響應面法優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝

響應面法優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝

乳清是生產(chǎn)干燥和干酪素的加工副產(chǎn)品。它從白色變?yōu)闇\黃色，聞起來像奶味。乳清的營養(yǎng)成分相當于除去酪蛋白的脫脂乳,約占牛乳營養(yǎng)成分的55%庫爾勒香梨為薔薇科梨屬中的白梨系本研究以乳清粉、庫爾勒香梨為原料,從新疆傳統(tǒng)酸馬乳中分離得到的釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)ZNJ2為發(fā)酵菌株,以乳清梨酒的酒精度為考察指標,通過單因素試驗和響應面試驗優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵工藝參數(shù),為乳清和庫爾勒香梨的進一步深加工提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1實驗試劑和試劑乳清粉:新疆烏魯木齊市售。釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)ZNJ2:新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院食品微生物實驗室。酵母浸出粉胨葡萄糖(yeastextractpeptonedextrose,YEPD)培養(yǎng)基:酵母膏10g,蛋白胨20g,葡萄糖20g,蒸餾水1000mL。蔗糖:市售;氫氧化鈉(分析純):天津光復科技發(fā)展有限公司;葡萄糖(分析純):天津市福晨化學試劑廠;酒石酸鉀鈉(分析純):天津市致遠化學試劑有限公司;硫酸銅(分析純):天津市盛奧化學試劑有限公司。1.2細FA2014N分析天平:北京東南儀誠實驗室設備有限公司;HR40-IIA2生物安全柜:青島海爾特種電器有限公司;LD2X-50KB型立式電熱壓力蒸汽滅菌器:上海申安醫(yī)療器廠;DHP-9052電熱恒溫培養(yǎng)箱、HWS-26電熱恒溫水浴鍋:上海一恒科學儀器有限公司;FE20KpH計:梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。1.3方法1.3.1單因素試驗設計選取接種量為2%、4%、6%、8%、10%,發(fā)酵溫度為22℃、25℃、28℃、31℃、34℃,發(fā)酵時間為24h、48h、72h、96h、120h,蔗糖添加量為8%、10%、12%、14%、16%,進行單因素發(fā)酵試驗,通過測定酒精度考察接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間及蔗糖添加量對乳清梨酒發(fā)酵的影響。1.3.2響應面試驗設計在單因素試驗基礎上,以接種量(A)、發(fā)酵時間(B)和發(fā)酵溫度(C)為考察因子,以乳清梨酒酒精度(Y)為響應值,利用響應面軟件Design-Expert8.05中的Box-BehnkenDesign進行響應面試驗設計。1.3.3測試指標酒精度的測定:酒精計進行測定2結果與分析2.1單因素試驗2.1.1蔗糖添加量對酵母菌代謝的影響由圖1可知,隨蔗糖添加量的增加酒精度呈平緩上升的趨勢,當蔗糖添加量為14%時,酒精度達到最大值為7.4%vol,可能是因為添加蔗糖為酵母菌提供了適宜的碳源,酵母菌充分利用蔗糖,生長較快,同時代謝生成了大量的乙醇等代謝產(chǎn)物。隨著添加量的增大酒精度呈現(xiàn)平緩的趨勢,可能是由于過高的糖濃度抑制了酵母菌的生長。因此,在乳清梨酒發(fā)酵過程中,綜合考慮,選擇蔗糖添加量為14%較為適宜。2.1.2由于種植量的影響，乳清梨酒的發(fā)酵效果由圖2可知,當接種量為2%~4%時,由于接種量較小,乳清梨酒中發(fā)酵菌株的適應期較長,造成菌體細胞生長量小2.1.3發(fā)酵時間對乳清梨酒發(fā)酵的影響由圖3可知,不同發(fā)酵時間對乳清梨酒的酒精度有很大影響。當發(fā)酵時間為24~48h時,乳清梨酒的酒精度較低,風味不佳。隨著發(fā)酵時間的延長,乳清梨酒的酒精度不斷上升。當發(fā)酵時間48~72h時,酒精度增長速度最快,原因可能是發(fā)酵24h后,酵母菌生長進入穩(wěn)定期,將糖轉化為酒精的速率加快,從而在72h時酒精度達到最高為6.5%vol,但當發(fā)酵時間超過72h后,酵母菌的生長進入了衰亡期,酒精度有所下降。綜合考慮,選擇發(fā)酵時間72h為宜。2.1.4溫度對酵母菌生長的影響由圖4可知,發(fā)酵溫度過高或過低均不利于酵母菌生長代謝,從而影響乙醇等風味化合物的生成量,發(fā)酵酒風味不佳,當發(fā)酵溫度為22℃時,酵母菌生長較緩慢,酒精度最低為3.5%vol。當發(fā)酵溫度為28℃時,乳清梨酒中酵母菌快速生長,加快了糖轉化為乙醇的速度,此時酒精度達到最高為7.7%vol。當發(fā)酵溫度為34℃時,酒精度較低。可能是由于發(fā)酵溫度較高,抑制了酵母菌的生長,同時加速了酵母菌的衰亡。綜合考慮,選擇發(fā)酵溫度28℃為宜。2.2乳清梨酒發(fā)酵條件的優(yōu)化2.2.1響應面優(yōu)化試驗結果根據(jù)Box-Behnken試驗設計原理,固定蔗糖添加量為14%,以接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)和發(fā)酵時間(C)為自變量,以乳清梨酒酒精度(Y)為響應值,進行3因素3水平試驗,響應面試驗設計因素與水平編碼值見表1,試驗設計及結果見表2,回歸模型方差分析結果見表3。對表2響應面優(yōu)化試驗結果進行多元非線性回歸分析,得到接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)和發(fā)酵時間(C)對乳清梨酒酒精度(Y)的擬合方程為:Y=8.12+0.73A+0.22B+0.26C-0.54AB-0.41BC-1.2A由表3可知,本試驗建立的多元回歸模型中F值為19.49,P<0.0001,表明回歸模型極顯著,說明不同處理間的差異極顯著;而模型失擬項P=0.0637>0.05,模型失擬項不顯著,由此說明本試驗所建立的多元回歸模型具有良好的顯著性,能夠很好地對響應值進行預測。模型決定系數(shù)R2.2.2乳清梨酒發(fā)酵條件優(yōu)化利用Design-Expert8.05軟件對回歸模型進行響應面優(yōu)化,運用Expert-design繪制交互項三維響應面和等高線如圖5所示。由圖5可知,可以比較直觀看出接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間兩兩之間交互作用對乳清梨酒酒精度(Y)的影響。在各個響應面圖中,乳清梨酒酒精度在試驗濃度范圍內均有最高點,因此,可以優(yōu)化乳清梨酒發(fā)酵條件。得出乳清梨酒最優(yōu)發(fā)酵條件為接種量為6.26%,發(fā)酵溫度為28℃,發(fā)酵時間為79.07h,酒精度預測值為8.24%vol。2.2.3最佳發(fā)酵條件修正為檢驗所建立的多元回歸模型的準確性,同時考慮試驗操作方便,將乳清梨酒的最佳發(fā)酵條件修正為接種量6%,發(fā)酵溫度28℃,發(fā)酵時間79h,在該條件下進行3次乳清梨酒發(fā)酵平行試驗,得到的乳清梨酒酒精度為8.10%vol,與預測值較為接近,說明該模型準確可靠,能較好地預測乳清梨酒的酒精度。2.3宋酒的質量指數(shù)2.3.1發(fā)酵酒的外觀特征在響應面優(yōu)化的發(fā)酵工藝條件下獲得乳清梨酒外觀呈光亮透明,淡黃綠色,底部有少量蛋白質沉淀;具有清雅的果香和乳香,有發(fā)酵酒的特征風味,無異味;口感清爽,有輕微殺口感。2.3.2物理和化學指標酒精度8.10%vol;總酸(以乳酸計)17.72g/L;總糖(以葡萄糖計)14.29g/L。2.3.3微生物指數(shù)大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌:均未檢出。3最優(yōu)發(fā)酵條件的確定及顯著性檢測試驗以乳清梨酒的酒精度為