響應(yīng)面優(yōu)化紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒澄清工藝研究

呂長鑫，巴俊文，紀(jì)秀鳳，王新明，王妍惠，張新宇，周文萱，王維民

（1.渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實驗室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州121013；2.大連 中超食品有限公司，遼寧 大連116400）

0 引言

紅樹莓為薔薇科懸鉤子屬木本植物，別名覆盆子、托盤和馬林果等，在我國東北地區(qū)多有種植［1］.紅樹莓果實柔嫩多汁，酸甜可口，含有大量花色苷和黃酮等活性物質(zhì)，具有提高肌體免疫力和預(yù)防心腦血管疾病等功效，食用價值較高，被世界糧農(nóng)組織譽(yù)為第三代“黃金水果”［2-3］.藍(lán)莓為杜鵑花科越橘屬多年生灌木小漿果果樹［4］.藍(lán)莓果實中含有豐富的營養(yǎng)成分，具有保護(hù)視力和抗癌等功能，享有“水果皇后”之稱譽(yù)，且被推薦為五大健康水果之一［5-6］.

紅樹莓和藍(lán)莓均富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，但均不耐貯藏，將二者復(fù)合制成果酒，克服了單一果酒色香味欠佳和營養(yǎng)不足等缺陷，使其更加美味可口，更具營養(yǎng)保健價值.果酒在釀制過程中由于一些生物性或非生物性等因素，易產(chǎn)生絮狀物質(zhì)而生成沉淀，影響果酒品質(zhì)［7］.果酒澄清度是衡量酒體品質(zhì)的重要因素［8］，因此，本實驗對紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒澄清工藝進(jìn)行研究.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅樹莓：錦州義縣；藍(lán)莓：錦州南山果園；明膠、殼聚糖、皂土、硅藻土：武漢祥達(dá)食品添加劑有限公司；檸檬酸：河南萬邦實業(yè)有限公司；白砂糖：南寧糖業(yè)股份有限責(zé)任公司；果膠酶、纖維素酶：南寧龐博生物工程有限公司；亞硫酸氫鈉：河北鵬宇生物科技有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

BCD-212冰箱：博西華家用電器有限公司；UV-2700紫外分光光度計：日本島津公司；MIR-254-PC低溫恒溫培養(yǎng)箱：松下健康醫(yī)療器械株式會社；Centrifuge5804R冷凍離心機(jī)：德國艾本德儀器有限公司.

1.3 試驗方法

1.3.1 紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒制作工藝流程發(fā)酵→澄清→陳釀→灌裝→密封→殺菌→冷卻→成品.

1.3.2 操作要點(diǎn)

分別將解凍后的紅樹莓和藍(lán)莓打漿后，按果膠酶與纖維素酶9：1的質(zhì)量比各添加0.1%的果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶，在45 ℃條件下酶解2 h后過濾取汁，添加100 mg/L亞硫酸氫鈉，利用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)果汁pH至3.8，再添加200 g/L白沙糖.配置2%蔗糖水溶液，稱取酵母，酵母與蔗糖水質(zhì)量比為1：10，在40 ℃條件下活化25 min.將調(diào)整好的果汁加入活化后酵母菌液中，在28 ℃發(fā)酵7 d后倒罐，20 ℃后發(fā)酵10 d.

1.3.3 不同澄清方式對復(fù)合果酒透光率影響

1.3.3.1 自然澄清法

取六支具塞試管，每支試管中放20 mL果酒，分別室溫放置5、10、15、20、25和30 d后離心12 min，轉(zhuǎn)速為4000 r/min.取3 mL離心后上清液于比色皿中，在波長800 nm下測定透光率.

1.3.3.2 冷凍澄清法

取20 mL果酒于七個容器中，在-15 ℃條件下分別凍藏2、4、6、8、10、12和14 d后取出，4000 r/min離心12 min，取3 mL上清液于比色皿中，800 nm下測定透光率.

1.3.3.3 澄清劑澄清法

分別配置殼聚糖溶液、明膠溶液、皂土懸浮液和硅藻土懸浮液，備用［9］.取20 mL果酒于具塞試管中，依次加入0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mL配置好的殼聚糖溶液、明膠溶液、皂土懸浮液和硅藻土懸浮液做澄清劑，50 ℃下處理1 h后室溫靜置72 h，在4000 r/min下離心12 min，取3 mL離心后上清液于比色皿中，在波長為800 nm下測透光率，遴選出兩種澄清效果最好的澄清劑進(jìn)行復(fù)合.

1.3.4 復(fù)合澄清劑澄清單因素試驗

1.3.4.1 復(fù)合澄清劑配比的選擇

取20 mL果酒至具塞試管中，復(fù)合澄清劑總添加量為1.4 mL，殼聚糖與皂土按體積比為2：5、3：4、4：3、5：2、6：1加入，在50 ℃下處理50 min后靜置72 h，在4000 r/min條件下離心12 min，取3 mL上清液于比色皿中，在波長為800 nm下測定透光率.

1.3.4.2 澄清溫度的選擇

取酒樣20 mL至試管中，殼聚糖與皂土體積比為4：3，分別在40、45、50、55、60 ℃下保溫50 min后靜置72 h，4000 r/min條件下離心12 min，取3 mL離心后上清液于比色皿中，在波長為800 nm下測定透光率.

1.3.4.3 澄清時間的選擇

取酒樣20 mL至試管中，殼聚糖與皂土體積比為4：3，水浴溫度為50 ℃，水浴時間分別水浴30、40、50、60、70 min，澄清結(jié)束后室溫靜置72 h，在4000 r/min條件下離心12 min，測定其透光率.

1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗，以透光率為響應(yīng)值，進(jìn)行試驗設(shè)計，水平因素表見表1.

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 自然澄清對復(fù)合果酒透光率的影響

圖1為自然澄清對果酒透光率的影響.由圖可知，在自然澄清0～20 d期間果酒透光率上升較為明顯，超過20 d果酒透光率趨于平穩(wěn).因此自然澄清20 d效果最佳.

2.2 冷凍澄清對復(fù)合果酒透光率的影響

由圖2可知，冷凍后果酒透光率較自然澄清有所提高.冷凍時間在0～6 d期間果酒透光率上升較為明顯；超過6 d時，透光率略有下降后趨于平穩(wěn).因此冷凍時間6 d對復(fù)合果酒澄清效果最佳.

2.3 澄清劑澄清對復(fù)合果酒透光率的影響

圖3為四種澄清劑對果酒透光率的影響，由圖可以看出，在澄清劑添加量不斷增加的過程中，四種澄清劑透光率均先增高后降低，這說明殼聚糖、皂土、硅藻土以及明膠濃度過高會破壞與果酒形成的穩(wěn)定體系，導(dǎo)致紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率下降.在四種澄清劑中皂土澄清效果最好，其次為殼聚糖，硅藻土澄清效果最差，因此研究殼聚糖與皂土復(fù)合澄清劑對果酒透光率的影響.

2.4 復(fù)合澄清劑澄清單因素試驗結(jié)果分析

2.4.1 復(fù)合澄清劑配比對果酒澄清效果影響分析

由殼聚糖和皂土復(fù)配澄清劑對果酒進(jìn)行澄清作用研究結(jié)果可知，透光率均可達(dá)86%以上，澄清效果顯著.從圖4可以看出，透光率隨著復(fù)配澄清劑比例不斷增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢.當(dāng)殼聚糖與皂土體積比為4：3時紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率達(dá)到89.5%，此時透光率最高；繼續(xù)增大復(fù)配澄清劑比例，透光率呈下降趨勢.紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒中含有帶負(fù)電荷的分子，而在酸性條件下，殼聚糖在果酒中會形成帶有正電荷的分子，此時果酒中帶有正負(fù)電荷的微粒相互吸引，使紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒中果膠和單寧等顆粒物質(zhì)絮凝并產(chǎn)生沉淀［10］，從而增大果酒透光率；殼聚糖與皂土所形成的電荷恰好相反，因此對二者進(jìn)行復(fù)合與單一澄清劑相比優(yōu)勢明顯［11］.過量殼聚糖所形成的膠體系統(tǒng)反而會造成紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒混濁，導(dǎo)致其透光率下降.

2.4.2 澄清溫度對果酒澄清效果影響分析

由圖5可知，果酒透光率隨著澄清溫度的不斷增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢.澄清溫度在低于50 ℃期間透光率呈上升趨勢明顯；當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時透光率達(dá)到88.9%，此時澄清效果最佳；而當(dāng)溫度在50～60 ℃期間，透光率呈急速下降趨勢.表明適宜得溫度使殼聚糖與皂土吸附正負(fù)電荷效果更加顯著，二者共同作用吸附紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒中帶電的顆粒物質(zhì)，使紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒產(chǎn)生沉淀從而提高紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒澄清度［12］.若澄清溫度過高會分解紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒中部分活性物質(zhì)，從而導(dǎo)致果酒透光率下降［13］.

2.4.3 澄清時間對果酒澄清效果影響分析

從圖6可以看出，果酒透光率隨著澄清時間延長呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢.澄清時間在40～50 min期間，透光率具有明顯上升趨勢；當(dāng)澄清時間為50 min時透光率可達(dá)89.3%；繼續(xù)增加澄清時間，紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒澄清度逐漸下降，說明適當(dāng)澄清時間會使紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒中正負(fù)電荷之間更好作用使紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒產(chǎn)生絮凝并沉淀.澄清時間過長會使其粘度過大，影響果酒品質(zhì)和澄清度［14-15］.

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合澄清劑澄清試驗

2.5.1 模型建立及顯著性分析

以透光率為響應(yīng)值，在單因素試驗基礎(chǔ)上，以A（復(fù)合澄清劑比例）、B（澄清溫度）和C（澄清時間）為考察因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗，試驗結(jié)果見表2.

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

為檢驗各因素對復(fù)合果酒透光率的影響程度和回歸方程的有效性，對以上試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析，由表3可以看出，模型p＜0.0001，失擬相p=0.1631＞0.05，說明以以上3因素為考察因素的模型極顯著，失擬相不顯著，方程擬合度較好.由F值可以看出，水浴溫度、水浴時間和復(fù)合澄清劑比例對紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率的影響順序依次為：水浴溫度＜水浴時間＜復(fù)合澄清劑比例.模型中復(fù)合澄清劑配比和澄清時間（AC）對紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率無顯著影響，復(fù)合澄清劑配比和澄清溫度（AB）對果酒透光率影響顯著，而因素A、B、C、BC、A2、B2、C2均對果酒透光率具有極顯著影響.對表2試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率（Y）對復(fù)合澄清劑比例（A）、水浴溫度（B）及水浴時間（C）的二次多項回歸模型為：Y=91.60+0.52A-0.30B+0.45C-0.26AB+0.080AC-0.60BC-0.65A2-0.84B2-0.59C2. 變異系數(shù)CV=0.23%，CV值越小，表明試驗有良好精確度和可信性.總決定系數(shù)R2=0.9776，校正系數(shù)R2Adj=0.9487，可以良好地反映出紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率與以上3個因素之間關(guān)系.

表3 方差分析表

2.5.2 響應(yīng)面各因素間交互作用分析

圖7依次展示了AB、AC和BC三組交互作用與紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率構(gòu)成的等高線圖及3D圖.圖7a為因素AB交互作用的等高線圖，圖7b為因素AB交互作用的3D圖，由兩圖可以看出等高線圖呈橢圓形，且3D圖較陡峭，說明AB交互作用對紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率影響顯著［16-17］；圖7c中AC交互作用的等高線圖橢圓不明顯，且結(jié)合表3可知AC交互作用不顯著，因此不做解釋；圖7e為因素BC交互作用的等高線圖，圖7f為因素BC交互作用的3D圖，由圖可以看出BC交互作用等高線圖呈橢圓形，3D較陡峭，說明因素BC間交互作用對紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率產(chǎn)生極顯著影響.

2.5.3 驗證試驗

由Design Expert軟件分析可以預(yù)測出最佳優(yōu)化條件為：復(fù)合澄清劑配比9：5，澄清溫度47.48 ℃，澄清時間56.75 min，紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率預(yù)測值為91.97%.實際測得的紅樹莓-藍(lán)莓復(fù)合果酒透光率為92.36%，與預(yù)測值的相對誤差為0.42%，所建模型準(zhǔn)確可靠.

3 結(jié)論

本文通過對自然、澄清劑和冷凍三種澄清法比較，結(jié)果表明澄清劑澄清效果最好，且針對殼聚糖和皂土進(jìn)行復(fù)合澄清劑進(jìn)行研究，在單因素基礎(chǔ)上且通過響應(yīng)面優(yōu)化得到最佳澄清工藝條件：澄清溫度47 ℃、澄清時間57 min、復(fù)合澄清劑配比9：5，果酒透光率預(yù)測值為91.97%，按此條件進(jìn)行3次平行實驗，所得復(fù)合果酒平均透光率為92.36%，響應(yīng)面模型與實際值擬合良好，在實際生產(chǎn)中具有一定應(yīng)用價值.