響應(yīng)面法優(yōu)化樹莓酒流加發(fā)酵工藝

響應(yīng)面法優(yōu)化樹莓酒流加發(fā)酵工藝

關(guān)鍵文本：草莓；分裂手段的轉(zhuǎn)化；資金分配；optima方法；表面活性劑。樹莓屬于薔薇科漿果,果實柔軟多汁、色澤宜人、風(fēng)味獨特,是一種具有重要生物學(xué)功能和營養(yǎng)價值的水果。樹莓果實、種子、根、莖、葉均可入藥,在國內(nèi)外有很長的藥用歷史。紅樹莓果實中富含抗癌物質(zhì)鞣化酸、超氧化物歧化酶、紅樹莓酮、水楊酸(天然阿司匹林)和許多常見氨基酸,具有養(yǎng)顏美容、抗癌、抗衰老和防治心血管疾病等保健功效。紅樹莓果實糖含量可達(dá)10%,主要是人體易吸收的葡萄糖和果糖,有機酸含量超過2%,主要是檸檬酸和蘋果酸。同時果實中還含有多種對人體有益的礦物質(zhì)元素,花青素、黃酮以及纖維素等,有助于防治心臟病,還可降低血液中膽固醇,纖維素也有助于防治糖尿病,維持血液中葡萄糖的水平,被譽為“黃金水果”。近年來,人們對酒的要求漸漸的趨向于低度酒、發(fā)酵酒以及保健酒,本試驗使用流加發(fā)酵(fed-batchfermentation),即補料分批發(fā)酵,是以分批培養(yǎng)為基礎(chǔ),間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基,這樣的一種發(fā)酵方法來發(fā)酵樹莓酒,目的是提高酒精體積分?jǐn)?shù),正是適應(yīng)這樣的需求,因此具有廣闊的市場與研究價值。1材料和方法1.1其他原料及其貯藏紅樹莓:產(chǎn)自沈陽東陵區(qū)樹莓基地;果膠酶(5000U/mL):河南鄭州雅大生物工程股份有限公司;飴糖:沈陽科新食品添加劑有限公司生產(chǎn);酒石酸鉀:AR;菌種:安琪牌葡萄酒高活性干酵母。1.2儀器、儀器和儀器數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-6):國華電器有限公司;恒溫培養(yǎng)箱:南京實驗儀器廠;101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱:天津市泰斯特儀器有限公司;蒸餾裝置:上海亞榮生化儀器廠;酒精計:河北省河間市儀表廠;離心機;多功能打漿機;手持糖度儀;PHS-25C型精密pH計;超凈工作臺等。1.3方法1.3.1工藝1.3.2樹莓活化劑的制備酶解:為了增強澄清效果和提高出汁率,向果汁中添加果膠酶,添加量為果漿重的0.18%,并于47℃水浴保溫2.8h。調(diào)節(jié)成分:樹莓原漿含糖量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))約為3%~4%,pH值約為3.0,為了發(fā)酵進行的順利,調(diào)節(jié)糖度至18%,pH值調(diào)至4~5。巴氏殺菌:因樹莓中含有轉(zhuǎn)化酶,將很難徹底發(fā)酵,因此要抑制活性,并要殺滅一些有害微生物?？刂萍訜釡囟?5℃,保溫30min。酵母菌的活化:用2%的蔗糖溶液溶解酵母菌粉,38℃保溫活化15min~30min。酒精發(fā)酵:將活化好的酵母菌液按照比例接入調(diào)整好成分的樹莓果漿中,封口,流加濃度為25%的糖溶液,置于20℃~25℃發(fā)酵,至還原糖含量變化不大時發(fā)酵結(jié)束。煎酒滅活:將酒精發(fā)酵后的樹莓液置于65℃,保溫30min,殺滅其中的酵母菌,終止發(fā)酵。離心:離心機4000r/min離心20min酒體,除去酒底殘留的酵母菌體及少量營養(yǎng)物質(zhì)沉淀。陳釀:將過濾后的酒放入干凈的酒瓶中,裝滿、密封、避光陳釀3個月。在陳釀過程中酒液內(nèi)發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化,使紅樹莓果酒的色澤變深,香氣濃郁,滋味柔和醇厚,濃度增大,質(zhì)量進一步得到提高。1.3.3還原糖、酒精體積分?jǐn)?shù)的測定可溶性固定物的測定:手持糖度儀;pH值得測定:pH計法;還原糖的測定:直接滴定法;酒精體積分?jǐn)?shù)的測定:蒸餾法;酸度測定:酸堿滴定法;SO2測定:按照GB/T15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。1.4試驗設(shè)計1.4.1流加氫時間及次數(shù)以處理過的樹莓果漿在25℃進行流加發(fā)酵,酵母接種量為0.5‰~1.5‰;流加糖的時間為2d~8d;流加次數(shù)為1~3次;流加量為20mL~40mL。發(fā)酵過程每天測還原糖含量,至還原糖含量變化不大時結(jié)束發(fā)酵,確定發(fā)酵時間,測定發(fā)酵液最終酒精體積分?jǐn)?shù)并進行感官評定。1.4.2響應(yīng)面試驗設(shè)計根據(jù)單因素試驗結(jié)果,并采用Box-Behnken設(shè)計法(表1)設(shè)計響應(yīng)面試驗(采用真實值代碼)。以酵母接種量(X1)流加糖時發(fā)酵時間(X2)流加糖量(X3)3個因素和酒精體積分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值,進行酒精發(fā)酵條件優(yōu)化。2結(jié)果與分析2.1確定發(fā)酵時間由表2可以看出,發(fā)酵過程中還原糖含量不斷降低,因為酵母菌利用糖增值并產(chǎn)酒精,由還原糖含量變化不明顯來確定發(fā)酵時間,由表看出在發(fā)酵第9、10d還原糖含量已趨于穩(wěn)定,從而確定發(fā)酵時間為10d。2.2單因素試驗分析2.2.1用還原糖發(fā)酵酒精由表3可以看出,在發(fā)酵第2d、3d、4d、6d、8d流加相同量的糖,酒精體積分?jǐn)?shù)都有所提高。發(fā)酵第2d流加糖,此時處于酒精發(fā)酵初級階段,消耗還原糖少,發(fā)酵液糖含量仍很高,此時加糖,加大了發(fā)酵液的滲透壓,不利于酵母菌的生長繁殖,酵母未充分利用還原糖發(fā)酵酒精,酒精體積分?jǐn)?shù)比第3d、4d、6d流加糖的酒精體積分?jǐn)?shù)低些,殘?zhí)橇扛咝?。?d流加糖,此時處于發(fā)酵后期,酵母大多數(shù)已經(jīng)老化死亡,此時加糖,酵母利用糖不充分,使發(fā)酵液殘?zhí)沁^高,酒精體積分?jǐn)?shù)低。發(fā)酵第3d、4d、6d流加糖,此時處于發(fā)酵旺盛階段,酵母活性高,發(fā)酵劇烈,此時加糖對提高酒精體積分?jǐn)?shù)效果顯著。2.2.2不同流加次數(shù)對酵母菌酒精體積分?jǐn)?shù)的影響分次流加糖會避免一次性流加糖過多而使發(fā)酵液滲透壓過高,提高發(fā)酵率。由表4可以看出,分次流加較一次流加糖,酵母菌對還原糖的利用充分,酒精體積分?jǐn)?shù)有所提高.在第4d、6d分2次流加糖效果最好,酒精體積分?jǐn)?shù)最高。較在3d、4d分2次流加以及3d、4d、6d分3次流加效果顯著,流加后發(fā)酵劇烈,酒質(zhì)較好。因此確定最佳的流加次數(shù)為2次且在發(fā)酵的第4d~6d進行。2.2.3酒精發(fā)酵的最徹底發(fā)酵過程中,接種量大,菌體繁殖率高,發(fā)酵快。由表5可看出,接種量為1.1‰時,酒精發(fā)酵最徹底,酒精度最高。接種量少時,發(fā)酵不徹底,殘?zhí)禽^高,轉(zhuǎn)化的酒精體積分?jǐn)?shù)低。接種量過大,酵母大多用于菌體繁殖,對發(fā)酵進行作用不大,并且酒體酵母為重,浪費酵母。因此最佳接種量為1.1‰。2.2.4流糖發(fā)酵量由表6可以看出,當(dāng)流加糖為20mL時,糖添加量不夠,酵母還可以利用更多的還原糖發(fā)酵產(chǎn)酒精。流加糖量為30mL時,效果最明顯,酒精度最高。當(dāng)流加糖量為40mL時,造成發(fā)酵液滲透壓過高,阻礙了酵母的發(fā)酵,還原糖不能充分利用,但得到的樹莓酒口味協(xié)調(diào)純正,酸甜適中。因此選擇糖流加量為30mL~40mL.2.3反應(yīng)分析在應(yīng)用表面的結(jié)果2.3.1流糖對酒精發(fā)酵的影響對表7進行回歸分析,獲得二次多元回歸方程:Y=6.700-從表8可看出,回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間關(guān)系時,起因變量和全體自變量之間的線性關(guān)系.顯著。模型的顯著水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.05,交互作用極顯著,線性極顯著,平方顯著。失擬項大于0.05不顯著。表明該方程對試實驗擬合較好。可以反映出試驗結(jié)果。從表9可以看出,流加糖量(X3)對酒精體積分?jǐn)?shù)的影響極顯著,酵母接種量(X1)、流加時發(fā)酵時間(X2)影響不顯著;酵母接種量(X12)二次項顯著,流加糖量二次項(X32)極顯著,流加時發(fā)酵時間二次項(X22)不顯著;酵母接種量與流加時發(fā)酵時間(X1X2)、酵母接種量與流加糖量(X1X3)、流加時發(fā)酵時間與流加糖量(X2X3)的交互作用極顯著,與模型結(jié)果相符合。表明該方程不是簡單的線性關(guān)系,交互作用影響較大。2.3.2流糖對酒精發(fā)酵過程的影響如果一個響應(yīng)曲面坡度相對平緩,表明其可以忍受處理條件的變異,而不影響到相應(yīng)值的大小,相反,如果一個響應(yīng)曲面坡度非常陡峭,表明響應(yīng)值對于處理條件的改變非常敏感。由圖1可以看出,酵母接種量對酒精體積分?jǐn)?shù)的影響受流加糖時發(fā)酵時間的交互作用影響。當(dāng)在第4d、5d流加糖時,隨著酵母接種量的增大酒精體積分?jǐn)?shù)降低;當(dāng)在第5d、6d流加糖時,隨著酵母接種量的增大酒精體積分?jǐn)?shù)升高。由圖2可以看出,流加糖量對酒精度的影響受流加糖時發(fā)酵時間的交互作用影響。當(dāng)在第4d、5d流加糖時,隨著流加糖量的增大,酒精度升高;當(dāng)在第5d、6d流加糖時,隨著流加糖量的增大,酒精度降低。由圖3可以看出,酵母接種量對酒精度的影響受流加糖量的交互作用影響。當(dāng)流加糖量較小時,隨著酵母接種量的增大酒精度降低;當(dāng)流加糖量較大時,隨酵母接種量的增大酒精度升高。2.3.3流流動糖發(fā)酵時間及預(yù)測酒精度結(jié)果通過軟件Design-Expert求解方程,得到的優(yōu)化流加條件為酵母接種量1.05‰,流加糖時發(fā)酵時間為5d、6d,流加糖30mL,預(yù)測酒精度結(jié)果為11.7%vol?？紤]實際操作條件分別選擇參數(shù)為酵母接種量1.0‰,流加糖時發(fā)酵時間為5d、6d,流加糖30mL進行試驗,重復(fù)3次,測得平均值為10.5%vol。3樹莓酒酒精度及發(fā)酵指標(biāo)本試驗采用在發(fā)酵過程中流加糖的方法來提高發(fā)酵樹莓酒精度,通過單因素試驗和Box-Behnken試驗以及響應(yīng)面分析來優(yōu)化流加工藝,得出最優(yōu)的流加工藝條件為酵母接種量1.0‰,在發(fā)酵第5d、6d共流加糖30mL,發(fā)酵10d,預(yù)測酒精度結(jié)果為11.7%vol。在此條件下,樹