復(fù)合酒曲發(fā)酵馬鈴薯酒的工藝優(yōu)化

張佳笑，王 健，2，劉 媛，2 *，宋鵬飛，朱旭冉，袁興茂，高清海

（1.河北北方學(xué)院 河北省農(nóng)產(chǎn)品食品質(zhì)量安全分析檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 張家口 075000；2.河北省馬鈴薯加工工程技術(shù)研究中心，河北 張家口 075000；3.河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，河北 石家莊 050051）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為茄科類植物，塊莖可食用，是糧、菜、飼料、工業(yè)原料的經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，也是全球第四大重要的糧食作物（僅次于小麥、稻谷和玉米）[1-2]。馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)成分豐富，據(jù)報(bào)道[3-6]，馬鈴薯中含有的蛋白質(zhì)最接近動(dòng)物蛋白，能促進(jìn)人體吸收，所含的人體必需氨基酸中的賴氨酸，能彌補(bǔ)小麥、稻谷等其他主食的在營(yíng)養(yǎng)上的不足。它還具有抗衰老、減肥、美容養(yǎng)顏、調(diào)節(jié)情緒、養(yǎng)脾胃、防便秘、防中風(fēng)、控血壓等功效，使其在預(yù)防疾病和美容養(yǎng)顏等方面存在巨大的應(yīng)用潛力。

酒曲包含多種微生物及雜菌，其中就有根霉、毛霉、犁頭霉和酵母菌等[7]。發(fā)酵酒營(yíng)養(yǎng)豐富，天然健康。在酒曲發(fā)酵釀酒的過程中，酒曲中的微生物的代謝可以賦予發(fā)酵酒特有的風(fēng)味和口感，還具有一定的食療功效[8]。本試驗(yàn)對(duì)市售的三種酒曲（米酒酒曲、黃酒酒曲、白酒酒曲）進(jìn)行研究，篩選出感官評(píng)價(jià)較高的酒曲混合比例及添加量來彌補(bǔ)單一酒曲在口感、風(fēng)味上的不足，使馬鈴薯發(fā)酵酒的風(fēng)味更濃郁、更有特色[9-12]。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用單因素試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化馬鈴薯酒的發(fā)酵工藝條件，以期為馬鈴薯發(fā)酵酒的研究提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

布爾班克馬鈴薯：張家口弘基農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限責(zé)任公司；白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲：安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（酶活力≥3 700 U/g）、糖化酶（酶活力≥10 000 U/g）：北京奧博星物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1604電子分析天平：天津天馬衡基儀器有限公司；PIBI2電磁爐：奔騰電器（上海）有限公司；MJ-BL25B2美的攪拌機(jī)：廣東美的生活電器制造有限公司；NDP-9082恒溫培養(yǎng)箱：寧波江南儀器廠；LS-35HD立式壓力蒸汽滅菌器：江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；DK-98-11電熱恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；pH精密試紙：上海三愛思試劑有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯酒的釀造工藝及操作要點(diǎn)[13]

新鮮馬鈴薯→清洗去皮→切塊蒸制→打漿→液化→糖化→過濾→滅菌→接曲→發(fā)酵→殺菌→冷卻→馬鈴薯酒

操作要點(diǎn)：

原料預(yù)處理：挑選無芽眼、無機(jī)械損傷，無病蟲害、腐爛、熱傷、凍傷、變黑、變綠和焉萎現(xiàn)象的新鮮馬鈴薯后清洗去皮。

切塊蒸制：將馬鈴薯切成1 cm3的小塊后，放入蒸屜中蒸制20 min至無硬心。

打漿：將蒸制后的馬鈴薯每份稱取50 g后按料液比1∶5（g∶mL）進(jìn)行打漿。

液化：將打漿后的馬鈴薯漿液，在溫度60 ℃、pH為6時(shí)添加11.1 U/gα-淀粉酶酶解50 min。

糖化：將液化后的馬鈴薯漿液，在溫度60 ℃、pH為6時(shí)添加15 U/g糖化酶酶解90 min。

過濾、滅菌：將上述酶解后的馬鈴薯漿液用兩層紗布過濾后，放入121 ℃的滅菌鍋中滅菌15 min。

接曲：稱取0.5%（占原料比例）的白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲的復(fù)合酒曲（三種曲的混合比例為1∶2∶2），加入裝液量為50 mL/250 mL高壓滅菌處理的3%糖水中，置于30 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行活化，每隔15 min振蕩一次，活化2 h[14]。

發(fā)酵：將上述活化后的酒曲接入馬鈴薯漿液中混勻，于31 ℃條件下培養(yǎng)48 h，當(dāng)馬鈴薯渣向下沉淀、不再翻滾，液面不再有氣泡產(chǎn)生，發(fā)酵液由渾濁轉(zhuǎn)為澄清時(shí)可以判斷發(fā)酵結(jié)束。

殺菌：在75 ℃條件下殺菌30 min。

冷卻：冷卻后得到馬鈴薯酒成品。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

料液比對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的影響：向不同的料液比為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9（g∶mL）的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復(fù)合酒曲，在發(fā)酵溫度為31 ℃條件下發(fā)酵48 h，通過感官評(píng)價(jià)來篩選最佳的料液比[15]。

復(fù)合酒曲比例對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中，加入白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲比例分別為1∶1∶0、1∶0∶1、0∶1∶1、1∶1∶1、1∶1∶2、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶2∶2、2∶2∶1、2∶1∶2[16]進(jìn)行混合酒曲發(fā)酵，將混合后的酒曲作為發(fā)酵的菌種，在酒曲添加量為0.5%，發(fā)酵溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間48 h時(shí)，通過感官評(píng)價(jià)來篩選出最佳三組混合比例來進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化的試驗(yàn)參數(shù)。

復(fù)合酒曲添加量對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中分別加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例為復(fù)合酒曲（白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲），密封后放置于培養(yǎng)箱，設(shè)置發(fā)酵溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間48 h，發(fā)酵結(jié)束后通過感官評(píng)價(jià)來選擇最適的酒曲添加量。

復(fù)合酒曲發(fā)酵溫度對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復(fù)合酒曲，分別放入溫度為22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h，發(fā)酵結(jié)束后感官評(píng)價(jià)來選擇最適的發(fā)酵溫度。

復(fù)合酒曲發(fā)酵時(shí)間對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復(fù)合酒曲，放入溫度為31 ℃的培養(yǎng)箱中分別發(fā)酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，發(fā)酵結(jié)束后進(jìn)行感官評(píng)分來選擇最適的發(fā)酵時(shí)間。

1.3.3 馬鈴薯酒的響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以復(fù)合酒曲比例（A）、復(fù)合酒曲添加量（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）、發(fā)酵溫度（D）為影響因素，感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，利用Design Expert 8.06軟件，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1。

表1 馬鈴薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for optimization of fermentation technology of potato wine

1.3.4 馬鈴薯酒的感官評(píng)價(jià)及標(biāo)準(zhǔn)

請(qǐng)專業(yè)的感官評(píng)分專家10人對(duì)馬鈴薯酒進(jìn)行感官評(píng)分，根據(jù)文獻(xiàn)[17]評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，專家分別對(duì)馬鈴薯酒的外觀形狀、色澤進(jìn)行評(píng)分后匯總，取其平均值，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 馬鈴薯酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of potato wine

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 料液比對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響

圖1 不同料液比對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of different ratio of material to liquid on sensory quality of potato wine

由圖1可知，隨料液比的變化感官評(píng)分先增大后減小，在料液比為1∶5（g∶mL）時(shí)分?jǐn)?shù)最高為92分，在此比例時(shí)漿液的流動(dòng)性較好，可溶性固形物含量適中，有利于淀粉酶的水解，料液比為馬鈴薯的質(zhì)量與水的體積之比。料液比值過高，漿液黏稠，雖可溶性固形物高，但水解不完全，水解后的還原糖含量較低。料液比值過低，漿液稀疏，水解完全，但可溶性固形物低，導(dǎo)致酒精度低。故馬鈴薯漿液的最佳料液比為1∶5（g∶mL）。

2.1.2 復(fù)合酒曲比例馬鈴薯酒的感官品質(zhì)的影響

圖2 不同比例的復(fù)合酒曲對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of different proportions of compound Jiuqu on sensory quality of potato wine

為綜合米酒酒曲、白酒酒曲、黃酒酒曲在風(fēng)味上的優(yōu)點(diǎn)以及彌補(bǔ)單一酒曲發(fā)酵在風(fēng)味上的不足，本試驗(yàn)采用復(fù)合酒曲進(jìn)行配比，來提高馬鈴薯發(fā)酵酒的感官品質(zhì)。由圖2可知，當(dāng)復(fù)合酒曲白∶黃∶米比例為1∶2∶2、1∶2∶1、2∶1∶1時(shí)，感官評(píng)分較高，分別為92分、90分、90分。故選取米酒酒曲、白酒酒曲、黃酒酒曲最佳比例為1∶2∶2。

2.1.3 復(fù)合酒曲添加量對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響

圖3 復(fù)合酒曲添加量對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of compound Jiuqu addition on sensory quality of potato wine

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中分別加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例為白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲1∶2∶2的復(fù)合酒曲，密封后放置于培養(yǎng)箱，設(shè)置發(fā)酵溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間48 h，結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨復(fù)合酒曲添加量的增大感官評(píng)分先增大后減小，當(dāng)復(fù)合酒曲添加量為0.5%時(shí)感官評(píng)分較高，為90分；可能是因?yàn)檫^多的酒曲添加過量會(huì)使酒體苦澀[18]，產(chǎn)生難聞的氣味。而過少的酒曲添加量達(dá)不到預(yù)期的發(fā)酵效果和品質(zhì)。故選取復(fù)合酒曲最適添加量為0.5%。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of potato wine

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲比例為1∶2∶2的0.5%的復(fù)合酒曲，放入溫度為31 ℃的培養(yǎng)箱中分別發(fā)酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，結(jié)果見圖4。由圖4可知，感官評(píng)分隨發(fā)酵時(shí)間在12～72 h范圍變化先增加后減小，發(fā)酵時(shí)間過短，酒的風(fēng)味不夠濃郁，口感不夠醇正；而發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)令酒體產(chǎn)生酸澀味或苦澀味[19]。故馬鈴薯酒最佳發(fā)酵時(shí)間為48 h。

2.1.5 發(fā)酵溫度對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復(fù)合酒曲，分別放入溫度為22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h，結(jié)果見圖5。由圖5可知，隨發(fā)酵溫度的升高感官評(píng)分先增大后減小，在31 ℃時(shí)感官評(píng)分最高可達(dá)89分。溫度過高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯發(fā)酵酒酒體的酸敗，產(chǎn)生異味。溫度過低時(shí)，微生物的生長(zhǎng)代謝慢，產(chǎn)生酒精的能力就會(huì)下降，口味平淡[9]。故馬鈴薯酒的最佳發(fā)酵溫度為31 ℃。

圖5 發(fā)酵溫度對(duì)馬鈴薯酒感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of potato wine

2.2 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以復(fù)合酒曲比例（A）、復(fù)合酒曲添加量（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）、發(fā)酵溫度（D）為影響因素，感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，利用Design Expert 8.06軟件，進(jìn)行響應(yīng)面的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。

表3 馬鈴薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiments for potato wine fermentation technology optimization

續(xù)表

將表3所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到二次回歸方程：

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，F(xiàn)值的大小可以判斷出影響感官評(píng)分中發(fā)酵時(shí)間的影響最大，發(fā)酵溫度對(duì)其影響次之，復(fù)合酒曲比例和復(fù)合酒曲添加量對(duì)結(jié)果影響的最小。模型達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），表明模型構(gòu)建較成功。失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），表明回歸方程擬合效果較好。決定系數(shù)R2=0.947 0，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.893 9，說明該模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值具有較好的擬合性，因此可以用此模型對(duì)馬鈴薯發(fā)酵酒的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè)[20]。

2.3 響應(yīng)面曲面圖分析

根據(jù)回歸方程利用Design Expert 8.06軟件，各因素兩兩交互作用響應(yīng)面及等高線見圖6。

圖6 各因素交互作用對(duì)馬鈴薯酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線Fig.6 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between various factors on sensory evaluation score of potato wine

由圖6可知，隨著各因素水平的增大，響應(yīng)值先增大后減小。交互項(xiàng)AB、AC、AD、BC、BD、CD響應(yīng)面的坡度較緩，說明對(duì)馬鈴薯酒的感官評(píng)分影響不顯著，A、B、C、D對(duì)感官評(píng)分均呈拋物線趨勢(shì)影響，說明這4個(gè)因素所在選取的試驗(yàn)范圍內(nèi)，響應(yīng)值均存在最大值。故通過響應(yīng)面優(yōu)化分析得到馬鈴薯酒的最佳工藝條件為復(fù)合酒曲為白酒曲∶黃酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，復(fù)合酒曲添加量為0.5%，發(fā)酵時(shí)間為48.7 h，發(fā)酵溫度為31.04 ℃，此時(shí)制作的馬鈴薯酒的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為93分。綜合考慮實(shí)際可操作性，將復(fù)合酒曲比例設(shè)定為白∶黃∶米是1∶2∶2，復(fù)合酒曲添加量設(shè)定為0.5%，發(fā)酵時(shí)間為49 h，發(fā)酵溫度為31 ℃，在此條件下進(jìn)行試驗(yàn)，得到感官評(píng)分實(shí)際值為94分，與模型的預(yù)測(cè)值吻合程度較高，說明了本試驗(yàn)所獲得的回歸模型方程具有良好的可靠性和實(shí)用性。3 結(jié)論

研究先采用單因素試驗(yàn)方法，分別考察了復(fù)合酒曲比例、復(fù)合酒曲添加量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響，運(yùn)用4因素3水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)果表明，馬鈴薯酒的最佳加工工藝條件為復(fù)合酒曲為白酒曲∶黃酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，復(fù)合酒曲添加量0.5%，發(fā)酵時(shí)間49 h，發(fā)酵溫度31 ℃。在此優(yōu)化工藝條件下，感官評(píng)分達(dá)到最高分94分。