蘋果木瓜混釀白蘭地工藝的優化

趙志軍,袁倩倩,郭文慧,李 冰,劉延波,周平平,葛少華,孫秋麗,黃 海,孫西玉,潘春梅

(1.河南牧業經濟學院 食品與生物工程學院(酒業學院),河南 鄭州 450046; 2.河南省白酒風格工程技術研究中心, 河南 鄭州 450046; 3.寶豐酒業有限公司,河南 平頂山 467500; 4.河南省寧陵縣綜合檢驗檢測中心,河南 商丘 476700)

果酒釀造和白蘭地生產是水果深加工的重要途徑。蘋果含糖量高、酸度低,是果酒釀造和白蘭地生產的常用水果原料[1-3]。木瓜,又稱皺皮木瓜、野生木瓜,是薔薇科木瓜屬多年生落葉灌木或小喬木的果實[4]。木瓜味酸性溫,多做藥材使用,具有平肝舒筋、和胃化濕、降壓、降糖、軟化血管、護肝降酶、養顏抗衰、防老年癡呆、促進血液循環、延年益壽和提高人體免疫力等功效[5]。

廣義的白蘭地是以水果為原料,經發酵、蒸餾及調配制成的飲料酒[6]。白蘭地具有增強免疫、促進心臟健康、緩解喉嚨痛等功效[7]。隨著水果深加工研究的深入,復合果酒已經成為果酒研究的熱點[8,9]。以蘋果和木瓜為原料,經過破碎榨汁,混合發酵后蒸餾制成混釀白蘭地,不僅協調糖酸平衡,有利于發酵的順利進行,還可改善單一果酒白蘭地在口感和香氣上的不足[10]。

傳統白蘭地感官評價是通過視覺、嗅覺和味覺等感覺器官分析白蘭地的質量[11],存在較多的主觀性和局限性[12]。模糊數學以模糊變換原理為基礎,通過模糊矩陣將評價信息數值化,削弱了傳統感官評價的模糊性和主觀性[13,14]。

本研究以木瓜和蘋果為原料釀造白蘭地產品,在建立蘋果木瓜混釀白蘭地模糊數學評價體系的基礎上,設計單因素試驗和響應面試驗,優化蘋果木瓜混釀白蘭地工藝,獲得最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

木瓜購自南陽道地金木瓜生物科技有限公司。蘋果產自河南三門峽市陜州區。白砂糖購自湛江豐興糖業有限公司。葡萄酒果酒專用酵母(酵母活細胞數≥150億個/g)購自安琪酵母股份有限公司。果膠酶(酶活力為2 000 U/g)購自杭州科田生物科技有限公司。異維生素C鈉(分析純)、亞硫酸(分析純)均購自嘉宇精細化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程及操作要點

工藝流程:木瓜、蘋果→清洗、去籽、破碎→果膠酶處理→果汁初始糖度測定→混合調配(加白砂糖)→加入亞硫酸、酵母→前發酵→果渣分離→后發酵→一次蒸餾→二次蒸餾→白蘭地

操作要點:

將蘋果清洗去核,放入破碎機中打漿。按照蘋果質量的25%加入無菌純凈水,同時噴淋0.1%的質量濃度20%異VC鈉溶液,防止蘋果氧化褐變[15]。將木瓜清洗去籽,切成小塊,按照木瓜與水1∶1質量比加水打漿。分別得到蘋果漿液和木瓜漿液。

將蘋果漿和木瓜漿按一定比例混合均勻,加入果膠酶酶解,加入白砂糖調整糖含量,添加亞硫酸抑制雜菌生長,加入活化酵母菌進行發酵[16]?；旌瞎麧{基礎發酵條件為蘋果漿與木瓜漿質量比1∶1、果膠酶添加量60 mg/L、亞硫酸添加量80 mL/L、活性干酵母接種量0.7 g/L、初始糖度22 °Bx、發酵溫度22 ℃、發酵時間7 d。發酵過程中,每天攪拌一次,將漂浮的果渣壓入果汁中,并取樣監測發酵過程中糖度的變化。糖度測定采用手持式葡萄酒折光儀[17]。發酵結束后,過濾除去果渣。將過濾后清液存入后發酵罐,密封,在20 ℃條件下貯存3個月。

蒸餾采用二次蒸餾工藝。第一次蒸餾得到粗餾白蘭地。再將粗餾白蘭地進行二次蒸餾,按粗餾白蘭地體積的1%截取酒頭后,連續測定餾分酒精度,待酒精濃度達到25%時停止蒸餾。將蒸餾所得白蘭地進行調配,得到酒精濃度為40%的蘋果木瓜混釀白蘭地。采用酒精濃度計測量酒精濃度[17]。

1.2.2 單因素試驗設計

在混合果漿基礎發酵條件下,分別將木瓜與蘋果配比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)、亞硫酸添加量(40、60、80、100、120 mL/L)、果膠酶添加量(20、40、60、80、100 mg/L)、酵母接種量(0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 g/L)、初始糖度(18、20、22、24、26 °Bx)設定為單一變量,進行單因素試驗。建立模糊數學感官綜合評價模型,獲得各變量條件下蘋果木瓜混釀白蘭地模糊數學感官綜合評分。

1.2.3 響應面優化試驗

根據單因素試驗結果,選出對蘋果木瓜混釀白蘭地感官評分影響最大的三個因素,依據Box-Behnken試驗設計原理,進行響應面優化試驗,得到蘋果木瓜混釀白蘭地發酵的最優條件。

1.2.4 蘋果木瓜混釀白蘭地感官評價

10名擁有國家品酒師職業資格證書的專業人士組成評定小組,對酒樣的色澤、氣味、風格和口感四個評價指標進行感官評分。蘋果木瓜混釀白蘭地感官評分標準如表1所示。

表1 蘋果木瓜混釀白蘭地感官評分標準

1.2.5 模糊數學評價方法

1.2.5.1 建立因素集和評語集

建立反映混釀白蘭地感官評分的指標因素集,U=[u1,u2,u3,u4]=[色澤,氣味,風格,口感]。建立評定小組成員反饋信息的評語集。以優、良、中、差為評語等級,分別賦值90、80、70、60,則評語集V=[v1,v2,v3,v4]=[90,80,70,60][18]。

1.2.5.2 感官評價因素權重集系數的確定

確定蘋果木瓜混釀白蘭地的色澤、氣味、風格、口感權重系數分別為0.1、0.3、0.2、0.4,即建立蘋果木瓜混釀白蘭地的評價權重集K=[色澤、氣味、風格、口感]=[0.1、0.3、0.2、0.4][19]。

1.2.5.3 建立模糊評價矩陣

感官評價小組對蘋果木瓜混釀白蘭地的四項感官因素進行一一評價,統計得到各項因素的票數,將各等級的票數與感官評價總人數之比折算成贊比率,得到模糊矩陣Rk。

式中k為樣品編號(k=1,2,3,…),i為各項感官因素(i=1,2,3,4),j為各等級評語(j=1,2,3,4),Uij為第i個因素對應優、良、中、差等級所得票數折算得到的贊比率。

1.2.5.4 模糊變換及綜合評分

采用矩陣乘法計算出綜合評判集yi=K×Ri,式中yi為第i項因素的評判結果,K為評價權重集,Ri為第i號樣品的綜合評價模糊矩陣。最后將綜合評判集yi乘以評語集V中所賦予的相應等級分值,進行加和后,得到該樣品的綜合得分Yi。

1.2.6 數據處理

每組均進行三次平行試驗。使用MS Excel 2016進行繪圖。采用SPSS 22.0軟件進行顯著性分析,顯著水準為P<0.05。利用Design-Expert 13軟件進行響應面試驗設計與結果分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

在混合果漿基礎發酵條件下,分別改變蘋果漿與木瓜漿質量配比、亞硫酸添加量、果膠酶添加量、酵母菌添加量和初始糖度,對發酵蒸餾所得白蘭地進行感官評價,結果見圖1～圖5。

圖1 蘋果木瓜配比對混釀白蘭地感官評分的影響

由圖1可知,隨著蘋果木瓜質量配比逐漸減小,感官評分增加,在蘋果和木瓜的配比為2∶1時,感官評分達到最大值,此時得到的白蘭地果香和酒香協調,而后隨著蘋果木瓜質量配比繼續減小,感官評分逐步降低,各質量配比差異顯著(P<0.05)。蘋果和木瓜的成分和風味不同,蘋果相對木瓜含糖量高,但香氣不足;木瓜相對蘋果香氣好,但口感酸澀。以蘋果為基礎,在一定比例范圍內,隨著混合果漿中木瓜漿含量增加,所制得白蘭地香氣增加,感官評分相應增加,但超出一定比例范圍后,隨著混合果漿中木瓜漿含量增加,所制得白蘭地口感酸澀味增加,感官評分相應減少。綜合來看,應選擇蘋果與木瓜質量配比為2∶1。

由圖2可知,當亞硫酸添加量逐漸增大時,感官評分先升高再下降,亞硫酸添加量對感官評分影響顯著(P<0.05)。由于亞硫酸具有抑制雜菌生長的作用,有利于酵母菌的生長繁殖,當亞硫酸添加量較低時,添加亞硫酸有利于酵母菌繁殖代謝,使得混釀白蘭地感官評分增加。當亞硫酸添加量為80 mg/L時,白蘭地感官評分達到最大值83.1分,此時,蒸餾后的白蘭地風味最佳。而隨著亞硫酸添加量的進一步增加,會抑制酵母菌的正常代謝,同時亞硫酸會分解產生二氧化硫,影響白蘭地的風味,致使白蘭地感官評分逐漸降低。亞硫酸最佳添加量為80 mg/L。

圖2 亞硫酸添加量對混釀白蘭地感官評分的影響

果膠酶可以裂解果膠,降低果漿粘度,提高果汁出汁率[20]。由圖3可知,隨著果膠酶的添加,果汁出汁率也在逐漸增大。當果膠酶添加量達到60 mg/L時,色澤和口感最優,此時白蘭地感官評分達到最大值。繼續增加果膠酶添加量,對白蘭地感官評分影響不大,考慮到生產成本,最佳的果膠酶添加量為60 mg/L。

圖3 果膠酶添加量對混釀白蘭地感官評分的影響

由圖4可知,酵母添加量對混釀白蘭地的感官評分存在顯著影響(P<0.05),當酵母添加量小于0.5 g/L時,隨著酵母添加量增大,感官評分逐漸升高,主要原因是酵母菌有利于果汁發酵。當酵母添加量大于0.5 g/L時,隨著酵母添加量增加,混釀白蘭地的感官評分下降,這是因為過多的酵母菌消化較多的果汁營養,并且酵母細胞衰老自融影響白蘭地的風味。酵母添加量為0.5 g/L。

圖4 酵母添加量對混釀白蘭地感官評分的影響

由圖5可以看出,初始糖度對混釀白蘭地的感官評分存在顯著影響(P<0.05)。當混合果汁中初始糖度為18～22 °Bx時,混釀白蘭地的感官評分不斷提高,這是由于糖是酵母菌代謝所需物質和能量的來源,增加糖濃度可以提高乙醇和風味物質濃度。而后隨著初始糖度的繼續增加,導致殘糖量高,過高的糖度對酵母繁殖和代謝都會產生抑制作用,進而影響混釀白蘭地風味和口感,導致感官評分下降。選擇22 °Bx作為最適初始糖度。

圖5 初始糖度對混釀白蘭地感官評分的影響

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上,選取蘋果木瓜配比(A)、酵母添加量(B)和發酵初始糖度(C)為自變量,以混釀白蘭地模糊數學感官評分為響應值(Y),根據Box-Benhnken設計原理,通過Design Expert 13軟件設計三因素三水平的響應面試驗,因素與水平見表2,試驗結果見表3。

表2 Box-Behnken設計因子與水平

表3 響應面設計試驗方案及結果

利用Design-expert 13軟件對表3中數據進行多元回歸擬合,得到三個因素與混釀白蘭地模糊數學感官評分之間的二次多項回歸方程:

Y=85.9-1.575A-1.375B+0.45C-0.175AB+0.475AC-

0.325BC-0.8625A2-6.7625B2-0.7125C2

表4 回歸模型方差分析

圖6為AB、AC、BC兩兩因素相互作用的三維空間曲面圖,通過Design-Expert 13對二次多項回歸方程進行最優求解,得到了蘋果木瓜混釀白蘭地最佳發酵工藝為蘋果木瓜配比1.047∶1、酵母添加量0.476 g/L、初始糖度22.529°Bx,在此條件下釀造出的蘋果木瓜混釀白蘭地感官評分可達86.625分?？紤]到試驗的可操作性,將發酵條件修改為蘋果木瓜配比1∶1、酵母添加量0.48 g/L、初始糖度22.5°Bx。在此條件下進行驗證試驗,經過三組平行試驗,最終感官評分為86.51,與模型預測值相近,說明該模型預測準確,能反映蘋果木瓜混釀白蘭地感官品評情況。

2.2.2 模糊數學感官評定結果

2.2.2.1 模糊矩陣的建立結果

評價小組對17個蘋果木瓜混釀白蘭地樣品進行感官評價,將評價結果收集匯總,并進行統計分析,得到蘋果木瓜混釀白蘭地的感官評價結果,見表5。

表5 混釀白蘭地的感官評價結果

從表5可知,在對樣品1的色澤進行評價中,評價小組中認為優秀的有4人,良好的有6人,認為中等和較差的均為0人,則U11=[0.4 0.6 0 0],同理,U12=[0.3 0.4 0.3 0],U13=[0.3 0.4 0.3 0],U14=[0.5 0.3 0.2 0],將上述四個因素的評價結果寫成樣品1的評判矩陣,即為R1。

同理可得樣品2～17的評判矩陣R2～R17。

2.2.2.2 模糊變換綜合評價結果

將權重集K乘以評判矩陣R進行模糊變換,即yi=KRi,可得到各個樣品的模糊關系綜合評價結果,該矩陣反應對樣品進行感官評價時優、良、中、差的贊成比。最后將該矩陣評判結果根據感官評價時優、良、中、差所對應的分數進行加和,得到綜合評分Yi。以樣品1為例,其模糊變換綜合評價結果如下:

[0.39 0.38 0.23 0]

Y1=y1×V= (0.39×90)+(0.38×80)+

(0.23×70)+(0×60)=81.6

同理可得Y2～Y17,結果見表3。

3 結論

各因素對蘋果木瓜混釀白蘭地感官評分影響由大到小依次為酵母添加量>蘋果木瓜配比>初始糖度。經優化后的蘋果木瓜混釀白蘭地最佳發酵工藝條件為蘋果木瓜配比1∶1、酵母添加量0.48 g/L、初始糖度22.5 °Bx,感官評分為86.51分。在此條件下發酵所得混釀白蘭地,澄清透明、晶亮有光澤,具有和諧的果香和酒香,口感醇和豐滿,具有典型的白蘭地風格。