響應(yīng)面法優(yōu)化番茄酒的發(fā)酵工藝

徐佳惠，吳碧玉，彭凌

西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院（綿陽 621010）

番茄（Lycopersicon esculentum Mill），別名西紅柿、洋柿子，古名六月柿，屬于茄科草本植物[1]。古著《食療草本學(xué)》記載，番茄味甘、酸，性涼，有養(yǎng)陰涼血、清熱止渴等功效[2]。番茄中含有種類豐富的礦物質(zhì)、維生素及氨基酸等成分，尤其含有強(qiáng)抗氧化性的番茄紅素，具有清除氧自由基抗癌抑癌的作用[3]。番茄產(chǎn)品中的番茄紅素比鮮番茄中的更易吸收。以番茄為原料，利用果膠酶、酵母進(jìn)行發(fā)酵，制得一種番茄酒[4]。

1 材料與方法

1.1 材料

川科9號(hào)番茄、川科7號(hào)櫻桃番茄、黃櫻1號(hào)黃櫻桃番茄（市售）；安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型、SY型（安琪酵母股份有限公司）；蔗糖、蜂蜜（市售）。

1.2 試劑

果膠酶（江蘇博利生物制品有限公司）；氫氧化鈉、鹽酸、偏重亞硫酸鉀等（分析純，成都市科龍化工試劑廠）。

1.3 儀器與設(shè)備

JY20002電子分析天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；LH-J80手持式酒精度測(cè)試儀（杭州陸恒生物科技有限公司）；HZ-90B手持糖量計(jì)（深圳市河山新材料有限公司）；HR2006飛利浦?jǐn)嚢铏C(jī)（飛利浦電子香港有限公司）；C21-FK2101多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；彈簧秤（精度0.01 g，永康市芝英度盤秤廠）；DHG-9145A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；DL-1電子萬用爐（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；SPX-350B-C智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱（上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；PHS-59B酸度計(jì)（上海日島科學(xué)儀器有限公司）。

1.4 分析方法

還原糖，采用GB/T 15038—2006中直接滴定法；總酸，采用GB/T 15038—2006中電位滴定法；酒精度，蒸餾后用酒精計(jì)測(cè)試；SO2，采用GB/T 15038—2006中直接碘量法；干浸出物，采用GB/T 15038—2006中4.3執(zhí)行；菌落總數(shù)、大腸桿菌、致病菌等，按GB/T 4789.2規(guī)定執(zhí)行[5-6]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

原料分選→清洗、消毒→破碎榨汁→酶解處理→番茄漿→成分調(diào)整→接種酵母→發(fā)酵→過濾→后發(fā)酵→虹吸過濾→陳釀→成品[7]

2.2 操作要點(diǎn)

1) 原料分選。挑選成熟度一致，色澤均勻，表皮光潔，果腔充實(shí)，果實(shí)堅(jiān)實(shí)，富有彈性，無損傷、無裂口、無疤痕的新鮮番茄[6]。

2) 消毒。用鹽水浸泡10 min，流水漂洗，除去番茄表面吸附的泥土、雜物及殘留的農(nóng)藥和微生物[7]，清水清洗，瀝干水分。

3) 破碎榨汁。破碎后壓榨取汁。

4) 酶解處理。番茄漿中加入0.05%果膠酶，使得番茄中的果膠物質(zhì)分解成半乳糖醛酸和裹腳酸，降低番茄汁黏度，提高番茄漿出汁率[8]。

5) 成分調(diào)整。用偏重亞硫酸鉀調(diào)節(jié)番茄漿中的SO2濃度50 mg/kg，按酒精度≥10%vol番茄酒來補(bǔ)加蔗糖和蜂蜜（10∶1）調(diào)整發(fā)酵糖度，并使發(fā)酵pH 4.0～5.0[9]。

6) 接種酵母。采用RW型和SY型安琪果酒專用酵母，分別以1∶20（1 g干酵母+20 mL水+2%蔗糖）比例于35 ℃活化30 min，將活化后的酵母液按比例接種于番茄漿中。

7) 發(fā)酵。將番茄漿密封，控制發(fā)酵條件，恒溫培養(yǎng)，觀測(cè)糖度變化，7 d后結(jié)束前發(fā)酵。

8) 過濾。前發(fā)酵完成后，過濾，得到金黃色透明濾液。

9) 后發(fā)酵。將濾液倒入干凈的玻璃瓶中，密封后進(jìn)行后發(fā)酵，控制溫度18～22 ℃，發(fā)酵10 d后，每天測(cè)定殘?zhí)橇?，測(cè)定糖度含量0.01 g/100 g左右時(shí)，結(jié)束后發(fā)酵[10]。

10) 虹吸過濾、陳釀。分離發(fā)酵的酒腳，進(jìn)入14～18 ℃條件下的陳釀，時(shí)間2～6個(gè)月[11]。

2.3 發(fā)酵工藝的影響因素篩選試驗(yàn)

2.3.1 酵母接種量

取經(jīng)調(diào)配的3個(gè)品種的番茄汁各5份，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，番茄漿自然pH 4.0，發(fā)酵溫度24 ℃，酵母接種量0.14%，0.16%，0.18%，0.20%和0.22%這5個(gè)不同梯度條件下發(fā)酵，每天測(cè)定酒精度和糖度變化，以確定最佳發(fā)酵酵母接種量。

2.3.2 發(fā)酵溫度

取經(jīng)調(diào)配的3個(gè)品種的番茄汁各5份，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，酵母接種量0.18%，番茄漿自然pH 4.0，在20，22，24，26和28 ℃這5個(gè)不同溫度條件下發(fā)酵，每天測(cè)定酒精度和糖度變化，以確定最佳發(fā)酵溫度。

2.3.3 番茄品種

以川科9號(hào)番茄，川科7號(hào)櫻桃番茄，黃櫻1號(hào)櫻桃番茄作為原料，分別調(diào)配成番茄漿，每份各100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，選用安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，在酵母接種量為0.18%，番茄漿自然pH 4.0，發(fā)酵溫度24 ℃條件下發(fā)酵，以酒精度和最終糖酸含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定番茄酒發(fā)酵的最佳品種。

2.3.4 菌種類型

選擇2種不同高效干酵母，分別為安琪葡萄酒果酒專用酵母SY型和安琪葡萄酒果酒專用酵母RW型，以川科9號(hào)番茄為原料，平均分為4份，每份100.00 g置于500 mL具塞錐形瓶中，每2份添加相同酵母，在酵母接種量0.18%，番茄漿自然pH 4.0，溫度24 ℃條件下進(jìn)行發(fā)酵，以酒精度和最終糖酸含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定番茄酒釀造的最適酵母。

2.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken的中心組合設(shè)計(jì)原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)[14]，選擇番茄品種（A）、酵母接種量（B）及發(fā)酵溫度（C）為響應(yīng)面優(yōu)化的考察變量，并以-1、0、1代表變量的水平，以番茄酒的總酸含量（X）、殘?zhí)呛浚╕）和酒精度（Z）作為響應(yīng)值，試驗(yàn)因素和水平見表1，采用Design Expert V 8.0設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)因素水平

3 結(jié)果與分析

3.1 酵母接種量確定

川科9號(hào)番茄在安琪果酒酵母RW型、發(fā)酵溫度24℃條件下，不同酵母添加量對(duì)番茄酒酒體的影響情況見圖1。結(jié)果表明，不同酵母接種量所得番茄酒的總酸含量5～7 g/L，殘?zhí)呛?.080～0.095 g/100 g，通過酒精度和感官評(píng)分結(jié)果，選用番茄酒的酵母接種量最高為0.20%，最低為0.16%。

3.2 發(fā)酵溫度確定

川科9號(hào)番茄在安琪果酒酵母RW型接種量0.18%條件下，不同發(fā)酵溫度對(duì)番茄酒酒體的影響情況見圖2。結(jié)果表明，不同發(fā)酵溫度所得番茄酒的總酸含量5.6～7.2 g/L，殘?zhí)呛?.085～0.098 g/100 g，通過酒精度和感官評(píng)分結(jié)果，選擇主發(fā)酵溫度22～26 ℃。

圖2 不同發(fā)酵溫度的試驗(yàn)結(jié)果（川科9號(hào)）

3.3 番茄品種確定

選用川科9號(hào)番茄、川科7號(hào)櫻桃番茄、黃櫻1號(hào)櫻桃番茄3個(gè)品種，在安琪果酒酵母RW型、發(fā)酵溫度24 ℃、接種量0.18%條件下，番茄品種對(duì)番茄酒酒體的影響見表2。

結(jié)果表明，川科9號(hào)番茄酒酒體的酒香味較濃，但川科7號(hào)番茄酒的顏色較紅，而黃櫻1號(hào)番茄酒的顏色較黃。

表2 不同番茄品種的試驗(yàn)結(jié)果

3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

3.4.1 回歸模型的建立及方差分析

利用Design-Expert V 8.0軟件進(jìn)行分析，以番茄品種（X）、殘?zhí)呛浚╕）和酒精度（Z）作為響應(yīng)值，綜合感官評(píng)分，結(jié)果見表3。對(duì)模型進(jìn)行回歸分析得分析結(jié)果為表4。

分析進(jìn)行多元回歸擬合得到二次多項(xiàng)式回歸方程[12]：X=93.6-1.25A-1.25B-2C-0.25AB+0.75AC-1.25BC-5.18A2-2.68B2-2.17C2。

由表3可知，模型的p＜0.000 1，表明方程極顯著，失擬項(xiàng)不顯著。擬合度為96.07%，擬合度較好。相關(guān)系數(shù)R2adj=0.910 1，該模型能解釋約92%響應(yīng)值的變化。離散系數(shù)CV=1.37%＜5%，可用方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)番茄酒發(fā)酵的感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，見表4。

3.4.2 響應(yīng)面法分析

為進(jìn)一步考察影響因素間的曲面效應(yīng)[13]，對(duì)二次回歸模型進(jìn)行相應(yīng)的曲面分析，分析得立體圖如圖3～圖5。結(jié)果表明，發(fā)酵溫度24 ℃時(shí)，各項(xiàng)響應(yīng)值趨于穩(wěn)定，番茄酒以川科9號(hào)番茄作為發(fā)酵原材料時(shí)，番茄酒的各項(xiàng)響應(yīng)值最優(yōu)，因此酵母接種量取中間值18%。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表4 感官評(píng)價(jià)回歸模型方差分析

圖3 發(fā)酵溫度和番茄品種交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)影響

圖4 酵母接種量和發(fā)酵溫度交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)影響

圖5 酵母接種量和番茄品種交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)影響

3.4.3 響應(yīng)面的優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行參數(shù)的最優(yōu)化分析[14]，得出最優(yōu)條件為：發(fā)酵溫度24 ℃、酵母接種量0.18%、番茄品種采用川科9號(hào)。在此優(yōu)化條件下，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，所得番茄酒產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)分值分別為94，93和93分，平均值為93.3分?；貧w模型預(yù)測(cè)值分別為感官評(píng)價(jià)93.645 8分，試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值相比，感官評(píng)分低0.3%，差異不明顯。因此，番茄酒發(fā)酵工藝條件參數(shù)可靠性較高。

3.5 產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

番茄酒的感官指標(biāo)如表5，番茄酒的理化指標(biāo)如表6所示。

表5 番茄酒的感官檢測(cè)結(jié)果

表6 番茄酒的理化檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

試驗(yàn)釀造的番茄酒酒精度≥12%vol，利用偏重亞硫酸鉀調(diào)節(jié)使前期發(fā)酵酒體SO2濃度50 mg/kg，0.05%果膠酶酶解番茄2～3 h，增加出汁率。通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到番茄酒最佳發(fā)酵工藝：選用川科9號(hào)番茄，RW型酵母接種量0.18%，發(fā)酵溫度24℃，前發(fā)酵時(shí)間7 d，后發(fā)酵10 d，陳釀2個(gè)月。發(fā)酵所得的番茄酒色澤金黃，澄清透亮醇厚甘爽，果味和酒味協(xié)調(diào)適口，酸甜適中，具有獨(dú)特的番茄風(fēng)味，酒精度為12.57%vol。