素對試驗指標的重要性，F值越大，表明對響應值的影響越大。如表3所示，FA=22.99，FB=6.98，FC=61.69，故可知各因素對紅樹莓果酒透光率的影響主次順序為：水浴時間＞復合澄清劑比例＞水浴溫度。由表3還可以看出，方程的一次項A（復合澄清劑質量比）和C（水浴時間）對響應值的影響極顯著，B（水浴溫度）對響應值的影響顯著，二次項 A2、B2、C2對響應值的影響均為極顯著，A、B、C 之間交互作用對響應值的影響不顯著（圖4）。

圖4 復合澄清劑比例、水浴溫度和水浴時間對紅樹莓果酒透光率交互影響的響應面和等高線圖Fig.4 Response surface plots and contour lines of the interactive effect among the compound clarifying agents’ratio，bath temperature and bath time on clarification of red raspberry wine

由該模型優化得到復合澄清劑澄清紅樹莓果酒的最優工藝為：復合澄清劑（殼聚糖：皂土）質量比為2.62∶1，水浴時間33.59 min，水浴溫度45.38℃，果酒透光率為91.32%。考慮實際操作，設定復合澄清劑質量比3∶1，水浴時間35 min，水浴溫度45℃，按上述條件進行3組平行驗證試驗，平均透光率為91.26%，與理論預測值相近，故通過該響應面優化后得出的回歸方程具有實際意義。

2.3 不同澄清劑對紅樹莓果酒澄清效果及品質影響

澄清劑對紅樹莓果酒澄清效果及各成分變化見表4。

表4 澄清劑對紅樹莓果酒澄清效果及各成分變化Table 4 The clarifier effects on the clarification of red raspberry wine and the change of each component

由表4可知，紅樹莓果酒經澄清劑處理后，其總糖、總酸、酒精度的含量與澄清前相比，變化不太明顯。各個澄清劑均降低了總酚的含量，明膠主要吸附紅樹莓果酒中單寧物質，使總酚含量下降顯著；澄清后果酒的干浸出物均比原酒低，殼聚糖對干浸出物影響最大；澄清劑都使紅樹莓果酒中蛋白質含量減少，其中皂土處理的果酒蛋白質下降最多，因為皂土主要吸附蛋白質等渾濁物質；復合澄清劑對紅樹莓果酒澄清效果優于單一澄清劑，透光率從59.3%上升到91.26%。綜合考慮澄清劑對紅樹莓果酒的透光率、品質等影響，試驗認為，殼聚糖-皂土復合澄清劑可以達到澄清的效果，且對果酒的質量影響不大。

2.4 不同澄清劑對紅樹莓果酒穩定性影響

澄清劑對紅樹莓果酒穩定性的影響見表5。

表5 澄清劑對紅樹莓果酒穩定性的影響Table 5 The clarifier effects of stability on the clarification of red raspberry wine

由表5可知，原酒本身不穩定，容易氧化、染菌等，經過冷處理會使紅樹莓果酒中酒石酸鹽沉淀，而熱處理會引起果酒中蛋白質、單寧、果膠等顆粒被絮凝沉淀下來。單一添加明膠、皂土、殼聚糖作為澄清劑使酒體達到基本的穩定，皂土可以吸附鐵離子，所以鐵穩定性很高[12-13]，而明膠吸附紅樹莓果酒中的單寧類物質，殼聚糖吸附酒液中負電荷微粒，總體使果酒中蛋白質穩定性提高，而冷熱處理均出現少量沉淀，這是由發酵中殘留的蛋白質、果膠等物質引起的。選用復合澄清劑穩定性明顯提高，而冷處理時有少量沉淀，是因為紅樹莓果酒中酒石酸鹽比較多，低溫使其沉淀。

3 結論

目前，選取復合澄清劑并運用響應面分析法研究紅樹莓果酒澄清工藝很少報道。本文研究結果表明采用復合澄清劑可以達到理想的澄清效果，且對紅樹莓果酒總糖、總酸及酒精度的保存率較好，酒液更加清亮透明，色澤深紅，苦澀味減少。經試驗確定影響果酒透光率的主要因素為水浴時間，其次是復合澄清劑比例、水浴溫度，采用復合澄清劑質量比3∶1，在45℃水浴中加熱35 min，其透光率為91.26%，澄清效果顯著。通過澄清工藝，減輕了紅樹莓果酒后續過濾的難度，對今后工業化生產有一定的指導意義。

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Effect of Compound Clarifying Agents on the Clarification of Red Raspberry Wine

YU Run-mei，JIANG Yan*，ZHANG Hai-yue，ZHAI Shuo
（College of Chemical and Life Science，Changchun University of Technology，Changchun 130012，Jilin，China）

The study aimed to discuss the optimum technology conditions for the clarification of red raspberry wine with the chitosan and bentonite as the compound clarifying agents and its stability.With the light transmittance rate of red raspberry wine as the response value，the effects of the ratio of compound clarifying agents，the temperature of water bath and the time of water bath on the clarification of red raspberry wine were studied by means of Box-Behnken center combination test and response surface methodology.The results showed that the optimum parameters of the compound clarifying agents of red raspberry wine，and the formula was as follows：compound clarifying agents'ratio 3∶1，bath temperature 45℃，bath time 35 min.The light transmittance rate was 91.26%and the response surface fitted good predictive value of 91.32%.The clarified wine was luminous red and transparent clear and had the features of rich nutrition，pure taste and good stability.

red raspberry；fruit wine；chitosan；bentonite；clarification

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.22.026

于潤美（1991—），女（漢），碩士研究生，研究方向：天然產物提取及功能食品研究。

*通信作者

2017-04-06