豆薯蘋果酒的原料配比與發(fā)酵條件優(yōu)化研究

張華玲，黃瀟漪 ，劉芯韻，涂 文，王海英，劉 緒，張 磊，蒲亞琴

（1.成都師范學院，四川成都611130； 2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川自貢643000； 3.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設計院有限公司，四川成都611130； 4.四川國檢檢測有限責任公司，四川瀘州646000）

豆薯是豆科豆薯屬植物，又名涼薯、地瓜、沙葛、土瓜等[1]。豆薯塊根中含有較高淀粉、糖分、蛋白質、氨基酸、多聚糖、類黃酮和維生素C等成分，以及人體所必需的鈣、鐵、鋅、銅、磷等多種元素，且豆薯具有低脂肪，無膽固醇等特點[2-5]，能夠幫助人們提高身體免疫力，緩解酒精中毒等。我國的豆薯市場主要以鮮銷為主，價格低廉，效益差，并未建立起有效的豆薯加工鏈，市場上能見的豆薯加工產品僅有豆薯飲品、豆薯果脯與豆薯淀粉等初級加工品，未能充分挖掘豆薯的價值。豆薯塊根肉質雪白、脆嫩、清甜多汁[5]，是一種較好的果酒發(fā)酵原料。

蘋果為薔薇科蘋果亞科蘋果屬植物，果肉營養(yǎng)成分極為豐富，包含人體所需的17種氨基酸[6]、多種維生素和鋅、鈣、磷等多種微量元素。我國是世界上蘋果產量最多的國家，但加工產品較少，加工量不到產量的10%，而發(fā)達國家加工率高，如美國已達到45%。蘋果酒是極具發(fā)展?jié)摿Φ木祁悾谟?、法國、德國、西班牙、比利時、瑞典等國產量較大，在我國還有較大的開發(fā)潛力。

目前對豆薯蘋果酒的研究鮮有報道，本試驗選取蘋果豆薯為原料，對蘋果與豆薯的原料配比、酵母接入量、初始pH值、發(fā)酵溫度等因素進行試驗，以感官評分作為響應值對其發(fā)酵條件進行優(yōu)化，為豆薯蘋果酒的釀造提供參考，同時滿足市場對綠色健康產品的需求。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：豆薯、蘋果，市售。

酵母及耗材：果酒酵母，湖北安琪酵母股份有限公司；檸檬酸，天津市科密歐化學試劑有限公司；蔗糖，成都金山化學試劑有限公司；果膠酶，上海瑞永生物科技有限公司。

儀器設備：HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；SJ-CJ-1F超凈工作臺，蘇州蘇潔凈化設備有限公司；RHB手持折光儀，宏達光學儀器廠；PHS-3C pH計，上海精密科學儀器有限公司；SPX-250BIII生化培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

豆薯：原材料挑選→清洗→熱燙→冷卻→去皮、切分→打漿→酶解→過濾。

蘋果：原料→去皮、切分→打漿→酶解→過濾。

蘋果與豆薯不同比例混合：糖酸調整→高溫滅菌→接種發(fā)酵→成品。

1.2.2 技術要點

熱燙：放入沸水中處理2～3 min，以防止褐變、提高原汁的透明度和出汁率。

酶解：在豆薯汁和蘋果汁中分別加入果膠酶(100 mg/L)，于45℃的恒溫水浴鍋中酶解90 min。酶解后經過濾，得到蘋果與豆薯澄清原汁。

糖酸調整：添加蔗糖使豆薯蘋果混合汁糖度到22°Bx左右，用檸檬酸調節(jié)初始pH3.9左右[7-10]。

高溫滅菌：高溫滅除豆薯、蘋果混合液中的活菌。

接種：在豆薯、蘋果混合汁中接入一定量的果酒專用活化酵母。

恒溫發(fā)酵：將豆薯蘋果混合液放入24℃的恒溫培養(yǎng)箱，有氧發(fā)酵2 d，無氧發(fā)酵7 d[11]。

1.2.3 感官評價標準

對豆薯蘋果酒進行感官評價，具體的感官評價標準見表1。

表1 感官評價標準

1.2.4 發(fā)酵原料用料配比的確定

設置蘋果汁與豆薯汁體積比為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，溫度24 ℃，酵母接入量0.05%，pH4.0，共5個批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進行感官評價。

1.2.5 pH值對發(fā)酵的影響

設置發(fā)酵初始pH值為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，發(fā)酵原料比為1∶1，酵母接入量為0.05%，發(fā)酵溫度為24℃，共5個批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進行感官評價。

1.2.6 發(fā)酵菌種接入量對發(fā)酵的影響

菌種接入量設置為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%，發(fā)酵原料配比為1∶1，溫度設置為24℃，pH4.0，共5個批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進行感官評價。

1.2.7 響應面設計

根據單因素試驗結果，采用3因素3水平的響應面設計方法進行試驗，以感官評分為響應值，優(yōu)化豆薯酒發(fā)酵方案，所選因素及水平如表2。

表2 響應面試驗設計因素水平

選取蘋豆比、pH值、酵母接入量為自變量，以感官評分為響應值，建立各因素的回歸方程及模型，并進行響應面分析法優(yōu)化。

2 結果與分析

2.1 不同用配比對豆薯蘋果酒的影響（圖1）

由圖1可知，隨著蘋果與豆薯中豆薯用料比值升高，感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在蘋果與豆薯用料比為2∶1時，酒體香氣最為突出，色澤透亮，呈亮黃色，感官評分為21。而隨著蘋果與豆薯原料比的繼續(xù)增加，感官評分開始降低。

圖1 蘋果、豆薯的用料比對豆薯蘋果酒的感官評分的影響

2.2 不同發(fā)酵pH值對豆薯蘋果酒的影響（圖2）

由圖2可知，隨著pH值的升高，感官評分整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢；當pH值較低時，有一定異味，酒體色澤較暗淡，偏黃色。當pH4.0時，酒體香較好，色澤較透亮，感官評分最高。

圖2 發(fā)酵pH值對豆薯蘋果酒的感官評價的影響

2.3 不同酵母接入量對豆薯蘋果酒的影響（圖3）

由圖3可知，隨著接入量的增加，感官評分呈現(xiàn)先增加后降低又增加的趨勢。當酵母接入量為0.03%時，蘋果豆薯營養(yǎng)酒的感官評分最高。接入量較低時，酒體香氣不突出，色澤較暗淡，偏黃色；較高時，酒體滋味寡淡。

圖3 酵母接入量對豆薯蘋果酒的感官評價的影響

2.4 響應面結果

根據響應面設計方法進行試驗后，得到的結果見表3。

表3 響應面結果

2.5 回歸模型建立與分析

2.5.1 回歸模型

根據表3中實驗結果進行多元回歸方程擬合，以感官評分為響應值建立數(shù)學回歸模型：

Y=+15.70+2.09*A-1.22*B+0.12*C-0.13*A*B-0.062*A*C+0.19*B*C+3.09*A2-0.41*B2+0.15*C2

2.5.2 回歸分析

從表4可以看出，該回歸模型極顯著（P＜0.01），并且該模型的相關系數(shù)R2=0.9734，說明了有97%以上的數(shù)據可以用該模型來反映響應值的變化，而且失擬項F=2.14，P=0.2380＞0.05，失擬項不顯著，說明該方程對試驗的擬合較好，試驗有較高的可信度。因此可用該模型方程來很好的模擬實際試驗，對試驗結果進行分析和預測?；貧w模型一次項中A、B極顯著，C不顯著，二次項中AB、AC、BC不顯著，方項A2極顯著，B2、C2不顯著，從F值及P值均可以看出，影響蘋果豆薯酒發(fā)酵后感官評分的主要效應主次順序為：A＞B＞C，即蘋豆比＞pH值＞酵母接入量。

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗表

2.6 交互作用分析

2.6.1 蘋豆比與pH值對感官評分的影響

由圖4可知，隨著發(fā)酵原料中蘋豆比值與pH值的增加，感官評分先降低后升高，且響應面的坡度呈先下坡再上坡，說明蘋果、豆薯的用料比與pH值對感官評分的交互影響先減小后增大。與pH值方向比較，蘋豆比響應面曲線較陡，蘋豆比等高線密度高于沿pH值移動的密度，說明蘋豆比對發(fā)酵所得酒的感官評分的影響較pH值更顯著。

圖4 蘋豆比和pH值的交互作用對豆薯蘋果酒感官評分影響的響應面圖

2.6.2 蘋豆比與酵母接入量對感官評分的影響

由圖5可以直觀的看出，隨著發(fā)酵原料中豆薯比值與酵母接入量的增加，感官評分先降低后升高，且響應面的坡度呈先下坡再上坡，說明蘋果、豆薯的用料比與酵母接入量對感官評分的交互影響先減小后增大。與酵母接入量方向比較，蘋豆比響應面曲線較陡，蘋豆比等高線密度高于沿酵母接入量移動的密度，說明蘋豆比對發(fā)酵所得酒的感官評分的影響較酵母接入量更顯著。

圖5 蘋豆比和酵母接入量的交互作用對豆薯蘋果酒感官評分影響的響應面圖

2.6.3 酵母接入量與pH值對感官評分的影響

由圖6可以直觀的看出，酵母菌接入量與pH值交互作用的3D圖坡度較緩，說明酵母菌接入量與pH值的交互作用對豆薯蘋果酒的感官評分的影響不明顯。隨著酵母菌接入量與pH值的增加，感官評分逐漸降低，且響應面的坡度為下坡，說明酵母菌接入量與pH值對感官評分的交互影響逐漸減小。與酵母接入量方向比較，pH值效應面曲線較陡，pH值等高線密度高于沿酵母接入量移動的密度，說明pH值對發(fā)酵所得酒的感官評分的影響較酵母接入量更顯著。

圖6 酵母接入量和pH值的交互作用對豆薯蘋果酒感官評分影響的響應面圖

2.7 響應面軟件分析結果

根據Design-Expert軟件分析，綜合感官評分的響應值，在發(fā)酵溫度為24℃，發(fā)酵時間為9 d的條件下，得到豆薯蘋果酒發(fā)酵的最佳工藝為：蘋果汁∶豆薯汁=2∶1，發(fā)酵 pH4.0，酵母接入量為0.01%。此時，感官評分為22分。

2.8 驗證試驗

為了驗證響應面的可靠性，以響應面分析得到的最佳發(fā)酵條件，做了3組豆薯蘋果酒，測得平均感官評分為21，與模型預測值22相接近，可見模型能較好地預測實際豆薯蘋果酒感官評分的情況，適用于確定豆薯蘋果酒的發(fā)酵條件。因此，基于響應面優(yōu)化得到的豆薯蘋果酒發(fā)酵條件參數(shù)較為可靠。

3 結論與展望

根據單因素試驗和Design-Expert響應面優(yōu)化試驗，得到豆薯蘋果酒發(fā)酵條件為：蘋果汁∶豆薯汁=2∶1，發(fā)酵pH4.0，酵母接入量為0.01%，發(fā)酵溫度為24℃，發(fā)酵時間為9 d。在此優(yōu)化條件下所得果酒平均感官評分為21，且光澤度較好、酒體澄清透亮、兼具蘋果與豆薯的芳香、酸甜適口、口感醇厚，為豆薯蘋果酒的釀造提供參考。

在傳統(tǒng)的果酒釀造中，國內外大多以葡萄和蘋果等傳統(tǒng)水果為原料，對豆薯這樣果蔬兩用的研究較少，蘋果和豆薯的結合更是未見報道。然而隨著時代的發(fā)展，單一原料的產品越來越不能滿足多元化消費需求。因此，以混合水果、混合蔬菜、水果與蔬菜混合搭配為原材料進行新品開發(fā)是一種發(fā)展趨勢。本研究主要采用果酒工藝釀造蘋果豆薯酒，沒有采用傳統(tǒng)的薯類發(fā)酵酒的工藝，然而到底采用果酒工藝，薯類發(fā)酵酒工藝，還是結合兩種工藝特點的創(chuàng)新工藝更適合果蔬酒的開發(fā)還有待深入研究。本文在研究原料配比時，當豆薯占比較高時，酒體酒香氣不佳，較混濁，偏白色，酒精度較低，可能原因是采用偏果酒工藝，而豆薯中的淀粉類物質未能轉化完全所致。因此對于以蘋果豆薯酒為代表的果蔬酒的研究還有大量的環(huán)節(jié)需要進一步完善。