超声辅助微滤澄清苹果酒优化工艺

(甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所，甘肃兰州 730070)

苹果酒的澄清效果会影响其稳定性和贮存时间[1]。而苹果酒出现非生物性浑浊是由于苹果酒在发酵后的贮藏过程中其含有的蛋白质、果胶、单宁和蛋白质的络合物等相互聚合析出造成的[2-3]。苹果酒的非生物性浑浊会影响苹果酒的感官品质，如何解决苹果酒浑浊问题并得到澄清透明的苹果酒是一个急需解决的重要问题。目前苹果酒生产中通常采用下胶澄清、沉降、过滤三道常用的澄清处理方法，可达到较好的澄清效果[4]。超声波是一种在介质中传播会产生机械效应、空化效应和热效应的弹性机械波，并有助于果汁的澄清[5-7]。本试验以苹果酒为研究对象，以超声后并经微孔滤膜过滤的苹果酒浑浊度为指标，通过响应面法进行超声辅助微滤澄清苹果酒工艺优化，为苹果酒澄清提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

苹果酒：以富士苹果为原料经酿酒酵母发酵而成。0.45 μm 微孔过滤膜：海宁科诺过滤设备有限公司。

仪器设备：1900C 型便携式浊度计，哈希公司；FB-05型过滤瓶，天津奥特赛恩斯仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 苹果酒工艺流程

苹果→挑选→清洗→去核、破碎→护色→榨汁→调配→接种→发酵→澄清→过滤→杀菌→苹果酒

1.2.2 苹果酒超声辅助微滤澄清单因素试验

1.2.2.1 超声功率对苹果酒浑浊度的影响

将发酵好的富士苹果酒进行超声处理，超声时间25 min，超声温度20 ℃，设置超声功率为200 W、250 W、300 W、350 W、400 W，考察超声功率对苹果酒浑浊度的影响。

1.2.2.2 超声时间对苹果酒浑浊度的影响

将发酵好的富士苹果酒进行超声处理，超声功率250 W，超声温度20 ℃，设置超声时间为5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，考察超声时间对苹果酒浑浊度的影响。

1.2.2.3 超声温度对苹果酒浑浊度的影响

将发酵好的富士苹果酒进行超声处理，超声功率250 W，超声时间25 min，设置超声温度为10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，考察超声温度对苹果酒浑浊度的影响。

1.2.3 超声辅助微滤澄清苹果酒的响应面工艺优化

在单因素试验的基础上，根据响应面Box-Behnken 设计原理，选取超声功率X1、超声时间X2、超声温度X3共3 个因子，以苹果酒浑浊度为响应值，采用3因子3水平的响应面分析法，得到二次回归方程，并找出最佳工艺参数。试验设计见表1。

1.3 苹果酒浊度值的检测方法

浊度值采用1900C 浊度计进行测定。按仪器操作规程，15 mL 样品池中放入酒样进行测定，屏幕显示以NTU 为单位的浊度数值，浊度值越小，表明酒体越澄清。

表1 因素水平试验设计表

1.4 数据处理

采用DPSv7.05 软件进行显著性分析，采用Design-Expert 8.0 软件对Box-Behnken 设计的试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 苹果酒超声辅助微滤澄清单因素试验研究

2.1.1 超声功率对苹果酒浑浊度的影响

本试验为了研究超声功率对苹果酒浑浊度的影响，超声功率为200 W、250 W、300 W、350 W、400 W 的条件下进行试验，测定超声后并经微滤的苹果酒浊度值，结果见图1。

图1 超声波功率对苹果酒浊度值的影响

由图1 可以看出，当超声波功率为250 W 处理时，苹果酒浊度值最低且与其他处理相比差异显著（p＜0.05），浊度值为0.52 NTU。因此，确定超声波功率为250 W。

2.1.2 超声时间对苹果酒浑浊度的影响

本试验将发酵好的富士苹果酒在超声功率250 W，超声温度20 ℃条件下超声5 min、15 min、25 min、35 min、45 min，测定超声后并经微滤的苹果酒浊度值，研究超声时间对苹果酒浑浊度的影响，结果如图2所示。

图2 超声波处理时间对苹果酒浊度值的影响

图2 结果表明，当超声波处理时间为25 min时，苹果酒浊度值最低为0.85 NTU，与处理时间为5 min 相比浊度值无显著差异性（p＞0.05），但与其他处理相比差异显著（p＜0.05）。在微孔滤膜过滤超声处理后的苹果酒时，超声处理25 min的苹果酒过滤时间少于超声处理5 min 的。因此，考虑超声时间为25 min。

2.1.3 超声温度对苹果酒浑浊度的影响

本试验将发酵好的富士苹果酒进行超声处理，超声功率250 W，超声时间25 min，设置超声温度为10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃，测定超声后并经微滤的苹果酒浊度值，研究超声温度对苹果酒浑浊度的影响，结果见图3。

图3 超声波处理温度对苹果酒浊度值的影响

由图3 可以看出，当超声波处理温度为10 ℃时，苹果酒浊度值最高为0.79 NTU，与15 ℃时浊度值相比无显著性差异（p＞0.05），而其他处理浊度值都比10 ℃和15 ℃的低且相互之间无显著性差异（p＞0.05）。考虑到温度较高会对苹果酒风味产生影响，故确定超声波处理温度为20 ℃。

2.2 响应面优化超声辅助微滤澄清工艺结果

2.2.1 模型建立与显著性检验分析

在单因素实验的基础上为了进一步确定苹果酒澄清的最佳工艺条件，以浑浊度为响应值，选择超声功率、超声时间和超声温度3 个因素进行响应面回归分析。试验设计如表2所示。

表2 Box-Behnken 试验设计及试验结果

利用Design-Expert 软件对表2 中试验数据分析，获得超声辅助微滤澄清苹果酒浊度值与超声功率（X1）、超声时间（X2）、超声温度（X3）的回归模型方程：Y=0.62-0.22X1-0.035X2-0.11X3-0.005X1X2+0.23X1X3-0.01X2X3+0.077X12+0.11X22+0.33X32。对该模型进行方差分析，结果如表3所示。

由表3 结果可知，二次回归模型极显著(p＜0.01)，失拟项p 值为0.5495，无显著性影响(p＞0.05)，回归方程相关系数R2为0.9765，说明该模型能够解释97.65 %的变化,预测值和试验值之间有较好的相关性,该模型对超声辅助微滤澄清苹果酒工艺优化试验拟合程度较好，可以利用该回归模型对试验结果进行分析和预测。表3 显著性分析结果表明，X1、X3、X1X3、X32对苹果酒浊度值影响达到了极显著水平(p＜0.01)，X22达到了显著水平(p＜0.05)。

2.2.2 响应面分析（图4）

图4 结果表明，各因素之间的交互作用和对浊度值的影响。在试验考察范围内，各因素对苹果酒浊度值影响由大到小依次为：超声功率（X1）＞超声温度（X3）＞超声时间（X2），结果与方差分析相似。在适宜的超声功率、超声温度和超声时间范围内，可以获得较小的浊度值。

表3 回归模型方差分析表

图4 各因素对苹果酒浊度值影响的响应面图

通过响应面分析并结合回归模型，利用Design-Expert 8.0 软件进行最大值分析，优化出超声辅助微滤澄清苹果酒工艺为超声功率300 W、超声时间25.83 min、超声温度19.12 ℃，该条件下，预测苹果酒浊度值为0.46 NTU。为了确保所建回归模型的准确性，采用最优澄清条件进行验证，实验重复3 次，实际得到的浊度值为0.55 NTU，与预测值的相对误差较小，说明采用响应面法优化得到的微波辅助微滤处理苹果酒工艺准确可靠，能够指导生产实践。

3 结论

通过单因素和响应面试验设计优化超声辅助微滤处理工艺，得出3 个因素对苹果酒澄清的影响大小依次为超声功率、超声温度、超声时间；优化出超声辅助微滤澄清苹果酒工艺参数为超声功率300 W、超声时间25.83 min、超声温度19.12 ℃，此条件下预测苹果酒浊度值为0.46 NTU，为降低苹果酒浑浊度和指导生产实践提供理论依据。