不同條件下殼聚糖對葡萄酒澄清效果的影響

銀曉麗，王 君，王昕宇

（山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山西太谷 030801）

生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的葡萄酒需要澄清處理，目前常用的澄清劑如明膠、蛋清粉、單寧、膨潤土等易與葡萄酒中的其他物質(zhì)相互作用，在澄清的同時殘留等問題會影響葡萄酒的質(zhì)量。因此，安全穩(wěn)定的新型澄清劑的開發(fā)和使用是葡萄酒生產(chǎn)中亟需解決的問題[1]。

殼聚糖是甲殼素在堿性條件下水解并脫去部分乙酰基后生成的衍生物[2]，是一種天然的高分子化合物。作為安全無毒的澄清劑，殼聚糖能和葡萄酒中帶負電荷的膠體相互作用，絮凝沉淀引起酒液渾濁的膠態(tài)顆粒,從而澄清酒體，產(chǎn)品的風味和營養(yǎng)成分基本不受影響,現(xiàn)已被美國食品藥物管理局批準為食品添加劑[4-8]。不同分子量殼聚糖物化特性及功能差異很大,分子量到達一定程度時許多獨特功能才能表現(xiàn)出來[3]。本研究以殼聚糖為澄清劑，通過單因素試驗和響應面優(yōu)化實驗設(shè)計，不同條件下測定葡萄酒的透光率，確定殼聚糖最佳澄清工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

原酒：赤霞珠干紅葡萄酒（山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院自釀）。

澄清劑：分子量7 kDa、100 kDa、250 kDa、700 kDa 的殼聚糖白色粉末，細度60 目，脫乙酰度≥85 %，使用時提前配制成1 %的溶液（山東濟南海得海貝海洋生物工程有限公司）。

儀器設(shè)備：UV-5100 紫外可見光分光光度計(上海元析儀器有限公司)，BS210S 電子天平(常熟市雙杰測試儀器場)，HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)，HH-4 恒溫水浴箱(金壇市科析儀器公司)，LD4-2 型離心機(北京醫(yī)用離心機廠產(chǎn)品)，CM-5型色差儀(柯尼卡美能達有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素試驗法

1.2.1.1 不同分子量殼聚糖及其用量對澄清效果的影響

準備20 支試管，分別加入葡萄酒原酒液各25 mL，將這些試管分為4 組，按梯度依次加入分子量7 kDa、100 kDa、250 kDa 和700 kDa 的殼聚糖各0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1 g/L，在實驗室的室溫和自然的pH 條件下，將20 組試管避光靜置，6 h后取試管內(nèi)葡萄酒的上清液測定其透光率。

1.2.1.2 處理溫度對澄清效果的影響

準備5 支試管，分別加入原酒液25 mL 和分子量7 kDa 的殼聚糖0.6 g/L，在20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃的不同溫度條件下一共分成5 組，避光靜置6 h 后取試管內(nèi)葡萄酒的上清液測定其透光率。

1.2.1.3 澄清時間對澄清效果的影響

準備5 支試管，分別加入原酒液25 mL 和分子量7 kDa 的殼聚糖0.6 g/L，溫度30 ℃，時間分別為3 h、6 h、12 h、24 h、48 h 的條件下分為5 組，避光靜置后取葡萄酒的上清液測定其透光率。

1.2.2 響應面因素水平設(shè)計（表1）

表1 響應面設(shè)計試驗因素水平及編碼

1.2.3 澄清度的測定方法

以試驗室蒸餾水為葡萄酒透光率測定的空白對照,用1 cm 比色皿在分光光度計680 nm 波長處測定葡萄酒酒液的透光率,重復3 次。酒液的澄清度值用單位T表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同分子量殼聚糖對葡萄酒澄清效果的影響

用不同分子量的殼聚糖對葡萄酒進行澄清實驗，結(jié)果如圖1 所示，選取分子量從7～700 kDA 的4 種殼聚糖，隨著殼聚糖用量的增加，葡萄酒的透光率先增大后減小。

分子量700 kDA 的殼聚糖添加0.4 g/L 時，透光率最高，其他分子量的殼聚糖添加0.6 g/L 時，透光率最高，用架橋機理[10]解釋：高分子殼聚糖通常要在低劑量條件下才會有良好的絮凝效果。

殼聚糖添加量超過0.6 g/L時，透光率均呈下降趨勢，這是因為過高濃度的殼聚糖會吸附在膠體顆粒的表面,形成的空間保護層會阻止形成橋架結(jié)構(gòu),絮凝不易發(fā)生[9]。殼聚糖的添加量有一個最佳值,若超過最佳值反而起穩(wěn)定保護作用[8]。

分子量7 kDa 的殼聚糖添加0.6 g/L 時，透光率為77.26%，此時澄清效果最佳。

2.2 處理溫度對澄清效果的影響

添加分子量7 kDa 的殼聚糖0.6 g/L 處理6 h，葡萄酒的透光率受不同處理溫度的影響如圖2，隨著溫度的上升，葡萄酒的透光率先上升后逐漸下降，當溫度為30 ℃時，透光率為78.74%，此時澄清效果最佳。

2.3 處理時間對葡萄酒澄清效果的影響

30 ℃條件下，添加分子量7 kDa的殼聚糖0.6 g/L，葡萄酒的透光率受不同處理時間的影響如圖3，葡萄酒的透光率隨著處理時間延長先明顯上升后逐漸下降，當處理時間為6 h 時，透光率為82.34%，此時澄清效果最佳。

2.4 響應面試驗結(jié)果（表2、表3）

用Design-Expert 10.0 軟件對表2 所列出的實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合處理，獲得葡萄酒透光率(Y)對殼聚糖添加量(A)、處理溫度(B)、處理時間(C)的二次多項式回歸模型方程為：

Y=84.74-3A-2.54B+0.6C-0.36AB+1.69AC-1.46BC-5.73A2-4.53B2-2.84C2

表2 響應面優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果

由表3 可知，在響應面方差分析中該模型的F值為29.30，概率p＜0.0001，表現(xiàn)為極顯著，說明殼聚糖澄清紅葡萄酒的試驗測定方法設(shè)計是極可靠的。失擬項的p＞0.05，表現(xiàn)為不顯著，說明該試驗模型的擬和性良好，試驗產(chǎn)生的誤差較小。試驗因素A、B 的p＜0.05，表現(xiàn)為極顯著，即殼聚糖用量、處理溫度對葡萄酒透光率的影響極顯著。試驗因素C 的p＞0.05，表現(xiàn)為不顯著，說明處理時間對酒體透光率的影響不顯著。交互項AB、BC 的p＞0.05，表現(xiàn)為不顯著，說明殼聚糖用量與處理溫度、處理溫度與處理時間這兩組交互項均對葡萄酒透光率沒有顯著影響。交互項AC 的p＜0.05，表現(xiàn)為顯著，說明殼聚糖用量和處理時間的交互作用對葡萄酒透光率的影響顯著。A2、B2、C2的p＜0.05，表現(xiàn)為顯著，說明A2、B2、C2對葡萄酒透光率的變化影響顯著。復相關(guān)系數(shù)R2=0.9635，說明響應值透光率的變化有96.35 %來源于試驗設(shè)計的所選變量，可以說明該響應面優(yōu)化試驗設(shè)計的回歸方程擬合度和可信度非常高，采用且實施后試驗誤差較小。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析可得，以該回歸方程所示為澄清條件的應用標準對實際操作過程中干紅葡萄酒澄清效果的影響提供了一個效用良好的參考模型。

表3 響應面方差分析

2.5 響應面分析

交互效應的強弱可以通過等高線來反映，如果兩個因素間交互作用不顯著是圓形，顯著是橢圓形[11]。由圖4 可知，該等高線的形狀為明顯的橢圓，說明殼聚糖用量與處理時間對葡萄酒透光率的交互效應較顯著。葡萄酒的透光率隨著殼聚糖用量的增多與處理時間的延長先逐漸上升又逐漸下降，且殼聚糖用量與處理溫度過高或過低都會影響透光率，當殼聚糖用量0.6 g/L、處理時間為6 h 時，透光率最高，此時的澄清效果最好。

2.6 驗證試驗

通過對回歸模型的分析可知，殼聚糖用量0.55 g/L、處理溫度28.55 ℃、澄清時間6.22 h，此時葡萄酒透光率的預測值為85.4924 %，此時澄清效果最佳。進一步選取殼聚糖添加量0.55 g/L、澄清處理溫度恒定為28 ℃、澄清處理時間固定為6.3 h進行驗證試驗，通過分光光度計的多次測定最終得出葡萄酒透光率的實際數(shù)值為85.40%。實際值與理論值相差不到0.09%，說明通過響應面優(yōu)化試驗所篩選出的紅葡萄酒澄清工藝參數(shù)準確性和可靠度高，得到的澄清工藝具有實際的應用價值。

3 結(jié)論

本研究通過考察不同的處理溫度、不同的處理時間、不同分子量的殼聚糖對葡萄酒澄清效果的研究，優(yōu)選出在30 ℃條件下，分子量為7 kDa 的殼聚糖0.6 g/L 處理6 h，葡萄酒的透光率可以達到86%以上，此時達到最佳澄清工藝條件。