響應面法優化火龍果酒發酵工藝及其雞尾酒的調配

方 堃

（南寧職業技術學院 旅游學院，廣西 南寧 530008）

火龍果（Hylocereus undulatusBritt.）又名仙蜜果、青龍果、紅龍果，屬仙人掌科，柱狀仙人掌亞科，富含維生素及鈣、鎂、磷、鐵等礦物質，是一種高維生素、低糖類、低脂肪的“一高兩低”保健水果[1-2]，其種子含有大量的脂肪、蛋白質、內酯、氨基酸、維生素和微量元素等成分，具有很高的生物活性作用[3-5]。特別是其中花青素化合物具有降脂、抗氧化、抑制多酚氧化酶的功能，對便秘及糖尿病等病癥具有輔助治療作用，集營養、藥用和保健功能于一身[6-8]，深受消費者的青睞。但是由于火龍果水分含量高，在貯藏過程中易被霉菌污染，品質變差，影響其口感和營養價值。有學者將火龍果鮮果進行深加工[9-11]，釀造成果酒，所得的酒體紅色，香味濃郁，具有明顯的火龍果香氣及酒香，這不僅提升了火龍果的利用價值，還可有力緩解火龍果鮮果滯銷問題。

雞尾酒是一種以基酒和調味、輔助原料混合而成的飲品，是由兩種或兩種以上的酒或飲料、果汁、汽水混合而成[12-14]。而基酒則是決定雞尾酒特點和風格基調的基本要素，常用作雞尾酒基酒的有朗姆酒、龍舌蘭酒等。本實驗采用紅皮紅肉種火龍果為原料，經清洗、剔除火龍果中的果皮、榨汁等程序，制成火龍果汁，經菌種接種發酵成火龍果酒。再以陳釀好的火龍果酒為基酒，配火龍果汁、白糖水，調配出具有特色火龍果口味的雞尾酒，裝瓶后經滅菌工藝，制得方便運輸和銷售的預調酒飲品，為火龍果新產品開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選擇飽滿成熟、紅色、香味濃的火龍果，剔除果皮，棄發霉變質果；RW果酒酵母、Lalvin 71B降酸酵母：安琪酵母股份有限公司；果膠酶（10 000 U/g）：南寧東恒華道生物科技有限責任公司；白砂糖（食用一級）：市售。

1.2 儀器與設備

FHT-200發酵罐：上海普利生儀器廠；DS-1高速榨汁機：上海標本模型廠；FUHE型多用途真空泵：無錫市新佳儀器有限公司；Bilon-09均質機：常州市高日儀器設備有限公司；RL1020型超高溫瞬時滅菌機：上海得力佳設備有限公司；SF-SA微濾設備：深圳市甘博分離技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 火龍果雞尾酒的工藝流程

1.3.2 火龍果雞尾酒的操作要點

原料的選擇：選擇飽滿成熟、香味濃的紅心火龍果。

亞硫酸處理：得到原果汁后用0.05 g/L偏重亞硫酸鉀溶液處理，以防止氧化，同時防止雜菌生長。

酶處理：分別添加0.09 g/L果膠酶，45℃保溫酶解1 h，在此條件下，火龍果鮮汁中不溶性固形物的含量由30%降低至5%左右。

酵母活化：以1∶1比例混合果酒酵母和降酸酵母，于2%的糖水中37℃搖床培養30 min。

主發酵：將活化后的酵母以一定比例接入火龍果汁中，添加一定量的白砂糖調整糖度，以提高發酵酒度。分別添加一定量的檸檬酸調整pH，在一定溫度條件下進行密閉式發酵，發酵時間7 d。

過濾：主發酵結束后，將發酵液進行酒渣分離。

陳釀：在10℃的貯藏條件下陳釀2～3個月。

配制火龍果雞尾酒：以火龍果酒為基酒，配以火龍果汁、500 g/L白糖水等輔料，過濾后裝瓶，采用75℃殺菌15 min[15-17]，即得到火龍果雞尾酒。

1.3.3 火龍果酒發酵條件優化

（1）單因素試驗

分別考察火龍果汁的起始糖度（16%、18%、20%、22%、24%、26%）、起始pH值（2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.2）、主發酵溫度（15℃、20℃、25℃、30℃）、接種量（0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%）對發酵液酒精度、殘糖量以及火龍果酒綜合感官評分的影響。

（2）響應面試驗

在單因素試驗基礎上，采用響應面方案設計，優化生產工藝配方，試驗因素與水平見表1。

表1 火龍果發酵工藝優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for pitaya fermentation conditions optimization

1.3.4 火龍果雞尾酒配制的條件優化

以火龍果酒為基酒，添加火龍果汁和白糖水20%進行調配，配制火龍果預調酒，分別研究兩者不同添加量對火龍果雞尾酒感官評分的影響。

1.3.5 感官評價標準

本實驗采用感官評分法分別對試驗中火龍果酒以及火龍果預調酒的色、香、味、形等因素進行評分。請10名具有品評經驗的專業人員品嘗鑒評后打分取平均值，滿分以100分計，具體評分標準見表2。

表2 火龍果酒綜合感官評分標準Table 2 Comprehensive sensory evaluation standards of pitaya wine

1.3.6 火龍果雞尾酒的質量指標

參考相關文獻，對預調好的火龍果雞尾酒的感官指標、理化指標、微生物以及營養成分等指標進行分析測定[18-19]。

2 結果與分析

2.1 火龍果酒發酵條件優化單因素試驗

2.1.1 起始糖度對火龍果酒品質的影響

調整火龍果汁的起始糖度分別為16%、18%、20%、22%、24%、26%，起始pH值3.6，菌種接種量1.0%，25℃條件下恒溫發酵7 d。陳釀結束后，取發酵液測酒精度及殘糖量，并考察起始糖度對火龍果酒綜合感官評分的影響，結果見圖1。

圖1 起始糖度對火龍果酒品質的影響Fig.1 Effect of initial sugar content on the quality of pitaya wine

如圖1所示，起始糖度為24%左右時，該發酵液酒精度達到14.1%vol，此時發酵液中的殘糖量為8.8%；繼續增加起始糖度，發酵液的酒精度不升反降，發酵液中的殘糖量也相應升高，可能是由于糖度過高會導致高滲透壓環境而不利于酵母生長繁殖，使得發酵不徹底所致。而起始糖度對感官評分的影響，呈現先增大后變緩的趨勢，在起始糖度達到20%以后，對果酒的感官評分影響不大，綜合考慮起始糖度選擇20%～24%之間較適宜。

2.1.2 起始pH值對火龍果酒品質的影響

調整火龍果汁起始pH值分別為2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.2，起始糖度22%，酵母接種量1%，25℃條件下恒溫發酵7 d。陳釀結束后，取樣測酒精度及殘糖含量，并考察起始pH值對火龍果酒綜合感官評分的影響，結果見圖2。

圖2 初始pH值對火龍果酒品質的影響Fig.2 Effect of initial pH on the quality of pitaya wine

由圖2可知，pH值為3.9時，發酵液中的酒精度較高，此時發酵液中的殘糖量為8.5%；pH值為3.6時，發酵液的酒精度為12.6%vol，此時發酵液中的殘糖量最低，說明在pH值3.6和3.9的環境中酵母對糖的利用較為徹底。而在pH值為2.7和4.2的環境下，發酵液中的酒精度都不高，殘糖量卻很高，可能是由于這兩種pH值環境下，酵母的發酵容易受到環境雜菌的干擾，從而影響其正常的代謝活動。而起始pH值對感官評分的影響，呈現先增大后變緩的趨勢，在起始pH值達到3.3以后，對果酒的感官評分影響不大，綜合考慮，調整起始pH值在3.3～3.9之間較適宜。

2.1.3 主發酵溫度對火龍果酒品質的影響

調整火龍果汁的起始糖度22%，起始pH值3.6，酵母接種量1.0%，將發酵液分別置于15℃、20℃、25℃、30℃條件下恒溫發酵7d，取樣測發酵液的酒精度及殘糖含量，并考察主發酵溫度對火龍果酒綜合感官評分的影響，結果見圖3。

由圖3可知，主發酵溫度為25℃時，發酵液中的酒精度最高，此時殘糖量達到了8.2%，也相對較高，這可能是由于溫度高，酵母的繁殖代謝速率加快，但同時也會使得酵母較早進入衰亡期，從而縮短了發酵周期；而當主發酵溫度為15℃時，發酵液中的酒精度只有11.2%vol，殘糖量也相對較高，可能是溫度過低會抑制酵母的生長繁殖，不利于發酵。而隨著主發酵溫度的增加，感官評分呈遞減的趨勢，在主發酵在達到30℃以后，對果酒的感官評分最低，綜合考慮，選擇主發酵溫度為15～25℃較適宜。

圖3 主發酵溫度對火龍果酒品質的影響Fig.3 Effect of main fermentation temperature on the quality of pitaya wine

2.1.4 菌種接種量對火龍果酒品質的影響

調整火龍果汁起始糖度22%，起始pH值3.6，將接種量分別調整為0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%，25℃條件下恒溫發酵7d，取樣測發酵液酒精含量及殘糖量，并考察菌種接種量對火龍果酒綜合感官評分的影響，測定結果見圖4。

圖4 接種量對火龍果酒品質的影響Fig.4 Effect of inoculum on the quality of pitaya wine

由圖4可知，菌種接種量對發酵液中酒精含量及殘糖量影響不大，在酵母接種量在為0.2%～1.0%范圍內，發酵液酒精度與接種量呈正相關；當接種量＞1.0%之后，發酵液酒精度隨著酵母接種量的增加而降低，而殘糖量隨之增加，這可能是接種密度過大，導致發酵液中溶氧不足，從而抑制了酵母的生長。而菌種接種量對感官評分的影響，也隨著菌種接種量的增加而出現波動，在菌種接種量為1.0%時感官評分最高，但是與其他水平下的評分相差不大，綜合考慮各方面因素，最終將菌種接種量確定為1.0%。同時，考慮到接種量對整個發酵影響并不明顯，故而在響應面試驗中接種量不作為考察因子進行考慮。

2.2 火龍果酒發酵條件優化響應面試驗

參考相關文獻[20-21]，以感官評分為果酒的關鍵指標，酒精度及殘糖量為輔助指標，以起始糖度（A）、起始pH值（B）、主發酵溫度（C）為評價因素，感官評分（Y）為評價指標進行響應面試驗，由Design-Expert軟件處理數據，響應面試驗結果見表3，方差分析見表4。

表3 火龍果發酵工藝優化響應面試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for pitaya fermentation conditions optimization

對響應值與各個因素進行回歸擬合，該模型對應的回歸方程：Y=77.26+4.10A+0.93B-1.58C-1.26AB-2.82AC-3.18BC-8.52A2-5.15B2-1.18C2

由表4結果可知，整體模型P值＜0.01，說明此時回歸方差模型極顯著，該試驗方法可靠。方程失擬項P值＞0.05，不顯著，該回歸模型與實測值能較好的擬合。其中C項、A2項對響應值影響顯著（P＜0.05），A項、B2項、C2項對響應值影響極顯著（P＜0.01），各個因素對火龍果酒感官影響大小順序依次為：起始糖度（A）＞主發酵溫度（C）＞起始pH值（B）。

響應面Y對于因素A、B、C值構成的三維空間在二維平面上的圖，可清晰明了的反映各因素之間的關系。Design-Expert處理得到各因素交互作用對火龍果酒感官評分響應面的分析結果見圖5。

圖5 起始糖度、起始pH值及主發酵溫度交互作用對感官評分影響的響應面及等高線Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between initial sugar content,initial pH value and main fermentation temperature on sensory evaluation

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

結合圖5中出現的8個極值點進行比較分析，得到火龍果酒的最佳提取條件：起始糖度22.62%、起始pH值3.64、主發酵溫度15℃，在此條件下，火龍果酒的感官評價的預測值達到88.69分。綜合考慮實驗的可操作性，將提取條件設定為起始糖度22.6%、起始pH值3.6、主發酵溫度15℃，在此條件下進行試驗，得到的火龍果酒的感官評分為88.64分，與模型的預測值吻合程度較高，說明了本試驗所獲得的回歸模型方程具有良好的可靠性和實用性。

2.3 火龍果雞尾酒的調制

2.3.1 火龍果汁添加量的選擇

以火龍果酒為基酒，添加500g/L的白糖水20%，考察火龍果汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%）對火龍果雞尾酒的綜合感官評分的影響，結果見圖6。

圖6 火龍果汁添加量對飲品綜合感官評分的影響Fig.6 Effect of pitaya juice addition on comprehensive sensory evaluation of beverage

由圖6結果可知，火龍果雞尾酒中火龍果汁添加量為15%～25%時，飲品的綜合口感評分最高，此時飲料中有適宜的火龍果香味，口感醇香；再增加火龍果汁的量，預調酒整體的酒香下降，考慮到經濟成本，火龍果汁添加量選擇15%較適宜。

2.3.2 白糖水添加量的選擇

圖7 白糖水添加量對飲品綜合感官評分的影響Fig.7 Effect of sugar water addition on comprehensive sensory evaluation of beverage

以火龍果酒為基酒，添加火龍果汁15%，考察白糖水添加量為10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%對火龍果雞尾酒的綜合感官評分的影響，結果見圖7。

由圖7結果可知，火龍果雞尾酒中白糖水添加量為25%左右時，飲品的綜合口感評分最高，此時飲品微甜，可以掩蓋住火龍果酒中酒精不適口感；再增加白糖水的添加量，飲品的甜度會增加，偏離雞尾酒的預期口味，所以白糖水添加量選擇25%較適宜。

2.4 火龍果雞尾酒的質量指標

2.4.1 感官指標

配制好的火龍果雞尾酒顏色呈橙紅色，澄清透亮；酒體的火龍果香味良好，有愉快的酒香；口感柔純正，口味協調，有醇香；組織均勻，無雜質。

2.4.2 理化指標

酒體的酒精度為（8.4±0.5）%vol，總糖為（4.1±0.5）g/L，可溶性固形物≥10%，甲醇≤0.40 g/L，雜醇油≤0.10 g/L，揮發酸（以醋酸計）≤1.1mg/L，總酸（以檸檬酸計）≤0.3g/L。

2.4.3 微生物指標

菌落總數≤50 CFU/mL，大腸桿菌≤3 CFU/100 mL，致病菌未檢出。

2.4.4 營養指標

火龍果雞尾酒營養成分也比較豐富，維生素A含量為6.37 mg/L，維生素B1為9.36 mg/L，維生素B2為0.64 mg/L，維生素B6為1.67 mg/L，維生素B12為0.21 mg/L，維生素C為120.36 mg/L，維生素E為2.39 mg/L；還含有礦質元素，如Ca為1.12 mg/L，Mg為0.14 mg/L，Fe為0.002 0 mg/L，Cu為0.000 20 mg/L，Zn為0.008 6 mg/L等，表明其富含多種維生素和礦物元素。

3 結論

在火龍果雞尾酒研制過程中，分別研究了起始糖度、起始pH值、主發酵溫度以及菌種接種量對火龍果酒品質的影響。試驗結果表明，當起始糖度22.6%，起始pH值3.6，主發酵溫度15℃，菌種接種量1.0%時，火龍果酒的綜合感官最優，為88.64分。陳釀澄清后，配以15%火龍果汁和25%的白糖水，調配出口感較佳的火龍果雞尾酒。火龍果雞尾酒呈橙紅色，澄清透亮，具有火龍果香味，有愉快的酒香，口感柔和純正，其理化指標和微生物指標符合相關國家標準要求，并含有多種維生素、微量元素，具有一定的營養保健功能，且易于攜帶和運輸，具有潛在市場價值。