香蕉米酒釀造工藝的響應面法優化

段笑影，劉姝蔓，白佳美，高偉賢，陸思，王虹玲

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順113122）

香蕉，芭蕉科，芭蕉屬植物，熱帶地區廣泛栽培食用，味道香甜，營養價值高、熱量低，含有磷元素、蛋白質、糖類、鉀元素、VA、VC，以及豐富的膳食纖維，具有清熱、潤腸、解毒、降脂、養陰潤燥和生津止渴的功效[1-3]。糯米和香米是制作米酒常用的原料，米蒸熟后加入酒曲，酒曲中含有的酵母菌（還有少量的毛霉和根霉）可將糖轉化成酒精。同時，在發酵過程中，原料中的蛋白質被分解為游離氨基酸和多肽類物質，利于人體對營養物質的充分吸收，維生素和礦物質結合狀態的變化也大大提高了原料的營養價值[4-5]。糯米和香米釀制的米酒不僅出汁率高、酒清香淡雅、醇而不烈、滋補脾胃、強身健體、生津止渴、開胃提神去油膩[6-9]，還具有活氣養血、滋陰補腎、健脾和胃、補氣益中、舒筋活血的功效[10-13]。

目前，我國對香蕉產品研究主要集中在復合飲料方面，且較多種類均停留在實驗室階段，市面上的香蕉飲料種類甚少[14]。郗恩光等[15]利用響應面法優化香蕉金針菇發酵飲料的工藝，并且在此工藝下飲料的感官評分為93 分。國外對香蕉研究主要集中在香蕉基因及其表達物在生活中的應用。Aungkana Orsuwan 等[16]利用蜂蠟和蒙脫土加固香蕉粉生物復合膜，并對其防水性能和物理性能進行了研究，結果表明，蜂蠟和蒙脫土提高了生物復合膜的透明度和水阻隔性能。本試驗旨在擴大香蕉制品種類和酒的品種，為米酒和果酒的融合提供新的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉：廣東省汕頭市；香米：泰國；糯米：山東省沂蒙山；甜酒曲：安琪酵母股份有限公司；復合果膠酶（50 000 U/g）：廣州市天河區遠天酶制劑廠。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-2FD 超凈工作臺：博訊試驗有限公司醫療設備廠；WYT-32 手持糖度儀：濟南新昕儀器儀表有限公司；DHP9012 電熱恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；SKG1323 榨汁機：艾詩凱奇電器有限公司；PHS-3C 型數字精密pH 計：廣州市愛宕科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

香蕉的選取：選用的香蕉必須為完全成熟的香蕉，成熟完全的香蕉糖含量為16.5%～19.5%，淀粉含量為1%～3%，利于發酵，且出酒率高[17]。

香蕉預處理：香蕉剝皮后用100 ℃沸水熱燙處理5 min，以破壞氧化酶，防止因褐變影響酒的色澤度，還可減少VC的損失；此外，熱燙還有助于果肉的軟化，利于打漿。將熱燙后的香蕉果肉與水按照1∶2（kg/L）的比例打漿。

添加果膠酶：香蕉打漿后需要冷卻至漿液中心溫度低于50 ℃，加入0.5%的果膠酶，酶解3 h。

香米和糯米預處理：糯米和香米均在水中浸泡24 h，使米中淀粉吸水至手捏無硬心，蒸飯至米飯疏松不糊，熟而不爛。用無菌水淋飯，且越快越好。

拌曲和糖化：將蒸熟的糯米飯和香米飯按各組試驗質量配比混合后，攤涼至30 ℃～35 ℃拌曲，攪拌均勻后壓實，在中間挖大小適中的倒喇叭狀空洞以保證適當的溶氧量。

混合：待米飯糖化2 h 后再加入不同比例的香蕉汁，混合后再加適量蔗糖攪拌均勻，糖度保持在6%～10%。

發酵：使用750 mL 玻璃罐發酵，將和混合液在28 ℃下密閉式發酵，每天攪拌一次。密封采用兩層紗布內夾一層脫脂棉的方法，既防止直接接觸空氣，又可保持通氣。

1.3.2 香蕉米酒制備的單因素試驗

在香蕉米酒的釀造過程中，分別以香米與糯米的質量比（1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5）、香蕉汁添加量（25%、50%、75%、100%、120%）、酒曲添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）為主要因素，以感官評分為評價指標，研究各因素對香蕉米酒品質的影響。

1.3.3 感官評分標準

從色澤、氣味、澄清度、口感4 個方面對制備的香蕉米酒進行評分，按參照文獻[18]的感官要求，對香蕉米酒進行感官評價，得分取平均值。具體分值見表1。

表1 香蕉米酒感官測定Table 1 Sensory evaluation criteria of banana rice wine

1.3.4 響應面分析

在單因素試驗結果基礎上，進行香米與糯米質量比（A）、香蕉汁添加量（B）、酒曲添加量（C）三因素三水平的Box-benhnken 試驗設計[19-23]，以感官評價為響應值，進行響應面分析，每組平行3 次，取平均值，優化香蕉米酒的釀工藝。試驗設計因素和水平見表2。

表2 三因素三水平編碼設計Table 2 Three factors three levels coding design

1.3.5 理化指標

酸度測定，按照GB 5009.239-2016《食品安全國家標準食品酸度測定》；酒精度測定，按照GB 5009.225-2016《食品安全國家標準酒中乙醇濃度的測定》；微生物指標檢測，按照GB 4789.18-2010《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳和乳制品檢驗》。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗及結果

2.1.1 香米與糯米配比對香蕉米酒的影響

香米與糯米配比對香蕉米酒的影響見圖1。

圖1 香米與糯米配比對香蕉米酒的影響Fig.1 Influence of fragrant rice and glutinous rice on banana rice wine

為研究香米與糯米配比對香蕉米酒的影響，將香米與糯米質量比分為 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5，5 個水平進行分析。由圖1 可知，香米與糯米質量比為1∶3時試驗評分最高，但當香米與糯米質量配比低于或高于1∶3 時，香蕉米酒感官評分反而下降。當低于最適添加量時，糯米含量相對較低，酒曲中根霉菌和酵母菌活性不高，酒香味和甜度不足；當高于最適添加量時，酒曲中根霉菌和酵母菌生長旺盛，致使酒精度不足，酸度增加，即香米與糯米質量配比為1∶3 時最為適宜。

2.1.2 香蕉汁添加量對香蕉米酒的影響

香蕉汁添加量對香蕉米酒的影響見圖2。

圖2 香蕉汁添加量對香蕉米酒的影響Fig.2 Influence of banana pulp addition on banana rice wine

從圖2 可以看出，當香蕉汁添加量為50%時香蕉米酒的感官評分達到最大值為90.26 分，但是當香蕉汁添加量低于或高于50%時，香蕉米酒感官評分反而下降，是因為當蕉漿添加量低于50%時，米酒風味突出，米酒顏色較淺；添加量高于50 %時，香蕉汁促進了酒曲的發酵，發酵周期縮短，米酒的口感不協調，風味欠佳。因此香蕉米酒的香蕉汁添加量在50%左右適宜。

2.1.3 酒曲添加量對香蕉米酒的影響

不同的酒曲添加量對香蕉米酒的影響見圖3。

圖3 酒曲添加量對香蕉米酒的影響Fig.3 The influence of the amount of liquor added on the banana rice wine

由圖3 可知，酒曲添加量為0.8%時，香蕉米酒的感官評分為最大值，為91.06 分，當酒曲添加量不足0.8%時，酒曲不能充分利用香米與糯米，致使酒香不足；添加量過高時，酒曲中的根霉菌與酵母菌大量繁殖，使發酵周期縮短，酒精量減少，酸度增加。因此初步確定香蕉米酒釀造適宜的酒曲添加量為0.8%。

2.2 響應面法優化發酵試驗結果及分析

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

中心組合設計方案及試驗結果見表3。

表3 Box-Behnken 設計方案與質量評價結果Table 3 Box-Behnken design scheme and quality evaluation results

續表3 Box-Behnken 設計方案與質量評價結果Continue table 3 Box-Behnken design scheme and quality evaluation results

對表3 中的響應值進行統計分析，確立如下回歸方程：

對回歸方程方差分析的結果見表4。

表4 回歸方程方差分析Table 4 Analysis of variance of regression equation

由表4 可以看出回歸模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P＞0.05）；方程相關系數R2adj=0.991 9，R2=0.972 9，表明該模型擬合程度較好。一次項香蕉汁添加量對試驗結果影響最大，在所取的各因素水平范圍內，影響香蕉米酒感官評分的因素主次順序為：香蕉汁添加量＞酒曲添加量＞香米與糯米配比。

2.2.2 響應面分析

通過Design Expert 8.0.6 軟件，繪制了響應面分析圖見圖4。

圖4 各因素交互效應對香蕉米酒酒精度影響的曲面圖Fig.4 Surface diagram of the influence of each factor interaction effect on the alcohol consumption of banana rice wine

由圖4a 可以看出當香米與糯米配比不變時，香蕉米酒的感官評分隨酒曲添加量的提高呈現先增后減的趨勢；當酒曲添加量不變時，香蕉米酒的感官評分隨酒曲添加量的增加呈現先增后減的趨勢。

圖4b 表示香蕉汁添加量和香米與糯米配比交互作用對香蕉米酒的影響。當香米與糯米配比不變時，香蕉米酒的感官評分隨香蕉汁添加量的提高呈現先增后減的趨勢；當香蕉汁添加量不變時，香蕉米酒的感官評分隨香米與糯米配比的增加呈現先增后減的趨勢，與表4 回歸方程方差分析的結果符合。

圖4c 表示酒曲添加量和香蕉汁添加量對香蕉米酒感官評分的影響，從圖中可知二者對香蕉米酒的感官評價有顯著影響，且二者交互作用明顯。當酒曲添加量不變時，感官評價隨香蕉汁添加量升高呈現先升高后降低的趨勢；當香蕉添加量不變時，感官評價隨酒曲添加量的升高呈現先升高后降低的趨勢。

2.2.3 最佳培養條件的預測和試驗驗證

根據Design Expert 8.0.6 建立的數學模型的優化分析，得出香蕉米酒的優化條件為香米與糯米配比為0.25、香蕉汁添加量為27.45%、酒曲添加量為0.39%，感官評價為94.17。根據上述優化條件對香蕉米酒進行試驗驗證時，將試驗條件調整為香米與糯米質量比為1∶4，香蕉汁添加量為28.00%，酒曲添加量為0.40%，重復3 次平行試驗，測得香蕉米酒感官評分的實際平均值為93.98 分，酒精度為4.60%vol。

此外，優化的香蕉米酒的酒精度（4.60%vol）、總酸（4.30 g/L，以乳酸計）和糖度（8.00 %）均達到GB2758-2012《食品安全國家標準發酵酒及其配制酒》的要求，微生物檢驗結果，未檢出大腸桿菌群和致病菌，符合GB 12696-2016《食品安全國家標準發酵酒及其配制酒生產衛生規范》的衛生標準。

3 結論

本研究以香蕉、糯米和香米為原料制備香蕉米酒，以香米與糯米配比、香蕉汁添加量、酒曲添加量為考察因素，以感官評分為響應值，在單因素試驗基礎上進行響應面試驗。通過響應面回歸方程確定香蕉米酒優化發酵的最優條件為：香米與糯米配比為1∶4、香蕉汁添加量為28.00%、酒曲添加量為0.40%。按照此優化條件測得香蕉米酒感官評分最高，為93.98 分，酒精度為4.60%vol，總酸、可溶性糖等理化指標符合國家標準。發酵所得香蕉米酒酒香濃郁并伴有香蕉的果香。本研究為米酒資源的深度開發提供了理論和試驗基礎。