响应面优化红树莓-蓝莓复合果酒澄清工艺研究

收稿日期：2019-03-13.
基金项目：国家重点研发计划专项（2017YFD0400704）；辽宁省高等学校产业技术研究院重大项目（000041803）.作者简介：吕长鑫（1965-），男，教授，主要从事果蔬贮藏加工与食品资源开发研究方向.通讯作者：**********************.
响应面优化红树莓-蓝莓复合果酒澄清工艺研究
吕长鑫*，1
，巴俊文1
，纪秀凤1
，王新明1
，王妍惠1
，张新宇1
，周文萱1
，王维民
2
（1.渤海大学食品科学与工程学院，辽宁省食品安全重点实验室，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方
联合工程研究中心，辽宁锦州121013；2.大连中超食品有限公司，辽宁大连116400）
摘
要:以红树莓和蓝莓为原料进行酒精发酵，研究四种澄清剂壳聚糖、皂土、硅藻土及明胶、冷冻澄清及自然澄清对复
合果酒透光率的影响.研究结果显示，澄清剂澄清效果优于冷冻及自然澄清效果.并对壳聚糖和皂土复合澄清剂进行响应面
优化试验，其工艺条件为：复合澄清剂配比9：5，澄清温度47℃，澄清时间57min ，在此条件下果酒平均透光率为92.36%.
关键词:红树莓；蓝莓；果酒；澄清方式；响应面中图分类号:TS255.46
文献标志码:A
文章编号:1673-0569（2020）01-0030-07
0引言
红树莓为蔷薇科悬钩子属木本植物，别名覆盆子、托盘和马林果等，在我国东北地区多有种植［1］
.红
树莓果实柔嫩多汁，酸甜可口，含有大量花色苷和黄酮等活性物质，具有提高肌体免疫力和预防心脑血管
疾病等功效，食用价值较高，被世界粮农组织誉为第三代“黄金水果”［2-3］
.蓝莓为杜鹃花科越橘属多年生灌木小浆果果树［4］.蓝莓果实中含有丰富的营养成分，具有保护视力和抗癌等功能，享有“水果皇后”之称誉，且被推荐为五大健康水果之一［5-6］.
红树莓和蓝莓均富含多种营养物质，但均不耐贮藏，将二者复合制成果酒，克服了单一果酒色香味欠佳和营养不足等缺陷，使其更加美味可口，更具营养保健价值.果酒在酿制过程中由于一些生物性或非生
物性等因素，易产生絮状物质而生成沉淀，影响果酒品质［7］.果酒澄清度是衡量酒体品质的重要因素［8］，
因此，本实验对红树莓-蓝莓复合果酒澄清工艺进行研究.
1
材料与方法
1.1
材料与试剂
红树莓：锦州义县；蓝莓：锦州南山果园；明胶、壳聚糖、皂土、硅藻土：武汉祥达食品添加剂有限公司；
柠檬酸：河南万邦实业有限公司；白砂糖：南宁糖业股份有限责任公司；果胶酶、纤维素酶：南宁庞博生物工程有限公司；亚硫酸氢钠：河北鹏宇生物科技有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司.1.2
仪器与设备
BCD-212冰箱：博西华家用电器有限公司；UV-2700紫外分光光度计：日本岛津公司；MIR-254-PC 低温恒温培养箱：松下健康医疗器械株式会社；Centrifuge5804R 冷冻离心机：德国艾本德仪器有限公司.1.3
试验方法
1.3.1
红树莓-蓝莓复合果酒制作工艺流程
果胶酶、纤维素酶NaHSO 3NaHCO 3酵母
↓↓↓↓
红树莓、蓝莓→解冻→打浆→酶解→过滤→灭酶→冷却→混合→调pH →调糖→主发酵→过滤→后
Journal of Bohai University （Natural Science Edition ）
第41卷第1期2020年03月
Vol.41，No.1
Mar.2020
渤海大学学报（自然科学版）
第1期
发酵→澄清→陈酿→灌装→密封→杀菌→冷却→成品.
1.3.2操作要点
分别将解冻后的红树莓和蓝莓打浆后，按果胶酶与纤维素酶9：1的质量比各添加0.1%的果胶酶和纤维素酶复合酶，在45℃条件下酶解2h后过滤取汁，添加100mg/L亚硫酸氢钠，利用碳酸氢钠调节果汁pH 至3.8，再添加200g/L白沙糖.配置2%蔗糖水溶液，称取酵母，酵母与蔗糖水质量比为1：10，在40℃条件下活化25min.将调整好的果汁加入活化后酵母菌液中，在28℃发酵7d后倒罐，20℃后发酵10d.
1.3.3不同澄清方式对复合果酒透光率影响
1.3.3.1自然澄清法
取六支具塞试管，每支试管中放20mL果酒，分别室温放置5、10、15、20、25和30d后离心12min，转速为4000r/min.取3mL离心后上清液于比色皿中，在波长800nm下测定透光率.
1.3.3.2冷冻澄清法
取20mL果酒于七个容器中，在-15℃条件下分别冻藏2、4、6、8、10、12和14d后取出，4000r/min离心12min，取3mL上清液于比色皿中，800nm下测定透光率.
1.3.3.3澄清剂澄清法
分别配置壳聚糖溶液、明胶溶液、皂土悬浮液和硅藻土悬浮液，备用［9］.取20mL果酒于具塞试管中，依次加入0.2、0.4、0.6、0.8和1.0mL配置好的壳聚糖溶液、明胶溶液、皂土悬浮液和硅藻土悬浮液做澄清剂，50℃下处理1h后室温静置72h，在4000r/min下离心12min，取3mL离心后上清液于比色皿中，在波长为800nm下测透光率，遴选出两种澄清效果最好的澄清剂进行复合.
1.3.4复合澄清剂澄清单因素试验
1.3.4.1复合澄清剂配比的选择
取20mL果酒至具塞试管中，复合澄清剂总添加量为1.4mL，壳聚糖与皂土按体积比为2：5、3：4、4：3、5：2、6：1加入，在50℃下处理50min后静置72h，在4000r/min条件下离心12min，取3mL上清液于比色皿中，在波长为800nm下测定透光率.
1.3.4.2澄清温度的选择
取酒样20mL至试管中，壳聚糖与皂土体积比为4：3，分别在40、45、50、55、60℃下保温50min后静置72h，4000r/min条件下离心12min，取3mL离心后上清液于比色皿中，在波长为800nm下测定透光率.
1.3.4.3澄清时间的选择
取酒样20mL至试管中，壳聚糖与皂土体积比为4：3，水浴温度为50℃，水浴时间分别水浴30、40、50、60、70min，澄清结束后室温静置72h，在4000r/min条件下离心12min，测定其透光率.
1.3.5响应面优化试验
在单因素试验基础上进行响应面优化试验，以透光率为响应值，进行试验设计，水平因素表见表1.
表1响应面试验因素水平表
水平
-1 0 1
因素
A配比（v/v）
3：4
4：3
5：2
B水浴温度（℃）
45
50
55
C水浴时间（min）
40
50
60
2结果与分析
2.1自然澄清对复合果酒透光率的影响
图1为自然澄清对果酒透光率的影响.由图可知，在自然澄清0~20d期间果酒透光率上升较为明显，超过20d果酒透光率趋于平稳.因此自然澄清20d效果最佳.
吕长鑫，巴俊文，纪秀凤，等：响应面优化红树莓-蓝莓复合果酒澄清工艺研究31
渤海大学学报（自然科学版）第41卷
2.2
冷冻澄清对复合果酒透光率的影响
由图2可知，冷冻后果酒透光率较自然澄清有所提高.冷冻时间在0~6d 期间果酒透光率上升较为明
显；超过6d 时，透光率略有下降后趋于平稳.因此冷冻时间6d 对复合果酒澄清效果最佳
.
图1自然澄清对果酒透光率影响图2冷冻澄清果酒透光率影响
2.3澄清剂澄清对复合果酒透光率的影响
图3为四种澄清剂对果酒透光率的影响，由图可以看出，在澄清剂添加量不断增加的过程中，四种澄
清剂透光率均先增高后降低，这说明壳聚糖、皂土、硅藻土以及明胶浓度过高会破坏与果酒形成的稳定体系，导致红树莓-蓝莓复合果酒透光率下降.在四种澄清剂中皂土澄清效果最好，其次为壳聚糖，硅藻土澄清效果最差，因此研究壳聚糖与皂土复合澄清剂对果酒透光率的影响.2.4复合澄清剂澄清单因素试验结果分析2.4.1
复合澄清剂配比对果酒澄清效果影响分析
由壳聚糖和皂土复配澄清剂对果酒进行澄清作用研究结果可知，透光率均可达86%以上，澄清效果显著.从图4可以看出，透光率随着复配澄清剂比例不断增加呈现先上升后下降的趋势.当壳聚糖与皂土
体积比为4：3时红树莓-蓝莓复合果酒透光率达到89.5%，此时透光率最高；继续增大复配澄清剂比例，透光率呈下降趋势.红树莓-蓝莓复合果酒中含有带负电荷的分子，而在酸性条件下，壳聚糖在果酒中会形成带有正电荷的分子，此时果酒中带有正负电荷的微粒相互吸引，使红树莓-蓝莓复合果酒中果胶和单宁
等颗粒物质絮凝并产生沉淀［10］，从而增大果酒透光率；壳聚糖与皂土所形成的电荷恰好相反，因此对二者进行复合与单一澄清剂相比优势明显［11］.过量壳聚糖所形成的胶体系统反而会造成红树莓-蓝莓复合
果酒混浊，导致其透光率下降
.
图3澄清剂澄清对果酒透光率影响图4复合澄清剂配比对果酒澄清效果影响
2.4.2澄清温度对果酒澄清效果影响分析
由图5可知，果酒透光率随着澄清温度的不断增大呈现先升高后降低的趋势.澄清温度在低于50℃
期间透光率呈上升趋势明显；当温度达到50℃时透光率达到88.9%，此时澄清效果最佳；而当温度在50~
32
第1期
60℃期间，透光率呈急速下降趋势.表明适宜得温度使壳聚糖与皂土吸附正负电荷效果更加显著，二者共同作用吸附红树莓-蓝莓复合果酒中带电的颗粒物质，使红树莓-蓝莓复合果酒产生沉淀从而提高红树莓-蓝莓复合果酒澄清度［12］.若澄清温度过高会分解红树莓-蓝莓复合果酒中部分活性物质，从而导致果酒透光率下降［13］.
2.4.3澄清时间对果酒澄清效果影响分析
从图6可以看出，果酒透光率随着澄清时间延长呈现先升高后降低的趋势.澄清时间在40~50min期间，透光率具有明显上升趋势；当澄清时间为50min时透光率可达89.3%；继续增加澄清时间，红树莓-蓝莓复合果酒澄清度逐渐下降，说明适当澄清时间会使红树莓-蓝莓复合果酒中正负电荷之间更好作用使红树莓-蓝莓复合果酒产生絮凝并沉淀.澄清时间过长会使其粘度过大，影响果酒品质和澄清度［14-15］
.
图5复合澄清剂澄清温度对果酒澄清效果影响图6复合澄清剂澄清时间对果酒澄清效果影响2.5响应面优化复合澄清剂澄清试验
2.5.1模型建立及显著性分析
以透光率为响应值，在单因素试验基础上，以A（复合澄清剂比例）、B（澄清温度）和C（澄清时间）为考察因素进行响应面优化试验，试验结果见表2.
表2响应面试验设计及结果
序号1 2 3 4 5 6 7 8 9A（v/v）
-1
1
1
-1
-1
B（℃）
-1
1
-1
-1
C（min）
-1
-1
-1
-1
1
1
1
透光率（%）
89.56
90.08
91.38
89.52
90.14
91.37
89.46
91.48
90.43
序号
10
11
12
13
14
15
16
17
A（v/v）
1
1
-1
B（℃）
-1
1
1
1
C（min）
1
透光率（%）
91.57
91.27
90.24
91.78
91.71
89.48
89.59
91.58
为检验各因素对复合果酒透光率的影响程度和回归方程的有效性，对以上试验结果进行方差分析，由表3可以看出，模型p<0.0001，失拟相p=0.1631>0.05，说明以以上3因素为考察因素的模型极显著，失拟相不显著，方程拟合度较好.由F值可以看出，水浴温度、水浴时间和复合澄清剂比例对红树莓-蓝莓复合果酒透光率的影响顺序依次为：水浴温度<水浴时间<复合澄清剂比例.模型中复合澄清剂配比和澄清时间（AC）对红树莓-蓝莓复合果酒透光率无显著影响，复合澄清剂配比和澄清温度（AB）对果酒透光率影响显著，而因素A、B、C、BC、A2、B2、C2均对果酒透光率具有极显著影响.对表2试验数据进行回归拟合，得到红树莓-蓝莓复合果酒透光率（Y）对复合澄清剂比例（A）、水浴温度（B）及水浴时间（C）的二次多项回归模型为：Y=91.60+0.52A-0.30B+0.45C-0.26AB+0.080AC-0.60BC-0.65A2-0.84B2-0.59C2.变异系数吕长鑫，巴俊文，纪秀凤，等：响应面优化红树莓-蓝莓复合果酒澄清工艺研究33
渤海大学学报（自然科学版）第41卷
CV=0.23%，CV值越小，表明试验有良好精确度和可信性.总决定系数R2=0.9776，校正系数R2
Adj
=0.9487，可以良好地反映出红树莓-蓝莓复合果酒透光率与以上3个因素之间关系.
表3方差分析表
项目模型
A
B
C AB AC BC A2 B2 C2残差失拟纯误差总和平方和
13.10
2.13
0.71
1.59
0.28
0.026
1.45
1.79
2.97
1.45
0.30
0.21
0.094
13.40
自由度
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
均方
1.46
2.13
0.71
1.59
0.28
0.026
1.45
1.79
2.97
1.45
0.043
0.069
0.024
F值
33.87
49.61
16.47
37.07
6.41
0.60
33.79
41.65
69.05
33.76
2.93
p值
<0.0001
0.0002
0.0048
0.0005
0.0391
0.4655
0.0007
0.0003
<0.0001
0.0007
0.1631
显著性
**
**
**
**
*
**
**
**
**
注：**表示极显著，即p<0.01；*表示显著，即p<0.05.
2.5.2响应面各因素间交互作用分析
图7依次展示了AB、AC和BC三组交互作用与红树莓-蓝莓复合果酒透光率构成的等高线图及3D图.图7a为因素AB交互作用的等高线图，图7b为因素AB交互作用的3D图，由两图可以看出等高线图呈椭圆形，且3D图较陡峭，说明AB交互作用对红树莓-蓝莓复合果酒透光率影响显著［16-17］；图7c中AC交互作用的等高线图椭圆不明显，且结合表3可知AC交互作用不显著，因此不做解释；图7e为因素BC交互作用的等高线图，图7f为因素BC交互作用的3D图，由图可以看出BC交互作用等高线图呈椭圆形，3D较陡峭，说明因素BC间交互作用对红树莓-蓝莓复合果酒透光率产生极显著影响
. 34
第1
期
图7各因素交互作用响应面图
2.5.3验证试验
由Design Expert 软件分析可以预测出最佳优化条件为：复合澄清剂配比9：5，澄清温度47.48℃，澄清
时间56.75min ，红树莓-蓝莓复合果酒透光率预测值为91.97%.实际测得的红树莓-蓝莓复合果酒透光率为92.36%，与预测值的相对误差为0.42%，所建模型准确可靠.
3结论
本文通过对自然、澄清剂和冷冻三种澄清法比较，结果表明澄清剂澄清效果最好，且针对壳聚糖和皂
土进行复合澄清剂进行研究，在单因素基础上且通过响应面优化得到最佳澄清工艺条件：澄清温度
47℃、澄清时间57min 、复合澄清剂配比9：5，果酒透光率预测值为91.97%，按此条件进行3次平行实验，所得复合果酒平均透光率为92.36%，响应面模型与实际值拟合良好，在实际生产中具有一定应用价值.
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36
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LV Changxin1,BA Junwen1,JI Xiufeng1,WANG Xinming1,WANG Yanhui1,
ZHANG Xinyu1,ZHOU Wenxuan1,WANG Weimin2
（1.College of Food Science and Technology,Food Safety Key Lab of Liaoning Province,National&
Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Bohai University,Jinzhou121013,China;2.Dalian Zhongchao Food co.,Ltd.,Dalian116400,China）Abstract::The effects of chitosan,bentonite,diatomite and gelatin，frozen clarification and natural clarifi‐Abstract
cation on the light transmittance of compound fruit wine were studied by alcoholic fermentation with red rasp‐berry and blueberry as raw materials.The results showed that the clarification effect of clarifier was better than that of freezing and natural clarifier.The response surface optimization test was carried out for chitosan and bentonite compound clarifier.The process conditions were as follows:the ratio of compound clarifier was 9:5,the clarification temperature was47℃,and the clarification time was57min.Under these conditions, the average light transmittance of fruit wine was92.36%.
Key words
words::red raspberry;blueberry;wine;clarification method;response surface。