杏酒澄清工艺的响应面法优化

刘 敏，王 杰，王 君

（山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801）

杏（Prunus armeniacaL.）是蔷薇科李亚科杏属的落叶乔木，原产于我国，已有3 500年的栽培历史，广泛分布在我国山西、陕西、河南、河北、山东等地[1]。杏果热量低，富含维生素、胡萝卜素和钙、磷、铁，享有长寿型膳食果品的美誉。杏果除鲜食外，还具有很大的加工潜力，杏肉可以制成杏脯、杏干、杏酱、杏浆、杏汁、杏酒、杏醋、罐头等[2]。其中杏酒由于色泽金黄、香味浓郁、清冽爽口，且具有开胃健脾、增进食欲等功效，备受消费者青睐。凯特杏原产于美国加州，具有果个大、色泽鲜艳、肉质细腻、酸甜爽口等特性，目前已成为杏树生产中的主栽品种[3]。凯特杏的采收期在6月份，夏季高温使果实容易转黄、软化，衰老进程加剧，甚至腐烂变质，商品货架期仅3～5 d[4]，所以将凯特杏加工成杏酒，不仅解决了果实不耐贮存的问题，而且增加了产品附加值。目前对于杏酒的研究主要集中在不同品种杏酿酒性能的比较[5]、杏酒发酵工艺的优化[6-9]、杏酒酵母的筛选[6，10]、杏酒风味物质[11-13]的研究等方面。澄清透明、无浑浊、无沉淀是优质杏酒的外观特征，但发酵结束后的杏酒是浑浊的，因为其中含有酵母、杏组织碎片和果胶、蛋白质、多酚等物质，它们在储存过程中会在酒中形成沉淀[14-15]。为了提高杏酒的品质和稳定性，需要对其进行澄清处理。常见的果酒澄清方法包括化学澄清法（下胶澄清）、物理澄清法（自然沉降、机械离心、冷冻、膜过滤）和生物澄清法（加果胶酶），其中化学澄清法是保证酒体稳定性最快速、有效的方法之一[15]。目前用于果酒的下胶材料包括皂土、明胶、壳聚糖、大豆蛋白、聚乙烯聚吡咯烷酮（crosslinked polyvinylpyrrolidone，PVPP）等，有时为了弥补单一澄清剂的的不足，还会使用复合澄清剂，使酒体更澄清、更稳定[15]。夏天奇等[16]采用皂土对红树莓果酒进行澄清处理，确定其最佳澄清工艺为皂土添加量0.04 g/L、澄清温度21 ℃、澄清时间8 d，澄清后红树莓果酒的透光率由56.7%提高至96.4%。

皂土又称膨润土，是一种胶状粘土，具有稳定、吸附和悬浮等特点[17]。在果酒的酸性条件下，皂土表面带有负电荷，可以吸附带正电荷的蛋白质、金属离子、色素和其他胶体粒子而将其除去[18-20]。由于澄清效果好、澄清速度快，且对下胶过量的酒有修复作用，皂土在果酒的澄清处理中被广泛使用。目前关于杏酒澄清的研究主要集中在果胶酶[6，21]和酪蛋白[5]，而关于皂土对杏酒澄清效果的研究未见报道。本试验以凯特杏为原料酿造杏酒，加入皂土进行澄清处理，研究澄清温度、皂土添加量和澄清时间对杏酒澄清效果的影响，然后进行澄清工艺的响应面优化，并对澄清后杏酒的稳定性、理化指标和感官特性进行测定。以期为解决杏酒的浑浊沉淀问题，实现杏酒产业化生产提供技术支持和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

杏（品种凯特）：山西省太谷县市售；果酒专用酵母：安琪酵母股份有限公司；果胶酶（105U/g）：德国AB酶制剂公司；皂土：德国爱普思乐集团；福林-酚试剂：天津市光复精细化工研究所；没食子酸标准品（纯度＞98%）：美国Sigma公司；考马斯亮蓝G-250：北京Solarbio生物科技有限公司；碳酸钠、亚硫酸、氢氧化钠、葡萄糖等试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

UV752N紫外-可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；HR2101/03榨汁机：中国飞利浦公司；HH-4数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；0～100酒精计：河北省武强县亿达仪表厂。

1.3 试验方法

1.3.1 杏酒的酿造工艺

杏→人工去核→榨汁机打浆（杏与水质量比为2∶1）→加入亚硫酸→1 h后加入果胶酶→静置24 h至澄清→取清汁→添加蔗糖至250 g/L→加入酵母→25 ℃发酵5 d→倒灌去酒泥→发酵至比重无变化→加亚硫酸终止发酵→陈酿→澄清→灌装

1.3.2 单因素澄清试验

澄清温度对澄清效果的影响：将皂土按0.9 g/L质量浓度加入杏酒中，分别置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃水浴锅中，静置2 d，测定透光率。

皂土添加量对澄清效果的影响：将皂土分别按0.3 g/L、0.6 g/L、0.9 g/L、1.2 g/L、1.5 g/L质量浓度加入杏酒中，25 ℃条件下静置2 d，测定透光率。

澄清时间对澄清效果的影响：将皂土按0.9 g/L质量浓度加入杏酒中，25 ℃条件下分别静置1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d、7 d，测定透光率。

1.3.3 澄清工艺的响应面优化

以透光率（Y）为响应值，以澄清温度（X1）、皂土添加量（X2）、澄清时间（X3）为变量，用Design-Expert 8.0.6软件设计3因素3水平试验，进行响应面分析，并验证结果的可靠性。响应面因素与水平见表1。

表1 杏酒澄清工艺优化Box-Behnken试验因素与水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments for clarification process optimization of apricot wine

1.3.4 澄清后的稳定性试验

自然稳定性：取一定量澄清后的杏酒，在室温条件下放置20 d，观察有无絮状沉淀，有无失光现象。

冷冻稳定性：取一定量澄清后的杏酒，于-18℃冷冻20 d，解冻后观察有无絮状沉淀，有无失光现象。

蛋白质稳定性：取一定量澄清后的杏酒，在80 ℃条件下保持6 h，观察有无失光现象。

果胶稳定性：取5 mL澄清后的杏酒，加入5 mL体积分数95%的乙醇，观察有无絮状沉淀。

1.3.5 测定方法

透光率：紫外-可见分光光度计在波长750 nm处测定[16]；还原糖：斐林试剂法测定；总酸：NaOH滴定法测定；酒精度：酒精计测定；总酚：福林-肖卡法测定；蛋白质：考马斯亮蓝法测定[22]。

感官评价：根据GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》的评分细则，参考黄蓓蓓[6]的方法，由10名品尝员组成品尝小组，对杏酒的外观、香气、滋味、典型性四个方面进行感官评价，以平均分作为感官评价得分，满分100分，评价标准见表2。

表2 杏酒的感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of apricot wine

续表

1.3.6 数据处理

用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析，用SPSS 21软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素澄清试验结果

2.1.1 澄清温度对澄清效果的影响

将加入皂土的杏酒置于不同温度条件下静置澄清，结果见图1。由图1可知，在25 ℃澄清的杏酒透光率最高，达到95.47%，显著高于其他4个温度条件下的透光率（P＜0.05）。而在15 ℃、20 ℃、30 ℃、35 ℃澄清的杏酒，透光率为92%～94%，四者之间无显著差异（P＞0.05）。结果说明皂土在25 ℃条件下澄清效果较好。

图1 澄清温度对杏酒透光率的影响Fig.1 Effect of clarification temperature on transmittance of apricot wine

2.1.2 皂土添加量对澄清效果的影响

在杏酒中加入不同添加量的皂土，室温条件下静置2 d后检测透光率，结果见图2。由图2可知，当皂土添加量为0.6 g/L、0.9 g/L、1.2 g/L时，杏酒透光率较高，分别为93.60%、94.53%、93.67%，显著高于添加量为0.3 g/L和1.5 g/L时的透光率；当皂土添加量为0.3 g/L时，杏酒透光率为93.10%，这是由于皂土添加量低，不能将杏酒充分澄清；当皂土添加量为1.5 g/L时，杏酒透光率有所降低（92.80%），可能是由于皂土过量而导致酒体浑浊。结果说明皂土添加量为0.9 g/L时，澄清效果较好。

图2 皂土添加量对杏酒透光率的影响Fig.2 Effect of bentonite addition on transmittance of apricot wine

2.1.3 澄清时间对澄清效果的影响

将加入皂土的杏酒在室温条件下静置7 d，每天测定杏酒的透光率，结果见图3。由图3可知，杏酒透光率呈先上升后下降的趋势，在澄清1 d后杏酒透光率为94.40%，澄清2 d后杏酒透光率达到最高（95.93%），之后杏酒透光率逐渐降低，可能是由于时间过长，一部分沉淀又重新溶解到酒中。结果说明加入皂土后澄清2 d，澄清效果较好。

图3 澄清时间对杏酒透光率的影响Fig.3 Effect of clarification time on transmittance of apricot wine

2.2 澄清工艺的响应面优化

在单因素试验基础上，采用Box-Behnken试验，以澄清温度（X1）、皂土添加量（X2）、澄清时间（X3）为变量，以透光率（Y）为响应值，响应面试验设计与结果如表3。应用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归分析，得到二次回归方程：

表3 响应面试验设计与结果Table 3 Design and results of response surface experiments

回归方差分析结果如表4，模型P值=0.020 6＜0.05，说明模型显著，拟合良好，可用来进行后续优化。失拟项P值=0.108 7＞0.05，说明失拟项不显著，方程拟合度较好，方法可靠。模型决定系数R2=0.869 5，说明相关性较好，模型能较好地预测实际值。

由表4可知，X3达到极显著水平（P＜0.01），X1和X1X3达到显著水平（P＜0.05），各因素在试验取值范围内对透光率影响的顺序为X3（澄清时间）＞X1（澄清温度）＞X2（皂土添加量）。

表4 回归模型方差分析结果Table 4 Variance analysis results of regression model

响应面图可反映各因素间的交互作用对响应值的影响，因素之间交互作用越强，则等高线椭圆形越明显；交互作用越弱，则等高线圆形越明显。由图4可知，X1与X3等高线呈椭圆形，说明二者交互作用较强，而X1与X2、X2与X3交互作用不明显，与方差分析结果一致。

图4 澄清温度、皂土添加量、澄清时间交互作用对杏酒透光率影响的响应曲面及等高线Fig.4 Response surface plots and contour lines of effect of interactions between clarification temperature,bentonite addition and clarification time on transmittance of apricot wine

采用软件优化得出最佳澄清工艺为澄清温度24.44 ℃、皂土添加量0.47 g/L、澄清时间2.56 d，模型预测透光率为97.35%。考虑到方便实际操作，将杏酒的最佳澄清工艺调整为澄清温度24 ℃、皂土添加量0.5 g/L、澄清时间2.5 d。在此优化条件下进行3次平行验证试验，结果显示澄清后杏酒透光率可达97.60%，比预测值高0.25%，说明该模型能较好地预测杏酒的澄清效果。

2.3 澄清后的稳定性试验结果

对澄清后的杏酒进行稳定性试验，结果见表5。由表5可知，经过自然稳定性、冷冻稳定性、蛋白质稳定性和果胶稳定性试验后，杏酒均没有出现絮状沉淀或失光现象，酒体澄清透明，有光泽，说明澄清后的杏酒具有良好的稳定性。

表5 皂土澄清后杏酒的稳定性试验结果Table 5 Stability test results of apricot wine after bentonite clarification

2.4 澄清工艺对杏酒理化指标的影响

用以上最佳澄清工艺对杏酒进行处理，测定澄清前后的理化指标，结果见表6。由表6可知，澄清后杏酒透光率由78.21%提高至97.60%，增加了19.39%，澄清效果良好。还原糖由4.52 g/L降低至3.75 g/L，但对口感影响不大，澄清后杏酒属于干型。杏酒中含量最高的有机酸为柠檬酸，其次是乳酸和苹果酸，还含有少量的草酸、酒石酸、丙酮酸、乙酸和琥珀酸[10]。澄清后杏酒总酸由5.25 g/L降低至4.69 g/L，酸度降低可使口感更加柔顺，更容易被消费者接受。总酚由169.25 mg/L降至142.38 mg/L。杏酒酒精度在皂土澄清后由14.7%vol降低至13.2%vol，是一个比较理想的范围，因为酒精度过高会引起灼热、燥辣感，而适当的酒精度可使酒体平衡、口感醇厚。澄清后杏酒中总酚含量有所降低，但仍然保留有这些活性成分。皂土可以吸附蛋白质，形成沉淀后将其除去，澄清后杏酒中蛋白质含量明显降低，可使杏酒在陈酿和储存过程中更加稳定，从而提高酒的品质，延长货架期。

表6 澄清前、后杏酒的理化指标对比Table 6 Comparison of physical and chemical indexes of apricot wine before and after clarification

2.5 澄清工艺对杏酒感官特性的影响

澄清处理前，杏酒浑浊、有沉淀，有酵母、苦杏仁等不良气味，口感粗糙，酸味突出，感官评分为79分；澄清处理后，杏酒呈金黄色，澄清透明，有光泽，花香、果香更加突出，香气更加优雅，具有杏、甜瓜、桃子、苹果、柚子、桔子、小白花、蜂蜜等香气，入口柔和，酒体平衡，典型性强，感官评分为87分。

3 结论

用响应面分析法得出杏酒的最佳澄清工艺为：澄清温度24 ℃、皂土添加量0.5 g/L、澄清时间2.5 d。在此澄清工艺下，杏酒透光率可达97.60%，澄清后杏酒稳定性良好，还原糖、总酸、酒精度、总酚、蛋白质含量均有所降低，但澄清后的杏酒澄清透明，有光泽，香气更加优雅，酒体更加平衡，感官评分由79分提高至87分。