桑椹酒發酵工藝優化研究

陳 雅，廉葦佳，韓 琛，吳 斌，阿依加馬麗·加帕爾，雷 靜

（新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番 838000）

桑椹是桑科桑屬落葉喬木桑樹的果實，又名桑果、桑棗，被國家衛生部列為“藥食同源”的農產品[1-2]。桑椹營養豐富，含有維生素、氨基酸、有機酸、多糖、花青素、白藜蘆醇等營養成分，具有降低血糖、血脂、預防心血管疾病的發生、抗衰老、改善視力等作用，被醫學界譽為“21 世紀最佳保健果品”[3-7]。桑椹是漿果類果實，含水量高，且成熟和采摘期集中在炎熱的夏季（5—6 月份），采摘期較短，且極易腐爛變質不易儲藏，限制了非產地的銷售，造成了桑椹資源的浪費[8]。因此，將桑椹精深加工成產品來延長貨架期，增加其附加值[9]。

桑椹酒能極大的保留桑椹獨特的果香味及營養成分，提高桑椹資源的經濟效益，還能很好的解決桑椹果實的儲藏問題[10]。有關研究發現，桑椹酒中花青素含量是紅葡萄酒的5 倍，白黎蘆醇含量達1.38 μg/mL[11-12]。吐魯番是新疆桑椹的主產區，獨特的自然條件出產了優質桑椹，但吐魯番桑椹的研究還處在初級研究階段，對桑椹資源的加工利用程度不高，致使我市每年桑椹資源白白浪費。因此，本研究以吐魯番黑桑椹為原料，通過單因素實驗和響應面分析方法，研究發酵工藝條件對桑椹酒品質的影響，以期得到桑椹酒最佳發酵工藝參數，為桑椹精深加工開發研究提供新的途徑，為當地加工企業提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：黑桑椹，采摘于吐魯番；白砂糖，新疆中唐糖業有限責任公司。

試劑：鹽酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、葡萄糖、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、乙醇，均為分析純；碳酸氫鈉、檸檬酸，均為食品級；果膠酶，上海康禧食品飲業有限公司；焦亞硫酸鉀，ESSECO S.R.L.；釀酒高活干酵母(LALVIN EC-1118)，上海杰兔工貿有限公司。

儀器設備：FA/JA 系列電子天平，上海上平儀器有限公司；手持式測糖儀，上海亮研智能科技有限公司；控溫發酵罐FJG-1、貯酒罐，吐魯番市耀揚金屬制品有限公司；打漿機DJ-330，溫州市龍灣東霸食品機械廠；制冷設備ICA-20L，上海康賽制冷設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

本試驗采用工藝流程如下：

1.2.2 操作要點

原料采收：成熟黑桑椹，紫紅色或紫黑色，無霉果、爛果。

破碎、打漿：去除桑椹中的枯枝、葉子等雜物，將黑桑椹破碎、打漿，全汁與果肉一起發酵，使桑椹中的營養成分保留在桑椹酒中。

加焦亞硫酸鉀：加入焦亞硫酸鉀（以SO2計30 g/L），以去除黑桑椹中的雜菌。焦亞硫酸鉀在水中充分溶解后加到桑椹汁中。

加果膠酶：加入30 g/L 的果膠酶以提高桑椹的出汁率[13]，攪拌均勻，靜置2 h。

調節糖酸：根據桑椹汁的原始糖度，計算添加糖的含量，分兩次加到桑椹汁中（第一次發酵前添加、第二次48 h 后添加）。采用分批加糖的方式比一次性加入糖更能提高糖的利用率，從而提高乙醇產量[14]。用碳酸氫鈉和檸檬酸調節酸度。

活化酵母：水溫37 ℃左右，糖度7 %～10 %，加入酵母進行活化。

發酵：將活化好的酵母加入到桑椹汁中進行控溫發酵。測定發酵過程中桑椹酒的酒精度、總糖、總酸。

終止發酵：發酵結束后，添加焦亞硫酸鉀（以SO2計50 g/L）終止發酵。

低溫澄清：將終止發酵后的桑椹酒在0～5 ℃下靜置10～15 d，使發酵液中的果肉、籽、酵母等懸浮物沉降到罐底。

皮渣分離：抽取發酵罐中桑椹酒上清液至貯酒罐，裝至滿罐，沖入氮氣，隔絕空氣。

陳釀：在0～5 ℃低溫條件下貯存不少于6 個月。陳釀是使桑椹酒中的懸浮物進一步沉淀，酒液發生酯化、氧化還原反應，而逐漸澄清、老熟[15]。

澄清過濾：利用澄清劑進行澄清處理，并使用硅藻土過濾機、板框過濾機過濾至酒體澄清透亮。

殺菌、灌裝：68 ℃±2 ℃滅菌3 min后灌裝。

1.2.3 單因素實驗

（1）初始糖度的選擇。桑椹汁添加糖的總含量分別為160 g/L、180 g/L、200 g/L、220 g/L、240 g/L，平均分2 組，分兩次添加，調整初始pH 值為4，在發酵溫度為22 ℃條件下進行發酵。發酵結束，對其酒精度、總糖、總酸進行測定，選取桑椹酒發酵的最適初始糖度。

（2）初始pH 值的選擇。調整桑椹汁初始糖度為220 g/L、初始pH 值分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，發酵溫度為22 ℃條件下發酵。發酵結束，對其酒精度、總糖、總酸進行測定，選取桑椹酒發酵的最適初始pH值。

（3）發酵溫度的選擇。調整桑椹汁初始糖度為220 g/L、初始pH 值為3.5，發酵溫度分別為14 ℃、18 ℃、22 ℃、26 ℃、30 ℃時進行發酵。發酵結束，對其酒精度、總糖、總酸進行測定，選取桑椹酒最適發酵溫度。

1.2.4 響應面實驗

在單因素實驗的基礎上，以初始糖度（A）、初始pH值（B）、發酵溫度（C）3個因素進行響應面優化實驗，以感官評分作為響應指標，確定桑椹酒的最適發酵工藝條件，響應面分析因素與水平表見表1。

表1 響應面分析因素與水平表

1.2.5 分析方法[16-17]

酒精度的測定，采用酒精計法進行檢測；總糖的測定，采用斐林試劑法進行檢測；總酸的測定，采用酸堿滴定法進行檢測；感官評定，桑椹酒感官指標評定標準見表2。

表2 桑椹酒感官指標評定標準

以色澤、澄清程度、香氣、滋味、典型性5 個方面作為桑椹酒感官指標，選取10 名品評人員組成品評小組，進行感官評定，滿分為100 分，去掉一個最高分和一個最低分后，取其平均分作為感官評分。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 初始糖度對桑椹酒品質的影響（圖1）

圖1 初始糖度對桑椹酒的影響

桑椹破碎打漿后，用手持式測糖儀測得桑椹汁的糖度為14.5%，該糖度下發酵的桑椹酒酒精度較低，不足以發酵口感醇厚、酒體豐滿的優質桑椹酒，因此，需要額外添加糖，以提高桑椹酒的酒精度及口感。由圖1 可以看出，隨著初始糖度的增加，桑椹酒的酒精度、總糖、總酸含量均隨之增加。桑椹酒發酵過程中，酒精由糖轉化而來，當初始糖度為160 g/L 時，沒有足夠的糖轉化成酒精，使酒精度較低為8.2%vol，殘留的總糖含量為12.4 g/L，總酸含量為6.7 g/L；當初始糖度為240 g/L 時，過多的糖分增加了桑椹酒的滲透壓，抑制酵母菌的代謝活動，使桑椹酒酒精度為12 %vol，殘留的總糖含量最高為24 g/L，總酸含量為8.8 g/L，且桑椹酒的口感不佳，感官評分只有71 分。初始糖度為220 g/L 時，感官評分最高為82 分，且酒精度適宜為10.8%vol，糖酸比例適中，總糖含量22.7 g/L，總酸含量8.3 g/L。因此，選220 g/L作為桑椹酒的最適初始糖度。

2.1.2 初始pH值對桑椹酒品質的影響（圖2）

圖2 初始pH值對桑椹酒的影響

黑桑椹破碎打漿后，測得的pH 值為4.16，為考察不同初始pH 值對桑椹酒品質的影響，需要用碳酸氫鈉和檸檬酸調整其pH 值。結果如圖2 所示，當初始pH 值為3.0 時，酸度過高，影響酵母活性，抑制發酵過程，使酒精度較低為8.7 %vol，總酸含量較高為9.6 g/L，此時的桑椹酒口感過酸；當初始pH值為5.0 時，極易滋生雜菌，抑制酵母菌的代謝，使酒精度降低為9.5%vol，總糖含量為47.8 g/L，總酸含量為7.1 g/L，酒體渾濁，風味不佳；當初始pH 值為3.5 時，無雜菌生成，酒精含量較高，殘留的總糖含量較低，此時酒體較飽滿，感官評分最高。因此，選取pH3.5作為桑椹酒最適初始pH值。

2.1.3 發酵溫度對桑椹酒品質的影響（圖3）

圖3 發酵溫度對桑椹酒品質的影響

從圖3 可看出，酒精度隨著發酵溫度的上升先升高后下降，總糖含量先下降后升高。當發酵溫度為14 ℃時，發酵溫度過低，酵母生長緩慢，酒精度為9.2%vol，總糖含量為52.2 g/L，總酸為7.6 g/L，殘留的總糖含量過高，釀造出的桑椹酒口感不佳；發酵溫度為30 ℃時，發酵溫度過高，酵母菌增殖加快，菌體過早進入衰亡期，不利于糖轉化為酒精，導致后發酵不足，此時酒精度為9.7 %vol，總糖含量為43.1 g/L。隨著發酵溫度的升高，酵母菌活力提升、生長繁殖速度加快，產酸能力增強，導致總酸含量隨之升高，從7.6 g/L 升高到10.7 g/L。結合感官評分，當發酵溫度為18 ℃時，酒精度為11.5 %vol，總糖含量23.6 g/L，總酸8.6 g/L，此時釀造的桑椹酒，酒香濃郁，酸甜協調，酒體豐滿，感官評分最高，為88 分。因此，選取18 ℃作為桑椹酒的最適發酵溫度。

2.2 響應面實驗

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析（表3）

表3 響應面實驗設計及結果

利用Design-Expert 7.1.3 軟件對表3 的實驗數據用多元回歸擬合后，得到感官評分(Y)與初始糖度（A）、初始pH值（B）、發酵溫度（C）的回歸方程：

Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2

對模型進行方差分析，從表4 可以看出，此模型P 值為＜0.0001，極顯著（P＜0.05），說明實驗方法是可靠的。失擬項P 值為0.9482＞0.05，表現為不顯著，說明回歸方程擬合度和可信度均較好，實驗誤差小。模型中A、B、C 的P 值＜0.05 表現為顯著，說明初始糖度、初始pH 值、發酵溫度對桑椹酒感官評分的影響顯著，且各因素影響感官評分順序為發酵溫度＞初始糖度＞初始pH 值。交互項AB的P 值小于0.05，說明AB 對桑椹酒感官評分有顯著影響。交互項AC、BC 的P 值均大于0.05，說明AC、BC 對桑椹酒感官評分的影響不顯著。A2、B2、C2的P 值均小于0.05，說明A2、B2、C2對桑椹酒感官評分均有顯著影響。相關系數R2=0.9785，說明模型擬合度高，很好反映了初始糖度、初始pH 值、發酵溫度對桑椹酒感官評分之間的關系，用于模型實驗結果可靠。

表4 回歸模型方差分析

圖4 各因素交互作用對桑椹酒品質影響的等高線和響應曲面

2.2.2 響應面分析

各因素交互作用對桑椹酒品質影響的等高線和響應曲面見圖4。由圖4 可知，初始pH 值與初始糖度對桑椹酒的感官評分交互作用顯著，等高線圖呈橢圓形。隨著初始pH 值與初始糖度的增加，桑椹酒感官評分逐漸增加，當兩個因素增加到一定程度，桑椹酒感官評分又逐漸降低，說明過高或過低的初始pH 值和初始糖度都會影響桑椹酒的品質。在初始pH 值為3.5 時，初始糖度和發酵溫度對桑椹酒的感官評分的交互作用不顯著。初始pH 值與發酵溫度等高線圖呈圓形，說明初始pH 值與發酵溫度對桑椹酒感官評分的交互作用不顯著。隨著初始pH 值與發酵溫度的增加，桑椹酒感官評分逐漸增加，但當兩個因素增加到一定程度，桑椹酒感官評分又逐漸降低，說明過高或過低的初始pH 值與發酵溫度都會影響桑椹酒的品質。

2.2.3 驗證實驗

回歸模型預測的桑椹酒理論最佳發酵工藝條件為：初始糖度226.33 g/L、初始pH 值3.56、發酵溫度18.67 ℃，在此條件下，桑椹酒感官評分的最大理論值為91.0571 分。鑒于實驗的實際可操作性，將桑椹酒的發酵工藝條件調整為：初始糖度226 g/L、初始pH 值3.6、發酵溫度18 ℃，經過3 組重復實驗，得到實際桑椹酒感官評分為90.1 分，實驗結果與理論預測值基本相符。因此，基于響應面分析方法優化桑椹酒發酵工藝條件參數較準確，具有實際應用價值。

3 結論

通過桑椹酒感官評分（Y）與初始糖度（A）、初始pH 值（B）、發酵溫度（C）的關系建立響應面回歸方程：Y=89.20+3.13A+2.38B+3.75C+2.00AB-0.75AC-0.25BC-2.60A2-8.60B2-4.85C2，得到最適桑椹酒發酵工藝條件：初始糖度226 g/L、初始pH值3.6、發酵溫度18 ℃，在此條件下，桑椹酒感官評分的最大理論值為91.0571 分，實際測得桑椹酒感官評分的平均分為90.1 分，表明該回歸模型具有較好的預測性能，可用于指導生產實踐，為加工企業提供理論支持。