響應面法優化番茄酒的發酵工藝

徐佳惠，吳碧玉，彭凌

西南科技大學生命科學與工程學院（綿陽 621010）

番茄（Lycopersicon esculentum Mill），別名西紅柿、洋柿子，古名六月柿，屬于茄科草本植物[1]。古著《食療草本學》記載，番茄味甘、酸，性涼，有養陰涼血、清熱止渴等功效[2]。番茄中含有種類豐富的礦物質、維生素及氨基酸等成分，尤其含有強抗氧化性的番茄紅素，具有清除氧自由基抗癌抑癌的作用[3]。番茄產品中的番茄紅素比鮮番茄中的更易吸收。以番茄為原料，利用果膠酶、酵母進行發酵，制得一種番茄酒[4]。

1 材料與方法

1.1 材料

川科9號番茄、川科7號櫻桃番茄、黃櫻1號黃櫻桃番茄（市售）；安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型、SY型（安琪酵母股份有限公司）；蔗糖、蜂蜜（市售）。

1.2 試劑

果膠酶（江蘇博利生物制品有限公司）；氫氧化鈉、鹽酸、偏重亞硫酸鉀等（分析純，成都市科龍化工試劑廠）。

1.3 儀器與設備

JY20002電子分析天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；LH-J80手持式酒精度測試儀（杭州陸恒生物科技有限公司）；HZ-90B手持糖量計（深圳市河山新材料有限公司）；HR2006飛利浦攪拌機（飛利浦電子香港有限公司）；C21-FK2101多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；彈簧秤（精度0.01 g，永康市芝英度盤秤廠）；DHG-9145A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海齊欣科學儀器有限公司）；DL-1電子萬用爐（北京市永光明醫療儀器有限公司）；SPX-350B-C智能恒溫恒濕培養箱（上海瑯玕實驗設備有限公司）；PHS-59B酸度計（上海日島科學儀器有限公司）。

1.4 分析方法

還原糖，采用GB/T 15038—2006中直接滴定法；總酸，采用GB/T 15038—2006中電位滴定法；酒精度，蒸餾后用酒精計測試；SO2，采用GB/T 15038—2006中直接碘量法；干浸出物，采用GB/T 15038—2006中4.3執行；菌落總數、大腸桿菌、致病菌等，按GB/T 4789.2規定執行[5-6]。

2 試驗設計

2.1 工藝流程

原料分選→清洗、消毒→破碎榨汁→酶解處理→番茄漿→成分調整→接種酵母→發酵→過濾→后發酵→虹吸過濾→陳釀→成品[7]

2.2 操作要點

1) 原料分選。挑選成熟度一致，色澤均勻，表皮光潔，果腔充實，果實堅實，富有彈性，無損傷、無裂口、無疤痕的新鮮番茄[6]。

2) 消毒。用鹽水浸泡10 min，流水漂洗，除去番茄表面吸附的泥土、雜物及殘留的農藥和微生物[7]，清水清洗，瀝干水分。

3) 破碎榨汁。破碎后壓榨取汁。

4) 酶解處理。番茄漿中加入0.05%果膠酶，使得番茄中的果膠物質分解成半乳糖醛酸和裹腳酸，降低番茄汁黏度，提高番茄漿出汁率[8]。

5) 成分調整。用偏重亞硫酸鉀調節番茄漿中的SO2濃度50 mg/kg，按酒精度≥10%vol番茄酒來補加蔗糖和蜂蜜（10∶1）調整發酵糖度，并使發酵pH 4.0～5.0[9]。

6) 接種酵母。采用RW型和SY型安琪果酒專用酵母，分別以1∶20（1 g干酵母+20 mL水+2%蔗糖）比例于35 ℃活化30 min，將活化后的酵母液按比例接種于番茄漿中。

7) 發酵。將番茄漿密封，控制發酵條件，恒溫培養，觀測糖度變化，7 d后結束前發酵。

8) 過濾。前發酵完成后，過濾，得到金黃色透明濾液。

9) 后發酵。將濾液倒入干凈的玻璃瓶中，密封后進行后發酵，控制溫度18～22 ℃，發酵10 d后，每天測定殘糖量，測定糖度含量0.01 g/100 g左右時，結束后發酵[10]。

10) 虹吸過濾、陳釀。分離發酵的酒腳，進入14～18 ℃條件下的陳釀，時間2～6個月[11]。

2.3 發酵工藝的影響因素篩選試驗

2.3.1 酵母接種量

取經調配的3個品種的番茄汁各5份，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，番茄漿自然pH 4.0，發酵溫度24 ℃，酵母接種量0.14%，0.16%，0.18%，0.20%和0.22%這5個不同梯度條件下發酵，每天測定酒精度和糖度變化，以確定最佳發酵酵母接種量。

2.3.2 發酵溫度

取經調配的3個品種的番茄汁各5份，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，酵母接種量0.18%，番茄漿自然pH 4.0，在20，22，24，26和28 ℃這5個不同溫度條件下發酵，每天測定酒精度和糖度變化，以確定最佳發酵溫度。

2.3.3 番茄品種

以川科9號番茄，川科7號櫻桃番茄，黃櫻1號櫻桃番茄作為原料，分別調配成番茄漿，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，在酵母接種量為0.18%，番茄漿自然pH 4.0，發酵溫度24 ℃條件下發酵，以酒精度和最終糖酸含量作為評價指標，確定番茄酒發酵的最佳品種。

2.3.4 菌種類型

選擇2種不同高效干酵母，分別為安琪葡萄酒果酒專用酵母SY型和安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，以川科9號番茄為原料，平均分為4份，每份100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，每2份添加相同酵母，在酵母接種量0.18%，番茄漿自然pH 4.0，溫度24 ℃條件下進行發酵，以酒精度和最終糖酸含量作為評價指標，確定番茄酒釀造的最適酵母。

2.4 正交優化試驗

在單因素試驗基礎上，采用Box-Behnken的中心組合設計原理進行響應面試驗[14]，選擇番茄品種（A）、酵母接種量（B）及發酵溫度（C）為響應面優化的考察變量，并以-1、0、1代表變量的水平，以番茄酒的總酸含量（X）、殘糖含量（Y）和酒精度（Z）作為響應值，試驗因素和水平見表1，采用Design Expert V 8.0設計三因素三水平的響應面分析試驗。

表1 Box-Behnken試驗因素水平

3 結果與分析

3.1 酵母接種量確定

川科9號番茄在安琪果酒酵母RW型、發酵溫度24℃條件下，不同酵母添加量對番茄酒酒體的影響情況見圖1。結果表明，不同酵母接種量所得番茄酒的總酸含量5～7 g/L，殘糖含量0.080～0.095 g/100 g，通過酒精度和感官評分結果，選用番茄酒的酵母接種量最高為0.20%，最低為0.16%。

3.2 發酵溫度確定

川科9號番茄在安琪果酒酵母RW型接種量0.18%條件下，不同發酵溫度對番茄酒酒體的影響情況見圖2。結果表明，不同發酵溫度所得番茄酒的總酸含量5.6～7.2 g/L，殘糖含量0.085～0.098 g/100 g，通過酒精度和感官評分結果，選擇主發酵溫度22～26 ℃。

圖2 不同發酵溫度的試驗結果（川科9號）

3.3 番茄品種確定

選用川科9號番茄、川科7號櫻桃番茄、黃櫻1號櫻桃番茄3個品種，在安琪果酒酵母RW型、發酵溫度24 ℃、接種量0.18%條件下，番茄品種對番茄酒酒體的影響見表2。

結果表明，川科9號番茄酒酒體的酒香味較濃，但川科7號番茄酒的顏色較紅，而黃櫻1號番茄酒的顏色較黃。

表2 不同番茄品種的試驗結果

3.4 響應面法優化試驗結果

3.4.1 回歸模型的建立及方差分析

利用Design-Expert V 8.0軟件進行分析，以番茄品種（X）、殘糖含量（Y）和酒精度（Z）作為響應值，綜合感官評分，結果見表3。對模型進行回歸分析得分析結果為表4。

分析進行多元回歸擬合得到二次多項式回歸方程[12]：X=93.6-1.25A-1.25B-2C-0.25AB+0.75AC-1.25BC-5.18A2-2.68B2-2.17C2。

由表3可知，模型的p＜0.000 1，表明方程極顯著，失擬項不顯著。擬合度為96.07%，擬合度較好。相關系數R2adj=0.910 1，該模型能解釋約92%響應值的變化。離散系數CV=1.37%＜5%，可用方程代替試驗真實點對番茄酒發酵的感官評價結果進行分析和預測，見表4。

3.4.2 響應面法分析

為進一步考察影響因素間的曲面效應[13]，對二次回歸模型進行相應的曲面分析，分析得立體圖如圖3～圖5。結果表明，發酵溫度24 ℃時，各項響應值趨于穩定，番茄酒以川科9號番茄作為發酵原材料時，番茄酒的各項響應值最優，因此酵母接種量取中間值18%。

表3 響應面試驗設計與結果

表4 感官評價回歸模型方差分析

圖3 發酵溫度和番茄品種交互作用對感官評價影響

圖4 酵母接種量和發酵溫度交互作用對感官評價影響

圖5 酵母接種量和番茄品種交互作用對感官評價影響

3.4.3 響應面的優選試驗結果

進行參數的最優化分析[14]，得出最優條件為：發酵溫度24 ℃、酵母接種量0.18%、番茄品種采用川科9號。在此優化條件下，進行3次平行試驗，所得番茄酒產品的感官評價分值分別為94，93和93分，平均值為93.3分。回歸模型預測值分別為感官評價93.645 8分，試驗值與預測值相比，感官評分低0.3%，差異不明顯。因此，番茄酒發酵工藝條件參數可靠性較高。

3.5 產品品質檢測結果

番茄酒的感官指標如表5，番茄酒的理化指標如表6所示。

表5 番茄酒的感官檢測結果

表6 番茄酒的理化檢測結果

4 結論

試驗釀造的番茄酒酒精度≥12%vol，利用偏重亞硫酸鉀調節使前期發酵酒體SO2濃度50 mg/kg，0.05%果膠酶酶解番茄2～3 h，增加出汁率。通過單因素試驗和響應面分析法優化得到番茄酒最佳發酵工藝：選用川科9號番茄，RW型酵母接種量0.18%，發酵溫度24℃，前發酵時間7 d，后發酵10 d，陳釀2個月。發酵所得的番茄酒色澤金黃，澄清透亮醇厚甘爽，果味和酒味協調適口，酸甜適中，具有獨特的番茄風味，酒精度為12.57%vol。