2.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

根據(jù)單因素實驗，以產(chǎn)酸量（R）為響應(yīng)值，每個影響因素擇出三個水平即：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(shè)計響應(yīng)面試驗，經(jīng)Box-Benhnken分析得出結(jié)果見表3。

應(yīng)用DesignExpert10軟件對表3中的數(shù)據(jù)進行回歸分析，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，對其進行方差分析，結(jié)果見表4。

結(jié)果見表4，可看出模型組的P＜0.0001，說明試驗回歸方程模型極顯著；失擬項P=0.2795＞0.05，不顯著，證明模型選擇正確；決定系數(shù)R²=0.9633＞0.9，校正決定系數(shù)R_Adj²=0.9265＞0.9，證明該預(yù)測模型結(jié)果與實驗結(jié)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(yīng)用于果醋的產(chǎn)酸量分析與預(yù)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，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，說明果醋產(chǎn)酸量的變化復(fù)雜，各因素對產(chǎn)酸量的影響交錯復(fù)雜。果醋產(chǎn)酸量受各因素的影響結(jié)果見圖5。

由圖5各因素交互影響圖所呈曲線，可看出此結(jié)果與單因素實驗結(jié)果大致相同，產(chǎn)酸量隨著各因素水平的遞增而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。因交互曲線越陡峭，等高線越接近橢圓狀，則可說明這兩個因素的影響越顯著，由此可知pH值與接種量的交互作用較顯著，與方差分析結(jié)果一致。經(jīng)過響應(yīng)面試驗優(yōu)化，最終得到葡萄桑葚復(fù)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(yù)測理論最大產(chǎn)酸量為5.506g/100mL。因?qū)嶒灤嬖谝欢ㄕ`差，所以對試驗結(jié)果進行驗證。將工藝條件進行調(diào)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(jié)果為5.38g/100mL，與響應(yīng)面試驗預(yù)測的理論最大值之間存在2.3%的誤差率，說明此模型能較好地模擬和預(yù)測葡萄桑葚復(fù)合果醋的發(fā)酵工藝條件，模型可靠且具有實用性。

2.6 電子鼻檢測數(shù)據(jù)分析

2.6.1 果醋不同發(fā)酵時期的響應(yīng)雷達圖分析

電子鼻的10個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，相對電導(dǎo)率的比值（G/G0）隨氣體濃度增加而變化：G/G₀＞1，樣品響應(yīng)氣體濃度大；G/G₀≤1，樣品氣體濃度低或沒有。據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)雷達圖分析W5S、W1S、W1W及W2S傳感器對不同蘋果酒的香氣響應(yīng)最明顯，初步判定酒中的氮氧化物、萜烯類物質(zhì)、醇類物質(zhì)及部分芳香族化合物是影響不同蘋果酒風(fēng)味的主要差異。而本文對于不同發(fā)酵時期果醋的響應(yīng)雷達圖如圖6所示，可知10個傳感器對果醋不同發(fā)酵時期均有響應(yīng)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，說明從發(fā)酵中期開始到發(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(yīng)強度變化最大，發(fā)酵中期2號、7號傳感器響應(yīng)強度變化最大，成品果醋2號、5號及7號傳感器響應(yīng)強度變化最大且與發(fā)酵中期相比均有顯著增加；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等風(fēng)味成分的提升有顯著影響，且不同發(fā)酵時期的風(fēng)味成分存在明顯差異。

2.6.2 果醋不同發(fā)酵時期的PCA分析

PCA即主成分分析，是一種在原始維度上轉(zhuǎn)換為一種新的維度同時保留原始的數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)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85%就可以反映原始數(shù)據(jù)的信息。果醋的不同發(fā)酵時期的PCA分析如圖7所示，每個橢圓代表不同發(fā)酵時期果醋風(fēng)味成分的數(shù)據(jù)采集點，點之間距離表示每個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)性成分進行載荷分析，發(fā)現(xiàn)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(jié)果如圖8所示，其中W3S、W1C、W6S三個傳感器的PC1和PC2貢獻率近似為0，說明其無法識別果醋中的風(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(fù)合果醋不同發(fā)酵時期的差異有主要貢獻。

2.6.4 果醋不同發(fā)酵時期的LDA分析

LDA分析亦線性判別分析，是通過縮小組內(nèi)間距，擴大組間間距進行判別。就LDA分析來說，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，說明果汁到發(fā)酵中期過程果醋的風(fēng)味速率變化大，且果醋的三個不同發(fā)酵時期的風(fēng)味成分可以很好地區(qū)分開。

3 結(jié)論

本研究通過單因素實驗和響應(yīng)面試驗，得到葡萄桑葚復(fù)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(jié)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(fù)合果醋不同發(fā)酵時期差異的貢獻率最高，且不同發(fā)酵時期的風(fēng)味成分有顯著差異并能有效區(qū)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，采用自篩醋酸菌進行發(fā)酵，其中在成品葡萄桑葚復(fù)合果醋的具體風(fēng)味成分、感官評定及品質(zhì)分析等后續(xù)研究中有待進行系統(tǒng)性深入研究，以期為復(fù)合果醋的研究和開發(fā)進行深入推廣。

相關(guān)鏈接：乙醇，氮氧化物，硫化物，醋酸

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