响应面法优化无核白葡萄酒澄清工艺的研究

陈　雅，雷　静，郭　峰，吴　斌，韩　琛

（新疆农科院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番838000）

响应面法优化无核白葡萄酒澄清工艺的研究

陈雅，雷静，郭峰，吴斌，韩琛

（新疆农科院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番838000）

澄清度是衡量葡萄酒外观质量的重要指标。本实验以无核白葡萄酒作为研究对象，研究不同澄清剂（皂土、果胶酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清温度、澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响，采用响应曲面Box-Behnken设计方法，建立无核白葡萄酒透光率与澄清剂添加量、澄清温度、澄清时间之间的回归模型，确定最佳澄清条件。研究结果表明，皂土澄清效果最佳，最佳的澄清条件为：皂土添加量0.41 g/L、澄清温度3.8℃、澄清时间7.85 h。在此条件下，无核白葡萄酒透光率为98.70%。本研究为当地无核白葡萄酒贮藏研究提供理论支持。

无核白葡萄酒； 澄清； 澄清剂； 研究； 响应面法； 葡萄酒

吐鲁番是我国著名的葡萄产区，同时是全国优质的无核白葡萄重点产区［1］。2015年吐鲁番市共种植葡萄50万亩，年产量达80万t，无核白葡萄种植面积就占到90%以上［2］，年产量约75万t，无核白葡萄皮薄、肉嫩、多汁、味美、营养丰富，素有“珍珠”美称，其含糖高达20%～24%，含有易于人体吸收的磷、铁、钙、镁、钾等矿物质和多种维生素。结合吐鲁番葡萄产业发展，按照“三分之一酿酒、三分之一制干、三分之一鲜售”的发展战略，大力发展葡萄酒产业，通过延伸葡萄产业链并提高葡萄产品附加值。因此，大力发展无核白葡萄酿酒产业，酿造吐鲁番地域型无核白葡萄系列葡萄酒势在必行。

葡萄酒中的一些物质如蛋白质、单宁、金属复合物、色素、果胶等，含量虽然较低，但具有不稳定性，容易自动聚集、合并变大、聚结沉淀，这是造成葡萄酒不稳定的主要因素［3］。葡萄酒生产过程中为保证葡萄酒的稳定性和澄清度，常需要进行澄清处理［4-6］。主要有自然澄清法、离心澄清法和澄清剂澄清法。澄清剂澄清法是澄清剂与酒中的单宁、蛋白质、金属复合物、某些色素以及果胶质等发生絮凝反应后将这些物质除去，使葡萄酒澄清和稳定［7］。无核白葡萄酒陈酿过程中已呈现较好的澄清度，但是澄清的无核白葡萄酒装瓶后有时会随着时间和温度的变化，产生浑浊现象或者沉淀，这不仅严重影响酒的感官质量，而且会影响销售。因此，在酿造过程中采取相应的措施使无核白葡萄酒澄清并保持稳定至关重要。目前无核白葡萄酒澄清技术还不完善，关于澄清技术的研究甚少，本实验利用单因素实验研究了不同澄清剂（皂土、果胶酶、聚乙烯吡咯烷酮）、澄清温度和澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响，并选择最佳澄清剂结合添加量、澄清温度和澄清时间设计响应面分析实验，确定最佳澄清工艺条件。

1　材料与方法

1.1材料、试剂及仪器

无核白葡萄酒，市售；皂土，上海试四赫维化工有限公司；果胶酶，上海蓝季科技发展有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVPP），上海蓝季科技发展有限公司。

FA/JA系列电子天平，上海上平仪器有限公司；UV754N型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；Sigma 3K15离心机，北京五洲东方科技发展有限公司；DZKW电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器厂。

1.2澄清剂的配制［8-9］

1%皂土溶液：将1 g皂土于100 mL蒸馏水中浸泡24 h，直至完全膨胀后，配成均匀的悬浮液备用。

1%果胶酶溶液：将1 g果胶酶用40～50℃的温水溶解后，再加入40～50℃的温水稀释至100 mL，配制成1%的果胶酶溶液，放置1～2 h后备用。

1%PVPP溶液：将1 g PVPP溶解并稀释至100 mL蒸馏水中。

1.3实验方法

1.3.1不同澄清剂对无核白葡萄酒澄清效果的影响

取20 mL无核白葡萄酒于25 mL比色管中，分别加入不同浓度的皂土溶液、果胶酶溶液、PVPP溶液，在常温下，静置24 h后离心，取上清液测其透光率，考察不同澄清剂对无核白葡萄酒澄清效果的影响。

1.3.2澄清温度对无核白葡萄酒澄清效果的影响

取20 mL无核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液，分别在0℃、4℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃温度下静置24 h后离心取上清液测其透光率，考察不同澄清温度对无核白葡萄酒澄清效果的影响。

1.3.3澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响

取20 mL无核白葡萄酒于25 mL比色管中，再加入0.4 g/L的皂土溶液在4℃温度下，分别静置0、4 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h后离心取上清液测其透光率，考察不同澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响。

1.3.4响应面实验设计

在单因素实验基础上，选择最佳澄清剂进行响应面实验，选取皂土添加量（A）、澄清温度（B）、澄清时间（C）3个因素作为变量因素，以透光率（T%）作为响应值，采用Box-Behnken实验设计原理，对工艺条件进行优化。设计实验因素水平及编码值见表1。

表1　Box-Behnken设计实验因素水平及编码值

2　结果与分析

2.1不同澄清剂对无核白葡萄酒澄清效果的影响（图1）

无核白葡萄酒中加入皂土后，产生絮状的白色沉淀物，从图1a可看出，皂土澄清使无核白葡萄酒的透光率明显增高，皂土所带负电荷与酒中带正电荷的蛋白质等浑浊物相互吸引，形成絮状沉淀，使酒得以澄清［10］。当皂土加入量为0.4 g/L时，透光率达98.17%，但当皂土添加量超过0.4 g/L时，酒中带正电的物质已被全部吸附，过量皂土就会形成絮凝物重新溶于溶液中，使无核白葡萄酒透光率降低。由图1b可知，果胶酶能够分解水果中的果胶，分解植物的细胞壁及胞间层，使果胶水解为半乳糖醛酸，提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清［11］。当果胶酶的用量达到0.04 g/L时，无核白葡萄酒的透光率达到97.27%；当果胶酶用量高于0.04 g/L时，无核白葡萄酒透光率呈明显下降趋势。由图1c可知，随着PVPP添加量的增加，与酒液接触会吸附酒中的水、蛋白质、色素、单宁等，提高酒体的非生物稳定性［12］，无核白葡萄酒的澄清度呈上升趋势，当PVPP的添加量达到0.20 g/L时，透光率达到最大97.05%；当PVPP添加量继续增加，透光率随之上升得十分缓慢，说明PVPP不会引起无核白葡萄酒的返浑浊现象。

图1　不同澄清剂对无核白葡萄酒澄清效果的影响

根据葡萄酒和果酒的国家标准，通过大量的实验确定透光率T＞95%为澄清度合格，透光率T≥98%为非常澄清［13］。因此，由上述实验可知，皂土、果胶酶和PVPP 3种澄清剂都能使无核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，当皂土为0.4 g/L时，澄清度T＞98%为非常澄清，因此，选择皂土作为响应面分析实验的无核白葡萄酒澄清剂。

2.2澄清温度对无核白葡萄酒澄清效果的影响（图2）

图2　澄清温度对无核白葡萄酒澄清效果的影响

由图2可知，在0～4℃之间无核白葡萄酒的透光率随着温度的增加也随之增加，当温度在4℃时，无核白葡萄酒的透光率最大，后随着温度的不断增高，澄清度逐渐下降。说明在非生物性浑浊因素大部分沉淀前，低温有加速沉淀的作用，因此，选择澄清温度4℃为最佳。

2.3澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响（图3）

图3　澄清时间对无核白葡萄酒澄清效果的影响

从图3可以看出，随着皂土处理时间的延长，无核白葡萄酒透光率随之上升；当达到8 h时，透光率最高。澄清时间太短，皂土与无核白葡萄酒中的胶体物质形成的絮凝物还未全部沉淀下来；时间太长，又会有部分絮凝物重新溶于溶液中，因此，无核白葡萄酒澄清处理时间确定为8 h。

2.4响应面实验分析及结果

2.4.1设计响应面实验结果

利用Design-Expert 7.1.3软件对表2的实验数据进行多元回归拟合，获得透光率（Y）对澄清剂添加量（A）、澄清温度（B）、澄清时间（C）的二次多项回归模型方程为：

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值为0.0002＜0.05，模型是显著的，说明实验方法是可靠的，失拟项P值为0.0978＞0.05，表现为不显著，表明该模型拟合性好，实验误差小。因素A、B的P值＜0.05，说明因素A皂土添加量、B澄清温度对无核白葡萄酒透光率的影响是显著的。而A2、B2、C2的P值均小于0.05，说明A2、B2、C2对透光率均有显著影响。而因素C的P值=0.5458＞0.05，所以因素C澄清时间对透光率没有显著影响。交互项AC、BC的P值分别为：0.1941、0.9803，均大于0.05，所以交互项AC、BC对透光率没有显著性影响。而交互项AB的P值小于0.05，因此交互项AB对透光率有显著性影响。复相关系数R2= 0.9676，说明响应值的变化有96.76%来源于所选变量，可见回归方程拟合度和可信度均较好，实验误差小，综合以上分析，该回归方程为澄清条件对无核白葡萄酒澄清效果的影响提供了一个参考模型。

表2　Box-Behnken实验设计及结果

表3　回归模型的方差分析

2.4.2响应面分析（图4）

由图4a可知，皂土添加量与澄清温度对无核白葡萄酒澄清度的交互效应显著，随着添加量与澄清温度的不断增加，无核白葡萄酒透光率逐渐增高，当两个因素增加到一定程度，无核白葡萄酒透光率又逐渐减小，说明过高或过低的添加量与澄清温度都会影响无核白葡萄酒透光率的高低。由图4b可知，在澄清温度为4℃时，皂土添加量与澄清时间对无核白葡萄酒透光率的交互效应不显著。由图4c可知，等高线的形状呈现圆形，说明澄清温度与澄清时间对无核白葡萄酒透光率的交互效应不显著。澄清时间增加有助于无核白葡萄酒的澄清，表现为曲线较陡，且随着澄清时间的增加无核白葡萄酒透光率也升高，但当达到一定澄清时间仍继续澄清时，则无核白葡萄酒透光率反而会下降，说明过长过短的澄清时间均不适合无核白葡萄酒的澄清。

图4　各因素交互作用对无核白葡萄酒澄清度影响的等高线和响应曲面

2.4.3验证实验

回归模型预测的无核白葡萄酒澄清条件得到的理论最佳值为：皂土添加量0.41 g/L、澄清温度3.78℃、澄清时间7.85 h；无核白葡萄酒透光率预测值为98.7236%。考虑实验的可操作性，选取皂土添加量0.41 g/L、澄清温度3.8℃、澄清时间7.85 h进行3次验证实验，得到无核白葡萄酒透光率实际值为98.70%，相对误差小于1%，与理论预测值基本相符。因此，基于响应曲面法所得的优化澄清工艺参数准确可靠，得到的工艺条件具有实际应用价值。

3　结论

3.1本实验通过澄清剂的作用机理，选择皂土、果胶酶、PVPP 3种澄清剂对无核白葡萄酒进行澄清处理，三者均能使无核白葡萄酒澄清，但皂土的澄清效果最佳，当添加量为4 g/L的皂土时，透光率为98.17%（T≥98%为非常澄清）。因此，选择皂土作为响应面分析实验的无核白葡萄酒澄清剂。

3.2响应面分析实验中，选择皂土作为无核白葡萄酒澄清剂，以皂土添加量、澄清温度、澄清时间3个因素进行多元回归拟合得到二次多项回归模型方程为：Y=98.49+ 0.28A-0.24B-0.044C+0.25AB-0.14AC-2.500E-003BC-0.66A2-0.86B2-0.47C2，并确定无核白葡萄酒最佳澄清条件为皂土添加量0.41 g/L、澄清温度3.8℃、澄清时间7.85 h，得到无核白葡萄酒透光率为98.70%，为当地无核白葡萄酒贮藏研究提供理论支持。

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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

新疆农业科学院青年基金项目（项目编号：xjnkq-2015020）。

2016-04-12

陈雅（1987-），女，新疆吐鲁番人，实习研究员，工学硕士，主要从事农产品加工与贮藏研究，E-mail：cy_finest@163.com。

郭峰（1964-），男，研究员，硕士研究生，研究方向为农产品加工，E-mail：leijing200288@163.com。

优先数字出版时间：2016-05-26；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160526.1211.011.html。