仙人掌（Opuntia stricta）属于仙人掌科仙人掌属，在福建、广西、云南、海南等地均有分布，仙人掌果是仙人掌的果实，果肉呈紫红色，口感酸甜、清新、风味独特，含有丰富的微量元素、黄酮类、果胶、多糖、有机酸、氨基酸、多糖、色素和维生素等[1-3]。此外，仙人掌果具有活血祛湿、清热解毒、清除自由基、抗衰老、抗肿瘤抗癌、降三高等功效[4-6]。火龙果（Hylocereus undulatus）又名红龙果，与仙人掌同属于仙人掌科，在我国海南、广东、广西、福建等地均有种植。红皮火龙果根据果肉的颜色可分为红皮白心和红皮红心两大类[7-8]。火龙果含有丰富的碳水化合物、蛋白质、多酚、花青素、膳食纤维、维生素、氨基酸等营养物质，且颜色鲜亮、口感细腻多汁、香气浓郁，经研究表明红心火龙果的营养价值和色泽均优于白心火龙果[9-11]，且具有更好的生理活性功能，在预防心脑血管疾病、糖尿病、高血压、调节机体免疫功能、调节激素水平方面具有良好的功效[12-14]。
复合果酒是以两种或两种以上新鲜水果为原料，通过控制酵母菌发酵制得的低酒精度果酒，不仅保持了各种水果的风味，还可以营养互补，使得水果中的营养成分得到更好的吸收。史晓华等[15]以仙人掌果和黑枸杞为原料，采用酒精度和感官评定为评价指标，通过正交试验确定果酒最佳发酵工艺，制得一款富含黄酮和花青素，酒精度为12.0%vol的风味独特复合果酒；乔梦丹等[16]以人参和仙人掌果为原料，采用酒精度作为响应值，通过响应面分析法优化果酒最佳发酵工艺，制得一款富含总皂苷和总花青素，酒精度为11.67%vol低度发酵复合果酒；邓红梅等[17]以龙眼和红肉火龙果为原料，采用正交试验优化果酒发酵工艺，制得一款含有7种有机酸的低酒精度健康复合果酒。目前国内外鲜有将仙人掌果和红心火龙果复合开发保健果酒的案例，因此，该研究将属于同科的仙人掌果和红心火龙果结合，以单因素试验为基础，通过响应面法优化复合果酒发酵工艺，以期为制得兼具感官品质和保健功能的复合果酒提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
仙人掌果、红心火龙果：市售；X16酵母、LAFASEFRUIT果胶酶（60 000 U/g）：法国LAFFORT公司；硅藻土：宁波鼎创新材料有限公司。其他试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
PR224ZH/E电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；HWS-12电热恒温水浴锅：浙江一恒教学仪器有限公司；SGW-756全自动折光仪：上海精密实验仪器有限公司；LRH-150F生化培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；HR2826打浆机：飞利浦（中国）投资有限公司；SEGL-5冷冻过滤机：温州中环机械设备有限公司。
1.3 方法
1.3.1 仙人掌果-红心火龙果酒发酵工艺流程及操作要点
仙人掌和红心火龙果鲜果→去皮处理→混合打浆→调整成分→酶解→发酵→过滤澄清→果酒
操作要点：
预处理：选择成熟度高且新鲜的仙人掌果和红心火龙果，去除果皮，分别保留紫红色果肉。
破碎打浆：将仙人掌果果肉和红心火龙果果肉按照1∶1的质量比混合放入打浆机中，加入纯净水，打成匀浆。
调整成分：向匀浆中加入0.03%的抑菌剂焦亚硫酸钾；加入白砂糖调节匀浆的糖度为22°Bx，搅拌均匀；控制pH值为3.4左右。
酶解：将0.3%果胶酶添加于调整成分后的匀浆中，并在45 ℃条件下水浴2～3 h。
发酵：将0.03%的X16酵母接种到酶解液中，在温度24 ℃条件下，发酵周期为6～10 d，每24 h测定酒精度和糖度的变化量，当二者不再发生变化时，判定为发酵结束。
过滤澄清：将1.5 g/100 mL的硅藻土添加到发酵液中，200 Hz超声波澄清12 min后，用冷冻过滤机过滤，得到澄清果酒液。
1.3.2 仙人掌果-红心火龙果酒发酵工艺优化试验
（1）单因素试验
采用单因素轮换法，分别考察果肉质量比（仙人掌果果肉质量∶红心火龙果果肉质量=3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3），焦亚硫酸钾添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%），酵母接种量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%），发酵温度（20 ℃、22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃），初始糖度（18°Bx、20°Bx、22°Bx、24°Bx、26°Bx）对仙人掌果-红心火龙果酒酒精度及感官评分的影响。
（2）响应面试验
以单因素试验为基础，选取对酒精度影响较大的发酵温度（A）、初始糖度（B）、酵母接种量（C）为自变量，以酒精度（Y）为响应值，采用3因素3水平的Box-Behnken响应面试验，并用Design-Expert 10.0专业版数据处理系统进行发酵工艺参数优化。
1.3.3 测定方法
酒精度、总酸、挥发性酸检测方法参考GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定[18]；微生物指标检测方法参考GB 4789.2—2010《食品微生物学检验菌落总数测定》[19]。
感官评分：请由15位高级品酒师组成的感官评分小组，参照葡萄酒感官评定要求[18]，采用无记名评分方式对色泽、香气、滋味和典型性进行综合评分，满分100分，取其平均值，感官评分标准见表1。
表1 仙人掌果-红心火龙果酒感官评分标准
Table 1 Sensory evaluation standards of cactus and red pitaya fruit wine
1.3.4 数据处理
本试验数据分析采用Excel 2010和Design-Expert 10.0软件进行数据处理。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 果肉质量比对仙人掌果-红心火龙果酒发酵的影响
由图1可知，随着果肉质量比的改变，果酒酒精度基本保持在11.80%vol左右，随着火龙果果肉质量比例的增加，当果肉质量比达到1∶1时，仙人掌果-红心火龙果酒的感官评分达到最大值（94.5分），继续提高火龙果果肉质量比例，果酒感官评分下降，仙人掌果肉质量比例较大时，果酒清新度好但香气不足，火龙果肉质量比例较大时，果酒香气较好但清新度差。因此，果酒较为适宜的果肉质量比是1∶1。
图1 果肉质量比对果酒酒精度和感官评分的影响
Fig.1 Effect of pulp mass ratio on alcohol content and sensory score of the fruit wine
2.1.2 焦亚硫酸钾对仙人掌果-红心火龙果酒发酵的影响
由图2可知，随着焦亚硫酸钾添加量的增加，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分随之升高，当焦亚硫酸钾添加量达到0.03%时，酒精度和感官评分均达到最大值，分别为11.82%vol和95.5分，继续增加焦亚硫酸钾，会抑制酵母菌的生长，不利于酒精的产生，使酒精度下降，同时较多的焦亚硫酸钾会造成感官质量的下降。因此，果酒较为适宜的焦亚硫酸钾添加量是0.03%。
图2 焦亚硫酸钾对果酒酒精度和感官评分的影响
Fig.2 Effect of potassium metabisulfite on alcohol content and sensory score of the fruit wine
2.1.3 发酵温度对仙人掌果-红心火龙果酒发酵的影响
由图3可知，随着发酵温度的升高，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分升高，当发酵温度达到24 ℃时，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分均达到最大值，分别为11.75%vol和95分，继续升高发酵温度，酵母菌生长旺盛，在相同的发酵时间下提前衰老，致使酒精度下降，并伴随酸味产生，感官评分降低[20-21]。因此，果酒较为适宜的发酵温度是24 ℃。
图3 发酵温度对果酒酒精度和感官评分的影响
Fig.3 Effect of fermentation temperature on alcohol content and sensory score of the fruit wine
2.1.4 初始糖度对仙人掌果-红心火龙果酒发酵的影响
由图4可知，随着初始糖度的升高，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分升高，当初始糖度达到22°Bx时，满足酵母菌发酵所需营养，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分均达到最大值，分别为11.81%vol和94.5分，继续增加初始糖度，酒精度呈下降趋势，初始糖度的升高使果酒中渗透压增大，不利于酵母菌的发酵，另外甜度的升高也降低了感官评分[22]。因此，果酒发酵较为适宜的初始糖度是22°Bx。
图4 初始糖度对果酒酒精度和感官评分的影响
Fig.4 Effect of initial sugar concentration on alcohol content and sensory score of the fruit wine
2.1.5 酵母接种量对仙人掌果-红心火龙果酒发酵的影响
由图5可知，随着酵母菌接种量的增加，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分升高，当酵母接种量达到0.03%时，仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度和感官评分均达到最大值，分别为11.79%vol和95分，继续增加酵母接种量，过量的酵母消耗较多的糖分用于生长繁殖，不利于酒精的产生，导致酒精度下降，整体风味下降[23-24]。因此，果酒较为适宜的酵母接种量是0.03%。
图5 酵母接种量对果酒酒精度和感官评分的影响
Fig.5 Effect of yeast inoculum on alcohol content and sensory score of the fruit wine
2.2 响应面试验优化无花果-仙人掌果酒发酵工艺
根据单因素试验结果，选取发酵温度（A）、初始糖度（B）、酵母接种量（C）为3个评价因素，以酒精度（Y）为考察指标，建立酒精度（Y）与3个因素的数学回归方程，采用响应面试验优化果酒关键发酵工艺参数[25-27]。果酒发酵工艺优化响应面试验设计及结果见表2，方差分析及显著性检验见表3。
表2 仙人掌果-红心火龙果酒发酵工艺优化响应面试验设计及结果
Table 2 Design and results of response surface experiments for fermentation technology optimization of cactus and red pitaya fruit wine
表3 回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis of regression model
注：“*”表示对结果的影响显著（P＜0.05）；“**”表示对结果的影响极显著（P＜0.01）。
通过Design-Expert 10.0软件对表2中酒精度（Y）指标的数据进行处理分析，得到回归模型二次多项方程：Y=11.86+0.071A+0.28B+0.30C-0.13AB-0.028AC+0.005BC-0.53A2-0.43B2-0.62C2。
由表3可知，回归模型的P＜0.000 1极显著，而失拟项的P=0.178 0＞0.05不显著，说明本试验理论和实际值偏差很小，得到的回归模型能够很好地的预测响应值。回归方程一次项A、B、C、交互项AB、二次项A2、B2、C2均对复合果酒酒精度有极显著影响（P＜0.01）。交互项AC、BC对结果无显著性影响（P＞0.05）。
2.3 因素间交互作用分析
各因素交互作用对仙人掌果-红心火龙果酒酒精度影响的响应面及等高线见图6。
图6 各因素交互作用对仙人掌果-红心火龙果酒酒精度影响的响应曲面与等高线
Fig.6 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on alcohol content of cactus and red pitaya fruit wine
由图6可知，固定酵母接种量为0水平时，发酵温度和初始糖度之间的交互作用对酒精度（Y）有极显著的影响（P＜0.01），当发酵温度和初始糖度均在0水平即（24 ℃）和（22°Bx）范围内，两因子对酒精度的影响呈显著正交互作用；而高于或低于0水平时，两因子对酒精度的影响呈负交互作用，都会降低酒精度。发酵温度和酵母接种量之间的交互作用以及初始糖度和酵母接种量之间的交互作用对酒精度（Y）均有影响，但都不显著（P＞0.05）。
采用Design-Expert 10.0专业版对模型进行优化，得到果酒的最佳发酵工艺参数为发酵温度23.853 ℃，初始糖度22.160°Bx，酵母接种量0.032%，果酒酒精度的预测值为11.91%vol。为满足实际可行性操作，将最佳工艺参数调整为发酵温度24 ℃，初始糖度22°Bx，酵母接种量0.03%，在此条件下平行进行3次验证试验，得到果酒实际酒精度为11.89%vol，与预测值的误差为0.16%，二者基本一致，因此表明该工艺可行。
2.4 产品质量指标结果
2.4.1 感官指标
在最佳条件下制得的仙人掌果-红心火龙果酒清澈透明有光泽、无悬浮物、鲜艳紫红色；酒香浓郁醇厚、果香突出、协调；具有典型火龙果果香及仙人掌果的清香；酒体醇厚、入口柔和、回味绵长，感官评分达95.5分。
2.4.2 理化指标
仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度11.89%vol，总酸含量（以乙酸计）为6.82 g/L，挥发酸含量（以乙酸计）为1.53 g/L，总糖含量为45.7 g/L。
2.4.3 微生物指标
仙人掌果-红心火龙果酒菌落总数26＜50 CFU/mL，大肠杆菌0＜3 MPN/100 mL，致病菌未检出，符合国标要求。
3 结论
该研究以酒精度为考察指标，通过单因素试验，确定了各因素对果酒发酵的影响趋势，并通过响应面试验优化仙人掌果-红心火龙果酒发酵工艺。结果表明，最佳发酵条件为发酵温度24 ℃，初始糖度22°Bx，酵母接种量0.03%，此条件下制得仙人掌果-红心火龙果酒的酒精度11.89%vol，果酒的感官评分为95.5分，是一款营养和感官价值俱佳的复合保健果酒。
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