正交試驗法優化紅薯酒發酵工藝

陸雨芳，張華敏，吳慧琳，陳雪英，馮紹彪，李剛鳳

銅仁學院（銅仁 554300）

紅薯又名甘薯、地瓜。紅薯富含維生素、蛋白質、淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素，以及鉀、鐵、鈣等10余種微量元素，有“長壽食品”之稱，具有抗癌、保護心臟、預防肺氣腫和糖尿病、減肥等功效[1-3]。紅薯中豐富的膳食纖維可刺激腸道蠕動，具有通便排毒的作用[4]，同時紅薯中脫氫表雄酮具有抑制乳腺癌和結腸癌的發生和發展的功效[5]。我國紅薯資源豐富，但紅薯加工產品單一，開發利用水平較低[6]。紅薯的主要產品有紅薯干、紅薯蛋白質粉、紅薯黃酒等[7-8]。紅薯可被用作飲料和食物原料，制作粉條、休閑零食、紅薯饅頭等，還可開發紅薯葡萄酒和紅薯啤酒等[9]。

紅薯酒是經蒸料、拌曲發酵、拌糠、過濾、蒸餾、殺菌而成，其口味醇香，鮮甜爽口，含豐富的維生素、低聚糖、氨基酸、礦物質微量元素等營養成分，同時酒度較低，兼顧營養及一定的功能性，這為紅薯酒在市場的發展提供良好的前景。

試驗以新鮮紅薯為原料，在液化糖化的基礎上，利用酵母的活性發酵沉淀，再經過濾除雜后靜置，獲得發酵成熟的紅薯酒。在單因素試驗的基礎上，利用正交試驗優化發酵過程中發酵時間、初始糖度、發酵溫度及酵母添加量對紅薯酒酒精度及感官品質的影響，以期為紅薯酒的工業化生產提供工藝參數和理論依據。優化條件下制得的紅薯酒，既有紅薯的清甜又具發酵的醇香，加工過程對原料的損失少，更好地保留了紅薯的營養價值及風味物質，豐富紅薯類產品，為紅薯產業的發展提供理論保障。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅薯、白砂糖（市售）；檸檬酸（濰坊英軒實業有限公司）；糖化酶、α-淀粉酶（湖南新鴻鷹生物有限公司）；安琪專用高活性酵母（安琪酵母股份有限公司）。

CP1502C電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；DFD-700電熱恒溫水浴鍋（常州智博瑞儀器制造有限公司）；GNP-9160隔水式電熱恒溫培養箱（常州普天儀器制造有限公司）；0-32%糖度計（上海淋譽貿易有限公司）；0-50度酒精計（武強縣億達儀表廠）；COSUA/超帥高速打漿機（常州智博瑞儀器制造有限公司）；WK2102T電磁爐（美的集團股份有限公司）。

1.2 工藝流程

紅薯→去皮切條→蒸煮→打漿→酸度調節→液化糖化→調糖度→接種→發酵7 d→過濾→殺菌→冷處理→紅薯酒

1.3 操作要點

紅薯漿：將紅薯切2～3 cm長條，蒸汽滅酶30 min，冷卻，以料水比1∶3（g/mL）打漿，得紅薯漿，備用。

酵母活化：稱取5 g白砂糖溶于85 mL的沸水，冷卻至38～40 ℃，加入10 g活性干酵母，密封，搖勻。

主發酵：量取250 mL紅薯漿，檸檬酸調pH至5.5，加0.27%α-淀粉酶、0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，攪拌均勻，用保鮮膜密封，白砂糖調糖度22°、pH 4.5，加3.2%活化酵母，搖勻，于26 ℃恒溫發酵7 d[10-11]。

滅菌及后發酵：發酵液于85 ℃滅菌30 min，冷卻，置于6 ℃冰箱發酵4 d，制得紅薯酒。

1.4 單因素試驗

1.4.1 主發酵時間的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，調節糖添加量22%，調節pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃分別發酵5，6，7，8和9 d，滅菌，后發酵。

1.4.2 糖添加量的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，冷卻，分別調節糖添加量18%，20%，22%，24%和26%，調節pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃發酵7 d，滅菌，后發酵。

1.4.3 主發酵溫度的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min搖勻，冷卻調節糖添加量22%，調節pH 4.5，加3.2%酵母，分別于24，26，28，30和32 ℃發酵7 d，滅菌，后發酵。

1.4.4 酵母添加量的確定

紅薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒溫水浴180 min，搖勻，冷卻，調節糖添加量22%，調節pH 4.5，分別添加2.4%，3.2%，4%，4.8%和5.5%酵母，于26 ℃發酵7 d，滅菌，后發酵。

1.4.5 正交試驗的設計

在單因素的基礎上，對發酵時間（A）、初始糖度（B）、主發酵溫度（C）、酵母接種量（D）進行正交優化，以酒精度為主要評價指標，感官評價為次要評價指標，設計L9(34)正交表進行試驗，確定正交優化條件下紅薯酒發酵的優化工藝條件，因素水平如表1所示。

表1 紅薯酒正交優化試驗因素水平表

1.5 酒精度的測定[12]

將紅薯酒倒入100 mL量筒中，酒精計緩慢放入液體中，使酒精計懸浮，穩定1～3 min；酒精計讀數即為酒精度含量。

1.6 感官評價

挑選5名男生和5名女生（食品科學與工程專業）組成評價小組，對紅薯酒就色澤、滋味、香氣、透明度、沉淀物、懸浮物進行感官綜合評分，采用100分制，感官評分標準如表2所示[13-14]。

表2 紅薯酒感官評價標準表

1.7 數據統計與分析

采用Excel 2010及SPSS 16.0對數據進行分析處理，并用Origin 8.5進行作圖分析。

2 結果與分析

2.1 發酵時間的確定

發酵時間對紅薯酒的影響見圖1。當發酵時間為5 d時，酒精度達到為8%vol，但沉淀過多，上清液渾濁，影響酒的品質，感官評分較低。發酵至8～9 d時，由于發酵時間越長，糖度逐漸下降，營養物質消耗過多，酵母生長達到衰亡期，酵母活性受抑制，酒精度減小。發酵7 d時，酒精度達到最高（9%vol），紅薯酒無渾濁，透明，香味醇正。潘年龍等[15]、楊雅利等[16]優化紫薯酒發酵工藝，其發酵時間均為7 d。綜合分析，選擇紅薯酒發酵時間6，7和8 d作為正交試驗設計水平。

圖1 發酵時間對紅薯酒的酒精度及感官品質的影響

2.2 糖添加量的確定

糖添加量對紅薯酒的影響見圖2。當糖添加量為18%時，紅薯漿產生酒精。當糖添加量為24%和26%時，濃度差增大，部分酵母無法生存，導致酵母死亡，無法產生酒精。當糖添加量為22%時，酒精度達到最高，通過感官評價可知，此時紅薯酒無酸味，大部分糖被利用，殘糖率很低。故選擇糖添加量18%，20%和22%作為正交試驗設計水平。

圖2 糖添加量對紅薯酒的酒精度及感官品質的影響

2.3 發酵溫度的確定

發酵溫度對紅薯酒的影響見圖3。發酵溫度過低或過高均不適合紅薯制備液的發酵，當發酵溫度過低時，酵母存活率下降，酵母的發酵速度慢；當發酵溫度過高時，酵母的發酵速度過快，酵母存活率下降，容易產生酸菌繁殖，導致產品的品質下降。當溫度為26 ℃時，酒精度最高，為9.5%vol。綜合分析，選擇發酵溫度26，28和30 ℃作為正交試驗設計水平。

圖3 發酵溫度對紅薯酒酒精度及感官品質的影響

2.4 酵母添加量對紅薯酒品質的影響

酵母添加量對紅薯酒的影響見圖4。當酵母添加量小于3.2%時，紅薯漿中糖分不能被完全轉化為酒精，酒精度較低；隨著酵母量的增多，酒精度逐漸升高，當酵母添加量為4%時，酒精度達到最高，為8%vol；當酵母添加量大于4%時，糖濃度過高，過多的營養物質在菌體的生長繁殖起主要作用，被用于酒精的生成上較少，酵母增多吸收更多的糖，導致糖度逐漸降低，只夠酵母存活，無法產生酒精，從而導致酒精度下降[17]。酵母添加量在3.2%～4.8%之間存在頂點值。綜合分析，選擇酵母添加量3.2%，4.0%和4.8%作為正交試驗設計水平。

圖4 酵母添加量對紅薯酒酒精度及感官品質的影響

2.5 正交優化紅薯酒工藝條件結果與分析

正交試驗結果分析見表3。發酵時間、糖度、發酵溫度、酵母添加量對紅薯酒的發酵具有不同的影響，影響程度為D＞B＞A＞C，即酵母添加量影響最大，其次是糖的添加量和發酵時間，影響最小的是發酵溫度；最佳工藝配方為A3B3C1D1，即酵母添加量為3.2%，糖添加量為22%，發酵時間為8 d，發酵溫度為26 ℃。

表3 正交優化結果分析

2.6 驗證性試驗

為驗證紅薯發酵酒感官品質的穩定性，按最佳加工工藝條件A3B3C1D1，即酵母接種量為3.2%，糖添加量為22%，于26 ℃發酵8 d，制得紅薯酒，并對紅薯酒進行感官評價，測試酒精度，試驗重復6次。由表4可知，在該工藝條件下，紅薯酒的酒精度為7.02%vol，其感官綜合評分68分，在此條件下紅薯酒的穩定性好，具有較好的可操作性。

表4 紅薯酒的工藝優化穩定性試驗結果

3 結論與討論

在單因素試驗基礎上，經正交優化試驗得到紅薯酒最佳工藝參數：料水比（紅薯-水）1∶3（g/mL），糖添加量22%，酵母接種量3.2%，發酵溫度26 ℃，發酵時間8 d。在此工藝條件下，制得的紅薯酒酒精度為7.02%vol，感官綜合評分為68分，紅薯酒口味醇正，色澤均勻呈微黃，紅薯香味，甜度適中，口感細膩。不僅保留了米酒獨特的風味，而且增加了紅薯的香甜，適合多類人群食用，具有廣闊的市場前景。

紅薯“長壽食品”的美名，說明其不僅營養豐富，還具有多種食療保健作用，現階段我國紅薯的開發利用主要集中于其高淀粉的利用，其深加工產品的開發較單一，因此，對紅薯類產品的開發應用具有廣闊的生產前景。紅薯酒發酵工藝的優化可為后期提高紅薯酒綜合品質提供重要參考，對開發復合型紅薯酒及復合型紅薯產品具有重要意義。該試驗可為紅薯酒在營養保健功能方面的研究奠定基礎，也可為紅薯酒開發應用提供一定的指導。