Optimization for The Alcoholic Fermentation of Concentrated Grape Juice Using Response Surface Methodology

반응표면분석을 이용한 농축 포도즙의 알코올발효 조건 최적화

Response surface methodology (RSM) was applied to optimize alcohol fermentation of concentrated grape juice. Sugar concentration ($X_1$), agitation rate ($X_2$) and fermentation time ($X_3$) were chosen as the independent variables of the central composite design (CCD). Dependent variables were alcohol content ($Y_1$) and total acidity ($Y_2$). To optimize two dependent variables, desirability function was defined as $Y_1$=10.0% and $Y_2$=minimum. The optimum conditions for alcohol fermentation were $19.98^{\circ}Bx$ (sugar concentration), 104.1 rpm (agitation rate) and 89.67 hr (fermentation time). The predicted responses were 10.0% in alcohol content and 0.86% in total acidity. The coefficients of determination ($R^2$) were 0.948 and 0.958, which indicate that the model fit was highly significant (p<0.001). The experimental values were 10.1% for alcohol content and 0.88% for total acidity. These values were similar to the predicted values from RSM.

포도즙의 알코올 발효 시 당 농도와 교반속도, 발효시간이 알코올함량과 총산도에 미치는 영향을 알아보기 위해 반응 표면분석을 이용하여 알코올발효 조건을 최적화하였다. 알코올함량은 10%, 총산도는 최소화되는 것을 목적으로 하여 알코올 발효조건을 최적화한 결과 $19.98^{\circ}Bx$로 농축한 국내산 Campbell early 포도즙에 효모를 접종시킨 후 교반속도 104.1 rpm으로 89.67시간 동안 발효시켰을 때 목적값에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 알코올 발효 시 포도즙의 당도가 증가할수록 알코올함량과 총산도는 증가하는 경향을 나타내었고, 교반속도는 알코올함량과 총산도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 또한 발효시간이 길어질수록 알코올 함량과 총산도가 증가하는 경향을 나타내었다.