响应面法优化火龙果酒发酵工艺及其鸡尾酒的调配

方 堃

（南宁职业技术学院 旅游学院，广西 南宁 530008）

火龙果（Hylocereus undulatusBritt.）又名仙蜜果、青龙果、红龙果，属仙人掌科，柱状仙人掌亚科，富含维生素及钙、镁、磷、铁等矿物质，是一种高维生素、低糖类、低脂肪的“一高两低”保健水果[1-2]，其种子含有大量的脂肪、蛋白质、内酯、氨基酸、维生素和微量元素等成分，具有很高的生物活性作用[3-5]。特别是其中花青素化合物具有降脂、抗氧化、抑制多酚氧化酶的功能，对便秘及糖尿病等病症具有辅助治疗作用，集营养、药用和保健功能于一身[6-8]，深受消费者的青睐。但是由于火龙果水分含量高，在贮藏过程中易被霉菌污染，品质变差，影响其口感和营养价值。有学者将火龙果鲜果进行深加工[9-11]，酿造成果酒，所得的酒体红色，香味浓郁，具有明显的火龙果香气及酒香，这不仅提升了火龙果的利用价值，还可有力缓解火龙果鲜果滞销问题。

鸡尾酒是一种以基酒和调味、辅助原料混合而成的饮品，是由两种或两种以上的酒或饮料、果汁、汽水混合而成[12-14]。而基酒则是决定鸡尾酒特点和风格基调的基本要素，常用作鸡尾酒基酒的有朗姆酒、龙舌兰酒等。本实验采用红皮红肉种火龙果为原料，经清洗、剔除火龙果中的果皮、榨汁等程序，制成火龙果汁，经菌种接种发酵成火龙果酒。再以陈酿好的火龙果酒为基酒，配火龙果汁、白糖水，调配出具有特色火龙果口味的鸡尾酒，装瓶后经灭菌工艺，制得方便运输和销售的预调酒饮品，为火龙果新产品开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选择饱满成熟、红色、香味浓的火龙果，剔除果皮，弃发霉变质果；RW果酒酵母、Lalvin 71B降酸酵母：安琪酵母股份有限公司；果胶酶（10 000 U/g）：南宁东恒华道生物科技有限责任公司；白砂糖（食用一级）：市售。

1.2 仪器与设备

FHT-200发酵罐：上海普利生仪器厂；DS-1高速榨汁机：上海标本模型厂；FUHE型多用途真空泵：无锡市新佳仪器有限公司；Bilon-09均质机：常州市高日仪器设备有限公司；RL1020型超高温瞬时灭菌机：上海得力佳设备有限公司；SF-SA微滤设备：深圳市甘博分离技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 火龙果鸡尾酒的工艺流程

1.3.2 火龙果鸡尾酒的操作要点

原料的选择：选择饱满成熟、香味浓的红心火龙果。

亚硫酸处理：得到原果汁后用0.05 g/L偏重亚硫酸钾溶液处理，以防止氧化，同时防止杂菌生长。

酶处理：分别添加0.09 g/L果胶酶，45℃保温酶解1 h，在此条件下，火龙果鲜汁中不溶性固形物的含量由30%降低至5%左右。

酵母活化：以1∶1比例混合果酒酵母和降酸酵母，于2%的糖水中37℃摇床培养30 min。

主发酵：将活化后的酵母以一定比例接入火龙果汁中，添加一定量的白砂糖调整糖度，以提高发酵酒度。分别添加一定量的柠檬酸调整pH，在一定温度条件下进行密闭式发酵，发酵时间7 d。

过滤：主发酵结束后，将发酵液进行酒渣分离。

陈酿：在10℃的贮藏条件下陈酿2～3个月。

配制火龙果鸡尾酒：以火龙果酒为基酒，配以火龙果汁、500 g/L白糖水等辅料，过滤后装瓶，采用75℃杀菌15 min[15-17]，即得到火龙果鸡尾酒。

1.3.3 火龙果酒发酵条件优化

（1）单因素试验

分别考察火龙果汁的起始糖度（16%、18%、20%、22%、24%、26%）、起始pH值（2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.2）、主发酵温度（15℃、20℃、25℃、30℃）、接种量（0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%）对发酵液酒精度、残糖量以及火龙果酒综合感官评分的影响。

（2）响应面试验

在单因素试验基础上，采用响应面方案设计，优化生产工艺配方，试验因素与水平见表1。

表1 火龙果发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for pitaya fermentation conditions optimization

1.3.4 火龙果鸡尾酒配制的条件优化

以火龙果酒为基酒，添加火龙果汁和白糖水20%进行调配，配制火龙果预调酒，分别研究两者不同添加量对火龙果鸡尾酒感官评分的影响。

1.3.5 感官评价标准

本实验采用感官评分法分别对试验中火龙果酒以及火龙果预调酒的色、香、味、形等因素进行评分。请10名具有品评经验的专业人员品尝鉴评后打分取平均值，满分以100分计，具体评分标准见表2。

表2 火龙果酒综合感官评分标准Table 2 Comprehensive sensory evaluation standards of pitaya wine

1.3.6 火龙果鸡尾酒的质量指标

参考相关文献，对预调好的火龙果鸡尾酒的感官指标、理化指标、微生物以及营养成分等指标进行分析测定[18-19]。

2 结果与分析

2.1 火龙果酒发酵条件优化单因素试验

2.1.1 起始糖度对火龙果酒品质的影响

调整火龙果汁的起始糖度分别为16%、18%、20%、22%、24%、26%，起始pH值3.6，菌种接种量1.0%，25℃条件下恒温发酵7 d。陈酿结束后，取发酵液测酒精度及残糖量，并考察起始糖度对火龙果酒综合感官评分的影响，结果见图1。

图1 起始糖度对火龙果酒品质的影响Fig.1 Effect of initial sugar content on the quality of pitaya wine

如图1所示，起始糖度为24%左右时，该发酵液酒精度达到14.1%vol，此时发酵液中的残糖量为8.8%；继续增加起始糖度，发酵液的酒精度不升反降，发酵液中的残糖量也相应升高，可能是由于糖度过高会导致高渗透压环境而不利于酵母生长繁殖，使得发酵不彻底所致。而起始糖度对感官评分的影响，呈现先增大后变缓的趋势，在起始糖度达到20%以后，对果酒的感官评分影响不大，综合考虑起始糖度选择20%～24%之间较适宜。

2.1.2 起始pH值对火龙果酒品质的影响

调整火龙果汁起始pH值分别为2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.2，起始糖度22%，酵母接种量1%，25℃条件下恒温发酵7 d。陈酿结束后，取样测酒精度及残糖含量，并考察起始pH值对火龙果酒综合感官评分的影响，结果见图2。

图2 初始pH值对火龙果酒品质的影响Fig.2 Effect of initial pH on the quality of pitaya wine

由图2可知，pH值为3.9时，发酵液中的酒精度较高，此时发酵液中的残糖量为8.5%；pH值为3.6时，发酵液的酒精度为12.6%vol，此时发酵液中的残糖量最低，说明在pH值3.6和3.9的环境中酵母对糖的利用较为彻底。而在pH值为2.7和4.2的环境下，发酵液中的酒精度都不高，残糖量却很高，可能是由于这两种pH值环境下，酵母的发酵容易受到环境杂菌的干扰，从而影响其正常的代谢活动。而起始pH值对感官评分的影响，呈现先增大后变缓的趋势，在起始pH值达到3.3以后，对果酒的感官评分影响不大，综合考虑，调整起始pH值在3.3～3.9之间较适宜。

2.1.3 主发酵温度对火龙果酒品质的影响

调整火龙果汁的起始糖度22%，起始pH值3.6，酵母接种量1.0%，将发酵液分别置于15℃、20℃、25℃、30℃条件下恒温发酵7d，取样测发酵液的酒精度及残糖含量，并考察主发酵温度对火龙果酒综合感官评分的影响，结果见图3。

由图3可知，主发酵温度为25℃时，发酵液中的酒精度最高，此时残糖量达到了8.2%，也相对较高，这可能是由于温度高，酵母的繁殖代谢速率加快，但同时也会使得酵母较早进入衰亡期，从而缩短了发酵周期；而当主发酵温度为15℃时，发酵液中的酒精度只有11.2%vol，残糖量也相对较高，可能是温度过低会抑制酵母的生长繁殖，不利于发酵。而随着主发酵温度的增加，感官评分呈递减的趋势，在主发酵在达到30℃以后，对果酒的感官评分最低，综合考虑，选择主发酵温度为15～25℃较适宜。

图3 主发酵温度对火龙果酒品质的影响Fig.3 Effect of main fermentation temperature on the quality of pitaya wine

2.1.4 菌种接种量对火龙果酒品质的影响

调整火龙果汁起始糖度22%，起始pH值3.6，将接种量分别调整为0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%，25℃条件下恒温发酵7d，取样测发酵液酒精含量及残糖量，并考察菌种接种量对火龙果酒综合感官评分的影响，测定结果见图4。

图4 接种量对火龙果酒品质的影响Fig.4 Effect of inoculum on the quality of pitaya wine

由图4可知，菌种接种量对发酵液中酒精含量及残糖量影响不大，在酵母接种量在为0.2%～1.0%范围内，发酵液酒精度与接种量呈正相关；当接种量＞1.0%之后，发酵液酒精度随着酵母接种量的增加而降低，而残糖量随之增加，这可能是接种密度过大，导致发酵液中溶氧不足，从而抑制了酵母的生长。而菌种接种量对感官评分的影响，也随着菌种接种量的增加而出现波动，在菌种接种量为1.0%时感官评分最高，但是与其他水平下的评分相差不大，综合考虑各方面因素，最终将菌种接种量确定为1.0%。同时，考虑到接种量对整个发酵影响并不明显，故而在响应面试验中接种量不作为考察因子进行考虑。

2.2 火龙果酒发酵条件优化响应面试验

参考相关文献[20-21]，以感官评分为果酒的关键指标，酒精度及残糖量为辅助指标，以起始糖度（A）、起始pH值（B）、主发酵温度（C）为评价因素，感官评分（Y）为评价指标进行响应面试验，由Design-Expert软件处理数据，响应面试验结果见表3，方差分析见表4。

表3 火龙果发酵工艺优化响应面试验结果与分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for pitaya fermentation conditions optimization

对响应值与各个因素进行回归拟合，该模型对应的回归方程：Y=77.26+4.10A+0.93B-1.58C-1.26AB-2.82AC-3.18BC-8.52A2-5.15B2-1.18C2

由表4结果可知，整体模型P值＜0.01，说明此时回归方差模型极显著，该试验方法可靠。方程失拟项P值＞0.05，不显著，该回归模型与实测值能较好的拟合。其中C项、A2项对响应值影响显著（P＜0.05），A项、B2项、C2项对响应值影响极显著（P＜0.01），各个因素对火龙果酒感官影响大小顺序依次为：起始糖度（A）＞主发酵温度（C）＞起始pH值（B）。

响应面Y对于因素A、B、C值构成的三维空间在二维平面上的图，可清晰明了的反映各因素之间的关系。Design-Expert处理得到各因素交互作用对火龙果酒感官评分响应面的分析结果见图5。

图5 起始糖度、起始pH值及主发酵温度交互作用对感官评分影响的响应面及等高线Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between initial sugar content,initial pH value and main fermentation temperature on sensory evaluation

表4 回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

结合图5中出现的8个极值点进行比较分析，得到火龙果酒的最佳提取条件：起始糖度22.62%、起始pH值3.64、主发酵温度15℃，在此条件下，火龙果酒的感官评价的预测值达到88.69分。综合考虑实验的可操作性，将提取条件设定为起始糖度22.6%、起始pH值3.6、主发酵温度15℃，在此条件下进行试验，得到的火龙果酒的感官评分为88.64分，与模型的预测值吻合程度较高，说明了本试验所获得的回归模型方程具有良好的可靠性和实用性。

2.3 火龙果鸡尾酒的调制

2.3.1 火龙果汁添加量的选择

以火龙果酒为基酒，添加500g/L的白糖水20%，考察火龙果汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%）对火龙果鸡尾酒的综合感官评分的影响，结果见图6。

图6 火龙果汁添加量对饮品综合感官评分的影响Fig.6 Effect of pitaya juice addition on comprehensive sensory evaluation of beverage

由图6结果可知，火龙果鸡尾酒中火龙果汁添加量为15%～25%时，饮品的综合口感评分最高，此时饮料中有适宜的火龙果香味，口感醇香；再增加火龙果汁的量，预调酒整体的酒香下降，考虑到经济成本，火龙果汁添加量选择15%较适宜。

2.3.2 白糖水添加量的选择

图7 白糖水添加量对饮品综合感官评分的影响Fig.7 Effect of sugar water addition on comprehensive sensory evaluation of beverage

以火龙果酒为基酒，添加火龙果汁15%，考察白糖水添加量为10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%对火龙果鸡尾酒的综合感官评分的影响，结果见图7。

由图7结果可知，火龙果鸡尾酒中白糖水添加量为25%左右时，饮品的综合口感评分最高，此时饮品微甜，可以掩盖住火龙果酒中酒精不适口感；再增加白糖水的添加量，饮品的甜度会增加，偏离鸡尾酒的预期口味，所以白糖水添加量选择25%较适宜。

2.4 火龙果鸡尾酒的质量指标

2.4.1 感官指标

配制好的火龙果鸡尾酒颜色呈橙红色，澄清透亮；酒体的火龙果香味良好，有愉快的酒香；口感柔纯正，口味协调，有醇香；组织均匀，无杂质。

2.4.2 理化指标

酒体的酒精度为（8.4±0.5）%vol，总糖为（4.1±0.5）g/L，可溶性固形物≥10%，甲醇≤0.40 g/L，杂醇油≤0.10 g/L，挥发酸（以醋酸计）≤1.1mg/L，总酸（以柠檬酸计）≤0.3g/L。

2.4.3 微生物指标

菌落总数≤50 CFU/mL，大肠杆菌≤3 CFU/100 mL，致病菌未检出。

2.4.4 营养指标

火龙果鸡尾酒营养成分也比较丰富，维生素A含量为6.37 mg/L，维生素B1为9.36 mg/L，维生素B2为0.64 mg/L，维生素B6为1.67 mg/L，维生素B12为0.21 mg/L，维生素C为120.36 mg/L，维生素E为2.39 mg/L；还含有矿质元素，如Ca为1.12 mg/L，Mg为0.14 mg/L，Fe为0.002 0 mg/L，Cu为0.000 20 mg/L，Zn为0.008 6 mg/L等，表明其富含多种维生素和矿物元素。

3 结论

在火龙果鸡尾酒研制过程中，分别研究了起始糖度、起始pH值、主发酵温度以及菌种接种量对火龙果酒品质的影响。试验结果表明，当起始糖度22.6%，起始pH值3.6，主发酵温度15℃，菌种接种量1.0%时，火龙果酒的综合感官最优，为88.64分。陈酿澄清后，配以15%火龙果汁和25%的白糖水，调配出口感较佳的火龙果鸡尾酒。火龙果鸡尾酒呈橙红色，澄清透亮，具有火龙果香味，有愉快的酒香，口感柔和纯正，其理化指标和微生物指标符合相关国家标准要求，并含有多种维生素、微量元素，具有一定的营养保健功能，且易于携带和运输，具有潜在市场价值。