2.5 響應面優(yōu)化試驗結果

根據單因素實(shí)驗，以產(chǎn)酸量（R）為響應值，每個(gè)影響因素擇出三個(gè)水平即：A初始乙醇濃度（6%、7%、8%）、BpH（4.5、5.0、5.5）、C醋酸菌接種量（8%、10%、12%）、D發(fā)酵溫度（30、32、34℃），設計響應面試驗，經(jīng)Box-Benhnken分析得出結果見(jiàn)表3。

應用DesignExpert10軟件對表3中的數據進(jìn)行回歸分析，最后得到果醋產(chǎn)酸量的回歸方程：R=+5.46+0.18A+0.092B-0.052C+0.064D-0.01AB+0.0085AC+0.04AD-0.081BC-0.024BD+0.00625CD0.24A²-0.26B²-0.32C²-0.24D²，對其進(jìn)行方差分析，結果見(jiàn)表4。

結果見(jiàn)表4，可看出模型組的P＜0.0001，說(shuō)明試驗回歸方程模型極顯著(zhù)；失擬項P=0.2795＞0.05，不顯著(zhù)，證明模型選擇正確；決定系數R²=0.9633＞0.9，校正決定系數R_Adj²=0.9265＞0.9，證明該預測模型結果與實(shí)驗結果的擬合性好，且試驗具有極小誤差。綜上所述該回歸模型可以應用于果醋的產(chǎn)酸量分析與預測。

各因素一次項的P值均＜0.05，對果醋的產(chǎn)酸量影響顯著(zhù)，且影響的大小順序為：A初始乙醇濃度＞BpH＞D溫度＞C接種量。各因素的二次項P值均＜0.01，影響極顯著(zhù)，說(shuō)明果醋產(chǎn)酸量的變化復雜，各因素對產(chǎn)酸量的影響交錯復雜。果醋產(chǎn)酸量受各因素的影響結果見(jiàn)圖5。

由圖5各因素交互影響圖所呈曲線(xiàn)，可看出此結果與單因素實(shí)驗結果大致相同，產(chǎn)酸量隨著(zhù)各因素水平的遞增而呈現先增大后減小的趨勢。因交互曲線(xiàn)越陡峭，等高線(xiàn)越接近橢圓狀，則可說(shuō)明這兩個(gè)因素的影響越顯著(zhù)，由此可知pH值與接種量的交互作用較顯著(zhù)，與方差分析結果一致。經(jīng)過(guò)響應面試驗優(yōu)化，最終得到葡萄桑葚復合果醋的最佳工藝條件：初始乙醇濃度7.372%，pH5.089，接種量9.807%，溫度32.306℃，預測理論最大產(chǎn)酸量為5.506g/100mL。因實(shí)驗存在一定誤差，所以對試驗結果進(jìn)行驗證。將工藝條件進(jìn)行調整：初始乙醇濃度7.4%，pH5.0，接種量9.8%，溫度32℃，最終測得產(chǎn)酸量結果為5.38g/100mL，與響應面試驗預測的理論最大值之間存在2.3%的誤差率，說(shuō)明此模型能較好地模擬和預測葡萄桑葚復合果醋的發(fā)酵工藝條件，模型可靠且具有實(shí)用性。

2.6 電子鼻檢測數據分析

2.6.1 果醋不同發(fā)酵時(shí)期的響應雷達圖分析

電子鼻的10個(gè)傳感器對不同濃度氣味的敏感度不同，當傳感器接觸到樣品氣味時(shí)，相對電導率的比值（G/G0）隨氣體濃度增加而變化：G/G₀＞1，樣品響應氣體濃度大；G/G₀≤1，樣品氣體濃度低或沒(méi)有。據前人研究發(fā)現，經(jīng)雷達圖分析W5S、W1S、W1W及W2S傳感器對不同蘋(píng)果酒的香氣響應最明顯，初步判定酒中的氮氧化物、萜烯類(lèi)物質(zhì)、醇類(lèi)物質(zhì)及部分芳香族化合物是影響不同蘋(píng)果酒風(fēng)味的主要差異。而本文對于不同發(fā)酵時(shí)期果醋的響應雷達圖如圖6所示，可知10個(gè)傳感器對果醋不同發(fā)酵時(shí)期均有響應且不同，雷達圖形狀與面積隨果醋的發(fā)酵而發(fā)生變化，而發(fā)酵中期與成品果醋的雷達圖整體形狀相似，說(shuō)明從發(fā)酵中期開(kāi)始到發(fā)酵完成果醋氣味相同且濃度不斷增加。果汁中6號、8號傳感器的響應強度變化最大，發(fā)酵中期2號、7號傳感器響應強度變化最大，成品果醋2號、5號及7號傳感器響應強度變化最大且與發(fā)酵中期相比均有顯著(zhù)增加；從而可知醋酸發(fā)酵對果醋的硫化物、氮氧化物及短鏈烷烴芳香類(lèi)等風(fēng)味成分的提升有顯著(zhù)影響，且不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味成分存在明顯差異。

2.6.2 果醋不同發(fā)酵時(shí)期的PCA分析

PCA即主成分分析，是一種在原始維度上轉換為一種新的維度同時(shí)保留原始的數據信息的數據降維算法。一般第一主成分（PC1）的貢獻率遠大于第二主成分（PC2）的貢獻率，且兩者總貢獻率超過(guò)85%就可以反映原始數據的信息。果醋的不同發(fā)酵時(shí)期的PCA分析如圖7所示，每個(gè)橢圓代表不同發(fā)酵時(shí)期果醋風(fēng)味成分的數據采集點(diǎn)，點(diǎn)之間距離表示每個(gè)樣品之間的差異性大小。圖中PC1貢獻率為94.70%，PC2貢獻率為5.25%，總貢獻率為99.95%。其中成品果醋的PC1和PC2的濃度均為最大，發(fā)酵中期兩種主成分均為最小，且果汁與成品果醋的PC2的氣味最為相似。發(fā)酵中期果醋的風(fēng)味成分與果汁和成品果醋差別很大。

2.6.3 果醋的Loading分析

Loading分析是針對電子鼻傳感器分析，薛友林等對貨架期藍莓的揮發(fā)性成分進(jìn)行載荷分析，發(fā)現W5S傳感器貢獻率最大，得出氮氧化合物為藍莓中含量最高的揮發(fā)性成分。本研究結果如圖8所示，其中W3S、W1C、W6S三個(gè)傳感器的PC1和PC2貢獻率近似為0，說(shuō)明其無(wú)法識別果醋中的風(fēng)味成分。其中W5S傳感器PC1貢獻率最高，W1W傳感器PC1貢獻率僅低于W5S；W1S傳感器PC2貢獻率最高，W5C、W3C、W2S三個(gè)傳感器PC2貢獻率低于W1S且近似。參照各傳感器的性能特征可知，W5S（氮氧化物）、W1W（硫化物）兩種風(fēng)味成分對葡萄桑葚復合果醋不同發(fā)酵時(shí)期的差異有主要貢獻。

2.6.4 果醋不同發(fā)酵時(shí)期的LDA分析

LDA分析亦線(xiàn)性判別分析，是通過(guò)縮小組內間距，擴大組間間距進(jìn)行判別。就LDA分析來(lái)說(shuō)，PC1和PC2的總貢獻率在70%～85%之間或以上，則方法可以使用。每組樣品之間的差距表示樣品風(fēng)味成分變化速率大小。如圖9所示，PC1貢獻率為99.01%，PC2貢獻率為0.99%，總貢獻率99.998%，離散度大，說(shuō)明果汁到發(fā)酵中期過(guò)程果醋的風(fēng)味速率變化大，且果醋的三個(gè)不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味成分可以很好地區分開(kāi)。

3 結論

本研究通過(guò)單因素實(shí)驗和響應面試驗，得到葡萄桑葚復合果醋的最優(yōu)工藝條件為：初始乙醇濃度7.4%，pH5.0，接種量9.8%，溫度32℃，在此發(fā)酵條件下，測得果醋產(chǎn)酸量為5.38g/100mL。經(jīng)電子鼻技術(shù)并結合PCA和LDA分析，最終確定氮氧化物和硫化物等主要風(fēng)味成分對葡萄桑葚復合果醋不同發(fā)酵時(shí)期差異的貢獻率最高，且不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味成分有顯著(zhù)差異并能有效區分，其中成品果醋的氣味濃度最大。該研究主要以葡萄和桑葚為原料，采用自篩醋酸菌進(jìn)行發(fā)酵，其中在成品葡萄桑葚復合果醋的具體風(fēng)味成分、感官評定及品質(zhì)分析等后續研究中有待進(jìn)行系統性深入研究，以期為復合果醋的研究和開(kāi)發(fā)進(jìn)行深入推廣。

相關(guān)鏈接：乙醇，氮氧化物，硫化物，醋酸

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