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 于翔，程衛(wèi)東，單春會*

 石河子大學食品學院(石河子832000)

摘要沙棗含糖量為43%~ 52%,富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為原料釀造保健型果酒；為了充分地利用沙棗資源，優(yōu)化其加工工藝參數(shù)，以沙棗汁為原料，在初糖濃度、酵母接種量、發(fā)酵溫度和初始pH 4個單因素試驗基礎(chǔ)上，應用Design-Expert v 8.0.6軟件中Box-Behnken試驗設計建立回歸模型，對沙棗果酒的發(fā)酵工藝條件進行響應面分析優(yōu)化結(jié)果表明：沙棗果酒發(fā)酵的最佳工藝條件為：初糖濃度為24%、酵母接種量0.28%、發(fā)酵溫度為27.78℃、初始pH

4.37。此優(yōu)化條件下，沙棗果酒酒精度達到14.37%vol，果香和酒香協(xié)調(diào)，風味獨特，綿延柔和。

關(guān)鍵詞  響應面法；沙棗；釀造工藝；果酒

 沙棗是胡頹子屬植物，在我國西北干旱地區(qū)生長面積較大。沙棗原產(chǎn)于西亞，現(xiàn)在在新疆、寧夏、甘肅、河北分布比較廣泛，主要生長于鹽堿沙地、山地、沙漠和荒地。其果實富含糖類、黃酮、單寧、礦物質(zhì)及微量元素等多種成分，具有止瀉、利尿、降血脂、降血壓、降血糖等生理功能，在民間醫(yī)藥中廣泛應用；沙棗樹作為天然野生植物，其果實不受化肥、農(nóng)藥和工業(yè)污染物的污染。沙棗果實浸出物有抗炎作用，對于腸炎、腹瀉等常見疾病有一定功效，因此將沙棗應用于食用保健飲品有較為廣闊的前景。

 新疆擁有十分豐富的沙棗資源，然而目前主要以初級加工和鮮食為主，由于技術(shù)上的缺陷成為了沙棗深加工產(chǎn)品研發(fā)的一大屏障，在注重拓展沙棗深加工渠道的同時，研發(fā)出更多品種的高價值沙棗產(chǎn)品。

 當前，我國對沙棗的開發(fā)利用還不夠充分，其藥用、食用價值尚有很大的提升空間，產(chǎn)品的生產(chǎn)附加值還有待提高。同時由于技術(shù)層面問題致使無法工業(yè)化大批量生產(chǎn)，以及沙棗的產(chǎn)品形態(tài)單一，深加工利用產(chǎn)品品種空白，以上原因成為了沙棗推向全國的壁壘。試驗采用響應面法優(yōu)化沙棗果酒發(fā)酵工藝的最佳條件，響應面分析法是通過試驗數(shù)據(jù)建立回歸模型

方程來表示因素與響應值之間的函數(shù)關(guān)系，是一種優(yōu)化試驗設計與工藝參數(shù)的基本有效方法；以沙棗原汁為材料，進行帶皮渣發(fā)酵，創(chuàng)造了口感協(xié)調(diào)、風味獨特、果香濃郁、原果營養(yǎng)和藥用價值均損失較少的一種新型保健果酒；為沙棗果酒產(chǎn)業(yè)化提供更經(jīng)濟、更適合規(guī)模化生產(chǎn)的工藝參數(shù)，進而拓寬沙棗資源綜合利用的新領(lǐng)域。

1  材料與方法

1.1材料與試劑

 沙棗：采摘于新疆沙灣地區(qū)；安琪釀酒高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；白砂糖：市售一級白砂糖；檸檬酸：天津市北方天醫(yī)化學試劑廠；硅藻土：北京房山陶瓷繪料廠；葡萄糖：天津市盛奧化學試劑有限公司。

1.2儀器設備

 數(shù)顯不銹鋼電熱培養(yǎng)箱：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；電熱恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；電子萬用爐：北京市光明醫(yī)療儀器有限公司；JJ-2型組織搗碎機：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；TH2-98臺式恒溫振蕩器：太倉市華美生化儀器廠；手持折光儀：成都泰華光學公司；酒精計：河北省滄州地區(qū)醫(yī)藥公司；臺式高速冷凍離心機：力康發(fā)展有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1  工藝流程

1.3.2操作要點

 1)沙棗質(zhì)量要求：釀造果酒的果實品質(zhì)直接影響到果酒的優(yōu)劣，沙棗要求新鮮、無霉爛、無蟲蛀，成熟的沙棗蛋白質(zhì)含量為6.5%~7.5%，總糖占43%~52%，氨基酸總量為3.5%~4.0%。

 2)調(diào)整成分：沙棗原液中初始糖度為6%～8%，為達到所需發(fā)酵糖度，通過酒精度換算得出所需白砂糖含量。

 3)接種發(fā)酵：在接種前先將酵母活化，活化條件：將干酵母加入到0.5 %的蔗糖水溶液中，搖床以轉(zhuǎn)速為120 r/min活化30 min左右，將活化后酵母接入沙棗原液中，選擇不同的條件進行發(fā)酵試驗，發(fā)酵時間為6 d左右。

4)澄清：采用硅藻土法，在沙棗酒中加入1%的硅藻土，在50℃～60 ℃的恒溫水浴鍋上酶解1h，在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min，取上清液。

1.3.3指標測定方法

 糖度測定：手持折光儀；酸度測定：酸堿滴定法；酒精體積分數(shù)測定：酒精計法；pH測定：pH計法。

1.3.4沙棗果酒發(fā)酵單因素試驗

1.3.4.1初始糖度的影響

 調(diào)整沙棗汁初始糖度分別為1 8，20，22，24和26 0Bx，按0.3%酵母接種量接入原液中，初始pH 4.0，置于28℃恒溫培養(yǎng)箱，每隔24 h搖晃三角瓶1 min，使沉淀在三角形底部的酵母再次懸浮，發(fā)酵6 d，每天分別測定發(fā)酵液中的酒精度和殘?zhí)呛�量�?

1.3.4.2酵母接種量的影響

 調(diào)整沙棗汁初始糖度為22 0Bx，酵母接種量分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%接入原液中，初始pH 4.0，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱，每隔24 h搖晃三角瓶1min，使沉淀在三角形底部的酵母再次懸浮，發(fā)酵6d，每天分別測定發(fā)酵液中的酒精度和殘?zhí)呛�量�?

1.3.4.3發(fā)酵溫度的影響

 調(diào)整沙棗汁初始糖度為22 0Bx，酵母接種量0.3%接入原液中，初始pH 4.0，分別置于22℃，25℃，28℃ , 31 ℃和33 ℃恒溫培養(yǎng)箱，每隔24 h搖晃三角瓶1 min，使沉淀在三角形底部的酵母再次懸浮，發(fā)酵6 d，每天分別測定發(fā)酵液中的酒精度和殘?zhí)呛�量�?

1.3.4.4初始pH的影響

 調(diào)整沙棗汁初始糖度為22 0Bx，酵母接種量分別0.3%接入原液中，初始pH分別為3.0，3.5，4.0，4.5和5.0，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱，每隔24 h搖晃三角瓶1 min，使沉淀在三角形底部的酵母再次懸浮，發(fā)酵6d，每天分別測定發(fā)酵液中的酒精度和殘?zhí)呛�量�?

1.3.4.5響應面法優(yōu)化沙棗果酒發(fā)酵條件

 在上述4個單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Bbehnken中心組合設計原理，選取初糖濃度(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)和初始pH(D)作為響應面優(yōu)化影響因子，以發(fā)酵液中的酒精度作為響應值。采用Box-Behnken設計方法來優(yōu)化沙棗果酒的加工工藝條件，設計結(jié)果見表1。

2結(jié)果與討論

2.1沙棗果酒發(fā)酵的單因素試驗結(jié)果

2.1.1初糖濃度對果酒發(fā)酵的影響

 如圖1所示，隨著初糖濃度的逐漸升高，酒精度呈先上升后下降的趨勢；初糖濃度增至22%時，酒精度達到最高；當初始糖度高于22%后，酒精度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。當發(fā)酵液中糖類濃度大于24%時，酒精度降低十分明顯；由于含糖量過高導致發(fā)酵液滲透壓大，酵母的基質(zhì)抑制作用較為明顯，不利于酵母的正常生長和代謝，發(fā)酵緩慢，糖轉(zhuǎn)化為酒精不完全，殘?zhí)橇扛�。由以上分析可以得出推論：在一定范圍�?nèi)，隨著發(fā)酵液中糖度增加，可利用的碳源增加，有助于酵母菌利用產(chǎn)生酒精。因此，為保證發(fā)酵液酒精濃度適宜，得出沙棗果酒初糖濃度為22%～24%。

2.1.2酵母接種量對果酒發(fā)酵的影響

  如圖2所示，隨著酵母接種量增大，最終酒精度呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢；在酵母接種量為0.3%時，酒精度達到最高；當酵母接種量高于0.3%時，酒精度呈明顯下降趨勢。相關(guān)文獻表明由于酵母接種量過大時，發(fā)酵液中的糖更多的消耗在酵母菌的生長繁殖上，用于生成酒精的糖相應減少，并且因為營養(yǎng)物質(zhì)的快速消耗和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，使酵母菌發(fā)酵環(huán)境質(zhì)量下降導致過早衰老并產(chǎn)生自溶，使果酒的酒精度降低。綜上選擇最佳酵母接種量為0.3%。

2.1.3發(fā)酵溫度對果酒發(fā)酵的影響

  由圖3所示，隨著發(fā)酵溫度的升高，酒精度呈現(xiàn)先升高后下降；發(fā)酵溫度為28℃時，酒精度最高；當溫度低于28℃時，酵母菌代謝活動較弱，不能快速大量生長繁殖，發(fā)酵緩慢，導致無法充分利用糖分，酒精度較低；同時發(fā)酵速度緩慢從而延長發(fā)酵時間，從而染菌機會增加；當溫度超過28℃后，酒精度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，溫度高于31℃時，酒精度出現(xiàn)明顯的降低，由于溫度過高會導致酵母提前老化，酒精度低，嚴重時甚至不能完成發(fā)酵，直接影響了果酒色、香、風味等指標。因此，最終選取沙棗果酒發(fā)酵溫度范圍是28℃～31℃。

2.1.4初始pH財果酒發(fā)酵的影響

  由圖4所示，在pH處于3.0～4.0時，隨著發(fā)酵液中pH的增加，酒精度逐漸升高；在pH為4.0時，酒精含量達到最高，此時酵母菌產(chǎn)酒精代謝活動達到最旺盛，酒精的發(fā)酵作用最強；當pH低于4.0時，抑制了酵母菌的繁殖，不利于發(fā)酵的正常進行，導致酒精含量較低；當pH高于4.0后，釀酒酵母生長和代謝酶系活性逐漸被抑制，酒精產(chǎn)量有所降低。因此，沙棗果酒發(fā)酵液初始pH以3.7～4.5為宜。

2.2沙棗果酒發(fā)酵的響應面試驗結(jié)果

 根據(jù)Box-Behnken試驗設計原理，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取初糖濃度(A)、酵母接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)和初始pH (D)為四個影響因素，采用四因素三水平的響應曲面試驗設計對果酒發(fā)酵的酒精度(Y)進行優(yōu)化，試驗設計與結(jié)果見表2。

2.3  回歸模型的建立與方差分析

 通過統(tǒng)計軟件Design-Expert V 8.0.6對響應面試驗結(jié)果進行多元回歸擬合，對表2的數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到沙棗果酒精發(fā)酵工藝參數(shù)初步回歸模型

 為檢驗方程的可信性和精確度，對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表3。

 由表3可知，模型p<0.01，表明回歸模型極顯著，失擬項p>0.05，表明不顯著。相關(guān)系數(shù)R2=0.974 9，說明該模型能闡釋97.49%響應值的變化，因而該模型的擬合度較好，可以利用此模型來分析和預測沙棗果酒在發(fā)酵過程中酒精度的變化。在各因素中，發(fā)酵溫度和初始pH對酒精度的影響極顯著，初糖濃度不顯著。剔除掉不顯著項后，得到優(yōu)化后的方程：Y

 回歸方程的各項方差分析結(jié)果表明，一次項和二次項都有顯著性因素，因此各試驗因素對沙棗果酒酒精度的影響不是簡單的線性關(guān)系。所以，可以利用該回歸方程確定最佳工藝條件。

 由方差分析結(jié)果可知，AB的交互作用，AC的交互作用，AD的交互作用，BC的交互作用，BD的交互作用，CD的交互作用；根據(jù)回歸模型做出相應的響應曲面圖分別見于圖5～10。

 圖5~10綜合反映了各變量與響應值之間變量與變量之間的關(guān)系；圖5顯示了初糖濃度與酵母接種量對酒精度的影響，從響應曲面圖可以看出曲面的坡度比較陡，這表明初始糖度與酵母接種量二者的交互作用較顯著。隨著初糖濃度的增大，酒精體積分數(shù)先增大后減�。磺以摼凭�體積分數(shù)也隨酵母接種量的升高先增大后減小。圖6顯示初糖濃度和發(fā)酵溫度對酒精體積分數(shù)的交互作用，從相應曲面圖可以看出曲面的坡度比較陡，這說明初始糖度與發(fā)酵溫度二者的交互作用是較突出的。發(fā)酵溫度對酒精度的影響，呈現(xiàn)出明顯的升高或減少的趨勢。圖7顯示初糖濃度和初始pH初始與酒精體積分數(shù)的交互影響，結(jié)果顯示隨著初糖濃度的升高，酒精度呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，但是隨著初始pH的升高，酒精度變化較平穩(wěn)。圖8為酵母接種量與發(fā)酵溫度對酒精度都顯示出了交互作用，從響應曲面上可以看出曲面的坡度相對較陡，說明二者的交互作用特別明顯。圖9顯示酵母接種量和初始pH對酒精體積分數(shù)的影響，結(jié)果表明母接種量和初始pH對酒精體積分數(shù)有交互影響。圖10顯示發(fā)酵溫度和初始pH與酒精體積分數(shù)的交互作用，結(jié)果顯示隨著發(fā)酵溫度升高，酒精度呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，但是隨著初始pH的升高，酒精度呈現(xiàn)出較穩(wěn)定的趨勢。  

通過統(tǒng)計軟件Design-Expert．V 8.0.6對模型優(yōu)化求解，得到沙棗酒發(fā)酵的最佳工藝條件為：初糖濃度為24%，酵母接種量為0.28%，發(fā)酵溫度為27.78℃，初始pH為4.37，此條件下發(fā)酵后沙棗果酒酒精度為

14.37%vol。

  為驗證試驗結(jié)果的真實性，采用上述工藝條件進行發(fā)酵試驗。根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，發(fā)酵溫度取27.8℃，實際測得果酒的酒精度14.23%vol，相對誤差為0.97%。因此，試驗采用響應面法優(yōu)化得到的沙棗果酒發(fā)酵工藝條件參數(shù)準確可靠，具有參考價值。

3結(jié)論

  通過單因素試驗和Box-Behnken設計試驗，采用響應面分析法優(yōu)化沙棗果酒發(fā)酵工藝條件，得出最佳優(yōu)化工藝條件參數(shù)為：初糖濃度為24%，酵母接種量為0.28%，發(fā)酵溫度為27.78℃，初始pH為4.37。此時發(fā)酵的果酒，果香和酒香協(xié)調(diào)，酒體澄清透明，顏色呈微黃色，風味獨特，是一種具有豐富營養(yǎng)的保健型果酒，市場前景廣闊。試驗對于拓寬沙棗的深加工渠道，具有深遠意義。