響應(yīng)面法優(yōu)化紫薯糯米酒發(fā)酵研究

曹德玉

（周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，河南周口466001）

響應(yīng)面法優(yōu)化紫薯糯米酒發(fā)酵研究

曹德玉

（周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，河南周口466001）

將紫薯替代部分糯米混合后，經(jīng)發(fā)酵制得一種具有獨(dú)特色澤、營養(yǎng)價(jià)值高的新型甜米酒。以發(fā)酵后甜酒的糖度，酸度，酒精度及感官指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，通過單因素和響應(yīng)面中Box-Behnken試驗(yàn)確定最佳配方為紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發(fā)酵時(shí)間（X3）為70 h。此時(shí)的米酒具有濃郁的甜香，口感醇甜爽口，營養(yǎng)豐富。

紫薯；響應(yīng)面法；發(fā)酵

紫薯又名黑薯、紫心甘薯、紫肉甘薯，紫薯除含有普通甘薯的營養(yǎng)成分外，還富含硒和花色苷［1］，花青素是目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的防治疾病、維護(hù)人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑，對100多種疾病有預(yù)防和治療作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍［2］。

作者經(jīng)過多年開發(fā)研制，生產(chǎn)出一種紫薯米酒新產(chǎn)品。該產(chǎn)品的開發(fā)研究既豐富完善了米酒產(chǎn)品類型，同時(shí)兼顧了紫薯和米酒的營養(yǎng)搭配和衛(wèi)生要求，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)米酒產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。本文旨在以紫薯糯米為原料，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面中Box-Behnken試驗(yàn)優(yōu)化研究紫薯糯米酒的釀造工藝和工藝參數(shù)，為紫薯糯米酒的生產(chǎn)提供理論依據(jù)，豐富紫薯在食品加工領(lǐng)域開發(fā)研究，創(chuàng)造它的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)《一種米酒可吸凍產(chǎn)品及其制備方法》（專利號：201310266413）已被國家知識產(chǎn)權(quán)局受理。

1材料與方法

1.1材料

糯米：市售；紫薯：市售；甜酒酒曲：安琪股份有限公司；其它試劑均為分析純。

1.2主要實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

海爾冰柜：青島海爾集團(tuán)；九陽電磁爐：九陽股份有限公司；電子天平：上海菁海儀器有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；恒溫水浴鍋：江蘇金壇醫(yī)療儀器廠；定量灌裝機(jī)：鄭州星火包裝機(jī)械有限公司。

1.3方法

1.3.1米酒釀造的工藝條件

米酒釀造的工藝條件見文獻(xiàn)［3］。

1.3.2方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件及參照周口胡記米酒老店的實(shí)際生產(chǎn)，發(fā)酵溫度為28℃，分別進(jìn)行紫薯添加量、甜酒酒曲量、發(fā)酵時(shí)間的單因素試驗(yàn)，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標(biāo)，研究紫薯與糯米比例、酵母酒曲量、發(fā)酵時(shí)間對紫薯糯米米酒的影響。

1.3.2.1紫薯添加量的單因素試驗(yàn)

按紫薯添加量為15%、20%、25%、30%稱4份米進(jìn)行發(fā)酵。每份添加甜酒酒曲量為米重的1.2%，在28℃條件下發(fā)酵72 h。

1.3.2.2酵母酒曲量的單因素試驗(yàn)

甜酒酒曲添加量分別為0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，按25%的比例稱取黑米與糯米4份，在28℃條件下發(fā)酵72 h。

1.3.2.3發(fā)酵時(shí)間的單因素試驗(yàn)

發(fā)酵時(shí)間分別為24、48、72、96 h，按25%的比例稱取黑米與糯米4份，每份添加的1.2%的甜酒酒曲，在28℃條件下發(fā)酵。

1.3.2.4Box-Behnken試驗(yàn)

選用紫薯添加量（X1）、酒曲添加量（X2）和發(fā)酵時(shí)間（X3）3個(gè)因素，設(shè)3個(gè)水平，以米酒感官評價(jià)評分為依據(jù)（見表2），選用響應(yīng)面Box—Behnken（BBD）設(shè)計(jì)試驗(yàn)中3因素3水平優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)變量的實(shí)際參數(shù)及其對應(yīng)的編碼值見表1。

表1　實(shí)驗(yàn)變量的實(shí)際參數(shù)及其對應(yīng)的編碼值Table 1The actual data of the experimental variables and their corresponding code values

1.4米酒各指標(biāo)測定

1）糖度的測定［4］；2）酸度的測定，NaOH滴定法［5］；3）酒精度的測定［6］。

1.5米酒感官評定指標(biāo)

表2　紫薯糯米酒感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2Sensory evaluation standard purple potato glutinous rice wine

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1紫薯添加量對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響

選取紫薯添加量為15%、20%、25%、30%稱4份米進(jìn)行發(fā)酵，加曲量為0.8%，28℃條件下發(fā)酵64 h，分別測定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標(biāo)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1　不同比例的紫薯添加量對米酒品質(zhì)的的影響Fig.1Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表3　感官評定結(jié)果Table 3Sensory evaluation results

由圖1可知：在相同條件下，隨著紫薯含量的增加，三項(xiàng)總分先升高后降低，當(dāng)紫薯添加量為25%時(shí)，三項(xiàng)總分達(dá)到最大值。這與表3不謀而合，以25%混合發(fā)酵，效果較好，使紫薯糯米酒具有了異于傳統(tǒng)米酒而具有獨(dú)特風(fēng)味。

2.1.2酒曲量對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響

米酒酒曲添加量分別為0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，加入蒸好的米飯中28℃條件下發(fā)酵64 h，分別測定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標(biāo)，結(jié)果見圖2及表4。

圖2　酒曲添加量對米酒品質(zhì)的影響Fig.2Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表4　感官評定結(jié)果Table 4Sensory evaluation results

由圖2可知：隨著曲量的增多，三項(xiàng)總分先升高后降低，加曲量的增加或減少，會直接導(dǎo)致發(fā)酵環(huán)境中微生物生態(tài)平衡的改變，根霉與酵母活力的改變會直接影響小群落菌種的繁殖代謝，影響?yīng)毺仫L(fēng)味物質(zhì)的形成。由表4可知，曲量添加過少，發(fā)酵不徹底，酒味、甜味平淡，感官評分較低；添加酒曲量為紫薯糯米質(zhì)量的1.2%時(shí)釀出的甜酒綜合感官評分最高，凈出汁量多，口感甜酸適中，色澤鮮艷；曲量添加過多，酒味泛苦，酸度增加，更會凸顯米酒的苦味，糖化速度快、發(fā)酵快，糖化程度不易控制，感官評定較低，故甜酒曲的添加量應(yīng)適中

2.1.3發(fā)酵時(shí)間對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響

單因素發(fā)酵時(shí)間對米酒的影響選取發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵時(shí)間分別為24、48、72、96 h，紫薯添加量為25%，酒曲量為1.2%，發(fā)酵溫度28℃，在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)相應(yīng)的時(shí)間后，測定糖度、酸度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標(biāo)，結(jié)果見圖3及表5。

圖3　發(fā)酵時(shí)間對米酒品質(zhì)的影響Fig.3Impact on quality of rice wine fermentation time

表5　感官評定結(jié)果Table 5Sensory evaluation results

由圖3、表5可知，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，以糖度、酸度、酒精度的總和隨時(shí)間的延長而升高，這是可能隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，酸度、糖度、酒精度都不斷增加，隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長，酸度升高，糖度、酒精度下降，這時(shí)糖化能力降低，發(fā)酵依然進(jìn)行只不過產(chǎn)生有機(jī)酸。滋味不如72 h時(shí)的濃厚，有雜味，酒味較濃。綜上所訴，發(fā)酵72 h的甜酒感官評定分?jǐn)?shù)最高，最受人們歡迎。綜上，考慮到糖度、酒精度、感官評定分?jǐn)?shù)的大小及生產(chǎn)周期與成本，釀造時(shí)間選擇72 h為最適宜。

2.2Box-Behnken試驗(yàn)

為全面了解對米酒品質(zhì)的綜合影響，進(jìn)一步優(yōu)化甜酒的發(fā)酵工藝，現(xiàn)以米酒的綜合評價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)，選用響應(yīng)面Box—Behnken（BBD）設(shè)計(jì)試驗(yàn)中對紫薯添加量、甜酒酒曲量、發(fā)酵時(shí)間優(yōu)化。

2.2.1雙因素效應(yīng)分析

為了更好研究兩個(gè)因素對紫薯糯米酒的品質(zhì)影響?？蓪⑷我庖粋€(gè)因素固定在零水平，研究另外兩個(gè)因素紫薯糯米酒的品質(zhì)影響作用。

2.2.1.1紫薯添加量（X1）和酒曲添加量（X2）對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響

將建立的回歸方程中發(fā)酵時(shí)間（X3）固定在零水平，即可得到X1、X2對Y影響的子模型，根據(jù)該子模型繪制紫薯添加量和酒曲添加量對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖4。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間一定時(shí)，隨著紫薯添加量和酒曲添加量的增加，提取率指標(biāo)值先增加后減小，從二者的等值線中可以看出，圖中有一個(gè)極大值。

圖4　紫薯添加量和酒曲添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.4Purple potato and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

2.2.1.2紫薯添加量（X1）和發(fā)酵時(shí)間（X3）對紫薯糯米酒的影響

將酒曲添加量（X2）和固定在零水平，即可得到X1、X3對Y影響的子模型，根據(jù)該子模型繪制紫薯添加量（X1）和發(fā)酵時(shí)間（X3）對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響影響的曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖5。

圖5　發(fā)酵時(shí)間和紫薯添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.5Fermentation time and purple potato adding amount of purple potato glutinous rice wine

當(dāng)酒曲添加量（X2）一定時(shí)，隨著紫薯添加量（X1）和發(fā)酵時(shí)間（X3）的增加，Y是先增大后減小。從二者的等值線和曲面圖中可以看出，圖中有一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)且為極大值。

2.2.1.3酒曲添加量（X2）和發(fā)酵時(shí)間（X3）對紫薯糯米酒的影響

將紫薯添加量（X1）固定在零水平，即可得到X2、X3對指標(biāo)值（Y）影響的子模型，根據(jù)該子模型繪制X2和X3對Y影響的曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖6。

圖6　發(fā)酵時(shí)間和酒曲添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.6Fermentation time and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

當(dāng)紫薯添加量（X1）一定時(shí)，隨著酒曲添加量（X2）和發(fā)酵時(shí)間（X3）的增加，Y先增加后減小，從二者的等值線中可以看出，圖中有一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)且為極大值。

表6　方差分析表Table 6Analysis of variance table

表7　回歸方程中回歸系數(shù)的估計(jì)值Table 7Estimates of the regression coefficient of the regression equation

由表7可求出響應(yīng)（回歸）方程（以下分析均采用編碼值）：

提取率回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=97.52%，說明回歸的擬合程度較好。

由表6可得，Y與全體自變量二次項(xiàng)之間的線性關(guān)系明顯（Pr＜0.05，達(dá)到顯著），一次項(xiàng)和交叉項(xiàng)對Y之間的線性關(guān)系不明顯（Pr＞0.05，不顯著）。

綜上所述，由SAS可求出此紫薯糯米酒發(fā)酵優(yōu)化的工藝參數(shù)紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發(fā)酵時(shí)間（X3）為70 h。

3結(jié)論

1）紫薯糯米酒單因素試驗(yàn)表明，當(dāng)紫薯添加量為25%；添加酒曲量為紫薯糯米質(zhì)量的1.2%，釀造時(shí)間72 h時(shí)，效果較好。

2）通過SAS中RSRGE程序，紫薯糯米酒發(fā)酵優(yōu)化的工藝參數(shù)紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發(fā)酵時(shí)間（X3）為70 h。

3）方差分析表明，Y與全體自變量二次項(xiàng)之間的線性關(guān)系明顯（Pr＜0.05，達(dá)到顯著），一次項(xiàng)和交叉項(xiàng)對Y之間的線性關(guān)系不明顯（Pr＞0.05，不顯著）。

［1］呂昱，嚴(yán)敏.紫薯花色苷的生理功能及分離純化研究進(jìn)展［J］.食品與機(jī)械，2013，29（4）：251-252

［2］劉軍偉，胡志和.紫薯功能及產(chǎn)品開發(fā)研究進(jìn)展［J］.食品研究與開發(fā)，2012，33（9）：231-235

［3］韓建春，魏婧，姜帆，等.米酒發(fā)酵工藝條件對香氣成分的影響［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，44（8）：6-13

［4］中國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GB/T 5009.7-2008中國標(biāo)準(zhǔn)書號［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：1-3

［5］張水華.食品分析［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2007：115-129

［6］全國食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會釀酒分技術(shù)委員會．GB/T 15038-2006中國標(biāo)準(zhǔn)書號［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：20-23

Study on Response Surface Optimization Purple Potato Rice Wine Fermentation

CAO De-yu
（Biological Engineering Department，Zhoukou Vocational&Technical College，Zhoukou 466001，Henan，China）

In this experiment，we partially replaced purple sweet potato with glutinous rice，mixed them together and fermented，through which a new and nutritious rice wine with a unique color could be created. Eveluated with a standard of sweetness，acidity，alcohol content of fermented sweet wine as well as sensory index，Box-Behnken experiment to determine the best formula for the added amount of purple potato（X1）25% by single factor and response surface，add the amount of koji（X2）was 1.26%and fermentation time（X3）for 70 h.At this point the wine has a rich，sweet，sweet and refreshing taste of alcohol，nutrient-rich.

purple sweet potato；response surface；fermentation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.023

2014-12-15

曹德玉（1968—），男（漢），副教授，本科，主要從事高職食品加工技術(shù)專業(yè)的教學(xué)和科學(xué)研究工作。