大球蓋菇保健酒發酵條件優化研究

李杰，李斌，許彬，郭書賢，于麗萍

（南陽理工學院生化學院，河南南陽473004）

大球蓋菇（Stropharia rugoso-annulata）也稱酒紅色球蓋菇、皺環球蓋菇，是名貴珍稀食用菌，原產歐美，是歐美各國人工栽培的食用菌之一，也是聯合國糧農組織向發展中國家推薦栽培的十大菇種之一[1-7]。大球蓋菇子實體富含多糖、皂甙、?；撬?、總黃酮、多酚、維生素等多種生物活性成分，具有抗衰老，改善心血管功能，促進新陳代謝，提高人體抗病毒、抗細胞突變功能，提高免疫力等生理功能[8-15]。

對大球蓋菇的綜合利用研究報道比較少，目前，大球蓋菇的利用主要是采用傳統方法進行簡單的加工，如腌漬、罐頭加工、制作干品等，產品附加值不高[16-20]。本研究主要是對以大球蓋菇為原料研制新型保健酒的發酵條件進行優化，為大球蓋菇新型保健酒的研制奠定基礎，為我國的大球蓋菇資源尋求新的深加工途徑，為大球蓋菇精深加工提供理論依據，也為進一步大規模開發應用奠定基礎。

1 材料

1.1 原料

大球蓋菇干品：南陽市社旗縣福源生態菌業有限公司。

1.2 菌種

安琪活性釀酒干酵母（最適發酵溫度25℃）：安琪酵母股份有限公司。

1.3 液態種子培養基

馬鈴薯汁200.0 g/L，葡萄糖20.0g/L，KH2PO42.0g/L，MgSO4·7H2O 3.0 g/L100.0 mg/L，pH 值自然，121 ℃滅菌20 min。

1.4 試劑

葡萄糖、（NH4）2SO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、：均為國產分析純；食品級檸檬酸、白砂糖。

1.5 儀器與設備

LDZX-50FB立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海中安醫療器械廠；TDL-40B臺式高速離心機：上海安亭科學儀器廠；101-2A電熱鼓風干燥箱、DZKW-4電子恒溫水浴鍋：北京中興偉業儀器有限公司；FA1004精密電子分析天平：上海天平儀器廠；DNP-9082電熱恒溫培養箱：上海精宏試驗設備有限公司；HZQ-B恒溫搖床：蘇州威爾試驗用品有限公司；SW-CJ-2G超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司。

2 方法

2.1 大球蓋菇保健酒生產工藝流程

大球蓋菇→清洗→切片→打漿→抽汁→滅菌→過濾→調糖→調pH值→發酵→陳釀→過濾→滅菌→裝瓶

2.2 原料預處理

大球蓋菇用0.1%的高錳酸鉀溶液浸泡20 min，然后用清水洗滌干凈。將洗凈的大球蓋菇切片，每片2 cm～3 cm，加適量自來水打成漿汁，漿汁經真空抽濾、離心除去菇渣得到澄清菇液。大球蓋菇澄清汁在65℃下滅菌30 min后備用。

2.3 大球蓋菇保健酒發酵條件單因素試驗

每個搖瓶裝液量150 mL，分別考察酵母接種量（1%、3%、6%、9%、12%）、pH（3.2、3.5、3.8、4.1、4.4）、白砂糖用量[156、189、222、255、288（g/L）]、主發酵時間（5、6、7、8、9 d）、干菇和水的比例[1 ∶8、1 ∶15、1 ∶22、1 ∶29、1 ∶35（g/mL）]對大球蓋菇保健酒質量影響，檢測指標為酒精度、感官評分。

2.4 大球蓋菇保健酒發酵條件均勻設計試驗

根據單因素試驗結果，選擇酵母接種量、pH值、白砂糖用量、干菇和水的比例進行均勻試驗設計[21]，由于發酵7 d時已達發酵后期，故確定進行均勻設計試驗時發酵天數為7 d，發酵天數不列入均勻試驗設計安排表。試驗因素水平如表1所示。

表1 均勻設計試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of uniform design experiment

2.5 酒精度測定

取100 mL大球蓋菇發酵酒液原液，再加入50 mL蒸餾水，加熱蒸餾，用酒精計測酒精含量[22]。

2.6 大球蓋菇保健酒的感官評定

參考葡萄酒品嘗學[23]中的感官分析方法對酒樣進行感官評定，由10位（男女各5位）從事食品研究與開發的專業人員從澄清度、顏色、氣味、口味、風格等方面對大球蓋菇保健酒進行評分，結果取平均值。

2.7 BP神經網絡的學習及訓練

分別根據均勻設計試驗的因素個數和需優化指標的個數，利用MATLAB 7.0構建BP神經網絡，以均勻設計試驗的數據作為BP神經網絡的學習和訓練樣本，以接種量、pH值、白砂糖添加量和料液比作為神經網絡的輸入參數，分別以感官評分和酒精度作為輸出參數，隱層神經元選擇經驗數10。BP神經網絡中輸入層、隱含層的傳遞函數采用tansig，輸出層的傳遞函數采用purelin，訓練次數1 000次，訓練目標為擬合殘差小于0.05，訓練模型用于感官評分和酒精度的預測，以確定感官評分和酒精度最高時大球蓋菇保健酒的發酵條件[24-30]。

2.8 驗證試驗

在最優發酵條件下進行3批平行試驗，確定每批大球蓋菇保健酒的感官評分和酒精度，結果取平均值。

3 結果與討論

3.1 單因素試驗結果及分析

3.1.1 不同接種量對大球蓋菇保健酒發酵的影響接種量對大球蓋菇保健酒發酵的影響見圖1。

圖1 接種量對大球蓋菇保健酒發酵的影響Fig.1 The effection of inoculum concentration on fermentation of Stropharia rugoso-annulata health wine

由圖1可知，酵母接種量為6%時，酒精度和感官評分較高，當酵母量過多過少，都會影響酒精度的高低，且影響酒體的總體質量。

3.1.2 pH值對大球蓋菇保健酒發酵的影響

pH值對大球蓋菇保健酒發酵的影響見圖2。

圖2 pH值對大球蓋菇保健酒發酵的影響Fig.2 The effection of pH on fermentation of Stropharia rugosoannulata health wine

由圖2可知，檸檬酸添加量少，pH值偏高，發酵液的酸度低，檸檬酸添加量多，pH值偏低，發酵液的酸度高。pH值為3.8時，酒的感官質量最佳，而且酒精度較高。

3.1.3 白砂糖添加量對大球蓋菇保健酒發酵的影響

白砂糖添加量對大球蓋菇保健酒發酵的影響見圖3。

圖3 白砂糖添加量對大球蓋菇保健酒發酵的影響Fig.3 The effection of sugar additive amount on fermentation of Stropharia rugoso-annulata health wine

由圖3可知，隨著白砂糖添加量的增加，酒精度逐漸升高，適當增加白砂糖的用量，可賦予大球蓋菇保健酒良好的口感，感官評分較高。

3.1.4 料液比對大球蓋菇保健酒發酵的影響

料液比對大球蓋菇保健酒發酵的影響見圖4。

圖4 料液比對大球蓋菇保健酒發酵的影響Fig.4 The effection of solid-liquid ratio on fermentation of Stropharia rugoso-annulata health wine

由圖4可知，隨料液比的增加，酒精度逐漸提高，料液比對感官評分影響較大，料液比較小時，需要干菇量較多，大球蓋菇保健酒顏色較深，當料液比較大時，需要干菇量較少，大球蓋菇保健酒酒體顏色太淡，當料液比為1∶35（g/mL）時，保健酒酒體顏色較好，呈微黃色。

3.1.5 發酵時間對大球蓋菇保健酒發酵的影響

發酵時間對大球蓋菇保健酒發酵的影響見圖5。

由圖5可知，隨著發酵時間的增加酒精度不斷上升，第7天時到達發酵后期，酒精度幾乎不再上升，第7天發酵液酒香濃郁，具有大球蓋菇特有的清香。

圖5 發酵時間對大球蓋菇保健酒發酵的影響Fig.5 The effection of fermentation time on fermentation of Stropharia rugoso-annulata health wine

3.2 均勻設計試驗結果及分析

均勻設計試驗方案及試驗數據見表3。

表3 均勻設計試驗方案及試驗數據Table 3 The experiment program and data of uniform design

利用均勻設計V5.0對表3中的試驗數據采用逐步回歸法進行分析，所得回歸方程如下，對試驗指標影響不顯著的項已去除。

酒精度與各因素關系的回歸方程：

顯著性水平為0.05，相關系數R為0.962 1，說明回歸方程顯著，觀測值與擬合值誤差小，準確度較高。

感官評分與各因素關系的回歸方程：

顯著性水平為0.05，相關系數R為0.968 5，說明回歸方程顯著，觀測值與擬合值誤差小，準確度較高。

對表3均勻設計試驗的試驗數據以酒精度為指標進行回歸擬合及分析，結果見表4。對表3均勻設計試驗的試驗數據感官評分為指標進行回歸擬合及分析，結果見表5。

表4 以酒精度為指標對均勻試驗數據進行回歸擬合方程的分析結果Table 4 The analysis result of regression fitted equation using uniform experiment data on the indicator of alcoholic strength

表5 以感官評分為指標對均勻試驗數據進行回歸擬合方程的分析結果Table 5 The analysis result of regression fitted equation using uniform experiment data on the indicator of sensory score

由表4知，各因素對酒精度的主次影響順序為x3（白砂糖添加量）＞x1（接種量）＞x2（pH值）＞x4（料液比），其中白砂糖添加量和接種量的影響顯著（P＜0.05），pH值和料液比的影響不顯著。

由表5知，各因素對感官評分的主次影響順序為x3（白砂糖添加量）＞x1（接種量）＞x2（pH值）＞x4（料液比），其中白砂糖添加量和接種量的影響顯著（P＜0.05），pH值和料液比影響不顯著。

以酒精度為指標，對回歸方程（1）進行尋優求解，可得酒精度最高時接種量x1為10.32%，白砂糖添加量x3為288 g/L，結合單因素試驗結果，確定以酒精度為指標時最優發酵條件因素組合為：接種量10.32%，pH值為 3.8，白砂糖添加量 288 g/L，料液比為1 ∶35（g/mL），發酵天數 7 d，此時，酒精度可達12.755 2（體積比）。

利用均勻設計試驗中的因素水平及待優化的試驗指標數設計BP神經網絡的拓撲結構，BP神經網絡以感官評分數據進行學習、訓練的曲線見圖6。

經1 000次迭代訓練后，訓練曲線收斂，擬合殘差為0.045 34，可用于感官評分的預測，將以酒精度為指標時最優發酵條件的數據輸入BP神經網絡模型，在酒精度最大的條件下BP神經網絡預測的感官評分為81.510 1。

以感官評分為指標，對回歸方程（2）進行尋優求解，可得感官評分最高時接種量x1為11.77%，白砂糖添加量x3為288 g/L，結合單因素試驗結果，確定以感官評分為指標時最優發酵條件因素組合為：接種量11.77%，pH值為3.8，白砂糖添加量288 g/L，料液比為1∶35（g/mL），發酵天數 7 d，此時，感官評分可達 90 分。

利用均勻設計試驗中的因素水平及待優化的試驗指標數設計BP神經網絡的拓撲結構，BP神經網絡以酒精度數據進行學習、訓練的曲線見圖7。

圖6 BP神經網絡以均勻設計試驗中感官評分數據進行學習、訓練的曲線Fig.6 The BP neural network learning and training curve based on sensory score data of uniform design experiment

圖7 BP神經網絡以均勻設計試驗中酒精度數據進行學習、訓練的曲線Fig.7 The BP neural network learning and training curve based on alcoholic strength data of uniform design experiment

經1 000次迭代訓練后，訓練曲線收斂，擬合殘差為0.042 95，可用于酒精度的預測，將以感官評分為指標時最優發酵條件的數據輸入BP神經網絡模型，在感官評分最大的條件下BP神經網絡預測的酒精度為9.928 2（體積比）。

結合上述分析結果，并根據實際情況綜合考慮，最終選擇接種量11%、pH3.8、白砂糖添加量288 g/L、料液比1∶35（g/mL），發酵天數7 d，為大球蓋菇保健酒最優發酵條件。

在確定的大球蓋菇保健酒最優發酵條件下進行3批平行試驗，確定每批大球蓋菇保健酒的感官評分和酒精度，結果取平均值，結果顯示，在最優發酵條件下大球蓋菇保健酒的感官評分可達87分，酒精度可達11.34（體積比）。

4 結論

通過綜合運用單因素試驗、均勻設計試驗，結合BP神經網絡的模擬和預測作用，對大球蓋菇保健酒的發酵條件進行優化，確定大球蓋菇保健酒最優的發酵條件為：接種量11%、pH3.8、白砂糖添加量288 g/L、料液比1∶35（g/mL），發酵天數7 d。在此條件下發酵的大球蓋菇保健酒質量最好，發酵酒液澄清透明，呈微黃色，香氣完整協調，細膩優雅，具有大球蓋菇獨特的香氣，口感清新淡雅。

優化得到的大球蓋菇保健酒發酵工藝條件具有良好的工業化應用前景，開發大球蓋菇保健酒產品是大球蓋菇資源化利用的有效途徑之一。

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