黑蒜紅棗酒發酵工藝的優化

蘇成勇 ，李娟*，吳昊，張艷明，趙琪

1. 徐州工業職業技術學院化學工程學院（徐州 221140）；2. 安徽師范大學生命科學學院（蕪湖 241000）

黑蒜又被稱為發酵黑蒜，是用新鮮大蒜，不添加其他任何物質在恒溫恒濕發酵箱里發酵60～90 d后得到的大蒜深加工產品。黑蒜不僅保留了大蒜特有的一些功能保健成分，而且總糖、蛋白質、維生素等含量至少為新鮮大蒜的2倍以上[1]。同時，黑蒜還具有很強的抗氧化、抗腫瘤、調節血糖、提高免疫力等作用[2-4]。黑蒜作為一種新型的深加工產品，具有重要的經濟價值。紅棗含有豐富的蛋白質、氨基酸、糖類、維生素和很多種人體必需的礦物元素[5]，不僅是健康零食的首選，還是藥食同源的滋補良藥，有補血行氣、強筋健骨和美容養顏等功效[6-7]。

關于黑蒜的加工工藝及黑蒜的功能、抗氧化等方面的研究較為深入[1-4,8]，但黑蒜保健酒等精深加工產品開發等相關研究還鮮有報道。試驗以黑蒜和紅棗為原料，接種釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）進行發酵，所得產品具有很高的營養價值和保健作用，符合國家所提倡的釀酒工業生產要實現“四個轉變”的總體要求，能為企業生產出一種色、香、味俱佳的黑蒜紅棗保健酒提供技術參考，有助于豐富市場上的保健酒品種，并促進大蒜資源的進一步開發利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑蒜（徐州黎明食品有限公司）；紅棗（市售）；活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；蔗糖（市售）；果膠酶（生化級，江蘇銳陽生物科技有限公司）；無水亞硫酸鈉（天津市永大化學試劑開發中心）；氫氧化鈉（南京化學試劑有限公司）；檸檬酸（食品級，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器與設備

電子天平（賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）；料理機（九陽股份有限公司）；糖度計（上海天美科學儀器有限公司）；酸度計（上海三信儀表廠）；酒精計（上海三信儀表廠）；干燥箱（上海博訊實業有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（上海山連實驗設備有限公司）；滅菌鍋（上海博訊實業有限公司）；超凈工作臺（上海博訊實業有限公司）；離心機（上海科學儀器廠）；培養箱（杭州陸恒生物科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 黑蒜紅棗酒發酵工藝流程[9-11]

黑蒜去皮、紅棗去核清洗→按比例混合→破碎→酶解→浸提→調配→滅菌→接種酵母→發酵→過濾→陳釀→滅菌→成品

1.3.2 操作要點

1) 原料預處理：將黑蒜去皮清洗干凈，紅棗去核清洗干凈，按照料水比1∶15（g/mL），將一定比例的黑蒜紅棗放在50 ℃水浴鍋中浸泡，后放入料理機進行破碎打漿。

2) 酶解浸提：在黑蒜紅棗漿中加入一定量果膠酶（如0.20%）后，置于一定溫度（如40 ℃）水浴鍋中酶解一段時間（如2 h）。

3) 加亞硫酸鈉：冷卻后加入50 mg/L亞硫酸鈉至已酶解的黑蒜紅棗液。

4) 調配：測定酶解液的原始糖度，按每17 g/L糖能產生1%vol酒精將糖度調整至所需濃度，用檸檬酸調pH 3.4～3.8。

5) 滅菌：采用巴氏滅菌法，將調配好的酶解液放在80 ℃水浴鍋中，保溫40 min。

6) 酵母活化：在溫度37 ℃條件下，取一定量的干酵母并向其中加入2%蔗糖溶液，等待溫度自然冷卻，室溫活化15 min。

7) 添加酵母并發酵：將待發酵液冷卻到20 ℃時在超凈工作臺上添加活化酵母，調整培養箱溫度至發酵溫度后進行發酵。

8) 過濾：發酵后的酒液先經紗布過濾再加入澄清劑進行過濾澄清。

9) 陳釀：放置陰涼干燥通風處進行陳釀，使酒體澄清并更加濃郁。

10) 滅菌：將陳釀后的酒液進行巴氏殺菌或膜過濾，裝罐后得成品酒。

1.3.3 原料浸提工藝優化單因素試驗

稱取相同質量的同一批次混勻后的黑蒜紅棗漿，分別考察果膠酶添加量（0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%）、酶解溫度（30，35，40，45和50℃）和酶解時間（0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h）對浸提效果的影響。

1.3.4 原料浸提工藝優化正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以果膠酶添加量、酶解浸提溫度和浸提時間3個因素進行正交試驗，確定最佳浸提工藝。具體方案見表1。

1.3.5 發酵工藝優化單因素試驗

取相同質量的同一批次酶解后的黑蒜紅棗漿，發酵后以酒精度為主要評價指標，以感官評分為輔助評價指標，分別考察初始糖度（18，20，22，24和26°Brix）、酵母添加量（0.3%，0.5%，0.7%，0.9%和1.1%）、發酵溫度（18，20，22，24和26 ℃）和發酵時間（5，6，7，8和9 d）對發酵工藝的影響。

1.3.6 發酵工藝優化正交試驗

在單因素試驗基礎上，以初始糖度、酵母添加量、發酵溫度和發酵時間4個因素進行正交試驗，以酒精度為主要評價指標，以感官評分為輔助評價指標，確定最佳發酵工藝。具體方案見表2。

表1 浸提工藝優化正交試驗因素與水平

表2 發酵工藝優化正交試驗因素與水平

1.3.7 分析檢測

pH用pH計測定；可溶性固形物（糖度）用數顯糖度計測定；酒精度和酸度依據GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法測定[12]；菌落總數依據GB 4789.2菌落總數測定方法測定[13]；大腸菌群依據GB 4789.3大腸菌群計數法測定[14]。根據GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法中的感官評定方法[12]，結合產品特點，對發酵型黑蒜紅棗酒的感官評價標準進行改進，見表3。選擇10名有經驗的食品專業人員，從外觀、香氣、口味、風格4個方面對發酵后所得的黑蒜紅棗酒進行評分，取平均分作為最終得分。

表3 黑蒜紅棗酒的感官評價標準

2 結果與分析

2.1 浸提工藝參數的確定

2.1.1 黑蒜和紅棗質量比對酒體的影響

為研究不同黑蒜紅棗配比對黑蒜紅棗酒的影響，在前期試驗基礎上按照料水比1∶15（g/mL）加入清水，并進行浸提和發酵試驗，結果見表4。黑蒜添加比例較高時，原料浸提液顏色偏黑，黑蒜味過于濃厚，且所得黑蒜酒的感官評分較低；黑蒜、紅棗質量比1∶2.5時，原料浸提液顏色呈現深紅色，香氣協調，所得黑蒜酒的酒精度適宜，且感官評分相對最高。

表4 不同黑蒜紅棗質量比對黑蒜紅棗酒的影響

2.1.2 果膠酶添加量對浸提效果的影響

不同的果膠酶添加量對浸提效果的影響情況見圖1。果膠酶添加量0.05%～0.20%時，酶解所得黑蒜紅棗漿中可溶性固形物含量隨著果膠酶增加而增加；果膠酶添加量0.20%時，可溶性固形物含量達到最大值5.9%；果膠酶添加量大于0.20%，可溶性固形物含量并未上升，與其他紅棗保健酒研制過程中的試驗結果一致[10,15]。據此，選擇果膠酶添加量0.15%，0.20%和0.25%進行正交試驗。

圖1 不同果膠酶添加量對浸提的影響

2.1.3 浸提溫度對浸提效果的影響

不同溫度對浸提效果的影響情況見圖2。可溶性固形物含量隨著溫度升高而增加，并在溫度40 ℃左右時可溶性固形物含量達到最高，說明酶解浸提效果相對最好。溫度過高，會導致酶的活性下降而使可溶性固形物含量下降，因此選擇35，40和45 ℃進行正交試驗。

2.1.4 浸提時間對浸提效果的影響

時間長短對浸提效果的影響程度見圖3。浸提1 h內，可溶性固形物含量迅速升高；隨著酶解時間延長，可溶性固形物升高速度先快后慢，酶解浸提2 h后趨于穩定。若繼續延長浸提時間，不僅會增加能耗，還可能會導致一些風味物質損失，進而影響酒的質量。因此，選擇酶解浸提時間1.5，2.0和2.5 h進行正交試驗。

圖2 不同浸提溫度對浸提的影響

圖3 不同浸提時間對浸提的影響

2.1.5 黑蒜紅棗酒浸提工藝優化正交試驗結果

以酶解浸提液中的可溶性固形物含量作為評價指標，參考單因素試驗結果，對果膠酶添加量（A）、浸提溫度（B）、浸提時間（C）3個因素進行正交試驗，結果見表5。

由表5中的R值可知，影響黑蒜紅棗浸提液中可溶性固形物含量的主次因素依次是A（果膠酶添加量）＞B（浸提溫度）＞C（浸提時間），即果膠酶添加量對黑蒜紅棗液酶解的影響最大，溫度的影響次之，而時間的影響最小。根據k值初步得出最優的酶解浸提工藝條件組合是A2B3C2，即果膠酶添加量0.20%，浸提溫度45 ℃，浸提時間2 h。

表5 酶解浸提工藝優化正交試驗結果

2.2 黑蒜紅棗酒發酵工藝優化

2.2.1 初始糖度對發酵的影響

初始糖度對發酵的影響程度見圖4。酵母菌生長繁殖需要足夠的糖類物質作為碳源。若糖度太低，會導致酵母菌生長緩慢，發酵時間延長，且產酒率低。若糖度太高，會導致酵母菌過快生長繁殖，可能會導致營養過快消耗、缺氧或產生其他次級代謝產物而使酒精產率下降，且影響酒的風味。如圖4所示，發酵后所得黑蒜紅棗酒的酒精度隨著初始糖度增加而提高，并在糖度22 °Brix左右時酒精度達到最高（11.5%vol）；初始糖度高于22 °Brix時，酒精度快速下降。感官評價結果也顯示初始糖度范圍在20～22°Brix時，所得黑蒜紅棗酒濃郁醇香，口味最為協調，而初始糖度高于24 °Brix時，所得黑蒜紅棗酒的感官評分大幅降低。綜合發酵后所得黑蒜紅棗酒的酒精度和感官評分，選擇初始糖度18，20和22 °Brix進行正交試驗。

圖4 不同初始糖度對發酵的影響

2.2.2 酵母添加量對發酵的影響

酵母添加量對發酵的影響程度見圖5。酵母添加量會直接影響發酵進程，進而改變產酒率和酒的感官。由圖5可知，酒精度隨著酵母添加量增加而提高，并在酵母添加量0.9%左右時，發酵所得酒的酒精度達到峰值（10.6%vol）。酵母添加量過高時，酵母菌生長過于旺盛，會造成營養不足而導致發酵后期酒精得率反而有所降低。酒的感官評價結果顯示，酵母添加量0.7%左右時，發酵所得酒的感官得分最高；酵母添加量過高或過低，均會導致酒的感官得分降低。考慮到酵母添加量在高于0.7%后，所得酒的酒精度仍在繼續上升，且感官得分只是緩慢下降（圖5），因此選擇酵母添加量0.7%，0.9%和1.1%進行正交試驗。

2.2.3 溫度對發酵的影響

溫度對發酵的影響程度見圖6。發酵溫度過低時，酵母菌生長緩慢，代謝受到抑制，使發酵周期延長或容易染菌，從而會導致產酒率低，甚至發酵失敗；隨著發酵溫度升高，酵母菌生長速度加快，達到應有的菌體濃度后進入產酒期，從而能提高產酒率；溫度過高，會導致菌體衰老加快、喪失活力甚至過早死亡，從而大幅降低產酒率，并很可能影響酒的品質[16]。由圖6可知，隨著溫度升高，發酵所得酒的酒精度和感官評分均有所提高，并均在20 ℃左右時達到最高（酒精度10.5%vol，感官98分）。發酵溫度22 ℃左右時，酒的感官評分明顯下降。考慮到較高發酵溫度會提高能源消耗，因此綜合酒精度和感官評分結果，選擇18，20和22 ℃進行正交試驗。

圖5 不同酵母添加量對發酵的影響

圖6 不同溫度對發酵的影響

2.2.4 時間對發酵的影響

發酵時間對發酵的影響程度見圖7。在5～7 d發酵時間范圍內酒精度迅速提高，并在發酵7 d左右時酒精度即可達到10.5%vol，發酵7 d后酒精度緩慢下降。酒的感官評分結果同樣顯示，隨著發酵的進行，酒的口感越來越醇厚協調，并在發酵7～8 d時感官評分變化不大（稍有下降），但若繼續發酵至9 d左右時，口感會迅速變差，可能是由于發酵后期其他代謝產物迅速積累，對酒的風味產生明顯影響所致。因此，本著節約能源的原則，同時綜合酒精度和感官評分結果，選擇發酵時間6，7和8 d進行正交試驗。

2.2.5 發酵工藝優化正交試驗結果

根據黑蒜紅棗酒發酵的單因素的試驗結果，對初始糖度、酵母添加量、發酵時間、發酵溫度4個因素進行正交試驗優化。具體分析結果見表6。

由表6可知，依據酒精度含量指標和感官指標，結果均顯示影響黑蒜紅棗酒發酵的主次因素關系依次為：C（發酵溫度）＞B（酵母添加量）＞D（發酵時間）＞A（初始糖度）。因初始糖度相較于其他因素對黑蒜紅棗酒的發酵影響最小，針對感官指標的正交試驗結果與針對酒精度指標的正交試驗結果具有一致性，二者與初始糖度的單因素試驗結果（圖4）也一致。試驗依據酒精度指標，確定的最優發酵條件組合是A3B2C3D3，即酵母添加量0.9%、初始糖度22 °Brix、發酵溫度22 ℃、發酵時間8 d。在此工藝條件下的驗證試驗結果顯示，所得黑蒜紅棗酒的酒精度為11.3%vol，感官評分為95分。

圖7 不同時間對發酵的影響

表6 黑蒜紅棗酒發酵工藝正交試驗結果

2.3 黑蒜紅棗酒的成品質量指標檢測結果

感官指標：酒液呈棕紅色，口感柔和協調，風格獨特。

理化指標：酒精度11.3%vol，總酸（以酒石酸計）4.9 g/L，pH 3.7，糖度5.3%，檢測結果均符合國家標準GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]。

微生物指標：菌落總數38個/mL＜100個/mL；大腸桿菌未檢出。

3 結論

以黑蒜和紅棗為原料，對發酵型黑蒜紅棗酒的原料浸提工藝和發酵工藝進行研究。原料浸提工藝的試驗結果表明，黑蒜、紅棗質量比1∶2.5時，原料最佳浸提工藝為果膠酶添加量0.20%，浸提溫度45 ℃，浸提時間2 h。發酵工藝試驗結果顯示，黑蒜紅棗酒的最佳發酵條件為：酵母添加量0.9%，初始糖度22°Brix，發酵溫度22 ℃，發酵時間8 d。所得黑蒜紅棗酒具有酒精度適宜，營養豐富，口感柔和協調，風格獨特等特征，能為企業生產出一種色、香、味俱佳的黑蒜紅棗保健酒提供技術參考。