低醇梨酒發酵工藝優化

扈欽淋，葉師，楊春，高文庚*

（1.運城學院生命科學系，山西 運城 044000；2.山西農業大學，山西省農業科學院農產品加工研究所，山西 太原 030031）

梨作為世界性水果之一，在我國種植范圍較廣，截止到2017年底，我國梨栽培面積約96萬hm2，總產量約1 653萬噸[1]，但加工量僅占其總產量的5%，產品仍以梨罐頭、梨汁為主，并有少量梨干生產，梨發酵產品如梨醋、梨酒顯示出較好地發展勢頭[2]。梨酒是選用新鮮的梨果或梨汁經發酵制成的營養豐富且具有該水果風味的酒精飲品。通過研究梨品種[3-4]、發酵用菌種[5-6]、釀制條件[7-8]等對梨酒的品質及風味物質的影響、梨酒的綜合品質評價體系[9-10]，為產品工業化、梨酒的評價指標簡化及釀酒酵母的篩選提供指導。近年來，隨著消費者健康意識的提高，低醇度、富營養的果酒類倍受青睞，研制生產低醇果酒[11-13]具有很好的市場前景。目前報道用于發酵低醇果酒的水果主要有蘋果[11]、蓮霧[12]、臍橙[13]等，但有關于低醇梨酒發酵工藝研究的文獻較少。

王過酥梨是山西省運城市峨眉嶺一帶著名的梨品種，果大皮薄，肉質細嫩潔白，汁多味甜。經檢測，其可溶性固形物含量10%～12%，總酸0.08%～0.1%，并富含多種營養物質。試驗以王過酥梨為原料，采用單因素和正交試驗研究低醇梨酒的發酵工藝，以期獲得一款受年輕人歡迎的健康飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與菌種

酥梨：運城市鹽湖區王過村種植。

釀酒酵母分離自運城陶村鎮石碑莊村葡萄園土壤，經鑒定為Saccharomyces sp.YJ-60，運城學院發酵實驗室保存，試驗前采用適宜條件活化培養[14]，備用。

1.2 儀器設備

垂直流超凈工作臺（ZHJH-C1115C）：上海智誠分析儀器制造有限公司；立式高壓蒸汽滅菌鍋（LDZX-50FA）：上海申安醫療器械廠；全溫生物培養搖床（HYQ-60）：武漢匯成生物科技有限公司；生化培養箱（SHP-250）：上海樹立儀器儀表有限公司；榨汁機（KS-3000）：上海科式制冷設備有限公司；實驗室pH計（PHS-3E）：上海佑科儀器儀表有限公司；電子天平（FA1104B）：上海越平科學儀器有限公司；手持折光儀（WY-1T）：成都青羊華瑞光學儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 低醇度梨酒發酵條件單因素試驗

試驗選擇發酵溫度、酵母菌接種量、發酵初始pH值、初始糖濃度、偏重亞硫酸鉀添加量5個因素進行單因素試驗[15-16]，以確定適宜的發酵條件。

梨汁按照設計要求，調整好糖濃度、初始pH值，裝入錐形瓶中后加入一定量的偏重亞硫酸鉀混勻，接入適量活化好的酵母菌種液，置于設定的溫度下發酵，每天測定其殘糖量，控制酒精度為4.0% vol左右時終止發酵，對其進行感官評價并測定品質最佳的梨酒酒精度。

1.3.2 低醇度梨酒發酵條件正交試驗

根據單因素試驗結果，選取發酵溫度、初始糖濃度、菌種接種量、初始pH值進行L9（34）正交試驗，對低醇梨酒發酵工藝條件優化。正交試驗因素水平見表1。

表1 發酵條件優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

1.3.3 理化指標測定與感官評定

酒精度采用密度瓶法[17]測定；糖度采用手持糖度儀測定；pH值采用酸度計測定。

參照NY/T 1508—2017《綠色食品 果酒》、GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，以外觀、香氣、滋味、典型性作為指標制定感官評分細則，見表2。由20人組成的感官評定小組進行評定，取其分值平均值作為評定結果[18]。

表2 感官評分細則Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.4 數據處理與分析

發酵試驗均設定2個平行，運用DPS v7.05軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 發酵溫度對主發酵的影響

不同發酵溫度下發酵液殘糖量的變化結果如圖1，感官評分結果如圖2。

圖1 發酵溫度對發酵過程中殘糖量的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on the amount of residual sugar during fermentation

圖2 不同溫度發酵的低醇梨酒感官評分比較Fig.2 Comparison of sensory scores of low-alcohol pear wine fermented at different temperatures

由圖1殘糖量的變化曲線可以看出，在試驗設定的范圍內，發酵溫度越高，開始發酵越早，前期發酵速度越快，降糖越迅速[19]。發酵溫度22℃以上時，發酵第4天已經基本達到4.1%，而采用20℃以下發酵要達到最低殘糖量需要6 d～7 d時間，與高溫發酵相比有差異。發酵7 d各溫度發酵液殘糖量均在4.1%。試驗結果表明，發酵溫度不同僅對于發酵速度影響較大，對最終殘糖的影響較小。

由圖2可以看出，隨著發酵溫度升高，發酵生產的梨酒感官評定值明顯降低，主要表現為梨果香氣不足，梨酒口感略粗澀，且液面有白色懸浮物；20℃和18℃下發酵的梨酒雖然發酵速度慢，但其色澤好，香氣協調、口感柔和、微酸，尤其是18℃下發酵的酒液香氣味濃，酒精度4.04% vol。其原因可能是低溫減少了低醇梨酒的揮發性化合物和芳香物的損失，降低了酒中高級醇的生成量。同時，低溫還會降低梨汁中殘留乳酸菌和醋酸菌活性，使梨酒風味更純。研究發現，溫度升高會提高酵母菌的代謝能力，增加高級醇和揮發性酸的產生量，影響果酒的風味[20-21]。因此，選擇18℃作為王過酥梨低醇梨酒發酵的適宜溫度。

2.1.2 酵母接種量對主發酵的影響

改變酵母接種量后，低醇梨酒發酵過程中殘糖量的變化情況見圖3，產品感官評分結果見圖4。

圖3 酵母接種量對發酵過程中殘糖量的影響Fig.3 Effect of yeast inoculation amount on residual sugar amount during fermentation

圖4 不同接種量發酵的低醇梨酒感官評分比較Fig.4 Comparison of sensory scores of low-alcohol pear wine fermented at different inoculation amount

由圖3可看出，在試驗設定的范圍內，酵母接種量對發酵速度有一定影響，增大接種量可以提高發酵速度，但接種量大于0.7%以上時發酵速度差異不顯著，殘糖量的變化幅度小。在發酵第6天，不同水平接種量發酵液中殘糖基本都達到最低點。

由圖4可知，酵母接種量對成品感官影響較大。在酵母接種量為0.4%時，發酵后梨酒酒體口感差，不協調，有輕微異味，無梨酒典型的風味；酵母接種量為0.7%和1.3%時，發酵的梨酒口感清新、爽口，但梨酒典型風味有些欠缺。酵母接種量為1.0%時，果香和發酵香氣濃郁，香味優雅、清新，酒精度3.89% vol，感官評分高。當酵母接種量過大，雖然可以快速發酵，抑制其它雜菌生長，但酵母自身繁殖消耗梨汁中大量糖分，會影響產品的協調性，并且容易產生酵母異味，代謝副產物過多，加速菌體老化[15]。接種量過低會延長發酵周期，不利于有害微生物的控制，增加風味變差的風險。因此，選擇酵母適宜接種量為1.0%。

2.1.3 初始pH值對主發酵的影響

不同初始pH值對發酵過程中殘糖量的影響見圖5，感官評分結果見圖6。

圖5 不同初始pH值對發酵過程中殘糖量的影響Fig.5 Effect of different initial pH on the amount of residual sugar during fermentation

圖6 不同初始pH值對低醇梨酒的感官評分的影響Fig.6 Effects of different initial pH values on sensory scores of low-alcohol pear wine

由圖5可以看出，在試驗設定的范圍內，當初始pH值在4.0以上時，發酵啟動早、速度快，差異不顯著，但與初始pH 3.5時有差異。這與酵母菌生長和代謝的適宜pH值在4.5～6.5的研究結果[22]相符。

由圖6可以看出，初始pH值偏低或偏高均會影響梨酒的品質。初始pH值為3.5和4.0時，主要表現為發酵后梨酒色澤偏暗，有懸浮物和沉淀物出現，口感略澀、偏酸，香氣不協調；pH值為5.0時，梨酒果香和酒香味弱，酸味不足，口感平淡，感官評分較低。在pH值為4.5時，發酵的梨酒酸甜口感適中、梨香和酒香較濃，酒精度3.92% vol。盡管較低pH值有利于SO2以游離態存在，起到抑制有害微生物的作用，但過低會促使揮發性有機酸生成，影響果酒風味[23]。初始pH值過高則會提高某些高級醇的生成[15]。因此，選擇發酵的適宜初始pH值為4.5。

2.1.4 初始糖濃度對主發酵的影響

不同初始糖濃度對發酵過程中殘糖量的影響見圖7，感官評分結果見圖8。

圖7 不同初始糖濃度對發酵過程中殘糖量的影響Fig.7 Effect of different initial sugar concentrations on the amount of residual sugar during fermentation

圖8 不同初始糖濃度對低醇梨酒的感官質量的影響Fig.8 Effects of different initial sugar concentrations on sensory scores of low-alcohol pear wine

由于在一定范圍內，發酵液中糖濃度會影響酵母菌的生長速率和總生長量，從而影響發酵速度。由圖7可以看出，在試驗設定的范圍內，初始糖濃度對梨酒發酵影響很大。初始糖濃度越高，糖消耗的速度越快。初始糖濃度為17.0%時，僅需要4 d的發酵，殘糖量即可達到10%，測其酒精度達到4.08% vol，與其它兩組有顯著差異；而當初始糖濃度為11.0%和13.0%時，發酵時間較長，達到要求酒精度需要發酵5 d以上。試驗結果表明，梨汁中初始糖濃度對發酵速度和發酵液中殘糖量均有較大影響。

由圖8可以看出，初始糖濃度為13.0%以下時，感官評分不高，主要表現為酒體色澤偏暗，有懸浮物出現，口感略酸澀，香氣不協調。當初始糖濃度為15.0%時，色澤微黃、光澤度好，但口感偏澀，梨香味不足；初始糖濃度為17.0%時，發酵的梨酒光澤度好，口感柔美、酸甜爽口，具有梨酒典型的風味，感官評價好，而且發酵速率快，節約了發酵時間，成本低。發酵中，由于在梨汁中加入了適量蔗糖，在產生乙醇的同時，刺激酵母菌產生少量的高級醇、琥珀酸等物質[24-25]，再加上成品中適量的殘糖與酒中有機酸構成舒適的酸甜比，使得低醇梨酒酒體豐滿，口感醇厚。因此，選擇王過酥梨低醇梨酒發酵最適初始糖濃度為17.0%。

2.1.5 偏重亞硫酸鉀對主發酵的影響

不同偏重亞硫酸鉀添加量對梨酒發酵過程中殘糖量的影響見圖9，感官評分結果見圖10。

圖9 不同偏重亞硫酸鉀添加量對發酵過程中殘糖量的影響Fig.9 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on sugar residues during fermentation

圖10 不同偏重亞硫酸鉀添加量對低醇梨酒的感官質量的影響Fig.10 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on sensory scores of low-alcohol pear wine

在發酵液中添加偏重亞硫酸鉀可生成SO2，起到抑制雜菌、抗氧化、護色、澄清等作用。由圖9和圖10可知，偏重亞硫酸鉀的添加量對發酵過程中殘糖量的變化無明顯影響，但對梨酒感官有所影響。偏重亞硫酸鉀添加量為140 mg/L時，其作用效果不明顯，發酵后酒體澄清度不高，梨酒顏色發暗，影響感官評分；偏重亞硫酸鉀添加量為180 mg/L以上時，抑制雜菌的效果好，酒體澄清，但是添加量過高會影響梨酒的氣味和口感。當添加量為160 mg/L時，抑制雜菌、護色的效果達到最佳，對梨酒風味影響較小，發酵梨酒酒度3.87% vol。酵母菌YJ-60具有較強的SO2耐受能力，在試驗設定的范圍內其發酵特性不會受到影響，但SO2濃度會影響到梨酒的感官品質。濃度偏低，無法有效抑制氧化酶的作用，影響果酒的色澤、風味等；濃度過大又會使梨酒產生不愉快的氣味，破壞酒的細膩感[26]。所以選擇偏重亞硫酸鉀的適宜添加量為160 mg/L。這一添加量的選擇與秦偉帥[25]、左勇等[27]的研究結果一致。

2.2 正交試驗優化梨酒發酵工藝

在單因素試驗的基礎上，選擇發酵溫度、初始糖濃度、初始pH值、酵母接種量4個因素進行正交試驗，結果見表3，感官評定的因素方差分析見表4。

表3 L9（34）正交試驗結果Table 3L9（34）orthogonal test result

表4 感官評定的因素方差分析Table 4 Factor anova of sensory evaluation

由表3極差分析結果可看出，影響低醇梨酒感官評分的主次因素順序均為B>A>D>C，即初始糖濃度>發酵溫度>酵母接種量>初始pH值。由表4方差分析結果得出，發酵初始糖度、發酵溫度對低醇梨酒的感官評定影響極顯著（P＜0.01），其它因素影響不顯著。低醇梨酒發酵的最優方案為A1B2C3D3，即發酵溫度為17℃，初始糖度為17%，初始pH值為4.7，酵母接種量為1.15%。采用最佳條件發酵，產品酒度為4.16% vol，糖度為9.76%，色澤微黃，光澤度好，酸甜適口，果香、酒香較濃，感官評分為85，優于試驗方案的各組。

3 結論與討論

試驗選用運城市當地所產王過酥梨為原料，利用自選釀酒酵母通過控制發酵中殘糖量的變化，使最終梨酒酒度控制在4% vol。采用四因素三水平試驗確定低醇梨酒最佳發酵條件：發酵最佳初始糖濃度為17%、初始pH值為4.7、酵母接種量為1.15%、偏重亞硫酸鉀添加量為160 mg/L，控制發酵溫度為17℃發酵4 d，所得產品酒精度為4.16% vol，糖度為9.76%，產品色澤微黃，光澤度好，酸甜適口，果香、酒香較濃。與最適釀制梨酒的南果梨[16]相比較，試驗中酵母的接種量較少，發酵溫度較低，制得的梨酒酒精度偏低，達到制造低醇梨酒的目的。