沙棗紅提復合果酒發酵工藝優化

李彩霞 屈雅寧 張 靜 焦 揚

（河西學院生命科學與工程學院，甘肅 張掖 734000）

沙棗，別名：七里香、香柳、刺柳等，是胡頹子屬植物，原產于西亞.沙棗樹是改造干旱、鹽漬地、沙地、荒地等造林用優選樹種之一［1］.在我國東北、華北、西北等地區，已大量種植用于防風固林，自然資源極其豐富.其果實富含糖類、黃酮、單寧、礦物質及微量元素等多種成分［2］，其中成熟沙棗果實總糖含量高達60%左右［3］，非常適合用來釀酒［4］，以提高其利用價值.

紅提，又名紅地球，是我國鮮食葡萄的主要品種之一，含有較豐富的維生素、礦物質、氨基酸等，味道甜美、口感優良，是一種具有代表性的鮮食葡萄［5］.紅提在張掖市種植面積廣，其果實較大，顏色為深紅色，果粒整齊緊實，產量高［6］.但是由于以紅提為主線的加工產品較少，致使紅提仍以鮮食為主，其后期的腐爛變質造成大量資源浪費［7］.

果酒是將破碎、壓榨后的水果經發酵等工藝所制成的低酒精度飲料酒.果酒中富含多種活性成分，營養價值較高［8］.近幾年，果酒需求量逐年增大，研制果酒新品種成為食品研究領域的新熱點［9］.于翔［10］、田曉菊［11］等人優化了單一沙棗果酒發酵工藝，前人對于沙棗復合果酒的研究較少.本研究以沙棗和紅提為主要原料，制備復合果酒，以期為沙棗深加工產品的開發提供一定的理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料

沙棗：產于甘肅省酒泉市；紅提：產于甘肅省張掖市；果膠酶（500U/mg）（浙江博丹衡食品配料有限公司）；高活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；檸檬酸（分析純）：（天津市致遠化學試劑有限公司）；白砂糖（食品級）：市售.

1.2 儀器與設備

pH510精密pH計：安萊立思儀器科技（上海）有限公司；BSA224S電子天平：北京賽多利斯科學儀器有限公司；WYT型手持折射儀：上海滬粵明科學儀器有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；DHP-9272電熱恒溫培養箱：上海齊欣科學儀器有限公司；CH2122F微電腦電磁爐：中山市格蘭仕生活電器制造有限公司.

1.3 方法

1.3.1 復合果酒釀造工藝流程及操作要點

（1）原料選擇：沙棗和紅提，選擇成熟、無病和無霉爛的果實.

（2）混合漿制備：沙棗清洗，以1∶5質量比加水浸泡5min，在95℃下預煮3min，去核后打漿；紅提去梗后破碎；沙棗漿和紅提漿按5∶1體積比混合后，立即添加50mg/LH2SO3（以SO2計）和30mg/L的果膠酶［12］，靜置24h，備用.

（3）調整糖度、pH值：使用白砂糖調節混合漿的糖度至預定值，且在發酵初始一次性加完；之后加入適量的碳酸鈣或酒石酸，以便調整pH值至預定值.

（4）酵母的活化［13］：取一定量的活性干酵母，加入其質量5%的白砂糖以及20倍質量的水，攪拌均勻，置于35～40℃電熱恒溫水浴鍋中30min，冷卻至28～30℃備用.

（5）酒精發酵：將活化好的酵母按一定比例加入待發酵液中，在一定溫度下發酵6天，結束發酵后經過濾、澄清并于75℃滅菌20min得到成品復合果酒.

1.3.2 單因素試驗設計將活化后的酵母菌分別按0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的量接入待發酵液中，調節待發酵液的初始糖度分別為16oBx、18oBx、20oBx、22oBx、24oBx，初始pH值分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，在培養溫度分別為22℃、25℃、28℃、31℃、34℃的條件下發酵6d.分別考察酵母菌接種量、初始糖度、初始pH值、和發酵溫度對復合果酒中酒精度的影響.

1.3.3 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以酵母接種量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和發酵溫度（D）為考察因素，以酒精度為響應值，通過Box-Behnken設計試驗，優化復合果酒的工藝參數，試驗因素水平如表1所示：

表1 試驗因素水平Table 1 Test factor level

1.3.4 分析檢測

初始糖度：采用手持折射儀測定；pH值：采用pH計測定；酒精度：按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中密度瓶法測定；總糖與還原糖：采用菲林試劑滴定法測定.還原糖：按照GB 5009.7-2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》中直接滴定法測定；菌落總數及大腸菌群測定：參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》.

1.3.5 數據處理采用OriginPro 8進行數據處理和制圖，采用Design-Expert V8.0.6進行試驗設計和響應面分析.

2 結果與分析

2.1 酵母接種量對復合果酒酒精度的影響

酵母接種量對復合果酒酒精度的影響如圖1所示：酒精度隨酵母接種量的增大呈現先升高后降低的趨勢.當酵母接種量達到0.8%時，復合果酒的酒精度最高，達到6.49%vol.繼續增大酵母接種量，酒精度會出現下降趨勢.從上述分析可以得出將果酒的酵母接種量控制在0.8%左右比較合適.

圖1 酵母接種量對酒精度影響Fig.1 Effect of yeast inoculation amount on alcohol content

2.2 初始糖度對復合果酒酒精度的影響

初始糖度對酒精度的影響如圖2所示：隨著初始糖度不斷地增大，酒精度不斷升高，在初始糖度達到20oBx時，酒精度最高，為8.6%vol；繼續增大初始糖度，酒精度又呈現緩慢下降趨勢.因此調整果酒的發酵初始糖度為20oBx進行發酵比較合理.

圖2 初始糖度對酒精度影響Fig.2 Influence of initial sugar content on alcohol content

2.3 初始pH值對復合果酒酒精度的影響

初始pH 值對酒精度的影響如圖3 所示：初始pH 值較低，復合果酒酒精度偏低；當初始pH 值增加，酒精度呈現上升趨勢，且酒精度的變化較大；當初始pH值達到4.5，復合果酒的酒精度最大，達到7.2%vol；繼續增大初始pH值，復合果酒酒精度下降.綜上，將沙棗紅提復合果酒的發酵初始pH值控制在4.5左右為宜.

圖3 初始pH值對酒精度影響Fig.3 Influence of initial pH value on alcohol content

2.4 發酵溫度對復合果酒酒精度的影響

發酵溫度對酒精度的影響如圖4所示：隨著發酵溫度不斷地升高，復合果酒的酒精度呈現先升高后逐漸降低的趨勢.當發酵的溫度達到28℃時，復合果酒的酒精度達到最大.因此，將復合果酒的發酵溫度控制在28℃左右較好.

圖4 發酵溫度對酒精度影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol content

2.5 響應面因素水平設計

依據單因素試驗的結果，利用Design Expert 8.0.6軟件，采用Box-Behnken Design建立數學模型，以酵母添加量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）、發酵溫度（D）為自變量，酒精度為響應值，進行四因素三水平的響應面試驗設計.響應面試驗設計及結果如表2.

表2 響應面優化果酒發酵工藝試驗結果Table 2 Response surface optimization of fruit wine fermentation process test results

2.6 回歸方程及方差分析

經擬合后得到的回歸模型：

Y=9.80+0.23A+0.85B+0.41C-0.28D-0.035AB+0.45AC+0.57AD-0.77BC-0.012BD-0.29CD-1.37A2-1.09B2-0.46C2-2.00D2

如表3所示，模型P＜0.01，因此模型極顯著；且失擬項不顯著（P=0.0885＞0.05）；模型的決定系數R2=0.9339，校正系數R2Adj＝0.8678，說明回歸模型擬合情況良好，不存在失擬因素，可以利用此模型對沙棗紅提復合果酒發酵過程中酒精度的變化進行分析和預測.根據F值可得，在影響復合果酒酒精發酵的各個因素中，對酒精度的影響大小順序為：B 初始糖度＞C 初始pH 值＞D 發酵溫度＞A 酵母接種量. 其中B 初始糖度對復合果酒的酒精度影響極顯著（P＜0.0001），C 初始pH 值對酒精度的影響顯著（P＜0.05）.

表3 回歸模型方差分析表Table 3 Analysis of variance of regression model

2.7 響應面交互作用分析

響應面圖是根據數據擬合后得到的二次回歸方程繪制的，由響應面圖可以確定各變量之間的交互關系，彎曲面傾斜的程度越高、等高線的形狀越橢圓代表各因素之間的交互作用越強［14］，各因素的交互作用對復合果酒酒精度的影響如圖5所示.

圖5 各因素交互作用對復合果酒酒精度影響的響應面和等高線Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on alcohol content of compound fruit wine

由圖5可知，酵母接種量（A）、初始糖度（B）、初始pH值（C）和發酵溫度（D）之間交互變化時，復合果酒的酒精度呈現相應的變化.從曲面坡度的陡峭程度可以看出，BC 交互效應對酒精度的影響極顯著，AD 交互作用對酒精度的影響較顯著；交互作用大小排序為BC＞AD＞AC＞CD＞BD＞AB，且6 個圖的開口均向下，說明存在最大值.

2.8 復合果酒的最佳參數及試驗驗證

利用已建立的數據模型預測沙棗紅提復合果酒發酵的最佳生產工藝條件為：酵母菌接種量0.82%，初始糖度為20.58oBx，初始pH值4.64，發酵溫度27.78℃.在此條件下，酒精度理論值為10.01%vol.結合實際試驗情況，將生產工藝調整為酵母菌接種量0.8%，初始糖度為20oBx，發酵溫度28℃，初始pH值為4.5，在此條件下進行3次驗證試驗，得到復合果酒的實際酒精度為9.76%vol，與理論預測值相差較小，說明該模型能較好地預測沙棗紅提復合果酒的發酵工藝.

2.9 產品質量指標

2.9.1 感官指標

沙棗紅提復合果酒呈現淺茶紅色，清澈透明，無明顯沉淀物，具有沙棗特有的香味，口感純正.

2.9.2 理化指標

產品的酒精度為9.76%vol，還原糖（以葡萄糖計）為2.1g/L，符合果酒國家標準.

2.9.3 微生物指標

菌落總數≤50CFU/mL，大腸菌群≤3CFU/mL；致病菌未檢出.

3 討論

發酵液中酵母接種量較低時，隨著接種量增大，果酒中的總糖消耗量增大，酒精度會隨著酵母量的增加而上升較快［15］.當酵母接種量達到0.8%后，繼續增大接種量，此時大量酵母菌在發酵液中迅速繁殖，使得酒液中的糖分被快速消耗，因此破壞了酒液的發酵環境，從而導致酵母菌提前衰老并發生自溶［16］，酒精度會出現下降趨勢.

隨著初始糖度不斷地增大，酵母菌的營養物質逐漸充足，酒精度不斷升高；在初始糖度達到20oBx后，繼續增大初始糖度，酒精度又呈現緩慢下降趨勢，這可能是因為在含糖量過高時，糖化酶和釀酒酵母活性受到抑制，從而影響了果酒的發酵，導致其酒精度下降［17］.

研究表明，酒精發酵過程中，初始pH值較低，對酵母的代謝有抑制作用，使得復合果酒酒精度偏低、殘糖量過剩［18］.而發酵酒液的初始pH值過高，會使得釀酒酵母的生長和代謝酶系活性被抑制，酒精度含量就會有所下降［19］.

酒精發酵過程中，酵母對發酵溫度有一定的要求，溫度偏低時，酵母的生長繁殖加快，大量消耗糖類物質產生代謝副產物，使酒精度比較低；而溫度過高，酵母發酵會受到一定的影響，同時生成的其他成分對果酒的風味品質也有一定的影響［20］.

4 結論

以沙棗和紅提為原料，經單因素試驗和響應面試驗，得出復合果酒的最佳優化工藝參數為：酵母菌接種量0.8%，初始糖度為20oBx，發酵溫度28℃，初始pH 值為4.5.此條件下發酵的復合果酒，具有沙棗特有的香氣，酒體澄清透明，顏色呈現淺茶紅色，口感純正，酒精度為9.76%vol，還原糖（以葡萄糖計）為2.1g/L，工藝條件穩定.