響應面法優化無核白葡萄酒澄清工藝的研究

陳　雅，雷　靜，郭　峰，吳　斌，韓　琛

（新疆農科院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番838000）

響應面法優化無核白葡萄酒澄清工藝的研究

陳雅，雷靜，郭峰，吳斌，韓琛

（新疆農科院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番838000）

澄清度是衡量葡萄酒外觀質量的重要指標。本實驗以無核白葡萄酒作為研究對象，研究不同澄清劑（皂土、果膠酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清溫度、澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響，采用響應曲面Box-Behnken設計方法，建立無核白葡萄酒透光率與澄清劑添加量、澄清溫度、澄清時間之間的回歸模型，確定最佳澄清條件。研究結果表明，皂土澄清效果最佳，最佳的澄清條件為：皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時間7.85 h。在此條件下，無核白葡萄酒透光率為98.70%。本研究為當地無核白葡萄酒貯藏研究提供理論支持。

無核白葡萄酒； 澄清； 澄清劑； 研究； 響應面法； 葡萄酒

吐魯番是我國著名的葡萄產區，同時是全國優質的無核白葡萄重點產區［1］。2015年吐魯番市共種植葡萄50萬畝，年產量達80萬t，無核白葡萄種植面積就占到90%以上［2］，年產量約75萬t，無核白葡萄皮薄、肉嫩、多汁、味美、營養豐富，素有“珍珠”美稱，其含糖高達20%～24%，含有易于人體吸收的磷、鐵、鈣、鎂、鉀等礦物質和多種維生素。結合吐魯番葡萄產業發展，按照“三分之一釀酒、三分之一制干、三分之一鮮售”的發展戰略，大力發展葡萄酒產業，通過延伸葡萄產業鏈并提高葡萄產品附加值。因此，大力發展無核白葡萄釀酒產業，釀造吐魯番地域型無核白葡萄系列葡萄酒勢在必行。

葡萄酒中的一些物質如蛋白質、單寧、金屬復合物、色素、果膠等，含量雖然較低，但具有不穩定性，容易自動聚集、合并變大、聚結沉淀，這是造成葡萄酒不穩定的主要因素［3］。葡萄酒生產過程中為保證葡萄酒的穩定性和澄清度，常需要進行澄清處理［4-6］。主要有自然澄清法、離心澄清法和澄清劑澄清法。澄清劑澄清法是澄清劑與酒中的單寧、蛋白質、金屬復合物、某些色素以及果膠質等發生絮凝反應后將這些物質除去，使葡萄酒澄清和穩定［7］。無核白葡萄酒陳釀過程中已呈現較好的澄清度，但是澄清的無核白葡萄酒裝瓶后有時會隨著時間和溫度的變化，產生渾濁現象或者沉淀，這不僅嚴重影響酒的感官質量，而且會影響銷售。因此，在釀造過程中采取相應的措施使無核白葡萄酒澄清并保持穩定至關重要。目前無核白葡萄酒澄清技術還不完善，關于澄清技術的研究甚少，本實驗利用單因素實驗研究了不同澄清劑（皂土、果膠酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清溫度和澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響，并選擇最佳澄清劑結合添加量、澄清溫度和澄清時間設計響應面分析實驗，確定最佳澄清工藝條件。

1　材料與方法

1.1材料、試劑及儀器

無核白葡萄酒，市售；皂土，上海試四赫維化工有限公司；果膠酶，上海藍季科技發展有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVPP），上海藍季科技發展有限公司。

FA/JA系列電子天平，上海上平儀器有限公司；UV754N型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；Sigma 3K15離心機，北京五洲東方科技發展有限公司；DZKW電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器廠。

1.2澄清劑的配制［8-9］

1%皂土溶液：將1 g皂土于100 mL蒸餾水中浸泡24 h，直至完全膨脹后，配成均勻的懸浮液備用。

1%果膠酶溶液：將1 g果膠酶用40～50℃的溫水溶解后，再加入40～50℃的溫水稀釋至100 mL，配制成1%的果膠酶溶液，放置1～2 h后備用。

1%PVPP溶液：將1 g PVPP溶解并稀釋至100 mL蒸餾水中。

1.3實驗方法

1.3.1不同澄清劑對無核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，分別加入不同濃度的皂土溶液、果膠酶溶液、PVPP溶液，在常溫下，靜置24 h后離心，取上清液測其透光率，考察不同澄清劑對無核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.2澄清溫度對無核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液，分別在0℃、4℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃溫度下靜置24 h后離心取上清液測其透光率，考察不同澄清溫度對無核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.3澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響

取20 mL無核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液在4℃溫度下，分別靜置0、4 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h后離心取上清液測其透光率，考察不同澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響。

1.3.4響應面實驗設計

在單因素實驗基礎上，選擇最佳澄清劑進行響應面實驗，選取皂土添加量（A）、澄清溫度（B）、澄清時間（C）3個因素作為變量因素，以透光率（T%）作為響應值，采用Box-Behnken實驗設計原理，對工藝條件進行優化。設計實驗因素水平及編碼值見表1。

表1　Box-Behnken設計實驗因素水平及編碼值

2　結果與分析

2.1不同澄清劑對無核白葡萄酒澄清效果的影響（圖1）

無核白葡萄酒中加入皂土后，產生絮狀的白色沉淀物，從圖1a可看出，皂土澄清使無核白葡萄酒的透光率明顯增高，皂土所帶負電荷與酒中帶正電荷的蛋白質等渾濁物相互吸引，形成絮狀沉淀，使酒得以澄清［10］。當皂土加入量為0.4 g/L時，透光率達98.17%，但當皂土添加量超過0.4 g/L時，酒中帶正電的物質已被全部吸附，過量皂土就會形成絮凝物重新溶于溶液中，使無核白葡萄酒透光率降低。由圖1b可知，果膠酶能夠分解水果中的果膠，分解植物的細胞壁及胞間層，使果膠水解為半乳糖醛酸，提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清［11］。當果膠酶的用量達到0.04 g/L時，無核白葡萄酒的透光率達到97.27%；當果膠酶用量高于0.04 g/L時，無核白葡萄酒透光率呈明顯下降趨勢。由圖1c可知，隨著PVPP添加量的增加，與酒液接觸會吸附酒中的水、蛋白質、色素、單寧等，提高酒體的非生物穩定性［12］，無核白葡萄酒的澄清度呈上升趨勢，當PVPP的添加量達到0.20 g/L時，透光率達到最大97.05%；當PVPP添加量繼續增加，透光率隨之上升得十分緩慢，說明PVPP不會引起無核白葡萄酒的返渾濁現象。

圖1　不同澄清劑對無核白葡萄酒澄清效果的影響

根據葡萄酒和果酒的國家標準，通過大量的實驗確定透光率T＞95%為澄清度合格，透光率T≥98%為非常澄清［13］。因此，由上述實驗可知，皂土、果膠酶和PVPP 3種澄清劑都能使無核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，當皂土為0.4 g/L時，澄清度T＞98%為非常澄清，因此，選擇皂土作為響應面分析實驗的無核白葡萄酒澄清劑。

2.2澄清溫度對無核白葡萄酒澄清效果的影響（圖2）

圖2　澄清溫度對無核白葡萄酒澄清效果的影響

由圖2可知，在0～4℃之間無核白葡萄酒的透光率隨著溫度的增加也隨之增加，當溫度在4℃時，無核白葡萄酒的透光率最大，后隨著溫度的不斷增高，澄清度逐漸下降。說明在非生物性渾濁因素大部分沉淀前，低溫有加速沉淀的作用，因此，選擇澄清溫度4℃為最佳。

2.3澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響（圖3）

圖3　澄清時間對無核白葡萄酒澄清效果的影響

從圖3可以看出，隨著皂土處理時間的延長，無核白葡萄酒透光率隨之上升；當達到8 h時，透光率最高。澄清時間太短，皂土與無核白葡萄酒中的膠體物質形成的絮凝物還未全部沉淀下來；時間太長，又會有部分絮凝物重新溶于溶液中，因此，無核白葡萄酒澄清處理時間確定為8 h。

2.4響應面實驗分析及結果

2.4.1設計響應面實驗結果

利用Design-Expert 7.1.3軟件對表2的實驗數據進行多元回歸擬合，獲得透光率（Y）對澄清劑添加量（A）、澄清溫度（B）、澄清時間（C）的二次多項回歸模型方程為：

Y=98.49+0.28A-0.24B-0.044C+0.25AB-0.14AC-2.500E-003BC-0.66A2-0.86B2-0.47C2。

由表3可知：模型P值為0.0002＜0.05，模型是顯著的，說明實驗方法是可靠的，失擬項P值為0.0978＞0.05，表現為不顯著，表明該模型擬合性好，實驗誤差小。因素A、B的P值＜0.05，說明因素A皂土添加量、B澄清溫度對無核白葡萄酒透光率的影響是顯著的。而A2、B2、C2的P值均小于0.05，說明A2、B2、C2對透光率均有顯著影響。而因素C的P值=0.5458＞0.05，所以因素C澄清時間對透光率沒有顯著影響。交互項AC、BC的P值分別為：0.1941、0.9803，均大于0.05，所以交互項AC、BC對透光率沒有顯著性影響。而交互項AB的P值小于0.05，因此交互項AB對透光率有顯著性影響。復相關系數R2= 0.9676，說明響應值的變化有96.76%來源于所選變量，可見回歸方程擬合度和可信度均較好，實驗誤差小，綜合以上分析，該回歸方程為澄清條件對無核白葡萄酒澄清效果的影響提供了一個參考模型。

表2　Box-Behnken實驗設計及結果

表3　回歸模型的方差分析

2.4.2響應面分析（圖4）

由圖4a可知，皂土添加量與澄清溫度對無核白葡萄酒澄清度的交互效應顯著，隨著添加量與澄清溫度的不斷增加，無核白葡萄酒透光率逐漸增高，當兩個因素增加到一定程度，無核白葡萄酒透光率又逐漸減小，說明過高或過低的添加量與澄清溫度都會影響無核白葡萄酒透光率的高低。由圖4b可知，在澄清溫度為4℃時，皂土添加量與澄清時間對無核白葡萄酒透光率的交互效應不顯著。由圖4c可知，等高線的形狀呈現圓形，說明澄清溫度與澄清時間對無核白葡萄酒透光率的交互效應不顯著。澄清時間增加有助于無核白葡萄酒的澄清，表現為曲線較陡，且隨著澄清時間的增加無核白葡萄酒透光率也升高，但當達到一定澄清時間仍繼續澄清時，則無核白葡萄酒透光率反而會下降，說明過長過短的澄清時間均不適合無核白葡萄酒的澄清。

圖4　各因素交互作用對無核白葡萄酒澄清度影響的等高線和響應曲面

2.4.3驗證實驗

回歸模型預測的無核白葡萄酒澄清條件得到的理論最佳值為：皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.78℃、澄清時間7.85 h；無核白葡萄酒透光率預測值為98.7236%?？紤]實驗的可操作性，選取皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時間7.85 h進行3次驗證實驗，得到無核白葡萄酒透光率實際值為98.70%，相對誤差小于1%，與理論預測值基本相符。因此，基于響應曲面法所得的優化澄清工藝參數準確可靠，得到的工藝條件具有實際應用價值。

3　結論

3.1本實驗通過澄清劑的作用機理，選擇皂土、果膠酶、PVPP 3種澄清劑對無核白葡萄酒進行澄清處理，三者均能使無核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，當添加量為4 g/L的皂土時，透光率為98.17%（T≥98%為非常澄清）。因此，選擇皂土作為響應面分析實驗的無核白葡萄酒澄清劑。

3.2響應面分析實驗中，選擇皂土作為無核白葡萄酒澄清劑，以皂土添加量、澄清溫度、澄清時間3個因素進行多元回歸擬合得到二次多項回歸模型方程為：Y=98.49+ 0.28A-0.24B-0.044C+0.25AB-0.14AC-2.500E-003BC-0.66A2-0.86B2-0.47C2，并確定無核白葡萄酒最佳澄清條件為皂土添加量0.41 g/L、澄清溫度3.8℃、澄清時間7.85 h，得到無核白葡萄酒透光率為98.70%，為當地無核白葡萄酒貯藏研究提供理論支持。

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Optimization of the Clarification of Seedless White Grape Wine by Response Surface Method

CHEN Ya，LEI Jing，GUO Feng，WU Bin and HAN Chen
（Turpan Institute ofAgricultural Sciences，XinjiangAcademy ofAgricultural Sciences，Turpan，Xinjiang 838000，China）

Clarity is an important index in the evaluation of wine appearance.In this experiment，seedless white grape wine was used as the research object，and the effects of different clarifying agents（bentonite，pectinase，and polyvinylpyrrolidone），clarifying temperature and clarifying time on the clarification of seedless white grape wine were explored.The regression model of wine light transmittance and the adding levels of clarifying agents，clarifying temperature，and clarifying time was set up using response surface Box-Behnken design.Furthermore，the optimum clarifying conditions were determined as follows:the adding level of bentonite was 0.41 g/L，clarifying temperature was at 3.8℃，and clarifying time was 7.85 min.Under these conditions，the actual light transmittance of seedless white grape wine was 98.70%.This study provided theoretical support for the research on the storage of local seedless white grape wine.

seedless white grape wine；clarification；clarifier；research；response surface method；grape wine

TS262.6；TS261.4

A

1001-9286（2016）08-0056-04

10.13746/j.njkj.2016128

新疆農業科學院青年基金項目（項目編號：xjnkq-2015020）。

2016-04-12

陳雅（1987-），女，新疆吐魯番人，實習研究員，工學碩士，主要從事農產品加工與貯藏研究，E-mail：cy_finest@163.com。

郭峰（1964-），男，研究員，碩士研究生，研究方向為農產品加工，E-mail：leijing200288@163.com。

優先數字出版時間：2016-05-26；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160526.1211.011.html。