響應面法優化針葉櫻桃黃酒的發酵工藝
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摘 要 以針葉櫻桃和粳米為原料，在單因素實驗的基礎上，采用Box-Behnken響應面法對針葉櫻桃黃酒發酵工藝進行優化。結果表明，在酒曲添加量0.8%、糖化溫度31 ℃、糖化時間68 h、釀酒酵母添加量0.8%、液料比為1.1∶1、針葉櫻桃果漿添加量33%、發酵溫度26 ℃、發酵時間4 d時為最佳發酵工藝參數。該最佳釀造工藝條件下，研制得針葉櫻桃黃酒的色澤橙黃，清亮透明，特征香氣濃郁，口感醇厚柔和，酒精度13.8% vol，感官評分96.4。果糧混釀酒一直是熱帶水果釀酒的發展方向。釀制針葉櫻桃黃酒，開發黃酒新品種，對豐富市場具有重要的現實意義。
關鍵詞 針葉櫻桃;黃酒;發酵工藝;響應面法
中圖分類號 S31 文獻標識碼 A
Abstract The Box-Behnken response surface method was used to optimize the fermentation process of yellow wine from acerola cherry and rice on the basis of single factor experiments. The best fermentation conditions were as follows： koji addition 0.8%， saccharification temperature 31 ℃， saccharification time 68 h， Saccharomyces cerevisiae 0.8%， liquid to material ratio 1.1： 1（mL： g）， acerola cherry 33%， fermentation temperature 26 ℃， and fermentation time 4 d. Under the best fermentation conditions， the yellow wine produced had orange color， clear and transparent characteristics， harmonious and fragrant aroma， soft and mellow taste， alcohol content 13.8% vol， and the sensory evaluation score was 96.4. Fruit and grain blending is the development direction of the wine making for tropical fruits. The production of yellow wine from acerola cherry and rice would be of importance both in the development of new varieties of fruit wine and marketing.
Keywords acerola cherry （Malpighia glabra）; yellow rice wine; fermentation process; response surface method
DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.022
針葉櫻桃（acerola cherry， Malpighia glabra）原產于熱帶美洲西印度群島加勒比海地區，又名“西印度櫻桃”，被譽為“天然維C果王”[1]。20世紀50年代后，在我國引種栽培成功[2]。針葉櫻桃營養豐富，含有多種維生素及礦物質，其中鮮果中維生素C的含量高達至1215～3024 mg/100 g，是含量最高的天然維生素C源之一[3-4]。維生素C是維持人體生命活動不可缺少的成分，水溶性維生素C參與了人體多種代謝過程，對于維持細胞完整、預防感染、增強抵抗力等方面有著重要的臨床意義[5]。維生素C還能有效的保護維生素A、E、不飽和脂肪酸等抗氧化劑，防止自由基對人體的傷害，從而達到延緩衰老的效果[6-7]。黃酒是以稻米、小米、玉米、小麥等為主要原料，經蒸煮、加曲、糖化、發酵等工序制成的釀造酒[8]。黃酒是我國特產，享有“國酒”之美譽，也是世界上最古老的酒類之一[9]。由于它的酒度適中，酒香濃郁，口味獨特，營養豐富，具有食療價值，且易被人體吸收利用，故被稱為“液體蛋糕”[10-11]。近年來人們的保健意識不斷增強，對具有保健功效的低度酒類的需求不斷提高，黃酒因具有營養、綠色、保健等特點而備受青睞，因而風味黃酒的開發展現出較大的市場潛力[12-14]。
針葉櫻桃不耐貯藏、易腐爛，而目前針葉櫻桃深加工產品開發較少，主要產品是糖果。所以，針葉櫻桃黃酒的研制，對豐富黃酒品種與利用針葉櫻桃有較為重要的意義。針葉櫻桃黃酒是在傳統黃酒的基礎上，添加含維生素C極高的針葉櫻桃而制成的果糧混釀型黃酒，與傳統黃酒相比，針葉櫻桃黃酒不僅風味獨特，酒體的針葉櫻桃果香和米酒香協調濃郁，滿足了現代人群的口味要求，而且酒體中天然維生素C含量豐富，維生素C與黃酒的有效結合，使酒體營養成分豐富，符合現代人群的養生消費理念。針葉櫻桃黃酒風味和營養上的獨特性，使其具有巨大的推廣潛力。本研究以針葉櫻桃和粳米為主要原料，研究針葉櫻桃黃酒釀造工藝技術，制成風味獨特的果糧混釀型黃酒，對提升黃酒的價值，推動風味黃酒的發展有重要意義。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 材料與試劑 針葉櫻桃（acerola cherry）：采摘自海南省定安縣，果中可溶性固形物含量為9.7%，pH為3.9;粳米：市售;甜酒曲：安琪酵母股份有限公司;釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：海南大學實驗室菌株FP-8。 試劑：酒石酸鉀鈉、無水硫酸銅、葡萄糖、次甲基藍、鹽酸、甲基紅、氫氧化鈉、2，6-二氯靛酚鈉等均為分析純，廣州化學試劑廠。
1.1.2 儀器與設備 SW-CJ-17-D型超凈工作臺，蘇州佳寶凈化工作設備有限公司;SPX-250B-Z型生化培養箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠;JYL-Y11型高速破壁打漿機，九陽股份有限公司;GJJ-0.1/25型高壓均質機，上海臺馳輕工裝備有限公司;YM50FGN型全自動高壓滅菌鍋，上海滬譽貿易有限公司。
1.2 方法
1.2.1 酵母種子液制作 酵母菌種活化：無菌條件下挑取保存原菌接種于PDA斜面的試管中，28 ℃培養48 h。
酵母一級種子液：無菌條件下挑取活化酵母接入到盛有10 mL YPD液體培養基的大試管中，振蕩均勻后28 ℃培養24 h;酵母二級種子液：將取10 mL酵母一級種子接入到盛有100 mL YPD液體培養基三角瓶中，振蕩均勻后28 ℃培養24 h;酵母三級種子液：將取100 mL酵母二級種子接入到盛有1000 mL培養基（YPD∶針葉櫻桃汁=1∶1）的三角瓶中，振蕩均勻后28 ℃培養24 h，備用。1.2.2 針葉櫻桃黃酒的加工工藝流程及操作要點 工藝流程：
操作要點：挑選無腐爛、無破損、無病蟲害的針葉櫻桃果，用流動水洗滌，采用打漿機低溫原果打漿，制得針葉櫻桃果漿備用（針葉櫻桃果漿中，可溶性固形物含量為9.7%，pH 3.9）。稱取適量粳米，淘洗后于室溫下浸泡24 h。將浸泡好的粳米進行蒸煮，蒸煮后用涼開水沖淋至室溫，加0.8%的甜酒曲（按粳米干質量計算），在31 ℃條件下糖化68 h。在針葉櫻桃黃酒糖化工藝條件的基礎上，研究后續釀酒酵母發酵工藝對針葉櫻桃黃酒品質的影響。糖化結束后，加水沖缸（液料比=水的體積/粳米干質量），接種酵母菌，加入針葉櫻桃果漿（比例按粳米干質量計算）進行發酵。發酵結束后，經澄清、過濾、封缸陳釀使其風味趨以完善，最后，根據針葉櫻桃果的特性，采用超高溫110 ℃殺菌15 s，再迅速降溫，得產品[4， 12]。
1.2.3 發酵單因素實驗 釀酒酵母發酵的基礎工藝條件：首先進行黃酒的糖化工藝，加曲量為0.8%（按粳米干質量計算），在31 ℃條件下糖化68 h。糖化結束后，添加酵母菌，進行釀酒酵母發酵。工藝條件為酵母菌添加量為0.8%，發酵溫度28 ℃，針葉櫻桃果漿添加量30%（按粳米干質量計算），液料比1∶1（純凈水/粳米干質量），發酵時間5 d。
單因素實驗條件：根據釀酒酵母發酵的基礎工藝條件，采用單一變量進行試驗。以感官評分、酒精度為評價指標，依次研究酵母菌添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）、發酵時間（1、2、3、4、5 d）、針葉櫻桃添加量（0、15%、30%、45%、60%）、液料比（純凈水/粳米干質量：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5）、發酵溫度（20、24、28、32、36 ℃）對針葉櫻桃黃酒品質的影響。按1.2.4中的方法進行評價。
1.2.4 發酵響應面優化實驗設計 在單因素實驗的基礎上，以感官評分（Y）為響應值，進行響應面優化實驗，確定針葉櫻桃黃酒的最佳發酵工藝參數。響應面實驗因素和水平見表1。
1.2.5 測定方法 針葉櫻桃黃酒感官評分標準：選擇10名食品專業人員，參照GB/T 13662-2008《黃酒》的方法，從外觀、香氣、口味、風格四個方面制定感官評分標準，進行感官評分，滿分為100分。感官評分標準見表2。
酒精度、總糖、總酸（以乳酸含量計）、氨基酸態氮、pH：均參照GB/T 13662-2008《黃酒》中規定的檢測方法進行測定;維生素C：參照GB 5009.86-2016《食品中抗壞血酸的測定》中規定的檢測方法進行測定;菌落總數：參照GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中規定的檢測方法進行測定;大腸桿菌：參照GB 4789.3-2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中規定的檢測方法進行測定。
2 結果與分析
2.1 針葉櫻桃黃酒發酵工藝單因素實驗
2.1.1 釀酒酵母添加量對針葉櫻桃黃酒品質的影響 由圖1可知，釀酒酵母添加量為0.8%時，得到的針葉櫻桃黃酒果香和酒香醇厚濃郁，酒體組分協調豐滿，風味最佳，感官評分達到最大值92分，此刻酒精度為13.2% vol。釀酒酵母添加量少時，針葉櫻桃黃酒的發酵緩慢，容易導致雜菌生長，發酵產生的酒精度較低，導致針葉櫻桃黃酒的果香和酒香香氣淡薄，風味不夠協調[15];釀酒酵母添加量過高時，酵母菌為了生存競爭營養物質，酵母菌的發酵受到抑制，酒精度不高，雜菌繁殖，酸味與苦澀味變得突出，針葉櫻桃黃酒果香和酒香香味淡薄，感官評分降低[15]。故最佳酵母菌接種量為0.8%。由于在整個發酵工藝優化過程中酵母添加量對黃酒感官評分的影響較其他因素而言并不明顯，故而酵母添加量在響應面實驗中不作為考察對象。
2.1.2 發酵溫度對針葉櫻桃黃酒品質的影響 針葉櫻桃對溫度敏感，雖然低溫有利于針葉櫻桃黃酒的釀造并提升針葉櫻桃黃酒品質，但發酵溫度低，酵母菌發酵時間會延長;隨著發酵溫度的增加，針葉櫻桃黃酒的果香和酒香變得越來越協調濃郁，口感越來越豐滿協調;當發酵溫度達到24 ℃時，感官評分最高;當發酵溫度超過24 ℃后，隨著發酵溫度的升高，發酵速度逐漸加快，生成較多的副產物，針葉櫻桃黃酒的果香和酒香香味不足，酒香和果香不協調，酒體中的異雜味越來越突出，使針葉櫻桃黃酒的整體風味變差[16]，故發酵溫度24 ℃較為適宜（圖2）。 2.1.3 液料比對針葉櫻桃黃酒品質的影響 圖3所示，當液料比為1.0時，感官評分分別達到最大值為95分，酒精度為13.8% vol。水添加量過少時，針葉櫻桃黃酒發酵液過于黏稠，不利于糖化液的發酵，而當水添加量過大時，發酵液被稀釋，營養成分含量不足[13]。這兩者都導致發酵完成后酒精度過低，也因此影響針葉櫻桃黃酒品質，致使針葉櫻桃黃酒的果香和酒香香氣成分不協調，感官評分降低;當液料比為1.0時，果香和酒香醇厚濃郁，風味協調，故液料比為1.0時比較適宜。
2.1.4 針葉櫻桃果漿添加量對針葉櫻桃黃酒品質的影響 由圖4可知，隨著針葉櫻桃果漿添加量的增加，針葉櫻桃的風味越來越突出，果香和酒香變得越來越協調濃郁，酒體組分變得豐滿協調，感官評分逐漸增加;在針葉櫻桃添加量15%時，酒精度達到最大值13.7% vol，但是由于針葉櫻桃添加量較少，果香和酒香不夠協調濃郁，酒體組分不夠豐滿協調;在針葉櫻桃添加量30%時，針葉櫻桃黃酒的感官評分達到最大值93分，酒精度為13.3% vol。而后隨著針葉櫻桃果漿添加量的增加，針葉櫻桃黃酒的果香越來越凸顯，但同時在針葉櫻桃果漿的稀釋作用下，酒香則顯得不足，整體風味不夠協調濃郁，感官評分降低。因此，選擇最佳針葉櫻桃果漿添加量為30%。
2.1.5 發酵時間對針葉櫻桃黃酒品質的影響 隨著發酵時間的延長，針葉櫻桃黃酒的酒香越來越濃郁，果香和酒香越來越和諧，感官評分越來越高，當發酵時間達到4 d后，由于酒體中大部分的糖已被酵母菌轉化為酒精[12]，果香和酒香醇厚濃郁，酒體組分豐滿協調，針葉櫻桃黃酒的感官評分趨于平穩;而發酵時間繼續延長，苦味和澀味物質會逐漸凸顯，不利于針葉櫻桃黃酒風味的形成。故最佳發酵時間為4 d。實驗結果見圖5。
2.2 響應面優化針葉櫻桃黃酒發酵工藝試驗結果及分析
2.2.1 數字模型的建立及分析 結合單因素實驗結果，進一步優化針葉櫻桃黃酒的發酵工藝條件。選取液料比（A）、針葉櫻桃果漿添加量（B）、發酵溫度（C）為影響因子，以感官評分（Y）為響應值，設計3因素3水平響應面實驗。Box-Behnken實驗結果見表3。通過Design Expert 8.0.6.1軟件對表3進行回歸分析，方差分析結果見表4。
對表3中的試驗結果進行多元回歸擬合后，獲得各因素水平對針葉櫻桃黃酒感官評分（Y）影響的二次多項回歸模型：
Y=95.20+0.88A+2.00B+3.38C1.00AB+2.25AC+0.50BC5.23A24.98B24.22C2
由表4可知，上述建立的回歸模型極顯著（P<0.0001），失擬項不顯著（P=0.1097>0.05）。表明針葉櫻桃黃酒發酵工藝數據模型的選取具有合理性;模型決定系數R2為0.9776，校正決定系數R2Adj為0.9489，表明該模型與試驗結果的擬合度較好，可以用此模型對葉櫻桃黃酒的發酵工藝參數進行可靠分析和預測。根據表4中F值判斷，各因素對針葉櫻桃黃酒發酵工藝感官評分的影響大小順序為：發酵溫度>針葉櫻桃果漿添加量>液料比，其中一次項B、C達到極顯著水平（P<0.01），AC的交互作用為極顯著（P<0.01），二次項A2、B2、C2對針葉櫻桃黃酒感官評分的影響極顯著（P<0.01）。綜合數據結果表明，該模型能較好地反映發酵溫度、針葉櫻桃添加量、液料比之間的關系，因此所得的回歸方程能較好地預測針葉櫻桃黃酒發酵工藝中感官評分在不同條件下的變化規律。
2.2.2 影響因子間交互作用分析 通過應用Design-Expert. V 8.0.6軟件獲得針葉櫻桃黃酒發酵工藝的響應面圖和等高線圖，能夠直觀地反映出各因素及其相互作用對實驗結果的影響。響應面圖的曲面程度越大，表明兩因素間的交互作用越顯著[17]。由圖6可直觀地反映出針葉櫻桃添加量、發酵溫度和液料比之間的交互作用對總糖和總酸的影響程度。液料比和發酵溫度的交互作用對針葉櫻桃黃酒感官評分的影響顯著（P<0.05），其余因素間交互作用影響不顯著（P>0.05），這與方差分析結果一致。
2.3 針葉櫻桃黃酒發酵工藝驗證實驗
通過軟件對所建立的發酵工藝模型進行分析，獲得釀造針葉櫻桃黃酒最佳發酵工藝條件為液料比1.08∶1，針葉櫻桃添加量33.11%，發酵溫度25.82 ℃。為了實際操作的可行性，將最佳發酵工藝參數修正為液料比1.1∶1，針葉櫻桃添加量33%，發酵溫度26 ℃。在此發酵工藝條件下進行3組平行驗證實驗。得到的結果為感官評價得分96.4與預測值96.2458分相近，說明本實驗的回歸模型方程具有實際指導意義。
2.4 產品質量指標
應用響應面優化后的最佳條件進行發酵，檢測發酵后針葉櫻桃黃酒的各項指標為：酒精度（溫度為20 ℃時）為13.8% vol;總糖為44.1 g/L;酸度為7.3 g/L;pH為3.8;氨基酸態氮為0.39 g/L;維生素C含量為132.0 mg/100g;菌落總數<1 CFU/mL。產品各項指標均符合國家標準。
3 討論
目前，關于傳統黃酒的工藝研究報道較多，但對針葉櫻桃果糧混釀型黃酒的工藝研究尚未見報道。對于黃酒的傳統工藝研究，黃瑤等[18]對不同工藝釀制的黃酒進行了比較，研究表明，使用純菌種先糖化后發酵工藝釀造的黃酒品質最佳。本研究采用純菌種先糖化后發酵的釀造工藝釀造針葉櫻桃黃酒。
與傳統黃酒釀造工藝[19]相比，本研究在傳統黃酒釀造工藝的基礎上，將針葉櫻桃和黃酒結合，也是天然維生素C與黃酒的結合，使釀造的針葉櫻桃黃酒具有獨特的風味和營養;傳統黃酒釀造工藝的釀造溫度一般在30 ℃左右，崔闖等[12]研究黃酒的發酵溫度為32 ℃，本研究采用先在31 ℃糖化，然后在26 ℃進行后發酵的發酵模式，且在添加釀酒酵母時加入輔料針葉櫻桃果漿。針葉櫻桃果香和維生素C受溫度影響較大[4]， 添加針葉櫻桃果漿后低溫發酵，可減緩維生素C的氧化，有利于發酵后針葉櫻桃新鮮果香風味的形成。 本研究在單因素的基礎上，選取對針葉櫻桃黃酒品質影響最大的因素，對發酵工藝進行響應面優化試驗。最終確定針葉櫻桃黃酒發酵工藝的最優參數為：加曲量0.8%，酵母添加量0.8%，液料比1.1∶1，針葉櫻桃添加量33%，發酵溫度26 ℃，發酵時間4 d，制得的針葉櫻桃黃酒呈橙黃色，清澈透明，有光澤，酒體協調，醇厚綿長，甘甜爽口，具有針葉櫻桃黃酒的典型風格，得出的最優針葉櫻桃黃酒釀造工藝具有較好的實際應用價值，對帶動針葉櫻桃的規?；a和豐富黃酒的品種有重要的實際意義。
參考文獻
鐘義紅， 孫 杰， 李世芬， 等. 針葉櫻桃提取物增強小鼠細胞與體液免疫功能[J]. 食品研究與開發， 2014， 34（12）： 76-80.
何明霞， 胡庭興， 費世民. 西印度櫻桃的引種栽培和開發利用研究[J]. 四川林業科技， 2007， 28（2）： 90-93.
Mezadri T， Fernandez-Pachon M S， Villano D， et al. The acerola fruit： composition， productive characteristics and eco-nomic importance[J]. Archivos Latinoamericanos de Nutricion， 2006， 56（2）： 101-109.
羅國向， 張 佳， 孫云飛， 等. 針葉櫻桃汁加工貯藏過程中維生素C含量的變化[J]. 食品與生物技術學報， 2014， 36（7）： 732-735.
Mezadri T， Villano D， Fernandez-Pachon M S， et al. Antioxidant compounds and antioxidant activity in acerola （Malpighia emarginata DC.） fruits and derivatives[J]. Journal of Food Composition and Analysis， 2008， 21（4）： 282-290.
高令才， 惠 勇， 賀金龍. 維生素C的作用機制及臨床應用新進展[J]. 醫藥前沿， 2011， 16（1）： 106-108.
王 領， 何聰芬， 董銀卯， 等. 西印度櫻桃凍干粉水提液抗氧化性的研究[J]. 香料香精化妝品， 2009， 37（6）： 14-16.
倪 莉， 呂旭聰， 黃志清， 等. 黃酒的生理功效及其生理活性物質研究進展[J]. 中國食品學報， 2012， 12（3）： 1-7.
楊勁松， 鐘春燕. 釀酒工藝學[M]. ?？冢?海南出版社， 2011： 92-153.
周桃英， 羅登宏， 李杏元， 等. 菠蘿糯米酒的研制[J]. 中國釀造， 2009， 28（11）： 170-171.
郭 睿， 楊 玲， 郭旭凱， 等. 糯高粱黃酒糖化工藝優化及抗氧化活性分析[J]. 中國釀造， 2016， 35（5）： 102-106.
崔 闖， 任 清. 響應面法優化黃酒釀造工藝[J]. 食品科學， 2015， 36（11）： 134-139.
趙 翾， 劉功良， 李紅良， 等. 響應面法優化香梨米酒的發酵工藝研究[J]. 中國釀造， 2017， 36（10）： 186-189.
王興龍， 袁 敏， 袁留征， 等. 黃酒中安全風險性物質及
控制的研究進展[J]. 食品與發酵科技， 2015， 51（1）： 96-100.
汪建國， 汪 琪. 黃酒醪酸敗原因分析及預防措施[J]. 中國釀造， 2005， 24（8）： 36-39.
曹敬華， 史路路， 蔡鳳嬌， 等. 茯苓養生黃酒釀造工藝研究[J]. 釀酒， 2014， 41（3）： 68-72.
Peng B， Lei Y， Zhao H， et al. Response surface methodology for optimization of fermentation process parameters for improving apple wine quality[J]. Food Science Technology， 2015， 52（11）： 7513-7518.
黃 瑤， 廖春燕， 廖 蘭， 等. 不同工藝釀制糯米黃酒的研究[J]. 廣西工學院學報， 2013， 24（2）： 78-80.
何國慶. 食品發酵與釀造工藝學[M]. 北京： 中國農業出版社， 2001： 192-200.
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