芡實酒發酵條件的優化*

李湘利，劉靜，張春慧，胡彥營，朱九濱，張傳敏

1(濟寧學院生命科學與工程系，山東曲阜，273155)2(天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津，300457)

芡實(Euryale ferox)別名雞頭米、菱芡，其種仁富含蛋白質、碳水化合物、礦物質等基本營養成分，干樣中蛋白質含量為6.78%，脂肪含量為0.71%，碳水化合物含量為82.6%，每100 g芡米中含VC4.2 mg，VE141 mg，胡蘿卜素0.73 mg［1］。此外還含有黃酮類化合物、糖苷、生育酚等功效成分，能夠有效地增強心肌的供氧能力［2－3］。

目前，芡實仍以原料出售為主，品種單一、利潤偏低。因此，研究芡實深加工技術，促進新產品開發，對提高芡實的附加值，增加農民收入具有重要意義［4］。近年來，不少水果主產區開發了一些特色果酒，如荔枝酒［5］、枇杷酒［6］、梨酒［7］、桑葚酒［8］、橘子酒［9］等。芡實含有大量的淀粉、蛋白質等營養成分，以芡實為原料，開展芡實發酵酒的研究極具開發前景。為此，本研究以芡實為原料，優化了芡實發酵酒的發酵工藝條件，旨在生產一種酒精含量高、殘糖量低，具有一定保健功能的芡實發酵干酒。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設備

1.1.1 試驗材料

芡實，山東省魚臺縣鶴來香股份有限公司，新鮮無霉爛變質粒;大米，黑龍江省方正縣寶興新龍米業有限公司，米粒飽滿;淺色麥芽，曲阜市金豐麥芽有限公司。

1.1.2 主要試劑

安琪葡萄酒、果酒專用酵母，湖北安琪酵母股份有限公司;白砂糖，市售，食品級;蔗糖、酒石酸鉀鈉、鹽酸、氫氧化鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、焦亞硫酸鉀等，分析純試劑。

1.1.3 儀器與設備

SZ－1559型漿渣分離磨漿機，廣州旭眾食品機械有限公司;SPX－300B－G型恒溫培養箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠;酒精計，河北省河間市黎民居儀表廠;LB32T型糖度計，廣州市銘睿電子科技有限公司;PHS－3CW型pH計，上海般特儀器制造有限公司;DHG－9050B型智能型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海瑯玕實驗設備有限公司;SY－450型立式壓力蒸汽滅菌器，徐州圣業醫療器械有限責任公司;TDL5A型冷凍離心機，長沙英泰儀器有限公司;RL－100型不銹鋼板框多層過濾機，海寧市郭店東亞過濾機械廠;果蔬汁(酒)生產線，江蘇靖江食品機械有限公司。

1.2 工藝流程

1.3 工藝要點

1.3.1 料液的制備

挑選粒大飽滿無異味的芡實，用清水洗凈后磨漿，加入20%的大米，配料中添加麥芽量為20%，調醪液pH 6.0，于55℃下預糊化30 min;按9 U/g添加耐高溫α－淀粉酶，調醪液pH 6.0，在90℃糊化40 min;糊化結束后，將料液降溫至65℃，調pH 3.5，按300 U/g添加糖化酶，并補加20%的麥芽，于65℃下保溫至碘試醪液不變藍時結束糖化。

1.3.2 糖酸調整

發酵前用白砂糖調整醪液含糖量至170 g/L，酸度用氫氧化鈉或鹽酸調整至pH 4.0。

1.3.3 煮沸與冷卻

經糖酸調整的醪液在100℃下煮沸20 min，以滅活醪液中各種酶的活性，降低醪液中微生物含量。煮沸后的醪液冷卻到25～30℃待用。

1.3.4 菌種活化與主發酵

采用液態發酵法，首先要活化干酵母。將安琪葡萄酒、果酒專用酵母用5%蔗糖液(酵母重∶糖水重=1∶9)于37～40℃下復水活化30 min?；罨蟮木N接入殺菌冷卻后醪液中進行主發酵。在菌種消耗殆盡，酵母下沉至容器底部，醪液無明顯泡沫溢出且由渾濁轉為澄清時轉至后發酵。為防止雜菌污染，可在芡實酒發酵前的醪液中加入50 mg/L焦亞硫酸鉀。

1.3.5 后發酵與陳釀

主發酵結束后應及時倒罐，以分離上清液與罐底沉淀物，減少酵母菌自溶。倒罐期間，可按料液比例加入50 mg/L的焦亞硫酸鉀。后酵結束后進行芡實酒的陳釀，陳釀期間應及時去除酒腳(倒罐)和保障發酵罐中裝滿酒液(滿罐)。

1.3.6 澄清、配兌與精濾

在發酵液含糖量降至4.0 g/L以下時，用殼聚糖進行澄清處理。經過成熟的芡實酒按質量要求，可用食用酒精調整其酒精度，最后經板框過濾機精濾，在65℃下進行巴氏殺菌即得成品干酒［10］。

1.4 分析測試方法

1.4.1 理化指標

參照GB/T15038－2006葡萄酒、果酒通用分析方法［11］對芡實酒的理化指標進行測定。

總糖含量，菲林試劑法;酒精度，蒸餾比重法;pH:pH計測定法。

1.4.2 成品酒綜合評定方法

依據果酒品評慣例，采用綜合評分法。主要對芡實酒的乙醇含量、總糖、色澤及滋味等因素進行綜合考慮，給出評分。評定標準參照李正濤［12］評定樹莓果酒的方法，略有改動，具體評分標準見表1，滿分以10分計，單項評分值相加即為總分。

表1 芡實酒感官評分標準

2 結果與分析

2.1 芡實酒發酵最適酵母接種量的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、溫度25℃、醪液 pH 4.0的條件下，分別接種 0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%復水活化后的酵母菌進行主發酵5 d，不同酵母接種量對芡實酒發酵的影響如圖1和表2所示。

表2 不同酵母接種量對發酵結果的影響

圖1 不同酵母接種量對殘糖量的影響

由圖1和表2可知，酵母接種量為0.1%時，發酵速率較慢，周期較長，易染雜菌;殘糖隨酵母量增加而降低，起酵時間也縮短，但接種量到達一定值后，由于過量的酵母使發酵活躍，最后酵母提前衰退，致使殘糖的含量反而升高;接種量為0.9%時，起酵時間短，但最終的酒精度較低，這可能是因為酵母大量繁殖會消耗更多的碳源作為其細胞結構的骨架成分，致使發酵液中的糖分未完全分解產生酒精;當接種量在0.3%～0.7%時產品酒精度較高，感官評價較好，以接種量0.5%時發酵效果最好，其酒精度高達8.6%。

2.2 芡實酒最適發酵pH的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、溫度25℃、酵母接種量0.3%的條件下，分別調整pH為3.0、4.0、5.0、6.0 進行主發酵 5 d，不同 pH 對芡實酒發酵的影響如圖2和表3所示。

圖2 不同pH對殘糖量的影響

表3 不同pH對發酵結果的影響

由圖2和表3可知，不同pH對芡實酒發酵有較大的影響，酸度過高或過低均不利于芡實酒發酵，這是因為pH對微生物的生長繁殖和代謝產物的積累均有極大的影響，pH過高或過低都將抑制微生物體內某些酶的活性，使得酵母菌不能正常發酵，影響發酵過程，最終產品感官評價相對較差。pH從3.0增至4.0，芡實酒的酒精度隨之增加，感官評定結果較好，但當pH繼續增加至5.0和6.0時，酒精度降低，感官評分也降低。

2.3 芡實酒最適發酵溫度的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接種量0.3%、pH 4.0的條件下，分別調整發酵溫度20、25、30℃進行主發酵5 d，各溫度對芡實酒發酵的影響如圖3和表4所示。

圖3 不同發酵溫度對殘糖量的影響

表4 不同發酵溫度對發酵結果的影響

由圖3和表4可知，在20℃發酵時，起酵較慢，主發酵結束時殘糖較高，致使酒精度不高，感官評分較低，這可能是在較低的溫度下，酵母發酵速度越慢，少量的糖被殘存醪液中的雜菌所利用，以致酒精度較低;而在25℃時酒精度和感官評價最高，這可能是由于25℃左右為酵母最適生長和發酵代謝的溫度范圍;但隨著溫度的升高，酒精度反而下降，這是因為溫度越高，酵母起酵越快，發酵速度也越快，酵母易早衰而造成發酵終止，影響產酒效率和酒的品質。

2.4 芡實酒最適發酵時間的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接種量0.3%、pH 4.0、溫度25℃的條件下，設置發酵時間分別為3、5、7、9、11 d進行主發酵，不同發酵時間對芡實酒發酵的影響如圖4和表5所示。

圖4 不同發酵時間對殘糖量的影響

表5 不同發酵時間對發酵結果的影響

由圖4和表5可知，發酵前3 d殘糖量的變化差異不明顯，這與酵母接種后的起酵繁殖及適應新的生長條件相關;而在5～7 d為酵母發酵高峰期，殘糖量不斷降低，酒精度不斷增加。在第7 d感官評價達到最高;發酵9 d后，酒精生成速度下降，糖度變化不明顯，這是因為酵母在發酵高峰期后達到了一定的酒精含量，開始自溶，活性大大減弱，并消耗一定的乙醇，致使酒精含量降低，影響了芡實酒的口感和風味。

2.5 芡實酒發酵工藝條件的優化

在上述單因素試驗基礎上，選取酵母接種量、pH、發酵溫度、發酵時間為試驗因子進行L9(34)正交試驗，以產品酒精度和感官評分為指標，優化芡實酒的發酵工藝條件。各試驗因素與水平如表6所示，正交試驗結果如表7所示。

表6 芡實酒正交試驗因素與水平表

表7 芡實酒發酵的正交試驗結果

由表7可知，發酵工藝條件中影響芡實酒酒精度的主次因素順序為A＞C＞D＞B，即酵母接種量＞發酵溫度＞發酵時間＞pH;最優組合為A3B2C3D3，即酵母接種量為0.6%，pH為4.0，發酵溫度為28℃，發酵時間為8 d。發酵工藝條件中影響芡實酒感官評分的主次因素順序為A＞C＞D＞B，即酵母接種量＞發酵溫度 ＞發酵時間 ＞pH;發酵最優組合為A3B2C3D2，即酵母接種量為0.6%，pH為4.0發酵溫度為28℃，發酵時間為7 d。

表8 芡實酒正交試驗結果的方差分析

表8的方差分析結果表明，酵母接種量(A)、發酵溫度(C)對芡實酒發酵影響極顯著，發酵時間(D)對芡實酒發酵影響顯著，pH(B)對芡實酒發酵無顯著影響。通過小型試驗所得芡實酒生產過程中的工藝參數，如糖酸調整，發酵過程中的防止染菌，酵母的活化等，按照最優的發酵組合A3B2C3D3進行工藝放大和驗證性試驗，制得原酒的酒精度為9.5%，感官評價在9.0分以上，驗證性試驗結果與直觀分析結果一致。

3 討論

3.1 初糖濃度對芡實酒發酵的影響

糖是酵母菌生長和繁殖的碳源，同時也是酒精發酵的底物，糖度的高低直接影響著果酒發酵的酒精度。生產中通常是按每17 g/L蔗糖經酵母發酵產生1%酒精添加糖［13］。當酵母在1%～2%的低糖濃度下生長時，發酵速度最快;當含糖量超過15%時，就會對酵母的生長產生抑制作用，糖濃度超過25%時發酵出現延滯［14］。加糖過多，會影響酵母的生長，同時也會影響酒的口味。潘嫣麗等［15－16］研究認為果酒發酵的初糖濃度為25%。本試驗認為，發酵初始糖度為20%時獲得的芡實酒品質較高，采用分批加糖的方式可緩解初糖過多抑制酵母的活性。

3.2 SO2濃度對芡實酒發酵的影響

SO2在果酒發酵過程中有選擇性殺菌、澄清、增酸和抗氧化等作用，對發酵有重要的影響［17］。隨著SO2的添加，發酵體系中雜菌能得到有效抑制，酒精度較高，感官評價較好;但當游離SO2濃度達到60 mg/L時，會產生明顯的刺激氣味和苦味，口感較差［18］。本試驗考慮到SO2對芡實酒風味、色澤等方面的影響，盡可能地少量多次的添加SO2，以防雜菌污染。

3.3 發酵液pH對芡實酒發酵的影響

酵母菌大量繁殖是提高出酒率的基礎，初始pH越接近酵母的最適生長pH越有利于酵母菌的早期繁殖，相應的產品酒精度也會提高。但是酵母菌的代謝也會改變環境pH，影響自身的生命活動。酵母菌在產乙醇的同時也會產生有機酸，致使環境pH下降，所以較酵母最適生長pH略高一些的初始pH更有利于提高出酒率。本試驗采用pH 4.0發酵制得芡實酒，這與潘嫣麗［16］的研究結果一致。

3.4 發酵溫度對芡實酒發酵的影響

溫度對發酵結果有重要影響，溫度越高，酵母起酵越快，發酵速度也越快，但副產物生成量高。在一定的溫度范圍內，乙酸乙酯和甘油的生成量均隨溫度升高而增加，高級醇的生成量在25℃較15℃高［19］。本研究所得芡實酒發酵的最適溫度為28℃，這與翟文?。?0］的30～34℃差別較大，這可能是原料及其他發酵條件不同造成的，而關于發酵溫度對不同發酵酒的影響尚需做進一步的研究。

4 結論

芡實酒最優發酵條件為酵母接種量0.6%、發酵溫度28℃、發酵時間8 d、pH 4.0。按此條件進行大罐發酵，得到的原酒酒精度可達9.5%，感官評分在9.0分以上。

發酵原酒經適當的澄清工藝進行處理后，再用食用酒精調配，所得芡實酒的酒精度在11.0%以上。所得芡實酒酒體澄清透明，色澤淡黃，具有芡實和大米的香氣，發酵酒香持久而協調，風味獨特，典型性突出，理化指標符合國家標準GB/T15038－2006的規定。

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