響應(yīng)面法對(duì)洋蔥酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

李升升，徐懷德,*，李鈺金，晏 超

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.泰祥集團(tuán) 山東海洋食品營(yíng)養(yǎng)研究院，山東 榮成 264309)

響應(yīng)面法對(duì)洋蔥酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

李升升1，徐懷德1,*，李鈺金2，晏 超1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.泰祥集團(tuán) 山東海洋食品營(yíng)養(yǎng)研究院，山東 榮成 264309)

目的：為充分利用洋蔥資源，制得具有良好口感與保健功能的洋蔥酒。方法：以黃皮洋蔥為原料，選擇不同的前處理方式對(duì)洋蔥進(jìn)行前處理并采用響應(yīng)面法對(duì)洋蔥酒的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果：洋蔥在539W微波條件下處理20min，按料液比1:3(g/mL)打漿，在發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時(shí)間48.36h條件下發(fā)酵，制得洋蔥酒乙醇體積分?jǐn)?shù)9.7%，總黃酮的浸出率為65.12%。多元回歸分析結(jié)果顯示，發(fā)酵溫度、酵母菌接種量、發(fā)酵時(shí)間與洋蔥酒酒精含量和黃酮浸出率之間回歸模型極顯著，可用于實(shí)際生產(chǎn)預(yù)測(cè)。結(jié)論：微波處理可明顯除去洋蔥的蔥臭味，并得出了洋蔥酒發(fā)酵的最優(yōu)條件。

洋蔥酒；預(yù)處理；乙醇體積分?jǐn)?shù)；黃酮浸出率；響應(yīng)面分析法

洋蔥(Allium cepaL.)屬百合科蔥屬草本植物，富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，含有豐富的硫化合物、黃酮、苯丙素、甾體皂苷、前列腺素類等生理活性物質(zhì)，被譽(yù)為“菜中皇后”[1]。洋蔥全球產(chǎn)量?jī)H次于西紅柿，約占蔬菜總量10%；我國(guó)各地均有種植，直接食用或深加工產(chǎn)品有干制洋蔥、洋蔥醬、洋蔥精油等[2-4]。

從當(dāng)前洋蔥的主要加工產(chǎn)品中可以看出，洋蔥的深加工品還不多。究其原因主要是洋蔥的蔥臭味限制了洋蔥產(chǎn)品的開發(fā)與發(fā)展。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[1]，洋蔥產(chǎn)品蔥臭味的防治主要采用加熱、加入包埋劑或用稀釋的方法。在加熱過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生一部分蔥臭味，單獨(dú)添加包埋劑或稀釋也不能達(dá)到掩蓋蔥臭味的目的。本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)對(duì)洋蔥不同前處理方式的選擇，得出能較好的防止洋蔥蔥臭味的處理方式，以釀制品質(zhì)較好的洋蔥酒。

在酒精發(fā)酵過(guò)程中，酵母菌接種量、初始pH值、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間等因素都對(duì)洋蔥酒精發(fā)酵和發(fā)酵過(guò)程中有效成分的保存率有很大的影響[5]。因此，要生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良和生理功能成分含量高的洋蔥酒，必須對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，這對(duì)洋蔥酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法[6-10]研究洋蔥酒發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵溫度、酵母菌接種量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)洋蔥酒乙醇體積分?jǐn)?shù)和黃酮浸出率的影響，旨在為洋蔥酒工業(yè)化生產(chǎn)提一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

洋蔥(黃皮洋蔥) 楊凌農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；蔗糖 市售；安琪葡萄酒高活性干酵母 湖北安琪酵母股份有限公司；蘆丁標(biāo)品 中國(guó)藥品生物制品檢定所；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1700 pharmaSpec型紫外-可見分光光度計(jì) 日本島津公司；HPS-250型生化培養(yǎng)箱 哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；MP200B型電子分析天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；KDC-40型離心機(jī) 科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；WYT-4型糖度計(jì) 上海精密儀器儀表有限公司；酒精計(jì) 河北武強(qiáng)縣同輝儀表廠；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器 上海精宏設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 洋蔥的前處理方式選擇

選無(wú)病變和劣變的洋蔥，分別進(jìn)行對(duì)照、加熱和微波處理，然后進(jìn)行酒精發(fā)酵，以最終的乙醇體積分?jǐn)?shù)、黃酮保存率等理化指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定最佳的前處理方式。

對(duì)照處理：洋蔥按料液比1:3(g/mL)打漿，然后調(diào)整糖度至175g/L待用。

加熱處理：洋蔥按料液比1:3打漿，調(diào)整糖度至175g/L然后加熱煮沸10min待用。

微波處理：洋蔥切分后，立即放入微波設(shè)備中在539W條件下，處理20min，然后按料液比1:3打漿，用白砂糖調(diào)整洋蔥漿中總糖至175g/L待用。

1.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.2.1 洋蔥酒釀造工藝要點(diǎn)

原料處理：選擇無(wú)病變和劣變的洋蔥，進(jìn)行適當(dāng)前處理，備用；酵母活化：活性干酵母先在35℃水浴中用復(fù)水10min，然后按照水質(zhì)量的5%加入白砂糖，攪拌均勻，在36℃水浴中活化20min備用；發(fā)酵：將活化好的酵母放入處理好的待發(fā)酵液中發(fā)酵。

1.3.2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選取發(fā)酵溫度、酵母菌接種量和發(fā)酵時(shí)間3個(gè)主要因素，以發(fā)酵結(jié)束后的乙醇體積分?jǐn)?shù)和黃酮浸出率為響應(yīng)值，運(yùn)用設(shè)計(jì)專家7.0.0[11]軟件進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)。試驗(yàn)因素水平及編碼見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化洋蔥酒發(fā)酵工藝因素水平與編碼表Table 1 Factors and levels in response surface design

1.4 指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算方法

1.4.1 黃酮含量的測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[12]：精密稱取105℃條件下干燥至質(zhì)量恒定的蘆丁純品0.1000g，用50%乙醇溶解，搖勻，定容至100mL，再取10mL此標(biāo)準(zhǔn)液于100mL容量瓶中，稀釋、定容為0.1g/L蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液，作為儲(chǔ)備液備用。分別吸取0、1、2、3、4、5、6 mL于2 5 mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸餾水定容至刻度，搖勻，靜置0.5h，于波長(zhǎng)420nm處測(cè)定吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)、顯色液中蘆丁的質(zhì)量(mg)為橫坐標(biāo)，用最小二乘法進(jìn)行回歸，線性方程為Y=1.4173X－0.0017，R2=0.9997。

測(cè)定酒樣中黃酮含量時(shí)，吸取5mL酒精于25mL比色管中，加入1.5% AlCl38mL，用蒸餾水定容至刻度，搖勻靜置0.5h后，于波長(zhǎng)420nm處測(cè)定吸光度。

1.4.2 理化指標(biāo)的測(cè)定

按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，乙醇體積分?jǐn)?shù)采用酒精計(jì)法測(cè)定；總酸采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定；總糖采用直接滴定法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋蔥前處理方式的選擇

不同預(yù)處理?xiàng)l件下，制得的洋蔥酒的理化指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

由表2可知，對(duì)照處理洋蔥酒的蔥臭味較重，而加熱和微波處理可明顯減少或降低洋蔥酒中的蔥臭味。這是因?yàn)檠笫[中的蔥臭味是洋蔥中的蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下，生成含硫化合物經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)而產(chǎn)生，對(duì)照處理中洋蔥中蔥臭味物質(zhì)生成且沒有散失，而加熱和微波處理一方面可破環(huán)蒜氨酸酶，減少蔥臭味前體物質(zhì)的生成，另一方面加熱和微波處理會(huì)使已生成的蔥臭味物質(zhì)揮發(fā)，所以對(duì)照處理中洋蔥酒的蔥臭味較重而加熱和微波處理蔥臭味較淡。

表2 不同預(yù)處理方式下洋蔥酒的理化指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Physico-chemical properties and sensory evaluation of onion wine fermented from onion subjected to different pretreatments

由洋蔥酒的理化指標(biāo)可以看出，在相同發(fā)酵條件下，對(duì)照處理洋蔥的糖轉(zhuǎn)化率低，而加熱和微波處理糖轉(zhuǎn)化率較高，因?yàn)檠笫[中含有的硫化物較多抑制了酵母菌的酒精發(fā)酵，通過(guò)加熱或微波處理能減少硫化物的生成或使一部分硫化物蒸發(fā)；從黃酮浸出率的角度看，對(duì)照處理的黃酮浸出率較高，加熱和微波處理黃酮浸出率低于對(duì)照處理，因?yàn)樵诩訜峄蛭⒉ㄌ幚磉^(guò)程中損失了一部分黃酮類物質(zhì)；從感官評(píng)價(jià)的結(jié)果看出，對(duì)照處理的蔥臭味較重，加熱和微波處理的蔥臭味較淡，但是從口感、產(chǎn)品狀態(tài)等方面來(lái)看，微波處理較好。綜合分析，選擇微波處理作為洋蔥酒精發(fā)酵的前處理方式。

2.2 洋蔥酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Scheme and results of response surface design

按照3因素響應(yīng)面法設(shè)計(jì)方案，安排了20組處理組合，測(cè)定其乙醇體積分?jǐn)?shù)并計(jì)算黃酮浸出率，結(jié)果見表3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用設(shè)計(jì)專家軟件進(jìn)行分析[13-15]。

2.2.1 工藝條件對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響

2.2.1.1 回歸模型的建立

以發(fā)酵溫度(X1)、酵母菌接種量(X2)、發(fā)酵時(shí)間(X3)為自變量，洋蔥酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)(Y1)為因變量，建立洋蔥酒酒精發(fā)酵工藝參數(shù)回歸模型?；貧w方程為：

2.2.1.2 工藝參數(shù)的分析

表4 乙醇體積分?jǐn)?shù)回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model for alcohol content

由表4可以看出：F模型=14.67＞F0.01(9,5)=10.16，P＜0.01，表明模型方程(1)極顯著，不同處理間的差異極顯著；失擬項(xiàng)P=0.1422＞0.05，不顯著；模型的校正決定系數(shù)R2Adj為0.8664，說(shuō)明該模型能解釋約86%響應(yīng)值的變化，表明方程擬合程度較好。離散系數(shù)(CV)表示試驗(yàn)的精確度，其值越大，試驗(yàn)結(jié)果的可靠性越低。本試驗(yàn)CV=2.46%，在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果可靠，可以用此模型對(duì)洋蔥酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

由回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，模型(1)的一次項(xiàng)X1和X3(P＜0.01)影響極顯著，X2(P＞0.05)影響不顯著；二次項(xiàng)(P＜0.01)影響均極顯著；交互項(xiàng)X1X2和X1X3(P＜0.05)影響顯著，X2X3(P＞0.05)影響不顯著。依據(jù)方程系數(shù)的估計(jì)值X1=0.23、X2=0.098和X3=0.38，可知影響因子的主效應(yīng)主次順序?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間＞發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量。由軟件分析得工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.38℃、酵母菌接種量0.73%、發(fā)酵時(shí)間55.92h，此時(shí)乙醇體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值Y1為9.87%。

2.2.1.3 酒精發(fā)酵優(yōu)化工藝參數(shù)的驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法的可行性，采用得到的最佳發(fā)酵條件進(jìn)行洋蔥酒的發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵溫度25.4℃、酵母菌接種量0.73%、發(fā)酵時(shí)間為56h，同時(shí)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。結(jié)果為洋蔥酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為9.9%、9.9%、10.0%，平均值為9.93%，與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為0.6%，與模擬值非常接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的實(shí)用性。

2.2.2 工藝條件對(duì)洋蔥酒黃酮浸出率的影響

2.2.2.1 回歸模型的建立

以發(fā)酵溫度(X1)、酵母菌接種量(X2)、發(fā)酵時(shí)間(X3)為自變量，洋蔥酒的黃酮浸出率(Y2)為因變量，建立洋蔥酒酒精發(fā)酵工藝參數(shù)回歸模型。回歸方程為：

2.2.2.2 工藝參數(shù)的分析

表5 黃酮含量回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model for extraction rate of flavonoids

由表5可以看出：F模型=48.80＞F0.01(9,5)=10.16，P＜0.01，表明模型方程(2)極顯著，不同處理間的差異極顯著；失擬項(xiàng)P=0.1295＞0.05，不顯著；模型的校正決定系數(shù)為0.9577，說(shuō)明該模型能解釋約95%響應(yīng)值的變化，表明方程擬合程度較好。離散系數(shù)(CV)表示試驗(yàn)的精確度，其值越大，試驗(yàn)結(jié)果的可靠性越低。本試驗(yàn)CV=3.48%，在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果可靠，可以用此模型對(duì)洋蔥酒的黃酮浸出率進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

由回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，模型(2)的一次項(xiàng)X1(P＞0.05)影響不顯著，X2和X3(P＜0.01)影響極顯著；二次項(xiàng)(P＜0.01)影響均極顯著；交互項(xiàng)X1X2(P＜0.01)影響極顯著，X1X3和X2X3(P＞0.05)影響不顯著。依據(jù)方程系數(shù)的估計(jì)值X1=0.53、X2=5.69和X3=3.87，可知影響因素的主效應(yīng)主次順序?yàn)椋航湍妇臃N量＞發(fā)酵時(shí)間＞發(fā)酵溫度。由設(shè)計(jì)專家軟件分析得工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.04℃、酵母菌接種量0.87%、發(fā)酵時(shí)間42.96h，此時(shí)黃酮浸出率的預(yù)測(cè)值Y2為65.61%。

2.2.2.3 黃酮浸出率工藝參數(shù)的驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法的可行性，用得到的最佳發(fā)酵條件進(jìn)行洋蔥酒的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，為便于控制，將條件修改為發(fā)酵溫度25℃、酵母菌接種量0.87%、發(fā)酵時(shí)間43h，同時(shí)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。結(jié)果為洋蔥酒的黃酮浸出率分別為65.12%、64.89%、64.45%，平均值為64.82%，與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為1.20%，與模擬值非常接近，驗(yàn)證了模型的實(shí)用性。

2.2.3 洋蔥酒發(fā)酵工藝參數(shù)分析

綜合以上不同發(fā)酵條件對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)和黃酮浸出率的影響，經(jīng)軟件對(duì)發(fā)酵參數(shù)進(jìn)行分析得出最佳工藝條件為發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時(shí)間為48.36h，此時(shí)乙醇體積分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)值為9.75%，黃酮浸出率預(yù)測(cè)值為64.62%。在優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得乙醇體積分?jǐn)?shù)9.7%，黃酮浸出率65.12%，與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。

3 結(jié) 論

3.1 通過(guò)對(duì)洋蔥酒釀造預(yù)處理?xiàng)l件的選擇，得出洋蔥在539W微波條件下處理20min，然后按料液比1:3打漿后再進(jìn)行酒精發(fā)酵，釀制的洋蔥酒的口感較好。

3.2 通過(guò)響應(yīng)面分析建立了洋蔥酒發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵溫度、酵母菌接種量，發(fā)酵時(shí)間與洋蔥酒乙醇體積分?jǐn)?shù)和黃酮浸出率之間的回歸模型，通過(guò)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ惋@著，可用于生產(chǎn)預(yù)測(cè)。

3.3 洋蔥酒酒精發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度25.3℃、酵母菌接種量0.84%、發(fā)酵時(shí)間48.36h，采用該工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，洋蔥酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)9.7%，黃酮浸出率65.12%。

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Optimization of Fermentation Process for Onion Wine by Response Surface Methodology

LI Sheng-sheng1，XU Huai-de1,*，LI Yu-jin2，YAN Chao1
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China；2. Ocean Food Nutrition Research Institute of Shandong Taixiang Group, Rongcheng 264309, China)

Objective: To make good use of onion and prepare palatable and healthy onion wine. Methods: Onion was used as the raw material and three pre-treatment methods were applied to treat onion. Response surface methodology was used to optimize fermentation parameters for the production of onion wine. Results: Onion wine was palatable when onion was subjected to microwave treatment at 539 W power for 20 min. The optimal fermentation parameters were fermentation temperature of 25.3 ℃, yeast bacillus inoculation amount of 0.84% and fermentation time of 48.36 h. Under the optimal conditions, the alcohol content of onion wine was 9.7% and the extraction rate of flavonoids from onion wine was 65.12%.Multivariate regression analysis showed that established regression models for alcohol content or extraction rate of flavonoids as a function of fermentation temperature, yeast bacillus inoculation amount and fermentation time were both remarkable, which could be used for practical prediction. Conclusion: Microwave pre-treatment can effectively remove the unpleasant aroma in onion and the optimized fermentation conditions for producing onion wine are reliable.

onion wine；pretreatment；alcohol content；extraction rate of flavonoids；response surface methodology

TS255.46

A

1002-6630(2011)06-0135-04

2010-05-06

陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)課題(2007K01-10-2)

李升升(1984—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣肥卟速A藏與加工。E-mail：lishshxn@yahoo.cn

*通信作者：徐懷德(1964—)，男，副教授，本科，研究方向?yàn)楣肥卟速A藏與加工、天然產(chǎn)物提取。E-mail：xuhuaide@yahoo.com.cn