復合酒曲發酵馬鈴薯酒的工藝優化

張佳笑，王 健，2，劉 媛，2 *，宋鵬飛，朱旭冉，袁興茂，高清海

（1.河北北方學院 河北省農產品食品質量安全分析檢測重點實驗室，河北 張家口 075000；2.河北省馬鈴薯加工工程技術研究中心，河北 張家口 075000；3.河北省農業機械化研究所，河北 石家莊 050051）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）為茄科類植物，塊莖可食用，是糧、菜、飼料、工業原料的經濟農作物，也是全球第四大重要的糧食作物（僅次于小麥、稻谷和玉米）[1-2]。馬鈴薯的營養成分豐富，據報道[3-6]，馬鈴薯中含有的蛋白質最接近動物蛋白，能促進人體吸收，所含的人體必需氨基酸中的賴氨酸，能彌補小麥、稻谷等其他主食的在營養上的不足。它還具有抗衰老、減肥、美容養顏、調節情緒、養脾胃、防便秘、防中風、控血壓等功效，使其在預防疾病和美容養顏等方面存在巨大的應用潛力。

酒曲包含多種微生物及雜菌，其中就有根霉、毛霉、犁頭霉和酵母菌等[7]。發酵酒營養豐富，天然健康。在酒曲發酵釀酒的過程中，酒曲中的微生物的代謝可以賦予發酵酒特有的風味和口感，還具有一定的食療功效[8]。本試驗對市售的三種酒曲（米酒酒曲、黃酒酒曲、白酒酒曲）進行研究，篩選出感官評價較高的酒曲混合比例及添加量來彌補單一酒曲在口感、風味上的不足，使馬鈴薯發酵酒的風味更濃郁、更有特色[9-12]。在單因素試驗基礎上，運用單因素試驗和Box-Behnken響應面試驗設計優化馬鈴薯酒的發酵工藝條件，以期為馬鈴薯發酵酒的研究提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

布爾班克馬鈴薯：張家口弘基農業科技開發有限責任公司；白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲：安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（酶活力≥3 700 U/g）、糖化酶（酶活力≥10 000 U/g）：北京奧博星物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

FA1604電子分析天平：天津天馬衡基儀器有限公司；PIBI2電磁爐：奔騰電器（上海）有限公司；MJ-BL25B2美的攪拌機：廣東美的生活電器制造有限公司；NDP-9082恒溫培養箱：寧波江南儀器廠；LS-35HD立式壓力蒸汽滅菌器：江陰濱江醫療設備有限公司；DK-98-11電熱恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；pH精密試紙：上海三愛思試劑有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯酒的釀造工藝及操作要點[13]

新鮮馬鈴薯→清洗去皮→切塊蒸制→打漿→液化→糖化→過濾→滅菌→接曲→發酵→殺菌→冷卻→馬鈴薯酒

操作要點：

原料預處理：挑選無芽眼、無機械損傷，無病蟲害、腐爛、熱傷、凍傷、變黑、變綠和焉萎現象的新鮮馬鈴薯后清洗去皮。

切塊蒸制：將馬鈴薯切成1 cm3的小塊后，放入蒸屜中蒸制20 min至無硬心。

打漿：將蒸制后的馬鈴薯每份稱取50 g后按料液比1∶5（g∶mL）進行打漿。

液化：將打漿后的馬鈴薯漿液，在溫度60 ℃、pH為6時添加11.1 U/gα-淀粉酶酶解50 min。

糖化：將液化后的馬鈴薯漿液，在溫度60 ℃、pH為6時添加15 U/g糖化酶酶解90 min。

過濾、滅菌：將上述酶解后的馬鈴薯漿液用兩層紗布過濾后，放入121 ℃的滅菌鍋中滅菌15 min。

接曲：稱取0.5%（占原料比例）的白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲的復合酒曲（三種曲的混合比例為1∶2∶2），加入裝液量為50 mL/250 mL高壓滅菌處理的3%糖水中，置于30 ℃培養箱中進行活化，每隔15 min振蕩一次，活化2 h[14]。

發酵：將上述活化后的酒曲接入馬鈴薯漿液中混勻，于31 ℃條件下培養48 h，當馬鈴薯渣向下沉淀、不再翻滾，液面不再有氣泡產生，發酵液由渾濁轉為澄清時可以判斷發酵結束。

殺菌：在75 ℃條件下殺菌30 min。

冷卻：冷卻后得到馬鈴薯酒成品。

1.3.2 單因素試驗

料液比對馬鈴薯發酵酒的影響：向不同的料液比為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9（g∶mL）的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復合酒曲，在發酵溫度為31 ℃條件下發酵48 h，通過感官評價來篩選最佳的料液比[15]。

復合酒曲比例對馬鈴薯發酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中，加入白酒酒曲、黃酒酒曲、米酒酒曲比例分別為1∶1∶0、1∶0∶1、0∶1∶1、1∶1∶1、1∶1∶2、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶2∶2、2∶2∶1、2∶1∶2[16]進行混合酒曲發酵，將混合后的酒曲作為發酵的菌種，在酒曲添加量為0.5%，發酵溫度31 ℃，發酵時間48 h時，通過感官評價來篩選出最佳三組混合比例來進行響應面優化的試驗參數。

復合酒曲添加量對馬鈴薯發酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中分別加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例為復合酒曲（白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲），密封后放置于培養箱，設置發酵溫度31 ℃，發酵時間48 h，發酵結束后通過感官評價來選擇最適的酒曲添加量。

復合酒曲發酵溫度對馬鈴薯發酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復合酒曲，分別放入溫度為22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培養箱中發酵48 h，發酵結束后感官評價來選擇最適的發酵溫度。

復合酒曲發酵時間對馬鈴薯發酵酒的影響：向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復合酒曲，放入溫度為31 ℃的培養箱中分別發酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，發酵結束后進行感官評分來選擇最適的發酵時間。

1.3.3 馬鈴薯酒的響應面優化設計

在單因素試驗基礎上，以復合酒曲比例（A）、復合酒曲添加量（B）、發酵時間（C）、發酵溫度（D）為影響因素，感官評分（Y）為響應值，利用Design Expert 8.06軟件，進行響應面試驗設計。響應面試驗設計因素與水平見表1。

表1 馬鈴薯酒發酵工藝優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for optimization of fermentation technology of potato wine

1.3.4 馬鈴薯酒的感官評價及標準

請專業的感官評分專家10人對馬鈴薯酒進行感官評分，根據文獻[17]評分標準，專家分別對馬鈴薯酒的外觀形狀、色澤進行評分后匯總，取其平均值，進行綜合評價，其評分標準見表2。

表2 馬鈴薯酒感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of potato wine

2 結果與分析

2.1 發酵工藝優化單因素試驗結果

2.1.1 料液比對馬鈴薯酒感官品質的影響

圖1 不同料液比對馬鈴薯酒感官品質的影響Fig.1 Effect of different ratio of material to liquid on sensory quality of potato wine

由圖1可知，隨料液比的變化感官評分先增大后減小，在料液比為1∶5（g∶mL）時分數最高為92分，在此比例時漿液的流動性較好，可溶性固形物含量適中，有利于淀粉酶的水解，料液比為馬鈴薯的質量與水的體積之比。料液比值過高，漿液黏稠，雖可溶性固形物高，但水解不完全，水解后的還原糖含量較低。料液比值過低，漿液稀疏，水解完全，但可溶性固形物低，導致酒精度低。故馬鈴薯漿液的最佳料液比為1∶5（g∶mL）。

2.1.2 復合酒曲比例馬鈴薯酒的感官品質的影響

圖2 不同比例的復合酒曲對馬鈴薯酒感官品質的影響Fig.2 Effects of different proportions of compound Jiuqu on sensory quality of potato wine

為綜合米酒酒曲、白酒酒曲、黃酒酒曲在風味上的優點以及彌補單一酒曲發酵在風味上的不足，本試驗采用復合酒曲進行配比，來提高馬鈴薯發酵酒的感官品質。由圖2可知，當復合酒曲白∶黃∶米比例為1∶2∶2、1∶2∶1、2∶1∶1時，感官評分較高，分別為92分、90分、90分。故選取米酒酒曲、白酒酒曲、黃酒酒曲最佳比例為1∶2∶2。

2.1.3 復合酒曲添加量對馬鈴薯酒感官品質的影響

圖3 復合酒曲添加量對馬鈴薯酒感官品質的影響Fig.3 Effects of compound Jiuqu addition on sensory quality of potato wine

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中分別加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例為白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲1∶2∶2的復合酒曲，密封后放置于培養箱，設置發酵溫度31 ℃，發酵時間48 h，結果見圖3。由圖3可知，隨復合酒曲添加量的增大感官評分先增大后減小，當復合酒曲添加量為0.5%時感官評分較高，為90分；可能是因為過多的酒曲添加過量會使酒體苦澀[18]，產生難聞的氣味。而過少的酒曲添加量達不到預期的發酵效果和品質。故選取復合酒曲最適添加量為0.5%。

2.1.4 發酵時間對馬鈴薯酒感官品質的影響

圖4 發酵時間對馬鈴薯酒感官品質的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of potato wine

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲比例為1∶2∶2的0.5%的復合酒曲，放入溫度為31 ℃的培養箱中分別發酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，結果見圖4。由圖4可知，感官評分隨發酵時間在12～72 h范圍變化先增加后減小，發酵時間過短，酒的風味不夠濃郁，口感不夠醇正；而發酵時間過長則會令酒體產生酸澀味或苦澀味[19]。故馬鈴薯酒最佳發酵時間為48 h。

2.1.5 發酵溫度對馬鈴薯酒感官品質的影響

向等量的酶解滅菌后的馬鈴薯漿液中加入比例白酒酒曲∶黃酒酒曲∶米酒酒曲為1∶2∶2的0.5%的復合酒曲，分別放入溫度為22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培養箱中發酵48 h，結果見圖5。由圖5可知，隨發酵溫度的升高感官評分先增大后減小，在31 ℃時感官評分最高可達89分。溫度過高時，可能會導致馬鈴薯發酵酒酒體的酸敗，產生異味。溫度過低時，微生物的生長代謝慢，產生酒精的能力就會下降，口味平淡[9]。故馬鈴薯酒的最佳發酵溫度為31 ℃。

圖5 發酵溫度對馬鈴薯酒感官品質的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of potato wine

2.2 發酵工藝優化響應面設計試驗結果

在單因素試驗基礎上，以復合酒曲比例（A）、復合酒曲添加量（B）、發酵時間（C）、發酵溫度（D）為影響因素，感官評分（Y）為響應值，利用Design Expert 8.06軟件，進行響應面的試驗設計。響應面試驗設計及結果見表3，方差分析結果見表4。

表3 馬鈴薯酒發酵工藝優化響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface experiments for potato wine fermentation technology optimization

續表

將表3所得的試驗數據采用Design Expert 8.0軟件進行統計分析，得到二次回歸方程：

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，F值的大小可以判斷出影響感官評分中發酵時間的影響最大，發酵溫度對其影響次之，復合酒曲比例和復合酒曲添加量對結果影響的最小。模型達到了極顯著水平（P＜0.01），表明模型構建較成功。失擬項不顯著（P＞0.05），表明回歸方程擬合效果較好。決定系數R2=0.947 0，調整決定系數R2Adj=0.893 9，說明該模型的預測值與實驗值具有較好的擬合性，因此可以用此模型對馬鈴薯發酵酒的感官評價進行預測[20]。

2.3 響應面曲面圖分析

根據回歸方程利用Design Expert 8.06軟件，各因素兩兩交互作用響應面及等高線見圖6。

圖6 各因素交互作用對馬鈴薯酒感官評分影響的響應面及等高線Fig.6 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between various factors on sensory evaluation score of potato wine

由圖6可知，隨著各因素水平的增大，響應值先增大后減小。交互項AB、AC、AD、BC、BD、CD響應面的坡度較緩，說明對馬鈴薯酒的感官評分影響不顯著，A、B、C、D對感官評分均呈拋物線趨勢影響，說明這4個因素所在選取的試驗范圍內，響應值均存在最大值。故通過響應面優化分析得到馬鈴薯酒的最佳工藝條件為復合酒曲為白酒曲∶黃酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，復合酒曲添加量為0.5%，發酵時間為48.7 h，發酵溫度為31.04 ℃，此時制作的馬鈴薯酒的感官評分預測值為93分。綜合考慮實際可操作性，將復合酒曲比例設定為白∶黃∶米是1∶2∶2，復合酒曲添加量設定為0.5%，發酵時間為49 h，發酵溫度為31 ℃，在此條件下進行試驗，得到感官評分實際值為94分，與模型的預測值吻合程度較高，說明了本試驗所獲得的回歸模型方程具有良好的可靠性和實用性。3 結論

研究先采用單因素試驗方法，分別考察了復合酒曲比例、復合酒曲添加量、發酵時間、發酵溫度對感官評價的影響，運用4因素3水平進行響應面優化試驗。結果表明，馬鈴薯酒的最佳加工工藝條件為復合酒曲為白酒曲∶黃酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，復合酒曲添加量0.5%，發酵時間49 h，發酵溫度31 ℃。在此優化工藝條件下，感官評分達到最高分94分。