响应面法优化树莓酒流加发酵工艺

响应面法优化树莓酒流加发酵工艺

关键文本：草莓；分裂手段的转化；资金分配；optima方法；表面活性剂。树莓属于蔷薇科浆果,果实柔软多汁、色泽宜人、风味独特,是一种具有重要生物学功能和营养价值的水果。树莓果实、种子、根、茎、叶均可入药,在国内外有很长的药用历史。红树莓果实中富含抗癌物质鞣化酸、超氧化物歧化酶、红树莓酮、水杨酸(天然阿司匹林)和许多常见氨基酸,具有养颜美容、抗癌、抗衰老和防治心血管疾病等保健功效。红树莓果实糖含量可达10%,主要是人体易吸收的葡萄糖和果糖,有机酸含量超过2%,主要是柠檬酸和苹果酸。同时果实中还含有多种对人体有益的矿物质元素,花青素、黄酮以及纤维素等,有助于防治心脏病,还可降低血液中胆固醇,纤维素也有助于防治糖尿病,维持血液中葡萄糖的水平,被誉为“黄金水果”。近年来,人们对酒的要求渐渐的趋向于低度酒、发酵酒以及保健酒,本试验使用流加发酵(fed-batchfermentation),即补料分批发酵,是以分批培养为基础,间歇或连续地补加新鲜培养基,这样的一种发酵方法来发酵树莓酒,目的是提高酒精体积分数,正是适应这样的需求,因此具有广阔的市场与研究价值。1材料和方法1.1其他原料及其贮藏红树莓:产自沈阳东陵区树莓基地;果胶酶(5000U/mL):河南郑州雅大生物工程股份有限公司;饴糖:沈阳科新食品添加剂有限公司生产;酒石酸钾:AR;菌种:安琪牌葡萄酒高活性干酵母。1.2仪器、仪器和仪器数显恒温水浴锅(HH-6):国华电器有限公司;恒温培养箱:南京实验仪器厂;101-1A型电热鼓风干燥箱:天津市泰斯特仪器有限公司;蒸馏装置:上海亚荣生化仪器厂;酒精计:河北省河间市仪表厂;离心机;多功能打浆机;手持糖度仪;PHS-25C型精密pH计;超净工作台等。1.3方法1.3.1工艺1.3.2树莓活化剂的制备酶解:为了增强澄清效果和提高出汁率,向果汁中添加果胶酶,添加量为果浆重的0.18%,并于47℃水浴保温2.8h。调节成分:树莓原浆含糖量(质量分数)约为3%~4%,pH值约为3.0,为了发酵进行的顺利,调节糖度至18%,pH值调至4~5。巴氏杀菌:因树莓中含有转化酶,将很难彻底发酵,因此要抑制活性,并要杀灭一些有害微生物。控制加热温度65℃,保温30min。酵母菌的活化:用2%的蔗糖溶液溶解酵母菌粉,38℃保温活化15min~30min。酒精发酵:将活化好的酵母菌液按照比例接入调整好成分的树莓果浆中,封口,流加浓度为25%的糖溶液,置于20℃~25℃发酵,至还原糖含量变化不大时发酵结束。煎酒灭活:将酒精发酵后的树莓液置于65℃,保温30min,杀灭其中的酵母菌,终止发酵。离心:离心机4000r/min离心20min酒体,除去酒底残留的酵母菌体及少量营养物质沉淀。陈酿:将过滤后的酒放入干净的酒瓶中,装满、密封、避光陈酿3个月。在陈酿过程中酒液内发生一系列物理和化学变化,使红树莓果酒的色泽变深,香气浓郁,滋味柔和醇厚,浓度增大,质量进一步得到提高。1.3.3还原糖、酒精体积分数的测定可溶性固定物的测定:手持糖度仪;pH值得测定:pH计法;还原糖的测定:直接滴定法;酒精体积分数的测定:蒸馏法;酸度测定:酸碱滴定法;SO2测定:按照GB/T15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。1.4试验设计1.4.1流加氢时间及次数以处理过的树莓果浆在25℃进行流加发酵,酵母接种量为0.5‰~1.5‰;流加糖的时间为2d~8d;流加次数为1~3次;流加量为20mL~40mL。发酵过程每天测还原糖含量,至还原糖含量变化不大时结束发酵,确定发酵时间,测定发酵液最终酒精体积分数并进行感官评定。1.4.2响应面试验设计根据单因素试验结果,并采用Box-Behnken设计法(表1)设计响应面试验(采用真实值代码)。以酵母接种量(X1)流加糖时发酵时间(X2)流加糖量(X3)3个因素和酒精体积分数为响应值,进行酒精发酵条件优化。2结果与分析2.1确定发酵时间由表2可以看出,发酵过程中还原糖含量不断降低,因为酵母菌利用糖增值并产酒精,由还原糖含量变化不明显来确定发酵时间,由表看出在发酵第9、10d还原糖含量已趋于稳定,从而确定发酵时间为10d。2.2单因素试验分析2.2.1用还原糖发酵酒精由表3可以看出,在发酵第2d、3d、4d、6d、8d流加相同量的糖,酒精体积分数都有所提高。发酵第2d流加糖,此时处于酒精发酵初级阶段,消耗还原糖少,发酵液糖含量仍很高,此时加糖,加大了发酵液的渗透压,不利于酵母菌的生长繁殖,酵母未充分利用还原糖发酵酒精,酒精体积分数比第3d、4d、6d流加糖的酒精体积分数低些,残糖量高些。第8d流加糖,此时处于发酵后期,酵母大多数已经老化死亡,此时加糖,酵母利用糖不充分,使发酵液残糖过高,酒精体积分数低。发酵第3d、4d、6d流加糖,此时处于发酵旺盛阶段,酵母活性高,发酵剧烈,此时加糖对提高酒精体积分数效果显著。2.2.2不同流加次数对酵母菌酒精体积分数的影响分次流加糖会避免一次性流加糖过多而使发酵液渗透压过高,提高发酵率。由表4可以看出,分次流加较一次流加糖,酵母菌对还原糖的利用充分,酒精体积分数有所提高.在第4d、6d分2次流加糖效果最好,酒精体积分数最高。较在3d、4d分2次流加以及3d、4d、6d分3次流加效果显著,流加后发酵剧烈,酒质较好。因此确定最佳的流加次数为2次且在发酵的第4d~6d进行。2.2.3酒精发酵的最彻底发酵过程中,接种量大,菌体繁殖率高,发酵快。由表5可看出,接种量为1.1‰时,酒精发酵最彻底,酒精度最高。接种量少时,发酵不彻底,残糖较高,转化的酒精体积分数低。接种量过大,酵母大多用于菌体繁殖,对发酵进行作用不大,并且酒体酵母为重,浪费酵母。因此最佳接种量为1.1‰。2.2.4流糖发酵量由表6可以看出,当流加糖为20mL时,糖添加量不够,酵母还可以利用更多的还原糖发酵产酒精。流加糖量为30mL时,效果最明显,酒精度最高。当流加糖量为40mL时,造成发酵液渗透压过高,阻碍了酵母的发酵,还原糖不能充分利用,但得到的树莓酒口味协调纯正,酸甜适中。因此选择糖流加量为30mL~40mL.2.3反应分析在应用表面的结果2.3.1流糖对酒精发酵的影响对表7进行回归分析,获得二次多元回归方程:Y=6.700-从表8可看出,回归方程描述各因素与响应值之间关系时,起因变量和全体自变量之间的线性关系.显著。模型的显著水平远远小于0.05,交互作用极显著,线性极显著,平方显著。失拟项大于0.05不显著。表明该方程对试实验拟合较好。可以反映出试验结果。从表9可以看出,流加糖量(X3)对酒精体积分数的影响极显著,酵母接种量(X1)、流加时发酵时间(X2)影响不显著;酵母接种量(X12)二次项显著,流加糖量二次项(X32)极显著,流加时发酵时间二次项(X22)不显著;酵母接种量与流加时发酵时间(X1X2)、酵母接种量与流加糖量(X1X3)、流加时发酵时间与流加糖量(X2X3)的交互作用极显著,与模型结果相符合。表明该方程不是简单的线性关系,交互作用影响较大。2.3.2流糖对酒精发酵过程的影响如果一个响应曲面坡度相对平缓,表明其可以忍受处理条件的变异,而不影响到相应值的大小,相反,如果一个响应曲面坡度非常陡峭,表明响应值对于处理条件的改变非常敏感。由图1可以看出,酵母接种量对酒精体积分数的影响受流加糖时发酵时间的交互作用影响。当在第4d、5d流加糖时,随着酵母接种量的增大酒精体积分数降低;当在第5d、6d流加糖时,随着酵母接种量的增大酒精体积分数升高。由图2可以看出,流加糖量对酒精度的影响受流加糖时发酵时间的交互作用影响。当在第4d、5d流加糖时,随着流加糖量的增大,酒精度升高;当在第5d、6d流加糖时,随着流加糖量的增大,酒精度降低。由图3可以看出,酵母接种量对酒精度的影响受流加糖量的交互作用影响。当流加糖量较小时,随着酵母接种量的增大酒精度降低;当流加糖量较大时,随酵母接种量的增大酒精度升高。2.3.3流流动糖发酵时间及预测酒精度结果通过软件Design-Expert求解方程,得到的优化流加条件为酵母接种量1.05‰,流加糖时发酵时间为5d、6d,流加糖30mL,预测酒精度结果为11.7%vol。考虑实际操作条件分别选择参数为酵母接种量1.0‰,流加糖时发酵时间为5d、6d,流加糖30mL进行试验,重复3次,测得平均值为10.5%vol。3树莓酒酒精度及发酵指标本试验采用在发酵过程中流加糖的方法来提高发酵树莓酒精度,通过单因素试验和Box-Behnken试验以及响应面分析来优化流加工艺,得出最优的流加工艺条件为酵母接种量1.0‰,在发酵第5d、6d共流加糖30mL,发酵10d,预测酒精度结果为11.7%vol。在此条件下,树