正交試驗(yàn)法優(yōu)化紅薯酒發(fā)酵工藝

陸雨芳，張華敏，吳慧琳，陳雪英，馮紹彪，李剛鳳

銅仁學(xué)院（銅仁 554300）

紅薯又名甘薯、地瓜。紅薯富含維生素、蛋白質(zhì)、淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素，以及鉀、鐵、鈣等10余種微量元素，有“長(zhǎng)壽食品”之稱，具有抗癌、保護(hù)心臟、預(yù)防肺氣腫和糖尿病、減肥等功效[1-3]。紅薯中豐富的膳食纖維可刺激腸道蠕動(dòng)，具有通便排毒的作用[4]，同時(shí)紅薯中脫氫表雄酮具有抑制乳腺癌和結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展的功效[5]。我國(guó)紅薯資源豐富，但紅薯加工產(chǎn)品單一，開(kāi)發(fā)利用水平較低[6]。紅薯的主要產(chǎn)品有紅薯干、紅薯蛋白質(zhì)粉、紅薯黃酒等[7-8]。紅薯可被用作飲料和食物原料，制作粉條、休閑零食、紅薯饅頭等，還可開(kāi)發(fā)紅薯葡萄酒和紅薯啤酒等[9]。

紅薯酒是經(jīng)蒸料、拌曲發(fā)酵、拌糠、過(guò)濾、蒸餾、殺菌而成，其口味醇香，鮮甜爽口，含豐富的維生素、低聚糖、氨基酸、礦物質(zhì)微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)酒度較低，兼顧營(yíng)養(yǎng)及一定的功能性，這為紅薯酒在市場(chǎng)的發(fā)展提供良好的前景。

試驗(yàn)以新鮮紅薯為原料，在液化糖化的基礎(chǔ)上，利用酵母的活性發(fā)酵沉淀，再經(jīng)過(guò)濾除雜后靜置，獲得發(fā)酵成熟的紅薯酒。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵時(shí)間、初始糖度、發(fā)酵溫度及酵母添加量對(duì)紅薯酒酒精度及感官品質(zhì)的影響，以期為紅薯酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供工藝參數(shù)和理論依據(jù)。優(yōu)化條件下制得的紅薯酒，既有紅薯的清甜又具發(fā)酵的醇香，加工過(guò)程對(duì)原料的損失少，更好地保留了紅薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及風(fēng)味物質(zhì)，豐富紅薯類產(chǎn)品，為紅薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論保障。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅薯、白砂糖（市售）；檸檬酸（濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司）；糖化酶、α-淀粉酶（湖南新鴻鷹生物有限公司）；安琪專用高活性酵母（安琪酵母股份有限公司）。

CP1502C電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；DFD-700電熱恒溫水浴鍋（常州智博瑞儀器制造有限公司）；GNP-9160隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱（常州普天儀器制造有限公司）；0-32%糖度計(jì)（上海淋譽(yù)貿(mào)易有限公司）；0-50度酒精計(jì)（武強(qiáng)縣億達(dá)儀表廠）；COSUA/超帥高速打漿機(jī)（常州智博瑞儀器制造有限公司）；WK2102T電磁爐（美的集團(tuán)股份有限公司）。

1.2 工藝流程

紅薯→去皮切條→蒸煮→打漿→酸度調(diào)節(jié)→液化糖化→調(diào)糖度→接種→發(fā)酵7 d→過(guò)濾→殺菌→冷處理→紅薯酒

1.3 操作要點(diǎn)

紅薯漿：將紅薯切2～3 cm長(zhǎng)條，蒸汽滅酶30 min，冷卻，以料水比1∶3（g/mL）打漿，得紅薯漿，備用。

酵母活化：稱取5 g白砂糖溶于85 mL的沸水，冷卻至38～40 ℃，加入10 g活性干酵母，密封，搖勻。

主發(fā)酵：量取250 mL紅薯漿，檸檬酸調(diào)pH至5.5，加0.27%α-淀粉酶、0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，攪拌均勻，用保鮮膜密封，白砂糖調(diào)糖度22°、pH 4.5，加3.2%活化酵母，搖勻，于26 ℃恒溫發(fā)酵7 d[10-11]。

滅菌及后發(fā)酵：發(fā)酵液于85 ℃滅菌30 min，冷卻，置于6 ℃冰箱發(fā)酵4 d，制得紅薯酒。

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 主發(fā)酵時(shí)間的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，調(diào)節(jié)糖添加量22%，調(diào)節(jié)pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃分別發(fā)酵5，6，7，8和9 d，滅菌，后發(fā)酵。

1.4.2 糖添加量的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，冷卻，分別調(diào)節(jié)糖添加量18%，20%，22%，24%和26%，調(diào)節(jié)pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃發(fā)酵7 d，滅菌，后發(fā)酵。

1.4.3 主發(fā)酵溫度的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min搖勻，冷卻調(diào)節(jié)糖添加量22%，調(diào)節(jié)pH 4.5，加3.2%酵母，分別于24，26，28，30和32 ℃發(fā)酵7 d，滅菌，后發(fā)酵。

1.4.4 酵母添加量的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，冷卻，調(diào)節(jié)糖添加量22%，調(diào)節(jié)pH 4.5，分別添加2.4%，3.2%，4%，4.8%和5.5%酵母，于26 ℃發(fā)酵7 d，滅菌，后發(fā)酵。

1.4.5 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

在單因素的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)酵時(shí)間（A）、初始糖度（B）、主發(fā)酵溫度（C）、酵母接種量（D）進(jìn)行正交優(yōu)化，以酒精度為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，感官評(píng)價(jià)為次要評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，確定正交優(yōu)化條件下紅薯酒發(fā)酵的優(yōu)化工藝條件，因素水平如表1所示。

表1 紅薯酒正交優(yōu)化試驗(yàn)因素水平表

1.5 酒精度的測(cè)定[12]

將紅薯酒倒入100 mL量筒中，酒精計(jì)緩慢放入液體中，使酒精計(jì)懸浮，穩(wěn)定1～3 min；酒精計(jì)讀數(shù)即為酒精度含量。

1.6 感官評(píng)價(jià)

挑選5名男生和5名女生（食品科學(xué)與工程專業(yè)）組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)紅薯酒就色澤、滋味、香氣、透明度、沉淀物、懸浮物進(jìn)行感官綜合評(píng)分，采用100分制，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[13-14]。

表2 紅薯酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010及SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并用Origin 8.5進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵時(shí)間的確定

發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯酒的影響見(jiàn)圖1。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為5 d時(shí)，酒精度達(dá)到為8%vol，但沉淀過(guò)多，上清液渾濁，影響酒的品質(zhì)，感官評(píng)分較低。發(fā)酵至8～9 d時(shí)，由于發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)，糖度逐漸下降，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗過(guò)多，酵母生長(zhǎng)達(dá)到衰亡期，酵母活性受抑制，酒精度減小。發(fā)酵7 d時(shí)，酒精度達(dá)到最高（9%vol），紅薯酒無(wú)渾濁，透明，香味醇正。潘年龍等[15]、楊雅利等[16]優(yōu)化紫薯酒發(fā)酵工藝，其發(fā)酵時(shí)間均為7 d。綜合分析，選擇紅薯酒發(fā)酵時(shí)間6，7和8 d作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。

圖1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯酒的酒精度及感官品質(zhì)的影響

2.2 糖添加量的確定

糖添加量對(duì)紅薯酒的影響見(jiàn)圖2。當(dāng)糖添加量為18%時(shí)，紅薯漿產(chǎn)生酒精。當(dāng)糖添加量為24%和26%時(shí)，濃度差增大，部分酵母無(wú)法生存，導(dǎo)致酵母死亡，無(wú)法產(chǎn)生酒精。當(dāng)糖添加量為22%時(shí)，酒精度達(dá)到最高，通過(guò)感官評(píng)價(jià)可知，此時(shí)紅薯酒無(wú)酸味，大部分糖被利用，殘?zhí)锹屎艿?。故選擇糖添加量18%，20%和22%作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。

圖2 糖添加量對(duì)紅薯酒的酒精度及感官品質(zhì)的影響

2.3 發(fā)酵溫度的確定

發(fā)酵溫度對(duì)紅薯酒的影響見(jiàn)圖3。發(fā)酵溫度過(guò)低或過(guò)高均不適合紅薯制備液的發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)低時(shí)，酵母存活率下降，酵母的發(fā)酵速度慢；當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)高時(shí)，酵母的發(fā)酵速度過(guò)快，酵母存活率下降，容易產(chǎn)生酸菌繁殖，導(dǎo)致產(chǎn)品的品質(zhì)下降。當(dāng)溫度為26 ℃時(shí)，酒精度最高，為9.5%vol。綜合分析，選擇發(fā)酵溫度26，28和30 ℃作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)紅薯酒酒精度及感官品質(zhì)的影響

2.4 酵母添加量對(duì)紅薯酒品質(zhì)的影響

酵母添加量對(duì)紅薯酒的影響見(jiàn)圖4。當(dāng)酵母添加量小于3.2%時(shí)，紅薯漿中糖分不能被完全轉(zhuǎn)化為酒精，酒精度較低；隨著酵母量的增多，酒精度逐漸升高，當(dāng)酵母添加量為4%時(shí)，酒精度達(dá)到最高，為8%vol；當(dāng)酵母添加量大于4%時(shí)，糖濃度過(guò)高，過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在菌體的生長(zhǎng)繁殖起主要作用，被用于酒精的生成上較少，酵母增多吸收更多的糖，導(dǎo)致糖度逐漸降低，只夠酵母存活，無(wú)法產(chǎn)生酒精，從而導(dǎo)致酒精度下降[17]。酵母添加量在3.2%～4.8%之間存在頂點(diǎn)值。綜合分析，選擇酵母添加量3.2%，4.0%和4.8%作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。

圖4 酵母添加量對(duì)紅薯酒酒精度及感官品質(zhì)的影響

2.5 正交優(yōu)化紅薯酒工藝條件結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表3。發(fā)酵時(shí)間、糖度、發(fā)酵溫度、酵母添加量對(duì)紅薯酒的發(fā)酵具有不同的影響，影響程度為D＞B＞A＞C，即酵母添加量影響最大，其次是糖的添加量和發(fā)酵時(shí)間，影響最小的是發(fā)酵溫度；最佳工藝配方為A3B3C1D1，即酵母添加量為3.2%，糖添加量為22%，發(fā)酵時(shí)間為8 d，發(fā)酵溫度為26 ℃。

表3 正交優(yōu)化結(jié)果分析

2.6 驗(yàn)證性試驗(yàn)

為驗(yàn)證紅薯發(fā)酵酒感官品質(zhì)的穩(wěn)定性，按最佳加工工藝條件A3B3C1D1，即酵母接種量為3.2%，糖添加量為22%，于26 ℃發(fā)酵8 d，制得紅薯酒，并對(duì)紅薯酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，測(cè)試酒精度，試驗(yàn)重復(fù)6次。由表4可知，在該工藝條件下，紅薯酒的酒精度為7.02%vol，其感官綜合評(píng)分68分，在此條件下紅薯酒的穩(wěn)定性好，具有較好的可操作性。

表4 紅薯酒的工藝優(yōu)化穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)正交優(yōu)化試驗(yàn)得到紅薯酒最佳工藝參數(shù)：料水比（紅薯-水）1∶3（g/mL），糖添加量22%，酵母接種量3.2%，發(fā)酵溫度26 ℃，發(fā)酵時(shí)間8 d。在此工藝條件下，制得的紅薯酒酒精度為7.02%vol，感官綜合評(píng)分為68分，紅薯酒口味醇正，色澤均勻呈微黃，紅薯香味，甜度適中，口感細(xì)膩。不僅保留了米酒獨(dú)特的風(fēng)味，而且增加了紅薯的香甜，適合多類人群食用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

紅薯“長(zhǎng)壽食品”的美名，說(shuō)明其不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，還具有多種食療保健作用，現(xiàn)階段我國(guó)紅薯的開(kāi)發(fā)利用主要集中于其高淀粉的利用，其深加工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)較單一，因此，對(duì)紅薯類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有廣闊的生產(chǎn)前景。紅薯酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化可為后期提高紅薯酒綜合品質(zhì)提供重要參考，對(duì)開(kāi)發(fā)復(fù)合型紅薯酒及復(fù)合型紅薯產(chǎn)品具有重要意義。該試驗(yàn)可為紅薯酒在營(yíng)養(yǎng)保健功能方面的研究奠定基礎(chǔ)，也可為紅薯酒開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)。