, ,,,,*

(1.吉首大學(xué),林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南張家界 427000; 2.吉首大學(xué),食品科學(xué)研究所,湖南吉首 416000)

椪柑果實(shí)出汁率高,富含糖類、VC以及胡蘿卜素、鈣、磷等營養(yǎng)成分,其制作而成的椪柑果酒兼具發(fā)酵酒和椪柑的營養(yǎng)成分、保健功能及風(fēng)味,深受消費(fèi)者喜愛[1]。但椪柑果酒在加工、貯藏過程中,易發(fā)生渾濁、沉淀、褐變等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響其品質(zhì),產(chǎn)生原因主要包括生物因素、非生物因素兩大類。生物性渾濁主要是指酵母菌、醋酸菌、乳酸菌或其它雜菌在酒體中繁殖并分泌代謝產(chǎn)物,破壞酒的膠體平衡,進(jìn)而導(dǎo)致果酒渾濁;非生物性渾濁包括高低溫、光照引起的銅、鐵破敗病等物理特征的渾濁,以及蛋白質(zhì)、果膠、單寧和多糖類大分子在果酒中發(fā)生一系列緩慢化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的化學(xué)特征的渾濁[2]。因此,為保證酒體的澄清度和穩(wěn)定性,需要進(jìn)行澄清處理。

果酒澄清方法包括自然澄清法、冷熱澄清法、澄清劑法、加酶澄清法等[3-4]。眾多學(xué)者對(duì)澄清劑法進(jìn)行了研究,研究重點(diǎn)集中在殼聚糖、明膠、皂土在果酒澄清中應(yīng)用[5-6]。張超等[7]研究柑橘果酒發(fā)現(xiàn),澄清劑法最優(yōu),效果穩(wěn)定。簡清梅等[8]研究表明果膠酶、明膠、皂土構(gòu)成的復(fù)合澄清劑對(duì)桔子酒冷處理后,酒體色澤明快,風(fēng)味不變,這與夏冰冰等[9]研究有所不同。潘訓(xùn)海[10]研究表明,不同澄清劑對(duì)臍橙果酒的澄清效果不同,最佳澄清劑為明膠-皂土復(fù)合劑。李建婷等[11]在椪柑果酒澄清劑對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn),殼聚糖效果明顯優(yōu)于其它澄清劑。目前,柑橘類果酒的澄清工藝研究主要停留于多種澄清方法的對(duì)比及條件優(yōu)化,并未對(duì)澄清劑法中的復(fù)合澄清劑配比及澄清條件作具體研究,而關(guān)于椪柑果酒的澄清工藝研究更少?；炝显O(shè)計(jì)作為工農(nóng)業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常運(yùn)用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,廣泛應(yīng)用于食品、制藥等領(lǐng)域[12-14],但國內(nèi)外暫無混料設(shè)計(jì)在椪柑果酒澄清方面應(yīng)用的有關(guān)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)采用殼聚糖、皂土、明膠及其復(fù)合澄清劑對(duì)椪柑果酒進(jìn)行澄清,比較透光率、總酯、綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化。在此基礎(chǔ)上,對(duì)復(fù)合澄清劑的配比及最佳澄清工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,以期為椪柑果酒及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

椪柑果酒 酒精發(fā)酵后未進(jìn)行其它處理,經(jīng)測定,酒精度為12%,殘?zhí)呛繛? g/L,透光率為76%,總酯含量為8.04%，由湖南邊城生物科技有限公司提供;皂土 粒度為600,上海市四赫維化工有限公司;明膠 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;殼聚糖 脫乙酰度80%～95%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;檸檬酸 長沙市湘科精細(xì)化工廠;氫氧化鈉 重慶川東化工有限公司;硫酸 成都科龍化工試劑廠;以上試劑 均為AR級(jí)。

GZX-9246 MBE 數(shù)顯熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;JA-5103N 高精度電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;HH.S 精密恒溫水浴鍋 江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠;SPX-250B-Z 型生化培養(yǎng)箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司;PHS-25 數(shù)字式pH計(jì) 上海雷磁儀廠;85-2A數(shù)顯恒溫測速磁力攪拌器 金壇市白塔新寶儀器廠;UV-2550紫外可見分光光度計(jì) 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 澄清工藝步驟 椪柑果酒→粗濾→澄清劑處理→離心過濾→測定指標(biāo)。

粗濾:將酒精發(fā)酵后的椪柑果酒經(jīng)200目濾網(wǎng)過濾后,備用;澄清劑處理:將椪柑果酒等分成4份,分別使用皂土、殼聚糖、明膠及復(fù)合澄清劑處理后,備用;離心過濾:將經(jīng)過澄清劑處理后的椪柑果酒在2000 r/min條件下離心8 min,后經(jīng)過200目濾網(wǎng)過濾;測定指標(biāo):分別測定透光率、總酯及綜合評(píng)價(jià)值。

1.2.2 澄清劑的配制 皂土溶液:稱取10.0 g皂土,用90 mL水浸泡24 h,充分吸水膨脹后備用;殼聚糖溶液:稱取2.0 g檸檬酸,加入96 mL的95 ℃熱水溶解,再加入2.0 g殼聚糖,攪拌溶解,冷卻后備用;明膠溶液:稱取10.0 g明膠,用45 mL冷水浸泡30 min,再加入45 mL的95 ℃熱水,攪拌溶解,冷卻后備用。

1.2.3 單一澄清劑與復(fù)合澄清劑對(duì)比實(shí)驗(yàn) 取4份體積相同(1 L)的椪柑果酒于器型相同的容器內(nèi),在澄清劑用量1.5 g/L,澄清溫度25 ℃,澄清時(shí)間24 h,攪拌速度150 r/min的條件下進(jìn)行澄清,考察殼聚糖、皂土、明膠及其復(fù)合澄清劑(3種澄清劑質(zhì)量比1∶1∶1)對(duì)椪柑果酒透光率、總酯含量和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響。

1.2.4 復(fù)合澄清劑的配方優(yōu)化 本實(shí)驗(yàn)使用Design-Expert 7.0統(tǒng)計(jì)軟件,采用D-optimal混料設(shè)計(jì)方法對(duì)椪柑果酒的復(fù)合澄清劑配方進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,經(jīng)過初步預(yù)實(shí)驗(yàn)后,將殼聚糖質(zhì)量百分比(A)范圍定為40%～60%,皂土質(zhì)量百分比(B)范圍定為20%～30%,明膠質(zhì)量百分比(C)范圍定為20%～30%,A+B+C=100。

1.2.5 復(fù)合澄清劑澄清條件的優(yōu)化

1.2.5.1 單因素實(shí)驗(yàn) 基本澄清條件:復(fù)合澄清劑用量1.5 g/L,澄清溫度25 ℃,澄清時(shí)間24 h,攪拌速度150 r/min。在其他條件不變的情況下,選取復(fù)合澄清劑用量0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L,澄清溫度5、15、20、25、30、35、40 ℃,澄清時(shí)間4、8、12、16、20、24、48 h,攪拌速度50、100、150、200、250、300 r/min進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),以綜合評(píng)價(jià)值為參考指標(biāo)。

1.2.5.2 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以澄清溫度、澄清時(shí)間、澄清劑用量、攪拌速度為自變量,以綜合評(píng)價(jià)值為因變量,進(jìn)行L9(34)的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 Factors and levels

1.2.6 評(píng)價(jià)指標(biāo)及測定方法 透光率:可見分光光度計(jì)法,在680 nm下,用1 cm比色杯測定透光率;總酯含量:按照GB/T10345-2007中的總酯測定方法;綜合評(píng)價(jià)值:結(jié)合透光率、總酯含量,按下式計(jì)算:

其中:透光率,%;總酯含量,g/L。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Design-Expert 7.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行混料設(shè)計(jì);采用DPS 6.55統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);采用Excel進(jìn)行圖表處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一澄清劑與復(fù)合澄清劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)

圖1為單一澄清劑及其復(fù)合澄清劑對(duì)椪柑果酒的透光率、總酯含量及綜合評(píng)價(jià)影響柱狀圖。由圖1可以看出,三種單一澄清劑對(duì)椪柑果酒的透光率、總酯含量和綜合評(píng)價(jià)的影響有所不同。對(duì)于透光率指標(biāo),殼聚糖、皂土處理后的透光率差別不大,而明膠作用下透光率略低于前兩者,原因在于明膠與單寧的配合使用效果較好。對(duì)于總酯含量指標(biāo),殼聚糖澄清后的椪柑果酒總酯含量最高,其次是皂土,最低的是明膠,表明殼聚糖澄清劑后椪柑果酒的總酯含量損失最小,原因可能是殼聚糖溶于稀酸溶液時(shí),氫離子和氨基結(jié)合,形成帶正電荷的分子,通過正負(fù)電荷的微粒作用,對(duì)蛋白質(zhì)、果膠、單寧類等膠態(tài)顆粒物質(zhì)有較強(qiáng)的凝聚能力,達(dá)到澄清目的的同時(shí)保持澄清前后的基本風(fēng)味無較大變化[15]。對(duì)于綜合評(píng)價(jià)值,在透光率、總酯指標(biāo)變化的基礎(chǔ)上,殼聚糖綜合評(píng)價(jià)值最高,其次是皂土,最后是明膠。相比于單一澄清劑,復(fù)合澄清劑作用下的椪柑果酒透光率變化不大,而總酯含量以及綜合評(píng)價(jià)值明顯高于各單一澄清劑。

圖1 不同澄清劑對(duì)椪柑果酒各指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of different clarifiers on the indicators of Ponkan fruit wine

2.2 復(fù)合澄清劑配方的優(yōu)化

2.2.1 復(fù)合澄清劑混料設(shè)計(jì)及回歸方程的建立 以A:殼聚糖添加量(%)、B:皂土添加量(%)、C:明膠添加量(%)為自變量,以透光率(%)、總酯含量(g/L)、綜合評(píng)價(jià)值為因變量,進(jìn)行混料設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表3 不同指標(biāo)的預(yù)測模型及方差分析Table 3 Predictive model in terms of different indicators and ANOVA

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表Table 2 Experimental designs and results

為考察各因素對(duì)不同指標(biāo)的響應(yīng)作用,采用Design-Expert 7.0軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并建立回歸方程,透光率、總酯含量以及綜合評(píng)價(jià)值評(píng)價(jià)用Cubic分析模型。各指標(biāo)的預(yù)測模型及方差分析見表3。

由表3可知,對(duì)于透光率、總酯、綜合評(píng)價(jià)值三個(gè)指標(biāo),p<0.05,說明各模型回歸顯著,失擬項(xiàng)均不顯著(p>0.05),R2均大于0.97,說明模型能夠較好的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2.2 復(fù)合澄清劑配方對(duì)透光率、總酯和綜合評(píng)價(jià)值的影響 混料設(shè)計(jì)中,各因素的變化對(duì)指標(biāo)的影響可以在響應(yīng)曲面圖上描述。在本實(shí)驗(yàn)中,殼聚糖、皂土、明膠三者的交互作用對(duì)透光率、總酯含量以及綜合評(píng)價(jià)的影響如圖2所示。

圖2a描述的是3種澄清劑配比對(duì)椪柑果酒透光率的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有一定的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,在皂土百分含量較小處還是呈現(xiàn)一定的球形,隨著明膠比例的增加,椪柑果酒透光率上升,隨著皂土比例的增加,椪柑果酒透光率降低,原因是皂土比例并不是越高越好,過量的皂土不僅會(huì)導(dǎo)致口感嚴(yán)重下降,也會(huì)引起“二次渾濁”[15]。圖2b描述的是3種澄清劑配比對(duì)椪柑果酒總酯含量的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有一定的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,曲面呈現(xiàn)馬鞍形,但靠近殼聚糖比例較大處、皂土比例較小處呈現(xiàn)一定的球形。圖2c描述的是3種澄清劑配比對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響作用,三角響應(yīng)曲面圖為一曲面,說明三者間具有明顯的交互作用,從響應(yīng)曲面中可以看到,曲面呈現(xiàn)明顯的馬鞍形,說明分析效果不明顯,原因可能是該指標(biāo)是透光率、總酯含量兩方面的綜合評(píng)定。

通過Design expert 7.0軟件多目標(biāo)同時(shí)優(yōu)化分析,得到具體優(yōu)化方案為A∶B∶C(50.532∶23.499∶25.969),期望值為0.987。由優(yōu)化結(jié)果的期望值可知,越接近1,綜合評(píng)價(jià)越高,所以該方案可作為產(chǎn)品的優(yōu)化配方。為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性及計(jì)算方便,將配方修正為A∶B∶C(51∶23∶26)。

2.2.3 優(yōu)化配方的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 對(duì)修正方案進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(見表4)得出,各指標(biāo)實(shí)測值與模型預(yù)測值較為接近,說明模型擬合度較好,可以利用該配方進(jìn)行澄清條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.3 椪柑果酒澄清條件的優(yōu)化

表4 優(yōu)化配方及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Table 4 Optimization and verifying test results

2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1.1 復(fù)合澄清劑用量對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響 由圖3可知,復(fù)合澄清劑用量小于2.0 g/L時(shí),椪柑果酒的綜合評(píng)價(jià)逐漸上升;當(dāng)用量超過2.0 g/L時(shí),綜合評(píng)價(jià)值下降明顯,原因可能是添加量過高引起的“二次渾濁”[15]。

圖3 不同復(fù)合澄清劑用量對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of different mixed clarifier dosages on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.2 澄清溫度對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響 由圖4中可以看出,溫度在20 ℃之前,綜合評(píng)價(jià)值隨時(shí)間上升較快;溫度在20～30 ℃之間時(shí),綜合評(píng)價(jià)值基本不變;溫度高于30 ℃,透光率下降顯著,原因是溫度升高,澄清劑的膠體作用強(qiáng)于架橋作用[2],澄清效果減弱,同時(shí)加速果酒中的蛋白析出而果酒渾濁、透光率下降,以及香氣成分加速流失。

圖4 不同澄清溫度對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響Fig.4 Effect of different temperature on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.3 澄清時(shí)間對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響 由圖5可知,澄清時(shí)間高于12 h,綜合評(píng)價(jià)變化不大,48 h后略微下降。澄清時(shí)間低于12 h,綜合評(píng)價(jià)明顯較低,可能是作用時(shí)間較短,導(dǎo)致澄清劑沒有完全發(fā)揮作用。

圖5 不同澄清時(shí)間對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響Fig.5 Effect of different clarifying time on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

2.3.1.4 攪拌速度對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響 由圖6可知,攪拌速度<150 r/min時(shí),綜合評(píng)價(jià)值上升不大;攪拌速度>150 r/min時(shí),綜合評(píng)價(jià)值下降明顯,原因可能是較高的攪拌速度加速了總酯的流失,同時(shí)影響了澄清劑的架橋作用,導(dǎo)致酒體的透光率降低。

圖6 不同攪拌速度對(duì)椪柑果酒綜合評(píng)價(jià)的影響Fig.6 Effect of different stiring speed on the comprehensive assessment of Ponkan fruit wine

由圖3～圖6可知,澄清劑用量、澄清溫度、澄清時(shí)間和攪拌速度對(duì)椪柑果酒的綜合評(píng)價(jià)均有明顯影響,基本呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。根據(jù)各單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選取復(fù)合澄清劑用量1.5 g/L、澄清溫度25 ℃、澄清時(shí)間20 h和攪拌速度150 r/min等澄清條件比較適宜。

2.3.2 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)表5的極差分析(R值)可知,四個(gè)因素排列順序?yàn)镕>E>G>D,最佳組合為D2E2F2G2,即澄清溫度25 ℃、澄清時(shí)間20 h、復(fù)合澄清劑量1.5 g/L、攪拌速度150 r/min,可作為椪柑果酒復(fù)合澄清劑的最佳澄清優(yōu)化條件。

表5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 5 Experimental designs and results

2.3.3 澄清條件的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 為了驗(yàn)證正交優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性,以D2E2F2G2組合進(jìn)行三組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。得到椪柑果酒透光率98.2%,總酯含量7.36 g/L,綜合評(píng)價(jià)值為8.59,略大于正交實(shí)驗(yàn)中9個(gè)處理值,說明優(yōu)化實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果較為合理。

2.3.4 澄清前后各指標(biāo)對(duì)比 對(duì)比未經(jīng)澄清處理的椪柑果酒(WC)與使用優(yōu)化條件處理后的椪柑果酒(YC)的透光率、總酯含量及綜合評(píng)價(jià)值。由表6可知,透光率提高最明顯;總酯含量有所損失,但相較于各單一澄清劑(圖1),損失最小;綜合評(píng)價(jià)值由7.82提高到8.59,說明澄清效果良好。

表6 澄清前后各指標(biāo)對(duì)比Table 6 Comparison of indicators before and after clarification

3 結(jié)論

3種單一澄清劑與復(fù)合澄清劑(殼聚糖、皂土、明膠)對(duì)椪柑果酒的澄清對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明,復(fù)合澄清劑的澄清效果最好。通過對(duì)復(fù)合澄清劑進(jìn)行混料設(shè)計(jì)、建立回歸方程及多目標(biāo)優(yōu)化分析,獲得優(yōu)化后的椪柑果酒復(fù)合澄清劑配方為:51%殼聚糖、23%皂土、26%明膠。在復(fù)合澄清劑單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過正交設(shè)計(jì)優(yōu)化,得到最佳澄清條件為:復(fù)合澄清劑量1.5 g/L、澄清時(shí)間20 h、攪拌速度150 r/min、澄清溫度25 ℃。在此工藝條件下,椪柑果酒透光率達(dá)到98.2%、總酯含量為7.36 g/L,與未經(jīng)澄清處理的椪柑果酒相比,透光率有較大提高,且總酯含量損失較小;且酒體顏色金黃,澄清透亮,有椪柑特征香氣,口感協(xié)調(diào),無異味。因而,選擇適宜的復(fù)合澄清劑,不僅可以提高果酒的澄清效率、節(jié)約成本,也是今后的主要研究方向。

[1]李建婷,張曉丹,秦丹.我國柑橘類果酒的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2016(6):62-65.

[2]楊立英,李超,史紅梅,等.果酒渾濁產(chǎn)生原因及澄清方法[J].中外葡萄與葡萄酒,2009(9):51-53.

[3]管敬喜,楊瑩,黃江流.不同澄清方法對(duì)毛葡萄干型酒澄清效果的影響[J].釀酒科技,2010(11):20-22.

[4]謝晶,陳躍進(jìn).不同澄清劑對(duì)金櫻子發(fā)酵果酒澄清度的影響[J].食品工業(yè)科技,2013,34(4):220-223.

[5]Sara Vitalinia,Antonietta Ruggieroa,Francesca Rapparini,et al. The application of chitosan and benzothiadiazole in vineyard(VitisviniferaL. cv Groppello Gentile)changes the aromatic profile and sensory attributes of wine[J]. Food Chemistry,2014,162(3):192-205.

[6]王芳,鄧啟,段偉麗,等.響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合澄清劑對(duì)藍(lán)莓果酒的澄清效果[J].中國食品學(xué)報(bào),2016,16(8):149-158.

[7]張超.柑橘果酒澄清工藝及穩(wěn)定性研究[J].食品研究與開發(fā),2014,35(24):29-33.

[8]簡清梅,陳清嬋,王勁松.桔子酒澄清劑配方優(yōu)化[J].中國釀造,2015,34(5):138-141.

[9]夏兵兵,張學(xué)鋒,劉達(dá)玉,等.桔子果酒的澄清及穩(wěn)定性研究[J].中國釀造,2009(1):118-121.

[10]潘訓(xùn)海.臍橙果酒澄清技術(shù)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(7):245-247.

[11]李建婷,張曉丹,陳慧,等.不同澄清劑對(duì)椪柑酒澄清效果研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2016(9):5-12.

[12]JUAN S,EDRA E M,SALES E V,et al. Utilization of peanut fines in the optimization of peanut polvoron using mixture response

surface methodology[J]. International Journal of Food Science and Technology,2006,41(7):768-774.

[13]MARIANI R,AWANG B,HO C M. Optimization of natural ingredient based lipstick formulation by using mixture design[J]. Journal of Applied Sciences,2007,7(15):2099-2103.

[14]VIEIRA M C,SILVA C L M. Optimization of a Cupuacu(Theobroma grandiflorum)nectar formulation[J]. Journal of Food Process Engineering,2004,27(3):181-196.

[15]李艷敏,趙樹欣. 不同酒類澄清劑的澄清機(jī)理與應(yīng)用[J].中國釀造,2008(1):1-5.