超聲輔助微濾澄清蘋果酒優化工藝

(甘肅省農業科學院農產品貯藏加工研究所，甘肅蘭州 730070)

蘋果酒的澄清效果會影響其穩定性和貯存時間[1]。而蘋果酒出現非生物性渾濁是由于蘋果酒在發酵后的貯藏過程中其含有的蛋白質、果膠、單寧和蛋白質的絡合物等相互聚合析出造成的[2-3]。蘋果酒的非生物性渾濁會影響蘋果酒的感官品質，如何解決蘋果酒渾濁問題并得到澄清透明的蘋果酒是一個急需解決的重要問題。目前蘋果酒生產中通常采用下膠澄清、沉降、過濾三道常用的澄清處理方法，可達到較好的澄清效果[4]。超聲波是一種在介質中傳播會產生機械效應、空化效應和熱效應的彈性機械波，并有助于果汁的澄清[5-7]。本試驗以蘋果酒為研究對象，以超聲后并經微孔濾膜過濾的蘋果酒渾濁度為指標，通過響應面法進行超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優化，為蘋果酒澄清提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

蘋果酒：以富士蘋果為原料經釀酒酵母發酵而成。0.45 μm 微孔過濾膜：海寧科諾過濾設備有限公司。

儀器設備：1900C 型便攜式濁度計，哈希公司；FB-05型過濾瓶，天津奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 蘋果酒工藝流程

蘋果→挑選→清洗→去核、破碎→護色→榨汁→調配→接種→發酵→澄清→過濾→殺菌→蘋果酒

1.2.2 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗

1.2.2.1 超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響

將發酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲時間25 min，超聲溫度20 ℃，設置超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W，考察超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.2 超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響

將發酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃，設置超聲時間為5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，考察超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.2.3 超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響

將發酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時間25 min，設置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，考察超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響。

1.2.3 超聲輔助微濾澄清蘋果酒的響應面工藝優化

在單因素試驗的基礎上，根據響應面Box-Behnken 設計原理，選取超聲功率X1、超聲時間X2、超聲溫度X3共3 個因子，以蘋果酒渾濁度為響應值，采用3因子3水平的響應面分析法，得到二次回歸方程，并找出最佳工藝參數。試驗設計見表1。

1.3 蘋果酒濁度值的檢測方法

濁度值采用1900C 濁度計進行測定。按儀器操作規程，15 mL 樣品池中放入酒樣進行測定，屏幕顯示以NTU 為單位的濁度數值，濁度值越小，表明酒體越澄清。

表1 因素水平試驗設計表

1.4 數據處理

采用DPSv7.05 軟件進行顯著性分析，采用Design-Expert 8.0 軟件對Box-Behnken 設計的試驗數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 蘋果酒超聲輔助微濾澄清單因素試驗研究

2.1.1 超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗為了研究超聲功率對蘋果酒渾濁度的影響，超聲功率為200 W、250 W、300 W、350 W、400 W 的條件下進行試驗，測定超聲后并經微濾的蘋果酒濁度值，結果見圖1。

圖1 超聲波功率對蘋果酒濁度值的影響

由圖1 可以看出，當超聲波功率為250 W 處理時，蘋果酒濁度值最低且與其他處理相比差異顯著（p＜0.05），濁度值為0.52 NTU。因此，確定超聲波功率為250 W。

2.1.2 超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗將發酵好的富士蘋果酒在超聲功率250 W，超聲溫度20 ℃條件下超聲5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，測定超聲后并經微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲時間對蘋果酒渾濁度的影響，結果如圖2所示。

圖2 超聲波處理時間對蘋果酒濁度值的影響

圖2 結果表明，當超聲波處理時間為25 min時，蘋果酒濁度值最低為0.85 NTU，與處理時間為5 min 相比濁度值無顯著差異性（p＞0.05），但與其他處理相比差異顯著（p＜0.05）。在微孔濾膜過濾超聲處理后的蘋果酒時，超聲處理25 min的蘋果酒過濾時間少于超聲處理5 min 的。因此，考慮超聲時間為25 min。

2.1.3 超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響

本試驗將發酵好的富士蘋果酒進行超聲處理，超聲功率250 W，超聲時間25 min，設置超聲溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，測定超聲后并經微濾的蘋果酒濁度值，研究超聲溫度對蘋果酒渾濁度的影響，結果見圖3。

圖3 超聲波處理溫度對蘋果酒濁度值的影響

由圖3 可以看出，當超聲波處理溫度為10 ℃時，蘋果酒濁度值最高為0.79 NTU，與15 ℃時濁度值相比無顯著性差異（p＞0.05），而其他處理濁度值都比10 ℃和15 ℃的低且相互之間無顯著性差異（p＞0.05）。考慮到溫度較高會對蘋果酒風味產生影響，故確定超聲波處理溫度為20 ℃。

2.2 響應面優化超聲輔助微濾澄清工藝結果

2.2.1 模型建立與顯著性檢驗分析

在單因素實驗的基礎上為了進一步確定蘋果酒澄清的最佳工藝條件，以渾濁度為響應值，選擇超聲功率、超聲時間和超聲溫度3 個因素進行響應面回歸分析。試驗設計如表2所示。

表2 Box-Behnken 試驗設計及試驗結果

利用Design-Expert 軟件對表2 中試驗數據分析，獲得超聲輔助微濾澄清蘋果酒濁度值與超聲功率（X1）、超聲時間（X2）、超聲溫度（X3）的回歸模型方程：Y=0.62-0.22X1-0.035X2-0.11X3-0.005X1X2+0.23X1X3-0.01X2X3+0.077X12+0.11X22+0.33X32。對該模型進行方差分析，結果如表3所示。

由表3 結果可知，二次回歸模型極顯著(p＜0.01)，失擬項p 值為0.5495，無顯著性影響(p＞0.05)，回歸方程相關系數R2為0.9765，說明該模型能夠解釋97.65 %的變化,預測值和試驗值之間有較好的相關性,該模型對超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝優化試驗擬合程度較好，可以利用該回歸模型對試驗結果進行分析和預測。表3 顯著性分析結果表明，X1、X3、X1X3、X32對蘋果酒濁度值影響達到了極顯著水平(p＜0.01)，X22達到了顯著水平(p＜0.05)。

2.2.2 響應面分析（圖4）

圖4 結果表明，各因素之間的交互作用和對濁度值的影響。在試驗考察范圍內，各因素對蘋果酒濁度值影響由大到小依次為：超聲功率（X1）＞超聲溫度（X3）＞超聲時間（X2），結果與方差分析相似。在適宜的超聲功率、超聲溫度和超聲時間范圍內，可以獲得較小的濁度值。

表3 回歸模型方差分析表

圖4 各因素對蘋果酒濁度值影響的響應面圖

通過響應面分析并結合回歸模型，利用Design-Expert 8.0 軟件進行最大值分析，優化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝為超聲功率300 W、超聲時間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，該條件下，預測蘋果酒濁度值為0.46 NTU。為了確保所建回歸模型的準確性，采用最優澄清條件進行驗證，實驗重復3 次，實際得到的濁度值為0.55 NTU，與預測值的相對誤差較小，說明采用響應面法優化得到的微波輔助微濾處理蘋果酒工藝準確可靠，能夠指導生產實踐。

3 結論

通過單因素和響應面試驗設計優化超聲輔助微濾處理工藝，得出3 個因素對蘋果酒澄清的影響大小依次為超聲功率、超聲溫度、超聲時間；優化出超聲輔助微濾澄清蘋果酒工藝參數為超聲功率300 W、超聲時間25.83 min、超聲溫度19.12 ℃，此條件下預測蘋果酒濁度值為0.46 NTU，為降低蘋果酒渾濁度和指導生產實踐提供理論依據。