響應(yīng)面法優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝

響應(yīng)面法優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝

乳清是生產(chǎn)干燥和干酪素的加工副產(chǎn)品。它從白色變?yōu)闇\黃色，聞起來像奶味。乳清的營(yíng)養(yǎng)成分相當(dāng)于除去酪蛋白的脫脂乳,約占牛乳營(yíng)養(yǎng)成分的55%庫爾勒香梨為薔薇科梨屬中的白梨系本研究以乳清粉、庫爾勒香梨為原料,從新疆傳統(tǒng)酸馬乳中分離得到的釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)ZNJ2為發(fā)酵菌株,以乳清梨酒的酒精度為考察指標(biāo),通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝參數(shù),為乳清和庫爾勒香梨的進(jìn)一步深加工提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)試劑和試劑乳清粉:新疆烏魯木齊市售。釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)ZNJ2:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院食品微生物實(shí)驗(yàn)室。酵母浸出粉胨葡萄糖(yeastextractpeptonedextrose,YEPD)培養(yǎng)基:酵母膏10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g,蒸餾水1000mL。蔗糖:市售;氫氧化鈉(分析純):天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司;葡萄糖(分析純):天津市福晨化學(xué)試劑廠;酒石酸鉀鈉(分析純):天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;硫酸銅(分析純):天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司。1.2細(xì)FA2014N分析天平:北京東南儀誠實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司;HR40-IIA2生物安全柜:青島海爾特種電器有限公司;LD2X-50KB型立式電熱壓力蒸汽滅菌器:上海申安醫(yī)療器廠;DHP-9052電熱恒溫培養(yǎng)箱、HWS-26電熱恒溫水浴鍋:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FE20KpH計(jì):梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。1.3方法1.3.1單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取接種量為2%、4%、6%、8%、10%,發(fā)酵溫度為22℃、25℃、28℃、31℃、34℃,發(fā)酵時(shí)間為24h、48h、72h、96h、120h,蔗糖添加量為8%、10%、12%、14%、16%,進(jìn)行單因素發(fā)酵試驗(yàn),通過測(cè)定酒精度考察接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間及蔗糖添加量對(duì)乳清梨酒發(fā)酵的影響。1.3.2響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以接種量(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)和發(fā)酵溫度(C)為考察因子,以乳清梨酒酒精度(Y)為響應(yīng)值,利用響應(yīng)面軟件Design-Expert8.05中的Box-BehnkenDesign進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。1.3.3測(cè)試指標(biāo)酒精度的測(cè)定:酒精計(jì)進(jìn)行測(cè)定2結(jié)果與分析2.1單因素試驗(yàn)2.1.1蔗糖添加量對(duì)酵母菌代謝的影響由圖1可知,隨蔗糖添加量的增加酒精度呈平緩上升的趨勢(shì),當(dāng)蔗糖添加量為14%時(shí),酒精度達(dá)到最大值為7.4%vol,可能是因?yàn)樘砑诱崽菫榻湍妇峁┝诉m宜的碳源,酵母菌充分利用蔗糖,生長(zhǎng)較快,同時(shí)代謝生成了大量的乙醇等代謝產(chǎn)物。隨著添加量的增大酒精度呈現(xiàn)平緩的趨勢(shì),可能是由于過高的糖濃度抑制了酵母菌的生長(zhǎng)。因此,在乳清梨酒發(fā)酵過程中,綜合考慮,選擇蔗糖添加量為14%較為適宜。2.1.2由于種植量的影響，乳清梨酒的發(fā)酵效果由圖2可知,當(dāng)接種量為2%~4%時(shí),由于接種量較小,乳清梨酒中發(fā)酵菌株的適應(yīng)期較長(zhǎng),造成菌體細(xì)胞生長(zhǎng)量小2.1.3發(fā)酵時(shí)間對(duì)乳清梨酒發(fā)酵的影響由圖3可知,不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)乳清梨酒的酒精度有很大影響。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為24~48h時(shí),乳清梨酒的酒精度較低,風(fēng)味不佳。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),乳清梨酒的酒精度不斷上升。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間48~72h時(shí),酒精度增長(zhǎng)速度最快,原因可能是發(fā)酵24h后,酵母菌生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期,將糖轉(zhuǎn)化為酒精的速率加快,從而在72h時(shí)酒精度達(dá)到最高為6.5%vol,但當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過72h后,酵母菌的生長(zhǎng)進(jìn)入了衰亡期,酒精度有所下降。綜合考慮,選擇發(fā)酵時(shí)間72h為宜。2.1.4溫度對(duì)酵母菌生長(zhǎng)的影響由圖4可知,發(fā)酵溫度過高或過低均不利于酵母菌生長(zhǎng)代謝,從而影響乙醇等風(fēng)味化合物的生成量,發(fā)酵酒風(fēng)味不佳,當(dāng)發(fā)酵溫度為22℃時(shí),酵母菌生長(zhǎng)較緩慢,酒精度最低為3.5%vol。當(dāng)發(fā)酵溫度為28℃時(shí),乳清梨酒中酵母菌快速生長(zhǎng),加快了糖轉(zhuǎn)化為乙醇的速度,此時(shí)酒精度達(dá)到最高為7.7%vol。當(dāng)發(fā)酵溫度為34℃時(shí),酒精度較低。可能是由于發(fā)酵溫度較高,抑制了酵母菌的生長(zhǎng),同時(shí)加速了酵母菌的衰亡。綜合考慮,選擇發(fā)酵溫度28℃為宜。2.2乳清梨酒發(fā)酵條件的優(yōu)化2.2.1響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,固定蔗糖添加量為14%,以接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)和發(fā)酵時(shí)間(C)為自變量,以乳清梨酒酒精度(Y)為響應(yīng)值,進(jìn)行3因素3水平試驗(yàn),響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平編碼值見表1,試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2,回歸模型方差分析結(jié)果見表3。對(duì)表2響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元非線性回歸分析,得到接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)和發(fā)酵時(shí)間(C)對(duì)乳清梨酒酒精度(Y)的擬合方程為:Y=8.12+0.73A+0.22B+0.26C-0.54AB-0.41BC-1.2A由表3可知,本試驗(yàn)建立的多元回歸模型中F值為19.49,P<0.0001,表明回歸模型極顯著,說明不同處理間的差異極顯著;而模型失擬項(xiàng)P=0.0637>0.05,模型失擬項(xiàng)不顯著,由此說明本試驗(yàn)所建立的多元回歸模型具有良好的顯著性,能夠很好地對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型決定系數(shù)R2.2.2乳清梨酒發(fā)酵條件優(yōu)化利用Design-Expert8.05軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化,運(yùn)用Expert-design繪制交互項(xiàng)三維響應(yīng)面和等高線如圖5所示。由圖5可知,可以比較直觀看出接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間兩兩之間交互作用對(duì)乳清梨酒酒精度(Y)的影響。在各個(gè)響應(yīng)面圖中,乳清梨酒酒精度在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)均有最高點(diǎn),因此,可以優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵條件。得出乳清梨酒最優(yōu)發(fā)酵條件為接種量為6.26%,發(fā)酵溫度為28℃,發(fā)酵時(shí)間為79.07h,酒精度預(yù)測(cè)值為8.24%vol。2.2.3最佳發(fā)酵條件修正為檢驗(yàn)所建立的多元回歸模型的準(zhǔn)確性,同時(shí)考慮試驗(yàn)操作方便,將乳清梨酒的最佳發(fā)酵條件修正為接種量6%,發(fā)酵溫度28℃,發(fā)酵時(shí)間79h,在該條件下進(jìn)行3次乳清梨酒發(fā)酵平行試驗(yàn),得到的乳清梨酒酒精度為8.10%vol,與預(yù)測(cè)值較為接近,說明該模型準(zhǔn)確可靠,能較好地預(yù)測(cè)乳清梨酒的酒精度。2.3宋酒的質(zhì)量指數(shù)2.3.1發(fā)酵酒的外觀特征在響應(yīng)面優(yōu)化的發(fā)酵工藝條件下獲得乳清梨酒外觀呈光亮透明,淡黃綠色,底部有少量蛋白質(zhì)沉淀;具有清雅的果香和乳香,有發(fā)酵酒的特征風(fēng)味,無異味;口感清爽,有輕微殺口感。2.3.2物理和化學(xué)指標(biāo)酒精度8.10%vol;總酸(以乳酸計(jì))17.72g/L;總糖(以葡萄糖計(jì))14.29g/L。2.3.3微生物指數(shù)大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌:均未檢出。3最優(yōu)發(fā)酵條件的確定及顯著性檢測(cè)試驗(yàn)以乳清梨酒的酒精度為