响应面法优化甘蔗菠萝复合型果酒工艺

响应面法优化甘蔗菠萝复合型果酒工艺

甘蔗被称为“果实中的美”，它含有大量的铁元素，因此也被称为“补充水果”。甘蔗中还含有人体所需的其他养分，以及有利于人体健康的氨基酸和维生素类物质。菠萝(Ananascomosus)学名凤梨,属凤梨科凤梨属植物,是热带和亚热带地区的著名水果本研究以甘蔗和菠萝为原料制作复合型果酒,以感官评价为考察指标,通过单因素试验确定复合型果酒酿造过程的主要影响因子,采用中心组合设计(centralcompositedesign,CCD)响应面分析法对甘蔗菠萝复合型果酒的酿造工艺进行优化,并对其理化指标及微生物指标进行分析,为甘蔗及菠萝资源的深度开发开辟了新的途径。1材料和方法1.1材料和试剂1.1.1材料表面菠萝、甘蔗:抚顺市农贸市场;安琪果酒酵母(食用级):宜昌安琪酵母股份公司。1.1.2食盐、白砂糖蔗糖(食用级):天津市大茂化学试剂厂;果胶酶(50000U/g):南宁庞博生物工程有限公司;食盐(食用级):四川省盐业总公司;白砂糖(食用级):太古糖业(中国)有限公司;偏重亚硫酸钾(分析纯):国药集团化学试剂有限公司;维生素C、葡萄糖(均为食用级):石药集团维生药业石家庄有限公司;柠檬酸(食用级):河南万邦实业有限公司。1.1.3pcr水牛肉膏蛋白胨培养基:牛肉膏3.0g,蛋白胨10.0g,NaCl5.0g,琼脂20g,水1000mL,pH7.4～7.6,121℃、101kPa灭菌20min1.2实验设备和设备LD210-2R型电子分析天平:沈阳龙腾电子有限公司;DL-1万用电炉:北京中兴伟业仪器有限公司;MM721AAU-PW微波炉:广东美的微博电器制造有限公司;YXQ-LS-50S11高压蒸汽灭菌锅、SW-CJ-2FD无菌操作台、HPX-9052MBE恒温培养箱:上海博讯实业有限公司医疗设备厂;KYC1112恒温振荡器:上海福玛实验设备有限公司;TDL-40B离心机:上海安亭科学仪器厂;721G型可见分光光度计:上海精科仪器有限公司;PB-10酸度计:北京赛多利斯科学仪器有限公司;SJN-WZ101型糖度仪:北京西化仪科技有限公司;WGZ-1B浊度仪:郑州南北仪器设备有限公司。1.3测试方法1.3.1甘蔗打浆、接种、发酵操作要点:原料挑选:挑选表面无破损腐烂的且成熟度适中的甘蔗和菠萝。甘蔗去皮、清洗、榨汁:甘蔗去皮后切成1cm菠萝去皮、清洗:菠萝去皮后切成1cm菠萝打浆及酶解:用榨汁机将经过处理的果肉打成浆状,每100mL添加0.05mg的果胶酶,在25℃条件下酶解6h,分解果肉组织中的果胶,提高出汁率。护色:甘蔗打浆后应立即护色,防止果汁氧化褐变混合:将处理好的甘蔗汁与菠萝汁按照1∶2的体积比倒入发酵瓶内,并搅拌均匀。接种:将活化后的酵母溶液加入到混合果汁中,并搅拌均匀。主发酵:在26℃条件下进行主发酵,发酵过程中及时进行搅拌,以便完全发酵。后发酵:主发酵结束后,将酒液进行过滤,置于一定温度条件下进行后发酵。陈酿:果酒继续密封保存,于20℃条件下陈酿2月,得甘蔗菠萝复合型果酒。1.3.2甘蔗与甘蔗混合的果酒的感觉随机选取10名经专业感官评定训练的同学对甘蔗菠萝复合型果酒进行感官评分,满分100分,评分标准见表11.3.3甘蔗菠萝复合型果酒发酵工艺按照甘蔗菠萝复合型果酒酿造工艺依次考察主发酵温度(20℃、22℃、24℃、26℃、28℃)、甘蔗汁与菠萝汁体积比(4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4)、白砂糖添加量(160g/L、180g/L、200g/L、220g/L、240g/L、260g/L、280g/L)、酵母接种量(60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L、120g/L)、主发酵时间(4d、5d、6d、7d、8d、9d、10d)对甘蔗菠萝复合型果酒感官评分的影响。1.3.4模型因素与水平设计在单因素试验的基础上,以甘蔗汁与菠萝汁体积比(A)、白砂糖添加量(B)、发酵时间(C)、酵母接种量(D)为考察因素,感官评分(Y)为评价指标,按照CCD设计原理,运用DesignExpert8.0.6软件进行响应面设计,响应面试验设计因素与水平见表2。1.3.5酒精的测定方法酒精度:参考GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的酒精计法测定;糖度:采用手持糖度仪测定(2)微生物指标采用倾注平板菌落计数法2结果与分析2.1甘蔗-广东型果酒的生产条件是一个参数优化试验的单因素2.1.1发酵温度对萝复合型果酒发酵的影响由图1可知,随着发酵温度的逐渐升高,感官评分先升高后降低。当发酵温度为26℃时,甘蔗菠萝复合型果酒的感官评分最高,为76分。发酵温度过低时,果酒酵母的活性降低,不能进行有效的发酵,酒精度过低,影响口感;而温度过高会使果酒酵母失活,无法进行发酵。因此,可确定最佳的甘蔗菠萝复合型果酒发酵温度为26℃,此时甘蔗菠萝复合型果酒的酒精度为8.94%vol。2.1.2不同汁体积比对甘蔗菠萝复合型果酒品质的影响由图2可知,随着甘蔗菠萝复合果汁中菠萝汁比例的提高,感官评分先升高后降低。当甘蔗汁与菠萝汁体积比为1∶2时,甘蔗菠萝复合型果酒的感官评分最高,为84分。当甘蔗汁过多时,其酒液澄清度不高,口味过甜,影响外观及口感;菠萝汁过多时,酒液颜色偏黄,酒精度较低且口感较酸,因此,确定甘蔗汁与菠萝汁的最佳体积比为1∶2,此时甘蔗菠萝复合型果酒的酒精度为9.88%vol。2.1.3甘蔗菠萝复合型果酒评分由图3可知,随着白砂糖添加量在160～280g/L范围内的升高,感官评分先升高后降低。当白砂糖添加量为240g/L时,甘蔗菠萝复合型果酒的评分最高,为86分。当白砂糖添加量过低时,其酒液口感发涩;而白砂糖添加量过高时,由于初始时局部产生的酒精过多导致酵母菌死亡,不能继续产生酒精,导致其酒精度较低,同时初始糖度过高使酒液过甜,影响口感。因此,最佳白砂糖添加量为240g/L,此时甘蔗菠萝复合型果酒的酒精度为10.12%vol。2.1.4酵母接种量对固液及酒精度的影响由图4可知,随着酵母接种量在60～120g/L范围内不断提高,感官评分先升高后降低。当酵母接种量为100g/L时,混合型果酒的评分最高,为78分。当酵母接种量过少时,酒液度不高,口味平淡,欠浓郁,影响口感;而酵母接种量过多时,酒精度较高,掩盖了原有的果香味。因此,最佳酵母添加量为100g/L,此时甘蔗菠萝复合型果酒的酒精度为9.18%vol。2.1.5不同发酵时间对生态型果酒评分的影响由图5可知,随着主发酵时间在4～10d范围内不断增加,感官评分先升高后降低。当主发酵时间为6d时,混合型果酒的评分最高,为81分。发酵时间过短,其酒液发酵不完全,酒味不浓,口味平淡且有较多杂质,影响外观及口感。发酵时间过长,酒精度过高,酒味过浓掩盖了水果的香味,有强烈杀口感。因此,最佳发酵时间为6d,此时甘蔗菠萝复合型果酒的酒精度为9.53%vol。2.2甘蔗-广东型果酒的生产工艺在反应面试验中的优化和应用2.2.1回归模型的建立及显著性检测根据单因素试验结果,选取甘蔗菠萝复合型果酒感官评分(Y)为响应值,甘蔗汁与菠萝汁体积比(A)、白砂糖添加量(B)、主发酵时间(C)及酵母接种量(D)为考察因素进行4因素5水平的CCD试验。响应面分析结果与分析见表3,方差分析结果见表4。利用Design-Expert8.0.6软件对表3试验数据进行多元回归拟合,获得以甘蔗菠萝复合型果酒的感官评分为响应值的回归方程:由表4可知,回归模型极显著(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),回归模型的决定系数R2.2.2响应面结果分析对甘蔗菠萝复合型果酒感官评分影响显著的交互作用的响应面及等高线见图6。由图6可知,随着各因素水平的增大,响应值呈先升高后减小的趋势。交互项AD、BC和CD对感官评分影响的响应面均呈现抛物面,即说明3个交互项所在选取的试验范围内,响应值均存在极大值。等高线均呈椭圆形,即说明3个交互项对结果影响显著,与方差分析结果一致。运用DesignExpert8.0.6的响应面分析软件对试验结果进行优化,得到混合型果酒的最优酿造条件:甘蔗汁菠萝汁体积比为1∶2、白砂糖添加量225.8g/L、发酵时间7d、酵母接种量100g/L。在此最优条件下,甘蔗菠萝复合型果酒感官评分最大预测值为97.96分。为实际操作方便,将上述最优酿造条件修订为甘蔗汁菠萝汁体积比为1∶2、白砂糖添加量225g/L、发酵时间7d、酵母接种量100g/L,按上述酿造工艺制作甘蔗菠萝复合型果酒,进行3次重复试验,得到甘蔗菠萝复合型果酒感官评分的平均值为96.50分,与预测值接近,说明此响应面法优化得到的甘蔗菠萝复合型果酒酿造工艺在实践中可行。2.3微生物指标检测在最优酿造工艺条件下,制备甘蔗菠萝复合型果酒,测定其理化指标和微生物指标,理化指标测定结果表明,酒精度为10.84%vol,pH值为4.13,糖度为10°Bx,浊度值为57.9JTU,符合GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》国家标准。微生物测定结果表明,细菌总数75个/mL。细菌总数≤100个/mL符合GB/T5750.12—2006《生活饮用水标准检验方法微生物指标》国家标准。3菠萝复合型果酒的酿酒工艺在单因素试验基础上,通过响应面试验优化甘蔗菠萝复合型果酒的酿造工艺,确定最优酿造工艺为:甘蔗汁与菠萝汁体积比1∶2、白砂糖添加量为225g/L、发酵时间7d、酵母接种量为100g/L、发酵温度为26℃。在此优化条件下,所得的甘蔗菠萝复合型果酒色泽金黄,澄清透明,杂质较少,状态均匀稳定;气味适宜,含有菠萝和甘蔗独特的甜香味;口感香甜爽口,酸甜适中,回味愉快,没有异味,感官评分为96.5分。其酒精度为7%vol,酸度为4.13,糖度为10°Bx,浊度值为57.9JTU,细菌总数为75个/mL