紫薯酒低溫發(fā)酵工藝及酚類(lèi)物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化分析

張建萍，江潤(rùn)生，巫永華，陳尚龍，陳安徽，劉恩岐

徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開(kāi)發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室（徐州 221111）

紫薯又名黑薯或苕薯，紫薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，含有大量膳食纖維，也含有一定的氨基酸、多種維生素和礦物質(zhì)，特別是其含有大量花青素，具有抗氧化[1]、抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[2-3]、改善視力[4]、和免疫力調(diào)節(jié)[5]等功能，在保健食品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面有很好的前景。將紫薯發(fā)酵釀造成低酒精度的紫薯酒，能保存紫薯中主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并使花青素溶解到酒中，使紫薯酒其具有很好抗氧化、預(yù)防癌癥和防止心腦血管疾病等功能。左麗麗等[6]研究得出最佳紫薯酒酒精發(fā)酵工藝為：22%初始糖度，在pH 3.5、28 ℃下添加0.1%丹寶利酵母發(fā)酵。張曉蓮等[7]報(bào)道的最佳發(fā)酵條件為：初始糖度21 °Bx、pH 4.0、酵母接種量0.055%、發(fā)酵溫度21.5 ℃，所得紫薯酒具有與0.5 mg/mL的VC溶液對(duì)DPPH自由基的清除能力相當(dāng)。王新龍[8]優(yōu)化紫甘薯酒的發(fā)酵工藝，結(jié)果表明，在初始SO2濃度60 mg/kg，pH 3.5，添加0.10%酵母，溫度20 ℃下，紫甘薯酒發(fā)酵效果最好。韓曉鵬等[9]研究表明在紫甘薯汁中接入2×106CFU安琪活性干酵母菌，在pH 4.0、23 ℃下發(fā)酵7 d可得酒精度12.4%紫薯酒。報(bào)道的紫薯酒發(fā)酵工藝中發(fā)酵溫度都較高，而對(duì)于低溫發(fā)酵紫薯酒工藝未見(jiàn)報(bào)道，低溫發(fā)酵是通過(guò)降低發(fā)酵溫度和延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，使酒精發(fā)酵過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行，糖分轉(zhuǎn)化更加完全，充分提取原料中的各類(lèi)功能性因子和營(yíng)養(yǎng)成分，保留原料特有風(fēng)味，同時(shí)使酒更清澈細(xì)膩，保藏性更好，但也有報(bào)道認(rèn)為在發(fā)酵溫度低于18 ℃時(shí)，枸杞果酒發(fā)酵不徹底，酒體中殘?zhí)禽^多，酒體口感偏甜[10]。王步江等[11]探討低溫發(fā)酵（18 ℃）柿子甜酒工藝，結(jié)果表明，雖然增長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，但所得產(chǎn)品香味物質(zhì)豐富，具有柿子固有風(fēng)味物質(zhì)，增加酒味的柔和性及香氣。王千存等[12]優(yōu)化低溫發(fā)酵（15 ℃）瓢兒酒的工藝，得到品質(zhì)良好的瓢兒酒。試驗(yàn)以紫薯為原料，研究?jī)?yōu)化低溫發(fā)酵紫薯酒工藝，并對(duì)其花青素變化進(jìn)行分析，為紫薯酒低溫釀造提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯（徐州市售）；α-淀粉酶、糖化酶、沒(méi)食子酸、福林酚試劑（上海源葉生物科技有限公司）；其余試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫恒濕箱（上海一恒科技有限公司）；R 206旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海申生科技有限公司）；L 550離心機(jī)（湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司）；TU-1810紫外分光光度計(jì)（北京普析通用有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 紫薯漿的制備

挑揀出新鮮的且完好的紫薯，清凈，將紫薯切成的薯丁，蒸煮，轉(zhuǎn)移至打漿機(jī)中，按料液比1∶4加入水后打漿，按張麗麗等[6]報(bào)道的方法進(jìn)行液化和糖化，即調(diào)節(jié)pH 6.0，加入0.10%的α-淀粉酶，在55 ℃下酶解1 h，再至pH 5.0，降溫至45 ℃后，加入0.2%的糖化酶酶解2 h，獲得紫薯漿液，備用。

1.3.2 紫薯酒發(fā)酵工藝條件的選擇

1.3.2.1 NaHSO3添加量對(duì)紫薯漿發(fā)酵的影響

取適量紫薯漿液，調(diào)節(jié)pH 3.6，加入適量白砂糖調(diào)節(jié)糖度20 °Bx，分別按0，20，40，60和80 mg/L質(zhì)量濃度向發(fā)酵瓶中加入NaHSO3，加入活化后的果酒專(zhuān)用酵母0.1%，在15 ℃條件下，恒溫發(fā)酵14 d，每隔2 d測(cè)量糖度變化，發(fā)酵結(jié)束后分別測(cè)定其酒精度。

1.3.2.2 發(fā)酵前紫薯漿的糖度對(duì)紫薯漿發(fā)酵的影響

取適量紫薯漿液，調(diào)節(jié)pH 3.6，加入適量白砂糖至糖度分別為18，19，20，21和22 °Bx，按40 mg/L加入NaHSO3，加入活化后的果酒專(zhuān)用酵母0.1%，在15℃條件下，恒溫發(fā)酵14 d，每隔2 d測(cè)量糖度變化，發(fā)酵結(jié)束后分別測(cè)定其酒精度。

1.3.2.3 酵母添加量對(duì)紫薯漿發(fā)酵的影響

取適量紫薯漿液，調(diào)節(jié)pH 3.6，加入適量白砂糖調(diào)節(jié)糖度20 °Bx，按40 mg/L加入NaHSO3，往發(fā)酵瓶中分別添加0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%果酒專(zhuān)用酵母，在15 ℃條件下，恒溫發(fā)酵14 d，每隔2 d測(cè)量糖度變化，發(fā)酵結(jié)束后分別測(cè)定其酒精度。

1.3.2.4 紫薯酒發(fā)酵正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，得出紫薯漿發(fā)酵最優(yōu)條件。

1.3.3 相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

采用pH計(jì)測(cè)定pH；采用糖度儀測(cè)定糖度；采用酒精計(jì)法測(cè)定酒精度；采用直接滴定法測(cè)定總糖含量；采用密度瓶法測(cè)定干浸出物含量；采用電位滴定法測(cè)定總酸含量；采用氧化法測(cè)定SO2含量[13]。

1.3.4 酚類(lèi)物質(zhì)含量的測(cè)定

采用Folin-Ciocalteu比色法（FC法）[14]，以沒(méi)食子酚為標(biāo)準(zhǔn)品。標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)回歸方程為y=0.093 8x+0.005 4，回歸系數(shù)R2=0.999 7。

1.3.5 花青素含量的測(cè)定

花青素含量測(cè)定采用pH示差法[15]，用緩沖液調(diào)樣品液的pH 1.0和4.5，并分別測(cè)定波長(zhǎng)510和700 nm處的吸光度，按式（1）和（2）計(jì)算花青素含量。

式中：A510nm為pH 1.0時(shí)，在510 nm波長(zhǎng)處測(cè)到的吸光度；A700nm為pH 1.0時(shí)，在700 nm波長(zhǎng)處測(cè)到的吸光度；A’510nm為pH 4.5時(shí)，在510 nm波長(zhǎng)處測(cè)到的吸光度；A’700nm為pH 4.5時(shí)，在700 nm波長(zhǎng)處測(cè)到的吸光度；MW為矢車(chē)菊素葡萄糖苷分子量，為449.2；DF為代表稀釋倍數(shù)；ε為代表矢車(chē)菊素葡萄糖苷的消光系數(shù)，為26 900；1為代表消光系數(shù)。

1.3.6 總酚和花青素在紫薯酒釀造過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化分析

根據(jù)優(yōu)化所得的工藝釀造紫薯酒，發(fā)酵14 d后，離心取上清液，經(jīng)殺菌后灌裝，置于常溫避光下保存。測(cè)定紫薯打漿后、發(fā)酵過(guò)程及紫薯酒保藏過(guò)程中共30 d內(nèi)多酚和花青素含量變化，分析其在這一過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。

1.3.7 紫薯酒感官評(píng)定方法

感官評(píng)定采用描述法從4個(gè)方面進(jìn)行，請(qǐng)10名接受過(guò)食品感官實(shí)訓(xùn)課的食品質(zhì)量與安全專(zhuān)業(yè)學(xué)生按照表1的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，去除最高分和最低分后取平均值，得出樣品綜合感官評(píng)分。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯酒發(fā)酵工藝條件的確定

2.1.1 NaHSO3添加量對(duì)紫薯酒的影響

果酒釀造中，SO2起著抗氧化劑、乙醛誘捕劑，以及腐敗菌和氧化酶的抑制劑的作用[16]，另外，還起到溶解色素和澄清果酒的作用，但考慮到安全性和二氧化硫與醛類(lèi)物質(zhì)結(jié)合而影響酒質(zhì)等原因[17]，二氧化硫的用量應(yīng)盡可能低。NaHSO3添加量對(duì)紫薯漿發(fā)酵過(guò)程中糖度和酒精度的影響結(jié)果見(jiàn)表2和圖1所示。

表2 發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化 °Bx

圖1 NaHSO3添加量對(duì)紫薯酒酒精度的影響

由表2可知，隨著發(fā)酵進(jìn)行，發(fā)酵液中糖度逐漸降低，發(fā)酵14 d時(shí)，NaHSO3添加量40 mg/L發(fā)酵瓶中糖度減少得最多。由圖1可知，隨著NaHSO3添加量增加，發(fā)酵結(jié)束時(shí)的酒精度呈上升趨勢(shì)，NaHSO3添加量40 mg/L后，變化較小，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不添加SO2空白組中，發(fā)酵液會(huì)受到雜菌感染，影響酒的風(fēng)味。故選擇紫薯漿初始發(fā)酵時(shí)NaHSO3添加量40 mg/L左右進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.2 紫薯漿初始糖度對(duì)紫薯酒的影響

白砂糖添加可以提高紫薯酒酒精生成，試驗(yàn)探討紫薯漿初始糖度對(duì)紫薯酒的影響，結(jié)果見(jiàn)表3和圖2。

如表3所示，發(fā)酵前8 d，糖度下降較快，可能是發(fā)酵前期酵母繁速度殖快，能快速地將糖轉(zhuǎn)化為酒精，發(fā)酵結(jié)束時(shí)，初始糖度19 °Bx的發(fā)酵瓶中糖度小于4.0，達(dá)到果酒對(duì)糖度要求。由圖2可知，隨著紫薯漿初始糖度增加，酒精度先上升后下降，紫薯漿初始糖度19 °Bx時(shí)，發(fā)酵后酒精度最高，而糖度大于19°Bx時(shí)，不利于糖轉(zhuǎn)化為酒精。故紫薯漿初始糖度19°Bx左右為宜。

表3 發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化 °Bx

圖2 紫薯漿初始糖度對(duì)紫薯酒酒精度的影響

2.1.3 果酒酵母添加量對(duì)紫薯酒的影響

果酒酵母添加量對(duì)紫薯酒發(fā)酵過(guò)程中糖度的影響和酒精產(chǎn)出結(jié)果如表4和圖3所示。

如表4所示，隨著酵母添加量增加，發(fā)酵能力逐漸增大，糖的消耗速度加快，可以縮短發(fā)酵時(shí)間；由圖3所示，酵母添加量小于0.1%時(shí)，隨著酵母添加量增加，酒精度升高速度較快，而添加量大于0.1%時(shí)，其酒精度變化不大。但到發(fā)酵結(jié)束時(shí)，酵母添加量0.10%～0.25%的糖度和酒精度差異不大。因此，選擇酵母添加量0.1%左右進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)。

表4 發(fā)酵過(guò)程中糖度的變化 °Bx

2.1.4 紫薯就發(fā)酵工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交試驗(yàn)對(duì)NaHSO3添加量、初始糖度和酵母添加量進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和表6所示。

由表5中的極值R可知，以酒精度為指標(biāo)時(shí)，3個(gè)因素中，對(duì)結(jié)果的影響大小順序?yàn)?，D（初始糖度）＞C（酵母添加量）＞A（NaHSO3添加量）；根據(jù)方差分析（表6）可知，紫薯漿初始糖度對(duì)紫薯酒發(fā)酵過(guò)程中酒精度的影響顯著（p＜0.05）。正交試驗(yàn)得出的最優(yōu)組合條件為A3C2D3。對(duì)其最佳組合進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明在該條件下，酒精度達(dá)到11.8%vol。綜合分析，NaHSO3添加量50 mg/L、酵母添加量0.125%、發(fā)酵初始糖度20 °Bx為紫薯酒低溫發(fā)酵最優(yōu)工藝，并在該工藝條件下制備紫薯酒進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果

表6 方差分析結(jié)果

2.2 紫薯酒的感官評(píng)定結(jié)果

NY/T 1508—2017[18]中對(duì)果酒的感官標(biāo)準(zhǔn)要求為，色澤正常，澄清，有果實(shí)特有香氣，無(wú)異味，滋味醇厚，具有原果實(shí)的特征風(fēng)味。試驗(yàn)按最佳工藝釀造的紫薯酒感官得分為87分，呈紫紅色，有光澤，且清澈透明；有濃郁的紫薯香和酒香，甘甜可口，清涼怡人，回味悠長(zhǎng)，各項(xiàng)感官指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。

表7 感官評(píng)定結(jié)果

2.3 紫薯酒的理化分析結(jié)果

如表8所示，在20 ℃條件下，測(cè)得的紫薯酒的酒精度為11.8%vol，符合果酒酒精度必須在7%～18%vol之間要求；SO2含量48 mg/L，符合果酒標(biāo)準(zhǔn)小于250 mg/L要求；按照酒石酸計(jì)量，總酸實(shí)際測(cè)量值5.9 g/L，符合果酒中總酸含量要求；總糖3.8 g/L，符合小于4 g/L要求；干浸出物實(shí)際含量14 g/L，符合果酒大于12 g/L要求。理化分析表明，按照最優(yōu)工藝條件釀造的紫薯酒的各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表8 紫薯酒的理化分析結(jié)果

2.4 紫薯酒釀造過(guò)程中酚類(lèi)物質(zhì)的分析結(jié)果

試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定總酚和花青素含量，分析總酚和花青素在紫薯原漿、發(fā)酵過(guò)程及發(fā)酵后30 d內(nèi)動(dòng)態(tài)變化情況。結(jié)果見(jiàn)圖4和圖5所示。

發(fā)酵前8 d，總酚和花青素含量比原汁有所提高，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程中，細(xì)胞的破壞使總酚和花青素進(jìn)一步浸出，隨著酒精產(chǎn)生，使一些結(jié)合態(tài)多酚溶出。隨著時(shí)間推移，總酚和花青素類(lèi)物質(zhì)含量不斷減少。導(dǎo)致總酚含量出現(xiàn)持續(xù)下降的原因是發(fā)酵過(guò)程中酵母釋放丙酮酸等一些次級(jí)代謝產(chǎn)物，它們與多酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一些大分子衍生物；此外，微生物產(chǎn)生的酶會(huì)使多酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生降解，使水溶性不斷下降，從而使其沉淀下來(lái)[19-20]?；ㄇ嗨睾拷档涂赡苁怯捎跍囟?、光照、氧含量等因素使花青素降解，另外酵母細(xì)胞對(duì)花青素有一定吸附作用也使得花青素含量降低。

圖4 總酚含量隨時(shí)間的變化情況

圖5 花青素含量隨時(shí)間的變化情況

3 結(jié)論

試驗(yàn)研究低溫制備紫薯酒工藝條件，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得出紫薯酒發(fā)酵最佳工藝條件為：NaHSO3添加量50 mg/L，紫薯漿初始糖度20 °Bx，果酒酵母添加量0.125%，在15 ℃下發(fā)酵14 d，獲得的紫薯酒酒精度為11.8%vol，其理化指標(biāo)符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。所得紫薯酒呈紫紅色，有光澤，且清澈透明；有濃郁紫薯香和酒香，甘甜可口，清涼怡人，回味悠長(zhǎng)?？偡雍突ㄇ嗨貏?dòng)態(tài)分析表明，紫薯酒發(fā)酵過(guò)程中總體呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)。