張杰，趙洋溢，林靜，羅蓮，楊爽，陳安均，張志清，劉興艷

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625014）

藍(lán)莓（Vacciniumspp.）為杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium）[1]，根據(jù)其生長環(huán)境及自身特性，主要分為高叢藍(lán)莓、矮叢藍(lán)莓、兔眼藍(lán)莓三大類[2]。藍(lán)莓鮮果呈深紫色或藍(lán)色，果實(shí)均重0.5~2.5 g，可食率達(dá)100%，入口酸甜，香爽宜人，富含多酚類物質(zhì)、碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素及礦物質(zhì)等多種成分[3]。我國藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)化種植始于2000年，產(chǎn)區(qū)主要包括四川、云南、山東、貴州等，品種包括藍(lán)豐、萊格西、奧尼爾等[4]。

藍(lán)莓屬于季節(jié)性水果，多在夏季成熟采摘，因果實(shí)較小、皮薄等特點(diǎn)，鮮果不易運(yùn)輸和貯存，貨架期一般不超過半個(gè)月，因此常被加工為藍(lán)莓酒，以延長其貨架期，提高藍(lán)莓產(chǎn)品附加值。藍(lán)莓酒總酸含量過高，導(dǎo)致酒體口感尖銳粗糙，適口性較差，因此迫切需要一種方法對藍(lán)莓酒進(jìn)行降酸。目前，果酒降酸方法主要有化學(xué)降酸、生物降酸及物理降酸法[5]?；瘜W(xué)降酸法會引入過多金屬離子生成沉淀，導(dǎo)致酒體渾濁[6]；生物降酸法易引起多種病害，導(dǎo)致果酒質(zhì)量不易控制，且發(fā)酵周期較長[7]；離子交換樹脂作為物理降酸法，不僅能快速有效降低果酒酸度，還具有低成本、耐用等特點(diǎn)，對果酒負(fù)面影響較小，操作簡單，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。孫慧燁等從4種樹脂中篩選出D314為蘋果酒最適降酸樹脂，但未研究其靜態(tài)吸附條件[8]。

目前藍(lán)莓酒降酸研究較少，使用離子交換樹脂對藍(lán)莓酒進(jìn)行降酸的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究結(jié)合前人研究成果，擬從8種常用離子交換 樹 脂（D301、D314、D311、J-18、201x7、ZGA451、D202FD、XAD-7HP）中篩選出性能最優(yōu)樹脂，并確定最佳靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)，旨在安全、有效降低酒體酸度同時(shí)，最大限度保留藍(lán)莓酒中功能性成分，以期為藍(lán)莓酒工業(yè)化降酸提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍(lán)莓（購自雅安市石棉縣）；酵母DV10（購自法國拉曼公司）；蔗糖、碳酸鈣、偏重亞硫酸鉀（食品級）（購自河南糖柜食品有限公司）；離子交換樹脂D301、D314、D311、J-18、201x7、ZGA451、D202FD（購自浙江爭光實(shí)業(yè)股份有限公司），XAD-7HP（購自麥克林試劑有限公司）。

氫氧化鈉、葡萄糖、酒石酸鉀鈉、無水硫酸銅、磷酸、氯化鈉、福林酚、碳酸鈉、氯化鉀、鹽酸、醋酸鈉、鐵氰化鉀、亞硝酸鈉、硝酸鋁、焦性沒食子酸，均為分析純（購自成都市科隆化學(xué)品有限公司）；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品（購自北京索萊寶科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

生化恒溫培養(yǎng)箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；萬分之一天平（北京賽多利儀器系統(tǒng)有限公司）；pH計(jì)（上海精密儀器有限公司）；恒溫震蕩培養(yǎng)箱（精達(dá)儀器制造有限公司）；循環(huán)水式多用真空泵（上海力辰邦西儀器科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 指標(biāo)測定方法

酒精度測定，參考GB 5009.225-2016《酒中乙醇濃度的測定》密度瓶法[9]；干浸出物、總糖、還原糖、總酸測定，參考GBT 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[10]；pH采用pH計(jì)測定；總酚測定，采用福林-酚（Folin-Ciocalteu）法；總黃酮測定，采用硝酸鋁絡(luò)合法；花色苷測定，采用pH示差法；DPPH自由基清除能力測定參照張揚(yáng)等方法[11]；還原鐵能力、ABTS自由基清除能力測定參照孔燕等方法[12]。

感官評價(jià)：挑選15位食品專業(yè)學(xué)生組成評審小組，參照GB/T32783-2016《藍(lán)莓酒》[13]中感官標(biāo)準(zhǔn)按百分制打分，主要評價(jià)外觀、香氣、滋味及典型性，具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 藍(lán)莓酒感官評定Table 1 Sensory evaluation of blueberry wine

1.3.2 藍(lán)莓酒加工工藝流程

取出-20℃存放的藍(lán)莓果實(shí)解凍，采用螺旋榨汁機(jī)壓榨取汁，再加入80 mg·kg-1SO2，密封殺菌處理3 h，添加蔗糖調(diào)整TSS為22°Brix，采用碳酸鈣調(diào)整初始pH為3.5，接種酵母量為0.4 g·L-1，發(fā)酵罐規(guī)格為1 L，裝瓶量為發(fā)酵罐容積70%，于設(shè)定溫度24℃下恒溫發(fā)酵。然后每隔24 h對發(fā)酵罐稱重，記錄發(fā)酵過程中CO2重量變化，以判斷發(fā)酵過程是否正常。

1.3.3 樹脂預(yù)處理

樹脂預(yù)處理參考Ling等方法[14]，取適量離子交換樹脂于三角瓶中，加水使其完全沒過樹脂，浸泡24 h，反復(fù)水洗至水澄清，除去樹脂中水溶性雜質(zhì)，再將水洗后樹脂置于乙醇中浸泡24 h，用水洗至無醇味，除去醇溶性雜質(zhì)，最后使用4%鹽酸溶液和4%氫氧化鈉溶液交替浸泡樹脂數(shù)小時(shí)，分別2~3次，在酸堿交換中間，水洗至中性過渡，抽濾凈后備用。

1.3.4 離子交換樹脂篩選

準(zhǔn)確稱取預(yù)處理后D301、D314、D311、J-18、201x7、ZGA451、D202FD、XAD-7HP樹脂各1.5 g，轉(zhuǎn)移至250 mL錐形瓶中，分別加入50 mL藍(lán)莓酒，以120 r·min-1轉(zhuǎn)速在25℃恒溫?fù)u床中振蕩24 h后，測定藍(lán)莓酒總酸、pH、總酚、總黃酮、花色苷及抗氧化活性，計(jì)算表觀吸附量，比較不同樹脂吸附性能，選擇最適宜藍(lán)莓酒降酸樹脂類型，處理重復(fù)3次。表觀吸附量計(jì)算公式為：

式中，q為離子交換樹脂表觀吸附量（mg·g-1）；C0、C為吸附前后藍(lán)莓酒可滴定酸含量（mg·L-1）；V為處理所用藍(lán)莓酒體積（L）；M為樹脂用量（g）。

1.3.5 樹脂靜態(tài)吸附動力學(xué)試驗(yàn)

在篩選出藍(lán)莓酒最適降酸樹脂后，準(zhǔn)確稱取1.5 g樹脂于250 mL錐形瓶中，再加入50 mL藍(lán)莓酒，以120 r·min-1轉(zhuǎn)速在25℃恒溫?fù)u床中振蕩12 h，分別在0、10、20、30、40、50、60、90、120、270、360、480、720 min取樣，測定總酸含量，計(jì)算表觀吸附量，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，表觀吸附量為縱坐標(biāo)繪制靜態(tài)吸附動力學(xué)曲線。以粒子內(nèi)擴(kuò)散模型、偽一階和偽二階模型分析靜態(tài)吸附過程。

粒子內(nèi)擴(kuò)散模型：

偽一階吸附動力學(xué)模型：

偽二階吸附動力學(xué)模型：

式中，k1為粒子擴(kuò)散速率常數(shù)，mg·（g·min0.5），C為常數(shù)；k2為一階吸附速率常數(shù)，min-1；k3為二階吸附速率常數(shù)（g·mg-1·min-1）；qe為平衡時(shí)吸附量；qt為t時(shí)刻吸附量（mg·g-1）。

1.3.6 樹脂靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)優(yōu)化

1.3.6.1樹脂添加量確定

準(zhǔn)確量取50 mL藍(lán)莓酒于250 mL錐形瓶，按照1%、2%、3%、4%和5%樹脂添加量準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量樹脂加入，置于25℃恒溫?fù)u床中，以120 r·min-1轉(zhuǎn)速振蕩30 min。

1.3.6.2吸附時(shí)間確定

準(zhǔn)確量取50 mL藍(lán)莓酒于250 mL錐形瓶，按照3%樹脂添加量準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量樹脂加入，置于25℃恒溫?fù)u床中，以120 r·min-1轉(zhuǎn)速振蕩，設(shè)置吸附時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min。

1.3.6.3吸附溫度確定

準(zhǔn)確量取50 mL藍(lán)莓酒于250 mL錐形瓶，按照3%樹脂添加量準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量樹脂加入，置于恒溫?fù)u床中，設(shè)置吸附溫度分別為15、20、25、30、35℃，以120 r·min-1轉(zhuǎn)速振蕩30 min。

1.3.6.4吸附轉(zhuǎn)速確定

準(zhǔn)確量取50 mL藍(lán)莓酒于250 mL錐形瓶，按照3%樹脂添加量準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量樹脂加入，置于25℃恒溫?fù)u床中，分別以80、100、120、140、160 r·min-1轉(zhuǎn)速振蕩30 min。

1.3.7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，利用Design Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)Table 2 Experimental designs for response surface analysis

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用OriginPro 8.0、SPSS 22.0軟件進(jìn)行作圖和數(shù)據(jù)分析，P＜0.05，差異顯著，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，每次試驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓酒離子交換樹脂篩選

2.1.1 不同樹脂對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響

樹脂表觀吸附量指每克干樹脂吸附酒樣中酸的數(shù)量，表觀吸附量可直觀表明樹脂吸附酸的能力[8]。由圖1可知，8種離子交換樹脂表觀吸附量依次為J-18＞D314＞D301=ZGA451＞D311＞D202FD＞201x7＞XAD-7HP，J-18型樹脂表觀吸附量最高，為199.86 mg·g-1，該樹脂對有機(jī)酸吸附性能最強(qiáng)，但經(jīng)該樹脂處理后使藍(lán)莓酒產(chǎn)生有機(jī)溶劑異味，影響風(fēng)味，因此無法用于藍(lán)莓酒降酸處理；D314、D301、D311、ZGA451樹脂吸附能力較強(qiáng)，可將總酸含量分別下降至2.68、3.00、3.15、3.02 g·L-1；D202FD與201x7型樹脂雖有一定降酸作用，但經(jīng)12 h充分吸附后，僅將總酸含量降至6~7 g·L-1，時(shí)間成本較高，降酸作用有局限；XAD-7HP型樹脂表觀吸附量最低，對于總酸吸附效果較差，因此不考慮。

圖1 不同樹脂對藍(lán)莓酒降酸效果的影響Fig.1 Effects of different resins on the deacidification effect of blueberry wine

藍(lán)莓酒經(jīng)8種離子交換樹脂處理前后主要指標(biāo)變化如表3所示。經(jīng)離子交換樹脂處理后，藍(lán)莓酒總酸、pH、總酚、總黃酮、花色苷及抗氧化活性均有一定程度下降，且不同型號樹脂對藍(lán)莓酒品質(zhì)影響也各不相同?？偹岷颗c表觀交換吸附量密切相關(guān)，表觀交換吸附量越大，總酸含量越小，pH越高，降酸效果越好。經(jīng)樹脂處理后，總酚及總黃酮含量均下降，其中D311型樹脂總酚含量最高，為517.25 mg·L-1，D311及J-18型樹脂總黃酮保留率較高，分別為64.84%、74.96%。井麗麗等研究D315離子交換樹脂對山楂汁品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)該樹脂吸附平衡后對總黃酮的保存率為62%[15]。本試驗(yàn)中，D311及J-18均高于D315，對總黃酮具有較好保留效果。研究表明，樹脂處理果酒過程中，不僅吸附有機(jī)酸，同時(shí)也吸附酒樣中部分色素類物質(zhì)，如花色苷[16]?；ㄉ帐撬{(lán)莓酒主要呈色物質(zhì)和功能成分，因此在樹脂降酸過程中需盡可能保留藍(lán)莓酒中花色苷。由表3可知，經(jīng)不同樹脂處理后，花色苷含量均有不同程度下降，8種樹脂花色苷保存率依次為D311＞J-18＞XAD-7HP＞ZGA451＞D202FD＞201x7＞D301＞D314，D311樹脂的花色苷保存率最高，為63.73%。D311樹脂DPPH自由基清除率、還原鐵能力及ABTS自由基清除能力顯著高于其他樹脂，抗氧化活性最強(qiáng)，可能是由于該樹脂保留的總酚、總黃酮及花色苷含量最多，這些物質(zhì)具有抗氧化活性。

表3 不同離子交換樹脂對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different ion exchange resins on the quality of blueberry wine

本試驗(yàn)結(jié)果表明，樹脂在藍(lán)莓酒降酸過程中對藍(lán)莓酒總酸和顏色影響最大，因此將對總酸的吸附能力及花色苷保留率作為篩選適合藍(lán)莓酒降酸樹脂的依據(jù)。J-18樹脂雖降酸能力最強(qiáng)，但易帶入異味，D311樹脂有較強(qiáng)總酸吸附能力，吸附前后酒樣花色苷保留率最高，因此確定D311樹脂為藍(lán)莓酒降酸用樹脂，用于后續(xù)藍(lán)莓酒降酸試驗(yàn)。

2.1.2樹脂靜態(tài)吸附動力學(xué)試驗(yàn)

吸附動力學(xué)是評估樹脂效率和可行性的重要工具。將篩選出的D311樹脂用于藍(lán)莓酒樹脂降酸靜態(tài)吸附動力學(xué)試驗(yàn)，確定樹脂交換平衡時(shí)間有利于在實(shí)際生產(chǎn)過程中把控時(shí)間，在節(jié)約時(shí)間成本同時(shí)可避免吸附時(shí)間過長而導(dǎo)致酒樣被污染。D311樹脂靜態(tài)吸附動力學(xué)曲線如圖2A所示，由圖可知，D311樹脂表觀吸附量呈先迅速升高再緩慢升高最后趨于平緩趨勢。最初60 min內(nèi)，表觀吸附量增速較快，D311樹脂對總酸吸附速度較快，此時(shí)吸附過程處于液膜擴(kuò)散階段，藍(lán)莓酒中有機(jī)酸根離子可快速吸附于樹脂表面與樹脂上OH-進(jìn)行交換；60 min時(shí)，D311樹脂可將藍(lán)莓酒總酸含量下降至約5 g·L-1；60~360 min吸附速率逐漸變緩，此時(shí)吸附進(jìn)入膜擴(kuò)散和粒內(nèi)擴(kuò)散階段，有機(jī)酸根離子受到D311樹脂膜表面及樹脂孔隙的阻力增加，吸附速度逐漸降低；360 min后，表觀吸附量趨于穩(wěn)定，樹脂上活性位點(diǎn)被有機(jī)酸根離子全部占用，此時(shí)D311樹脂對總酸的吸附已達(dá)平衡，最大表觀吸附量為196.60 mg·g-1。

D311樹脂對藍(lán)莓酒總酸的粒子內(nèi)擴(kuò)散及偽一階和偽二階吸附模型擬合曲線如圖2B、C、D所示。由圖2B可知，該擬合曲線被分為兩個(gè)階段，為混合曲線，表明整個(gè)吸附過程受多元擴(kuò)散共同作用，即粒子內(nèi)擴(kuò)散和液膜層擴(kuò)散。偽一階動力學(xué)模型是指吸附過程中吸附質(zhì)吸附速率與溶液中吸附質(zhì)含量呈正比，可評估不同吸附情況，該模型假定吸附速率受擴(kuò)散步驟控制[17]。由圖2C可知，偽一階動力學(xué)模型可較好擬合D311樹脂對藍(lán)莓酒中總酸吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)。偽二階動力學(xué)模型指吸附過程中吸附質(zhì)吸附速率與溶液中吸附質(zhì)含量二次方呈正比，該模型表示吸附受化學(xué)吸附控制[17]，圖2D顯示擬二階動力學(xué)模型對藍(lán)莓酒中總酸擬合結(jié)果具有較好線性關(guān)系。

圖2 D311樹脂對總酸靜態(tài)吸附動力學(xué)曲線、粒子內(nèi)擴(kuò)散、偽一階和偽二階吸附模型擬合曲線Fig.2 Static adsorption kinetic curve,intraparticle diffusion,pseudo-first-order and pseudo-second-order adsorption model fitting curves of D311 resin for total acid

3種動力學(xué)模型得出的模型方程及相關(guān)參數(shù)如表4所示。3種動力學(xué)模型中，偽二階動力學(xué)模型線性關(guān)系最好，其相關(guān)系數(shù)為R2=0.9998，其次為偽一階動力學(xué)模型（R2=0.9822），粒子內(nèi)擴(kuò)散模型相關(guān)系數(shù)最小，兩個(gè)階段相關(guān)系數(shù)分別為0.9530和0.8939。偽二階動力學(xué)模型中D311樹脂對藍(lán)莓酒中總酸理論平衡吸附量（201.61 mg·g-1）大于偽一階動力學(xué)模型（86.36 mg·g-1），與試驗(yàn)所測平衡吸附量（196.60 mg·g-1）更接近。因此，偽二階動力學(xué)模型可更好描述D311樹脂對藍(lán)莓酒中總酸的吸附過程，同時(shí)表明該吸附過程受化學(xué)吸附控制，與田家浩研究結(jié)果一致[18]。

表4 吸附動力學(xué)方程及相關(guān)參數(shù)Table 4 Adsorption kinetic equation and related parameters

2.2 樹脂靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 樹脂添加量對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響

樹脂添加量對藍(lán)莓酒降酸效果的影響如表5所示。GB/T32783-2016《藍(lán)莓酒》[13]中規(guī)定藍(lán)莓酒總酸含量應(yīng)＞4 g·L-1（以檸檬酸計(jì)），換算后為＞4.69 g·L-1（以酒石酸計(jì)），而綠色果酒[19]規(guī)定果酒總酸含量應(yīng)為4~9 g·L-1（以酒石酸計(jì)），綜合兩者，本試驗(yàn)將藍(lán)莓酒總酸含量限定在4.69~9 g·L-1（以酒石酸計(jì)）。由表5可知，總酸含量隨樹脂添加量減少呈上升趨勢，這是由于樹脂含量較多時(shí)，其交換有機(jī)酸根離子能力也較強(qiáng)，當(dāng)樹脂添加量為5%時(shí)，總酸含量為3.8 g·L-1，低于藍(lán)莓酒總酸最低水平，因此，該樹脂添加量不符合要求。總酚、總黃酮及花色苷含量隨樹脂添加量增加均呈顯著下降趨勢（P＜0.05），花色苷含量對于藍(lán)莓酒顏色極為重要，因此在樹脂降酸過程中應(yīng)盡可能保留其含量。由表5可見，樹脂添加量為1%、2%、3%時(shí)，花色苷含量較高，且1%和2%樹脂添加量對花色苷吸附作用無顯著影響（P＜0.05）。隨樹脂添加量增加，藍(lán)莓酒抗氧化活性逐漸降低，可能是因部分抗氧化活性物質(zhì)被吸附所致。綜合考慮，選擇樹脂添加量1%、2%、3%進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

表5 樹脂添加量對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響Table 5 Effects of resin dosage on the quality of blueberry wine

2.2.2吸附時(shí)間對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響

樹脂吸附時(shí)間對果酒實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)極為重要，適宜吸附時(shí)間節(jié)約工廠時(shí)間成本，可避免酒液污染。樹脂吸附時(shí)間對藍(lán)莓酒降酸效果的影響如表6所示。樹脂吸附10 min后，總酸含量迅速下降至7.43 g·L-1，30 min后總酸含量開始緩慢下降，60 min時(shí)，總酸含量為4.83 g·L-1，與藍(lán)莓酒總酸最低值接近，因此D311樹脂對藍(lán)莓酒的靜態(tài)吸附時(shí)間應(yīng)控制在60 min以內(nèi)?？偡?、總黃酮及花色苷含量隨吸附時(shí)間增加而降低，抗氧化活性也隨之顯著下降（P＜0.05）。在樹脂吸附過程中，不僅要考慮降酸效果，還應(yīng)盡可能保留藍(lán)莓酒中各種活性物質(zhì)，綜合考慮，選擇吸附時(shí)間10、20、30 min進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

表6 吸附時(shí)間對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響Table 6 Effects of adsorption time on the quality of blueberry wine

2.2.3 吸附溫度對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響

一般情況下，溫度越高離子交換速度越快，也更有利于吸附反應(yīng)進(jìn)行以及吸附量增加[20]，但溫度過高對藍(lán)莓酒口感及安全性均有較大影響。吸附溫度對藍(lán)莓酒降酸效果的影響如表7所示。不同吸附溫度對藍(lán)莓酒總酸含量具有顯著影響（P＜0.05），隨吸附溫度上升，總酸含量逐漸下降，但下降趨勢較緩慢，表明該吸附過程為吸熱反應(yīng)，升高溫度有利于吸附[18]；吸附溫度對于總酚、總黃酮及花色苷含量無顯著影響（P＞0.05）；當(dāng)吸附溫度為15℃時(shí)，藍(lán)莓酒抗氧化活性較低。綜合考慮，過高或過低溫度均不利于簡化工藝、降低生產(chǎn)成本，因此選擇吸附溫度20、25、30℃進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

表7 吸附溫度對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響Table 7 Effects of adsorption temperature on the quality of blueberry wine

2.2.4 吸附轉(zhuǎn)速對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響

吸附轉(zhuǎn)速對藍(lán)莓酒降酸效果的影響如表8所示。由表8可知，除ABTS自由基清除能力外，吸附轉(zhuǎn)速對藍(lán)莓酒總酸及其余各指標(biāo)均無顯著影響（P＞0.05），表明吸附轉(zhuǎn)速對藍(lán)莓酒品質(zhì)無較大影響?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本，選取吸附轉(zhuǎn)速為80 r·min-1進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

表8 吸附轉(zhuǎn)速對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響Table 8 Effects of adsorption speed on the quality of blueberry wine

2.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，固定吸附轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，選取樹脂添加量、吸附時(shí)間、吸附溫度為主要影響因素，以感官評分為響應(yīng)值，利用Box-Behnken設(shè)計(jì)原理進(jìn)行3因素3水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果如表9所示。

表9 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 9 Design and results of Box-Behnken tests

對表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合后，得到各因素與藍(lán)莓酒感官評分影響的二次回歸方程為：Y=88.31-0.52A-1.8B-0.89C-2.03AB+1.22AC+2.63BC-2.98A2-7.73B2-4.18C2，二次回歸方程描述各因素（樹脂添加量、吸附時(shí)間、吸附溫度）與響應(yīng)值（感官評分）之間線性關(guān)系。

對上述模型作方差分析，結(jié)果如表10所示。由表10可知，模型F值為55.05，P＜0.01，表明該模型顯著水平極高，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，失擬項(xiàng)F=0.48，P=0.7138＞0.05，失擬項(xiàng)誤差無顯著性，說明所得方程與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合程度較高，模型合理，試驗(yàn)方法準(zhǔn)確可行，試驗(yàn)結(jié)果受其他不可忽略因素影響較小，可用該模型分析和預(yù)測藍(lán)莓酒樹脂靜態(tài)吸附降酸最佳工藝參數(shù)。因素一次項(xiàng)B及交互項(xiàng)AB、BC對結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），一次項(xiàng)C及交互項(xiàng)AC對結(jié)果影響具有顯著性（P＜0.05），二次項(xiàng)A2、B2和C2對結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），表明試驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響并非簡單線性關(guān)系。變異系數(shù)代表試驗(yàn)精確度，本試驗(yàn)CV=1.21%，說明試驗(yàn)操作準(zhǔn)確可行，誤差較小。模型決定系數(shù)R2=0.9861，校正后R2Adj=0.9682，與決定系數(shù)相差較小，該模型可解釋96.82%響應(yīng)值變化，擬合程度較好。比較F值可得各因素對藍(lán)莓酒感官品質(zhì)影響順序?yàn)椋築（吸附時(shí)間）＞C（樹脂添加量）＞A（吸附溫度）。

表10 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 10 Variance analysis of response surface methodology

各因素間交互作用如圖3所示。

由圖3可知，因素間交互作用越強(qiáng)，則圖形坡度越陡峭。吸附時(shí)間和樹脂添加量、吸附時(shí)間和吸附溫度曲線3D圖陡峭，說明吸附時(shí)間對藍(lán)莓酒感官品質(zhì)影響較大，進(jìn)一步驗(yàn)證方差分析結(jié)果，而吸附溫度與樹脂添加量三圍曲線圖則較為平緩，與方差分析結(jié)果一致。

圖3 靜態(tài)吸附優(yōu)化參數(shù)兩兩交互作用響應(yīng)面Fig.3 Response surface diagram of the two-by-two interaction of static sorption influences

通過軟件分析可得藍(lán)莓酒樹脂靜態(tài)吸附降酸最佳工藝參數(shù)為：樹脂添加量為1.84%，吸附溫度為24.63℃，吸附時(shí)間為18.67 min，此條件下感官評分預(yù)測值為88.52。結(jié)合實(shí)際操作，調(diào)整工藝參數(shù)為樹脂添加量2%，吸附溫度25℃，吸附時(shí)間19.00 min，以該條件作3次試驗(yàn)，得到藍(lán)莓酒總酸含量為7.14 g·L-1，花色苷含量為124.04 mg·L-1，感官評分為89.18，與預(yù)測值較為接近，表明該模型可較好預(yù)測藍(lán)莓酒樹脂靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)與其感官品質(zhì)關(guān)系。

2.2.6 藍(lán)莓酒樹脂降酸前后品質(zhì)對比

由表11可知，D311樹脂顯著降低藍(lán)莓酒酒精度（P＜0.05），其含量從12.64%vol降至12.11%vol，可能因樹脂吸附作用以及在降酸過程中酒樣暴露在空氣中攪拌而導(dǎo)致乙醇揮發(fā)，酒精度雖降低，但下降幅度較小，從整體口感方面與原酒無明顯差異?？偹岷繌?1.07 g·L-1降至7.14 g·L-1，降酸率為35.50%，pH升高至3.46。經(jīng)D311樹脂降酸后，總糖及還原糖含量均無顯著差異（P＞0.05）。

表11 D311樹脂降酸前后對藍(lán)莓酒理化指標(biāo)的影響Table 11 Effects of D311 resin before and after acid reduction on physical and chemical indices of blueberry wine

由表12可知，經(jīng)D311樹脂降酸后，總酚、總黃酮、花色苷、DPPH自由基清除率和ABTS自由基清除能力均顯著降低（P＜0.05），這是因部分酚類物質(zhì)與樹脂活性基團(tuán)中O、N、S等原子形成配位鍵，從而被吸附[21]?；ㄉ蘸繌?38.15 mg·L-1降至124.04 mg·L-1，保留率約為89.79%，但從總體外觀看，花色苷含量雖降低，但對藍(lán)莓酒顏色無較大影響。

表12 D311樹脂降酸前后對藍(lán)莓酒抗氧化指標(biāo)的影響Table 12 Effects of D311 resin before and after acid reduction on antioxidant indexes of blueberry wine

3 討論

3.1 藍(lán)莓酒離子交換樹脂篩選

酸是構(gòu)成果酒獨(dú)特口感及風(fēng)味的重要物質(zhì)。適量酸不僅抑制雜菌，還改善果酒口感，使其清新、爽口；若酸度過高，則造成酒味尖銳刺激，掩蓋酒中香味[22]，導(dǎo)致果酒難以下咽。藍(lán)莓酒由于原料有機(jī)酸含量較高，導(dǎo)致其酒體口感過于尖銳，適口性差，消費(fèi)者接受度低，因此迫切需要一種有效降低藍(lán)莓酒酸度的方法。目前市場上離子交換樹脂種類繁多，如何選取一款適合藍(lán)莓酒降酸樹脂至關(guān)重要。鄧奧宇對比7種離子交換樹脂對檸檬果酒的降酸效果，確定D311樹脂降酸效果最好，總酸下降至5.43 g·L-1，降酸率達(dá)60.14%，該樹脂對于酒體口感、色澤影響較小[23]。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其相似，D311樹脂不僅具有較好降酸性能，且對藍(lán)莓酒中花色苷吸附作用較小，表明該樹脂也可用于紅葡萄酒、桑葚酒等這類酸度高且富含花色苷果酒的降酸研究。

3.2 靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)優(yōu)化

樹脂降酸效果與樹脂添加量、吸附溫度和吸附時(shí)間緊密相關(guān)，將樹脂靜態(tài)吸附工藝參數(shù)控制在最佳狀態(tài)有助于穩(wěn)定果酒品質(zhì)、降低經(jīng)濟(jì)成本。張忠爽發(fā)現(xiàn)330樹脂與歐李果酒比例為1∶20時(shí)對酒中總酸吸附效果較好[22]。Li等研究表明335樹脂在15.57℃下以2∶11.98比例處理葡萄汁4.35 h后，降酸率達(dá)69.01%[5]。本試驗(yàn)與前人研究成果相比存在一定差異，可能是由于不同離子交換樹脂對于不同有機(jī)酸吸附效果不同，與樹脂骨架結(jié)構(gòu)以及有機(jī)酸結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[16]。本試驗(yàn)僅探究D311樹脂對藍(lán)莓酒總有機(jī)酸吸附效果，關(guān)于降酸前后酒中各有機(jī)酸含量變化還有待進(jìn)一步研究。

3.3 不同降酸方法比較

目前關(guān)于藍(lán)莓酒降酸研究包括化學(xué)降酸法、生物降酸法，尚未有學(xué)者開展樹脂降酸研究。周廣麒等發(fā)現(xiàn)CaCO3復(fù)鹽法降酸效果最好，加入5 g·L-1CaCO3靜置7 d后，降酸率為26.50%，花色苷保留率為76.00%[24]。李迪等篩選出一株釀酒酵母用于藍(lán)莓酒降酸，結(jié)果表明，該酵母發(fā)酵11 d后，其酒精度為7.20% vol，降酸量為5.20 g·L-1[25]。本研究中，藍(lán)莓酒經(jīng)D311樹脂19 min短時(shí)間吸附后，總酸含量由11.07 g·L-1下降至7.14 g·L-1，酒精度、花色苷含量雖略降低，但對藍(lán)莓酒品質(zhì)無較大影響。相較于化學(xué)、生物降酸法，樹脂降酸法降酸速率快、效果好，對藍(lán)莓酒顏色影響較小，同時(shí)具有易操作、可重復(fù)利用、成本低等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，D311樹脂在藍(lán)莓酒工業(yè)化降酸應(yīng)用中潛力巨大，若要在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到更好應(yīng)用，后續(xù)還需進(jìn)一步研究其動態(tài)吸附過程。

4 結(jié)論

本文對藍(lán)莓酒離子交換樹脂降酸工藝進(jìn)行研究。結(jié)果表明，D311樹脂為藍(lán)莓酒最適降酸樹脂，經(jīng)12 h充分吸附后將總酸含量從11.00 g·L-1下降至3.15 g·L-1，花色苷保留率最高，為63.73%。吸附動力學(xué)試驗(yàn)表明：6 h后D311樹脂對總酸吸附達(dá)到平衡，最大表觀吸附量為196.60 mg·g-1，偽二階動力學(xué)模型對吸附過程進(jìn)行最佳描述，該過程主要以化學(xué)吸附為主。最佳靜態(tài)吸附降酸工藝參數(shù)為：樹脂添加量2%，吸附溫度25℃，吸附時(shí)間19.00 min，此條件下藍(lán)莓酒總酸含量為7.14 g·L-1，降酸率為35.50%，花色苷含量為124.04 mg·L-1，保留率為89.79%，感官評分為89.18，降酸后藍(lán)莓酒酸度適中，口感柔和、協(xié)調(diào)。