利用響應(yīng)面法優(yōu)化枸杞醋的工藝研究

畢 靜，鄭 萍

江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (南京 211168)

枸杞，屬茄科、枸杞屬植物，百姓日常食用和藥用的枸杞多為寧夏枸杞(以下均稱為枸杞)的果實，枸杞也是唯一載入《2010年版中國藥典》的品種。枸杞中的成分比較復(fù)雜，主要包括蛋白質(zhì)、氨基酸、微量元素、糖類、脂肪、脂肪酸、甾醇類、維生素、色素類和生物堿類等。蛋白質(zhì)和氨基酸是枸杞中的重要含氮物質(zhì)，100 g枸杞果中含粗蛋白4.49 g，枸杞子中氨基酸含量因種類和生長環(huán)境不同而有所差異。枸杞中不含淀粉，卻含有豐富的糖類，約占總重量的39.50%，其中果糖為7.49%，葡萄糖為5.73%，蔗糖為5.60%，木糖為0.43%。枸杞的果實、根皮、葉中均含有甜菜堿，甜菜堿是一種堿性物質(zhì)，具有強烈的吸濕性能，極易溶于水，味甜，有抗腫瘤、降血壓、抗消化性潰瘍及胃腸功能障礙，也可治療肝臟疾病[1]。枸杞為灌木，或因人工整枝而成大灌木，花果期較長，一般從5月～10月邊開花邊結(jié)果，采摘果實時成熟一批采摘一批。因枸杞營養(yǎng)成分較高，極易吸濕而受潮、發(fā)霉和變色，這些限制了枸杞的開發(fā)利用[2]。

食醋是利用淀粉、糖或酒精經(jīng)微生物發(fā)酵釀制而成的一種液體酸性調(diào)味品，我國是世界上釀醋最早的國家之一。食醋由于采用的原料和生產(chǎn)工藝不同，因此所生產(chǎn)出的食醋風(fēng)味也各不相同[3]。隨著我國社會的進步和消費水平的提升，對各種風(fēng)味食醋的需求不斷加大，本實驗通過響應(yīng)面法研究了枸杞醋酒精發(fā)酵階段生產(chǎn)工藝，得出枸杞醋酒精發(fā)酵階段的最佳工藝條件，以達到提高枸杞生產(chǎn)率的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

糯米、夫皮和大糠，鎮(zhèn)江市市場所售；枸杞，產(chǎn)地寧夏；果膠酶(50 000 U/g)，江蘇博立公司。

1.2 試驗設(shè)備

鎮(zhèn)江香醋制醋設(shè)備，自制。

1.3 試驗方法

1.3.1枸杞醋生產(chǎn)工藝

枸杞加水、果膠酶后勻漿[4]，糯米粉碎糖化，將兩者按比例混合后，按鎮(zhèn)江香醋生產(chǎn)工藝進行酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，再經(jīng)封醅、淋醋，將淋出的醋液檢驗后勾兌即得枸杞醋，成品枸杞醋醋酸含量≥5 g/100 mL[5]。

枸杞醋的質(zhì)量和產(chǎn)量取決于生產(chǎn)工藝中的酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵質(zhì)量，酒精發(fā)酵的質(zhì)量是決定枸杞醋產(chǎn)量的主要環(huán)節(jié)，醋酸發(fā)酵是枸杞醋風(fēng)味成形的重要階段[6]。本試驗主要研究枸杞醋的酒精發(fā)酵工藝,選擇酵母接種量、酒精發(fā)酵溫度和酒精發(fā)酵時間3個因素,以酒醅酒精度(%vol)作為試驗方案考核指標，利用響應(yīng)面法優(yōu)化枸杞醋酒精發(fā)酵階段的最佳工藝條件[7]。

1.3.2.1 酵母接種量對酒醅酒精度的影響

在酒精發(fā)酵階段，選擇酵母接種量分別為4%、6%、8%、10%和12%，酒精發(fā)酵溫度30 ℃，酒精發(fā)酵時間72 h，然后對酒醅酒精度進行測定，研究酵母接種量對酒醅酒精度的影響，以確定響應(yīng)面試驗時酵母接種量的低值和高值。

1.3.2.2 酒精發(fā)酵溫度對酒醅酒精度的影響

在酒精發(fā)酵階段，選擇酒精發(fā)酵溫度分別為26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃和34 ℃，酵母接種量10%，酒精發(fā)酵時間72 h，然后對酒醅酒精度進行測定，研究酒精發(fā)酵溫度對酒醅酒精度的影響，以確定響應(yīng)面試驗時酒精發(fā)酵溫度的低值和高值。

1.3.2.3 酒精發(fā)酵時間對酒醅酒精度的影響

在酒精發(fā)酵階段，選擇單因素酒精發(fā)酵時間分別為66 h、72 h、78 h、84 h和90 h，酵母接種量10%，酒精發(fā)酵溫度30 ℃，然后對酒醅酒精度進行測定，研究酒精發(fā)酵時間對酒醅酒精度的影響，以確定響應(yīng)面試驗時酒精發(fā)酵時間的低值和高值。

1.3.3利用響應(yīng)面法優(yōu)化試驗

藝術(shù)教育之所以被重視又很好的實施，我們在實踐中也漸漸體會到藝術(shù)教育形式的生動性，我們要圍繞藝術(shù)教育學(xué)的目標，教育者實現(xiàn)藝術(shù)教育學(xué)的效果，讓學(xué)生去理解美，培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)理念，作為教育者不僅僅是專業(yè)技能的提高，教育能力方法和指導(dǎo)也要同步提升，同時我們也深刻的明白不僅要有完備的專業(yè)技能水平，更要有更豐富的學(xué)科知識，才能更好的教孩子們進行學(xué)習(xí)；在此同時，藝術(shù)教育學(xué)引領(lǐng)我們豐富了上課的內(nèi)容，為學(xué)生提供藝術(shù)創(chuàng)作活動；既能豐富學(xué)生的動手合作能力，又能讓學(xué)生深刻體會到藝術(shù)存在于生活之中，在學(xué)習(xí)藝術(shù)知識的領(lǐng)域下更加理解教育的力量。

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，設(shè)計Bok-Behnken試驗，響應(yīng)面試驗因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平

1.3.4測定方法

酒精度的測定，按GB 5009.225—2016中第二法酒精計法規(guī)定的方法進行[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 酵母接種量對枸杞醋酒醅酒精度的影響

圖1 酵母接種量對枸杞醋酒醅酒精度的影響

由圖1可以看出，隨著酵母接種量的增加，酒醅酒精度在上升，但至加入達到8%時，酒醅酒精度的增加就變的緩慢。酵母接種量少,酵母數(shù)增殖緩慢,使得酵母菌的活力下降，不利于酒精的產(chǎn)生；而酵母接種量過大,又會導(dǎo)致酵母菌的早衰，同樣不利于酒精的產(chǎn)生。同時，在實際生產(chǎn)應(yīng)用時,還要考慮酒母菌的培養(yǎng)成本,所以確定酵母接種量10%為響應(yīng)面試驗的中間值。

2.2 酒精發(fā)酵溫度對枸杞醋酒醅酒精度的影響

圖2 酒精發(fā)酵溫度對枸杞醋酒醅酒精度的影響

由圖2可以看出，隨著酒精發(fā)酵溫度的升高，酒醅酒精度在上升，當酒精發(fā)酵溫度達到30 ℃時，酒醅酒精度達到了高峰，之后酒醅酒精度又開始下降。這是因為酒精發(fā)酵溫度低，酵母菌增殖緩慢,影響酒精的產(chǎn)生；而如果酒精發(fā)酵溫度偏高，酵母增殖速度很快，但也容易導(dǎo)致酵母菌的早衰，同樣不利于酒精的產(chǎn)生。因此,確定酒精發(fā)酵溫度30 ℃為響應(yīng)面試驗的中間值。

2.3 酒精發(fā)酵時間對枸杞醋酒醅酒精度的影響

圖3 酒精發(fā)酵時間對枸杞醋酒醅酒精度的影響

由圖3可以看出，酒精發(fā)酵72 h后，酒醅酒精度增加就變得緩慢，這和酒醅中可發(fā)酵糖基本消耗完有關(guān)。因此，確定酒精發(fā)酵時間78 h為響應(yīng)面試驗中間值。

2.4 響應(yīng)面試驗結(jié)果

應(yīng)用Design-Expertl軟件，得到響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果，見表2。

表2 枸杞醋酒醅酒精度響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

通過對表2的結(jié)果進行分析擬合，得到二次回歸方程，其中根據(jù)編碼因子得出的最終方程式：

酒醅酒精度(%vol)=11.46+0.30A+0.025B+0.075C-0.20AB+0.000AC+0.000BC -0.18A2-0.53B2-0.030C2

根據(jù)實際因素得出的最終方程式：

酒醅酒精度(%vol)=-135.210 00+2.550 00A+8.462 50B+0.142 50C-0.050 000AB +2.148 74×10-15AC+4.831 78×10-15BC-0.045 000A2-0.132 50B2-8.333 33×10-4C2

對所得到的枸杞醋酒醅酒精度回歸模型進行方差分析，見表3。

表3 酒醅酒精度回歸模型的方差分析表

枸杞醋酒醅酒精度的回歸模型F值為21.96，表明模型具有顯著性。只有0.03%的幾率會因為噪音而出現(xiàn)如此大的“F型值”。P<0.050 0表示模型項是顯著的。在這種情況下，A、AB、A2、B2是重要的模型項。P>0.100 0的值表示模型項不顯著。根據(jù)各因素F值大小可以得出，3個因素對酒醅酒精度的影響是A-酵母接種量>C-酒精發(fā)酵時間>B-酒精發(fā)酵溫度。

2.5 響應(yīng)面試驗分析

為了考察A-酵母接種量、B-酒精發(fā)酵溫度和C-酒精發(fā)酵時間及交互作用對酒醅酒精度的影響，固定其他因素條件不變，獲得任意2個因素及交互作用對酒醅酒精度影響的響應(yīng)面圖，結(jié)果見圖4、圖5和圖6。

由圖4可見，酵母接種量和酒精發(fā)酵溫度的交互作用對酒醅酒精度的影響顯著。由圖5和圖6可見，酵母接種量和酒精發(fā)酵時間的交互作用及酒精發(fā)酵溫度和酒精發(fā)酵時間的交互作用對酒醅酒精度的影響就不顯著。

采用Design-Expertl軟件，根據(jù)所建立的模型進行參數(shù)最優(yōu)化分析，得到的最佳生產(chǎn)工藝條件為酵母接種量11.83%，酒精發(fā)酵溫度29.7 ℃和酒精發(fā)酵時間84 h，在此條件下，酒醅酒精度11.640 6%vol。

為了驗證結(jié)果，并便于操作，調(diào)整生產(chǎn)工藝條件為酵母接種量11.5%、酒精發(fā)酵溫度30 ℃和酒精發(fā)酵時間84 h，在此條件下進行了3組平行試驗，酒醅酒精度11.6%vol，實際結(jié)果和理論的預(yù)測結(jié)果高度吻合，因此，利用響應(yīng)面法優(yōu)化枸杞醋的工藝研究可靠實用，具有實際價值。

圖4 酵母接種量和酒精發(fā)酵溫度

圖5 酵母接種量和酒精發(fā)酵時間

圖6 酒精發(fā)酵溫度和酒精發(fā)酵時間

3 結(jié)論

通過對枸杞醋酒精發(fā)酵階段生產(chǎn)工藝的研究，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇了酵母接種量、酒精發(fā)酵溫度和酒精發(fā)酵時間3個因素，以酒醅酒精度為考查指標對枸杞醋的酒精發(fā)酵階段生產(chǎn)工藝進行響應(yīng)面優(yōu)化分析，得到最佳生產(chǎn)工藝條件為：酵母接種量11.5%、酒精發(fā)酵溫度30 ℃和酒精發(fā)酵時間84 h，在此條件下進行的3組平行試驗，酒醅酒精度達11.6%vol，結(jié)果高度吻合理論的預(yù)測結(jié)果，具有較好的應(yīng)用價值，今后還需對制醋工藝進一步優(yōu)化。