響應面法優化紫薯糯米酒發酵研究

曹德玉

（周口職業技術學院生物工程系，河南周口466001）

響應面法優化紫薯糯米酒發酵研究

曹德玉

（周口職業技術學院生物工程系，河南周口466001）

將紫薯替代部分糯米混合后，經發酵制得一種具有獨特色澤、營養價值高的新型甜米酒。以發酵后甜酒的糖度，酸度，酒精度及感官指標為標準，通過單因素和響應面中Box-Behnken試驗確定最佳配方為紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發酵時間（X3）為70 h。此時的米酒具有濃郁的甜香，口感醇甜爽口，營養豐富。

紫薯；響應面法；發酵

紫薯又名黑薯、紫心甘薯、紫肉甘薯，紫薯除含有普通甘薯的營養成分外，還富含硒和花色苷［1］，花青素是目前科學界發現的防治疾病、維護人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑，對100多種疾病有預防和治療作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍［2］。

作者經過多年開發研制，生產出一種紫薯米酒新產品。該產品的開發研究既豐富完善了米酒產品類型，同時兼顧了紫薯和米酒的營養搭配和衛生要求，實現了傳統米酒產品的工業化生產。本文旨在以紫薯糯米為原料，采用單因素試驗和響應面中Box-Behnken試驗優化研究紫薯糯米酒的釀造工藝和工藝參數，為紫薯糯米酒的生產提供理論依據，豐富紫薯在食品加工領域開發研究，創造它的社會效益和經濟效益。同時《一種米酒可吸凍產品及其制備方法》（專利號：201310266413）已被國家知識產權局受理。

1材料與方法

1.1材料

糯米：市售；紫薯：市售；甜酒酒曲：安琪股份有限公司；其它試劑均為分析純。

1.2主要實驗儀器與設備

海爾冰柜：青島海爾集團；九陽電磁爐：九陽股份有限公司；電子天平：上海菁海儀器有限公司；電熱恒溫培養箱：上海一恒實驗儀器有限公司；恒溫水浴鍋：江蘇金壇醫療儀器廠；定量灌裝機：鄭州星火包裝機械有限公司。

1.3方法

1.3.1米酒釀造的工藝條件

米酒釀造的工藝條件見文獻［3］。

1.3.2方案設計

根據實驗室實際條件及參照周口胡記米酒老店的實際生產，發酵溫度為28℃，分別進行紫薯添加量、甜酒酒曲量、發酵時間的單因素試驗，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標，研究紫薯與糯米比例、酵母酒曲量、發酵時間對紫薯糯米米酒的影響。

1.3.2.1紫薯添加量的單因素試驗

按紫薯添加量為15%、20%、25%、30%稱4份米進行發酵。每份添加甜酒酒曲量為米重的1.2%，在28℃條件下發酵72 h。

1.3.2.2酵母酒曲量的單因素試驗

甜酒酒曲添加量分別為0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，按25%的比例稱取黑米與糯米4份，在28℃條件下發酵72 h。

1.3.2.3發酵時間的單因素試驗

發酵時間分別為24、48、72、96 h，按25%的比例稱取黑米與糯米4份，每份添加的1.2%的甜酒酒曲，在28℃條件下發酵。

1.3.2.4Box-Behnken試驗

選用紫薯添加量（X1）、酒曲添加量（X2）和發酵時間（X3）3個因素，設3個水平，以米酒感官評價評分為依據（見表2），選用響應面Box—Behnken（BBD）設計試驗中3因素3水平優化。實驗變量的實際參數及其對應的編碼值見表1。

表1　實驗變量的實際參數及其對應的編碼值Table 1The actual data of the experimental variables and their corresponding code values

1.4米酒各指標測定

1）糖度的測定［4］；2）酸度的測定，NaOH滴定法［5］；3）酒精度的測定［6］。

1.5米酒感官評定指標

表2　紫薯糯米酒感官評價標準Table 2Sensory evaluation standard purple potato glutinous rice wine

2結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1紫薯添加量對紫薯糯米酒品質的影響

選取紫薯添加量為15%、20%、25%、30%稱4份米進行發酵，加曲量為0.8%，28℃條件下發酵64 h，分別測定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標，分析實驗結果。

圖1　不同比例的紫薯添加量對米酒品質的的影響Fig.1Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表3　感官評定結果Table 3Sensory evaluation results

由圖1可知：在相同條件下，隨著紫薯含量的增加，三項總分先升高后降低，當紫薯添加量為25%時，三項總分達到最大值。這與表3不謀而合，以25%混合發酵，效果較好，使紫薯糯米酒具有了異于傳統米酒而具有獨特風味。

2.1.2酒曲量對紫薯糯米酒品質的影響

米酒酒曲添加量分別為0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，加入蒸好的米飯中28℃條件下發酵64 h，分別測定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標，結果見圖2及表4。

圖2　酒曲添加量對米酒品質的影響Fig.2Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表4　感官評定結果Table 4Sensory evaluation results

由圖2可知：隨著曲量的增多，三項總分先升高后降低，加曲量的增加或減少，會直接導致發酵環境中微生物生態平衡的改變，根霉與酵母活力的改變會直接影響小群落菌種的繁殖代謝，影響獨特風味物質的形成。由表4可知，曲量添加過少，發酵不徹底，酒味、甜味平淡，感官評分較低；添加酒曲量為紫薯糯米質量的1.2%時釀出的甜酒綜合感官評分最高，凈出汁量多，口感甜酸適中，色澤鮮艷；曲量添加過多，酒味泛苦，酸度增加，更會凸顯米酒的苦味，糖化速度快、發酵快，糖化程度不易控制，感官評定較低，故甜酒曲的添加量應適中

2.1.3發酵時間對紫薯糯米酒品質的影響

單因素發酵時間對米酒的影響選取發酵時間發酵時間分別為24、48、72、96 h，紫薯添加量為25%，酒曲量為1.2%，發酵溫度28℃，在培養箱中培養相應的時間后，測定糖度、酸度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的總和為指標，結果見圖3及表5。

圖3　發酵時間對米酒品質的影響Fig.3Impact on quality of rice wine fermentation time

表5　感官評定結果Table 5Sensory evaluation results

由圖3、表5可知，隨著發酵的進行，以糖度、酸度、酒精度的總和隨時間的延長而升高，這是可能隨著發酵時間的延長，酸度、糖度、酒精度都不斷增加，隨著時間的進一步延長，酸度升高，糖度、酒精度下降，這時糖化能力降低，發酵依然進行只不過產生有機酸。滋味不如72 h時的濃厚，有雜味，酒味較濃。綜上所訴，發酵72 h的甜酒感官評定分數最高，最受人們歡迎。綜上，考慮到糖度、酒精度、感官評定分數的大小及生產周期與成本，釀造時間選擇72 h為最適宜。

2.2Box-Behnken試驗

為全面了解對米酒品質的綜合影響，進一步優化甜酒的發酵工藝，現以米酒的綜合評價為標準，選用響應面Box—Behnken（BBD）設計試驗中對紫薯添加量、甜酒酒曲量、發酵時間優化。

2.2.1雙因素效應分析

為了更好研究兩個因素對紫薯糯米酒的品質影響。可將任意一個因素固定在零水平，研究另外兩個因素紫薯糯米酒的品質影響作用。

2.2.1.1紫薯添加量（X1）和酒曲添加量（X2）對紫薯糯米酒品質的影響

將建立的回歸方程中發酵時間（X3）固定在零水平，即可得到X1、X2對Y影響的子模型，根據該子模型繪制紫薯添加量和酒曲添加量對紫薯糯米酒品質的影響曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖4。當發酵時間一定時，隨著紫薯添加量和酒曲添加量的增加，提取率指標值先增加后減小，從二者的等值線中可以看出，圖中有一個極大值。

圖4　紫薯添加量和酒曲添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.4Purple potato and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

2.2.1.2紫薯添加量（X1）和發酵時間（X3）對紫薯糯米酒的影響

將酒曲添加量（X2）和固定在零水平，即可得到X1、X3對Y影響的子模型，根據該子模型繪制紫薯添加量（X1）和發酵時間（X3）對紫薯糯米酒品質的影響影響的曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖5。

圖5　發酵時間和紫薯添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.5Fermentation time and purple potato adding amount of purple potato glutinous rice wine

當酒曲添加量（X2）一定時，隨著紫薯添加量（X1）和發酵時間（X3）的增加，Y是先增大后減小。從二者的等值線和曲面圖中可以看出，圖中有一個穩定點且為極大值。

2.2.1.3酒曲添加量（X2）和發酵時間（X3）對紫薯糯米酒的影響

將紫薯添加量（X1）固定在零水平，即可得到X2、X3對指標值（Y）影響的子模型，根據該子模型繪制X2和X3對Y影響的曲面圖和等值線圖。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到圖6。

圖6　發酵時間和酒曲添加量對紫薯糯米酒的影響Fig.6Fermentation time and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

當紫薯添加量（X1）一定時，隨著酒曲添加量（X2）和發酵時間（X3）的增加，Y先增加后減小，從二者的等值線中可以看出，圖中有一個穩定點且為極大值。

表6　方差分析表Table 6Analysis of variance table

表7　回歸方程中回歸系數的估計值Table 7Estimates of the regression coefficient of the regression equation

由表7可求出響應（回歸）方程（以下分析均采用編碼值）：

提取率回歸方程的相關系數R2=97.52%，說明回歸的擬合程度較好。

由表6可得，Y與全體自變量二次項之間的線性關系明顯（Pr＜0.05，達到顯著），一次項和交叉項對Y之間的線性關系不明顯（Pr＞0.05，不顯著）。

綜上所述，由SAS可求出此紫薯糯米酒發酵優化的工藝參數紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發酵時間（X3）為70 h。

3結論

1）紫薯糯米酒單因素試驗表明，當紫薯添加量為25%；添加酒曲量為紫薯糯米質量的1.2%，釀造時間72 h時，效果較好。

2）通過SAS中RSRGE程序，紫薯糯米酒發酵優化的工藝參數紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）為1.26%和發酵時間（X3）為70 h。

3）方差分析表明，Y與全體自變量二次項之間的線性關系明顯（Pr＜0.05，達到顯著），一次項和交叉項對Y之間的線性關系不明顯（Pr＞0.05，不顯著）。

［1］呂昱，嚴敏.紫薯花色苷的生理功能及分離純化研究進展［J］.食品與機械，2013，29（4）：251-252

［2］劉軍偉，胡志和.紫薯功能及產品開發研究進展［J］.食品研究與開發，2012，33（9）：231-235

［3］韓建春，魏婧，姜帆，等.米酒發酵工藝條件對香氣成分的影響［J］.東北農業大學學報，2013，44（8）：6-13

［4］中國國家標準化委員會.GB/T 5009.7-2008中國標準書號［S］.北京：中國標準出版社，2008：1-3

［5］張水華.食品分析［M］.北京：中國輕工業出版社，2007：115-129

［6］全國食品工業標準化技術委員會釀酒分技術委員會．GB/T 15038-2006中國標準書號［S］.北京：中國標準出版社，2006：20-23

Study on Response Surface Optimization Purple Potato Rice Wine Fermentation

CAO De-yu
（Biological Engineering Department，Zhoukou Vocational&Technical College，Zhoukou 466001，Henan，China）

In this experiment，we partially replaced purple sweet potato with glutinous rice，mixed them together and fermented，through which a new and nutritious rice wine with a unique color could be created. Eveluated with a standard of sweetness，acidity，alcohol content of fermented sweet wine as well as sensory index，Box-Behnken experiment to determine the best formula for the added amount of purple potato（X1）25% by single factor and response surface，add the amount of koji（X2）was 1.26%and fermentation time（X3）for 70 h.At this point the wine has a rich，sweet，sweet and refreshing taste of alcohol，nutrient-rich.

purple sweet potato；response surface；fermentation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.023

2014-12-15

曹德玉（1968—），男（漢），副教授，本科，主要從事高職食品加工技術專業的教學和科學研究工作。