響應(yīng)面法優(yōu)化錐栗桂花糯米白酒發(fā)酵工藝

廖素蘭，潘婉華

（武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山 354300）

錐栗盛產(chǎn)于閩北建甌，是一種老少皆宜的產(chǎn)品。錐栗營養(yǎng)成分高，果實含淀粉64.2%，水溶性多糖12.5%，蛋白質(zhì)7.6%，脂肪7.17%，并含有大量人體所需的氨基酸、維生素等[1-2]。具有健脾養(yǎng)胃，美容養(yǎng)顏，提高免疫力，預(yù)防老年人的高血壓、冠心病、動脈硬化、骨質(zhì)疏松等功效。但錐栗不易保存，錐栗的加工產(chǎn)品較為單一，大大限制了錐栗發(fā)展[3-4]。桂花是我國的十大傳統(tǒng)名花之一，古有“十里飄香”之美稱。桂花又是一種天然藥材，中醫(yī)認為，桂花性溫味辛，煎湯、泡茶或浸酒內(nèi)服，可以化痰散瘀，對食欲不振、腸風(fēng)血痢、經(jīng)閉腹痛有一定的療效[5-7]。閩北有以桂花為縣花的浦城，2007年被授予全國的“桂花之鄉(xiāng)”。桂花酒研究成為近年來的一個研究熱點[5-15]。

中國白酒的生產(chǎn)有幾千年歷史，與華夏文明共同發(fā)展、進步，已得到全世界的認可，但傳統(tǒng)白酒已無法滿足年青一代對白酒口味及營養(yǎng)的要求[16]。目前，國內(nèi)外以堅果為原料的白酒研究很少，錐栗酒和桂花酒又略顯單一。因此，將錐栗和桂花釀造成復(fù)合堅果白酒，不僅綜合利用了錐栗、桂花的優(yōu)點，在營養(yǎng)方面起到了互補的作用，桂花的調(diào)香也豐富了人們的嗅覺，又為解決錐栗難保存、產(chǎn)品單一等問題提供了有效途徑。本文研究以閩北新鮮錐栗、糯米作為原料，桂花為輔料，液態(tài)法發(fā)酵，再經(jīng)蒸餾而制成新型白酒，對其生產(chǎn)工藝參數(shù)進行優(yōu)化，旨在為錐栗桂花白酒產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料

錐栗、丹桂、糯米：市售；安琪酒曲：安琪酵母股份有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

MA-A1-159型蒸酒器：美澳塑膠制品廠；DH07-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏試驗設(shè)備有限公司；KA-B2301-1型料理機：金萊克電器股份有限公司；BL-50A型立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；TE124S型電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；ZDP-A2050A型培養(yǎng)箱：上海智誠分析儀器制造有限公司。

1.3 工藝流程

1.4 操作要點

1.4.1 原料的篩選和預(yù)處理

錐栗：錐栗去殼去皮，挑選出無霉變、未變質(zhì)的新鮮果肉，清洗，備用。糯米：挑選出雜質(zhì)和變質(zhì)的米粒，在蒸煮的前一天晚上，清洗，加一定量的水浸泡。

1.4.2 蒸煮磨漿

錐栗、糯米各加入一定量的水，分別放入蒸鍋、高壓鍋內(nèi)蒸煮，至熟而不爛即可。將錐栗、糯米按事先計算好的數(shù)值分樣，根據(jù)各因素設(shè)計，稱取一定比例的冷卻水，分次加入料理機打磨錐栗、糯米，至其顆粒較細小均勻即可倒入發(fā)酵罐。

1.4.3 調(diào)料發(fā)酵

稱取一定比例的桂花，用溫開水簡單沖洗，加入料液中，攪拌均勻。冷卻至26℃～30℃，調(diào)節(jié)pH值到4左右。稱取一定比例的酒曲，加入料液中，攪拌，讓酒曲充分的接觸料液。封緊蓋口，放入已設(shè)定好溫度的培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

1.4.4 蒸餾陳釀

將發(fā)酵完全的酒液搖勻倒入蒸餾鍋，打開開關(guān)。當(dāng)有酒流出時，去掉酒頭，用酒瓶接下蒸餾出的白酒，當(dāng)流出液流速變小，截去酒尾。封緊瓶口，放入干燥、陰涼的地方存儲。

1.5 主發(fā)酵工藝及優(yōu)化

1.5.1 桂花添加量的影響

在蒸煮好的錐栗糯米中，添加500mL冷開水后磨漿，調(diào)整桂花的添加量，分別為1%、2%、3%、4%，調(diào)節(jié)pH值為4，酒曲添加量為7%，然后在29℃的恒溫培養(yǎng)箱下發(fā)酵6d，比較原料配比對成品感官及出酒率的影響。

1.5.2 發(fā)酵時間的影響

在蒸煮好的錐栗糯米中，添加500 mL冷開水后磨漿，桂花添加量為2%，調(diào)節(jié)pH值為4，酒曲添加量為7%，29℃的恒溫培養(yǎng)箱下發(fā)酵。比較發(fā)酵4、6、8、10 d等對成品感官及出酒率的影響。

1.5.3 酒曲添加量的影響

在蒸煮好的錐栗糯米中，添加500 mL冷開水后磨漿，桂花添加量為2%，調(diào)節(jié)pH值為4，29℃的恒溫培養(yǎng)箱下發(fā)酵。比較1%、4%、7%、10%酒曲添加量，發(fā)酵6 d對成品感官及出酒率的影響。

1.5.4 發(fā)酵溫度的影響

在蒸煮好的錐栗糯米中，添加500 mL冷開水后磨漿，桂花添加量為2%，調(diào)節(jié)pH值為4，酒曲添加量為7%，在26、29、32、35℃等的恒溫培養(yǎng)箱下發(fā)酵6 d對成品感官和出酒率的影響。

1.6 響應(yīng)面優(yōu)化主發(fā)酵工藝

在單因素的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法[17-19]，選擇酒曲添加量（A）、發(fā)酵溫度（B）、桂花添加量（C）、發(fā)酵時間（D）作為考察因素，以出酒率和感官評分作為響應(yīng)值，設(shè)計了四因素三水平試驗進行優(yōu)化。因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平編碼Table 1 Factors and levels in Box-Behnken design

1.7 測定方法

1.7.1 感官評定

由10人（男女各半）組成的品評小組進行參評，對錐栗桂花白酒的色澤和外觀、香氣、口感、風(fēng)格4個指標(biāo)進行評分[20]，總分100分，評分結(jié)果為各指標(biāo)得分總和。

1.7.2 出酒率計算

取100 mL酒樣于100 mL量筒中，利用酒精比重計（標(biāo)溫20℃）測定其酒精度，計算出酒率[21]。

1.7.3 理化指標(biāo)測定

參用國標(biāo)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》，錐栗桂花白酒的感官評定表見表2。

表2 錐栗桂花白酒的感官評定Table 2 Sensory scoring criteria of castanea henryi and osmanthus fragrans liquor

1.8 數(shù)據(jù)分析

單因素試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行分析，根據(jù)感官評價、出酒率等選出最優(yōu)數(shù)據(jù)。采用Design-Expert 8.0.6軟件對響應(yīng)面試驗的數(shù)據(jù)進行方差分析和線性回歸。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 不同桂花添加量對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響

桂花添加量對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響見圖1。

圖1 不同桂花添加量對錐栗桂花白酒感官與出酒率的影響Fig.1 Effect of Osmanthus fragrans addition on liquor quality and liquor yield

如圖1所示在白酒發(fā)酵工藝中，桂花在酒中主要起對酒體進行調(diào)香的作用。隨著桂花添加量的增加，白酒的香氣等感官分?jǐn)?shù)也隨之增加。添加量高于2%后，其白酒的感官評分隨著桂花添加量的增加而減少。桂花本身帶有一定的苦味，隨著添加量的增加，其苦味也會增加，這便影響了酒體的口感。在本試驗中，其感官香味要求有和諧的桂花錐栗味道，綜合對酒體口感以及豐富白酒的營養(yǎng)要求，選用添加量1%、2%、3%作為響應(yīng)面試驗的3個水平。

2.1.2 不同發(fā)酵時間對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響

發(fā)酵時間對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵時間對錐栗桂花白酒感官與出酒率的影響Fig.2 Effect of fermentation time on liquor quality and liquor yield

如圖2可知，發(fā)酵時間為10 d的白酒感官評分最高。發(fā)酵時間少于10 d時，隨著時間的延長，錐栗桂花白酒的口感越好，其感官評分越高。發(fā)酵時間多于8 d的，其發(fā)酵較為穩(wěn)定，發(fā)酵8 d的白酒感官評分略低于發(fā)酶10 d的感官評分，但總體差別不大，趨于平緩。出酒率以發(fā)酵時間為8 d時最高，少于8 d的隨著時間的延長出酒率逐漸增高，多于8 d的出酒率增加較少，其趨勢也較為平緩。采用發(fā)酵法釀造白酒，在一定程度上，酒體口感較為適宜的條件下，其發(fā)酵時間越短越好。選用發(fā)酵時間6、8、10 d作為響應(yīng)面試驗的3個水平。

2.1.3 不同酒曲添加量對錐栗桂花白酒的感官及出酒率的影響

酒曲添加量對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響如圖3所示。

圖3 酒曲添加量對白酒感官與出酒率的影響Fig.3 Effect of yeast addition on liquor quality and liquor yield

由圖3可知，白酒的感官隨著酒曲添加量的增加而增加，酒曲添加量為7%時，其感官評分最高，之后趨于平緩。酒曲添加量為1%時，白酒發(fā)酵時間比較長，在同樣的時間里，酒曲添加量發(fā)酵相對不完全，沒有沉降過程，酒味較淡薄，口感刺激，酒體也較為渾濁；而酒曲添加量4%時較1%好，但由于沉降不夠，口感還是不及7%添加量發(fā)酵的酒，酒曲添加量為10%的酒味、柔和度較酒曲添加量7%的不相上下。

出酒率的變化趨勢與感官評分類似，在酒曲添加量為10%時，其出酒率較高，小于7%的隨著酒曲添加量的增加，其出酒率也逐漸增高，大于7%的酒曲添加量，其出酒率變化較小。選用酒曲添加量4%、7%、10%作為響應(yīng)面試驗的3個水平。

酒曲的添加量對于白酒感官的影響是多方面的。酒曲添加量對出酒速度影響較大，包括初始發(fā)酵時間、總發(fā)酵時間等。酒曲添加量少時，啟動發(fā)酵的時間較長，容易感染雜菌，產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物。為了加快產(chǎn)酒，一般會加入較多的酒曲，但是酒曲加入過多一樣會帶來一些不好的影響。所以，通常要取一個適當(dāng)值，既不浪費資源也可加快發(fā)酵速度，并且口感較好。

2.1.4 不同的發(fā)酵溫度對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響

發(fā)酵溫度對錐栗桂花白酒感官及出酒率的影響如圖4所示。

圖4 發(fā)酵溫度對白酒感官與出酒率的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on liquor quality and liquor yield

由圖4可知，當(dāng)溫度為26℃時，發(fā)酵慢，時間長，沉降不完全，導(dǎo)致其酒味較烈，口感不好，感官評價為70。當(dāng)溫度為29℃時，感官評分較高，主要是溫度適宜，酒液發(fā)酵完全，酒味較為柔和，優(yōu)雅，無雜物。溫度為32℃時，其感官評價與29℃時的感官差別較小，在發(fā)酵過程中，其發(fā)酵速度較快。當(dāng)溫度為35℃時，其感官評分較低，其酒味較為嗆鼻，帶有明顯苦味。

發(fā)酵溫度對白酒出酒率的影響較為顯著，當(dāng)發(fā)酵溫度為32℃時，其出酒率最高，小于32℃的隨著溫度的增加其出酒率逐漸增加，大于32℃的出酒率略減。

釀造白酒時，其發(fā)酵溫度主要取決于酒曲的生長溫度范圍。安琪酒曲的發(fā)酵溫度范圍一般在20℃～38℃。溫度低于20℃，發(fā)酵緩慢，更低甚至?xí)话l(fā)酵，處于睡眠狀態(tài)；溫度過高，長時間超過38℃，酒曲會因為溫度過高而死亡，所以發(fā)酵時溫度要控制在一定范圍。而在這一范圍中，隨著溫度的升高，酒曲的活動越活躍，也會影響酒體。溫度低，發(fā)酵慢，可能造成發(fā)酵不完全而影響酒質(zhì)；溫度高，發(fā)酵快，酵母的新陳代謝快，使得酵母容易衰老，從而減低了出酒率，也帶進了一些雜物，使得口感不好。綜合考慮，采用26、29、32℃為響應(yīng)面試驗的3個水平。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 試驗設(shè)計方案與結(jié)果分析

試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Results of composite design

以Y1，Y2為響應(yīng)面值，各因素及其相互作用為自變量，采用Design-Expert軟件對表3中數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，得到回歸方程：Y1=42.14+1.65A+1.26B+0.35C+1.09D+0.23AB-0.76AC-0.012AD-0.72BC+0.29BD+0.22CD-2.31A2-2.92B2-0.69C2-0.52D2；Y2=77.40+4.50A+1.42B+0.000C+2.75D-0.75AB-0.25AC-4.50AD+4.75BC+1.25BD-2.00CD-8.87A2-10.99B2-4.12C2-5.99D2。

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表4。

從表4可知，Y1、Y2的回歸模型達極顯著水平（P<0.000 1），變異系數(shù)分別為0.32%、1.8%。表明該試驗設(shè)計可靠。失擬項均不顯著（P>0.05），說明試驗點均能用該模型描述。決定系數(shù)R12為0.956 3、R22為0.959 0，即R2均值達0.95以上，調(diào)整決定系數(shù)R12(adj)為0.912 6、R22(adj)為 0.917 9，即R2(adj)均值達 0.91 以上表明 Y1、Y2的模型擬合程度良好，可用于分析與預(yù)測錐栗桂花白酒的試驗結(jié)果，并確定配方的最佳參數(shù)。各因素對出酒率的影響為酒曲添加量（A）>發(fā)酵溫度（B）>發(fā)酵時間（D）>桂花添加量（C）；對感官評分的影響為酒曲添加量（A）>發(fā)酵時間（D）>發(fā)酵溫度（B）>桂花添加量（C）。Y1回歸模型，平方項酒曲添加量、發(fā)酵溫度對出酒率影響極顯著（P<0.01），桂花添加量對出酒率影響顯著（P<0.05）；一次項酒曲添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度對出酒率影響極顯著（P<0.01）；酒曲和桂花添加量交互作用對出酒率影響顯著（P<0.05）；其余項不顯著；主要原因可能是酒曲添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間是影響白酒發(fā)酵速度和程度的主要因素。Y2回歸模型，平方項均達到極顯著水平（P<0.000 5），一次項酒曲添加量、發(fā)酵時間對感官評分影響極顯著（P<0.01），發(fā)酵溫度影響顯著（P<0.05），交互項發(fā)酵溫度和桂花添加量交互作用對感官評分影響極顯著（P<0.01），酒曲添加量和發(fā)酵時間交互作用對感官評分影響顯著（P<0.05），其余項不顯著；主要原因可能是酒曲添加量、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對酒的發(fā)酵完全程度有較大影響，發(fā)酵不完全酒味較淡薄，口感刺激，酒體也較為渾濁影響感官評分。

2.2.2 驗證性試驗

通過Design-Expert軟件對試驗?zāi)Ｐ瓦M行分析，得出優(yōu)化條件為：酒曲添加量為9.84%，發(fā)酵溫度為31.34℃，桂花添加量3%，發(fā)酵時間10 d。考慮到實際操作性，將工藝參數(shù)修正為：酒曲添加量為9.8%，發(fā)酵溫度為31℃，桂花添加量3%，發(fā)酵時間10 d；即錐栗桂花白酒較佳工藝組。采用修正后優(yōu)化工藝參數(shù)條件進行錐栗桂花白酒的釀造試驗，驗證試驗結(jié)果的可靠性。經(jīng)過3次重復(fù)性試驗，實際得到的出酒率和感官評分分別為42.50%和85，與預(yù)測值40.39%和84相近。由驗證試驗結(jié)果可得，在預(yù)測的最佳配方條件下，出酒率和感官評分與預(yù)測值相接近，可見響應(yīng)面試驗優(yōu)化得到的發(fā)酵工藝參數(shù)是可靠的。

2.3 錐栗桂花白酒產(chǎn)品指標(biāo)

2.3.1 感官指標(biāo)

根據(jù)錐栗桂花白酒的感官評定表（表2）對錐栗桂花白酒較佳工藝組釀制的白酒進行感官綜合評價，結(jié)果見表5。

表5 錐栗桂花白酒的感官指標(biāo)Table 5 Sensory marks of Castanea Henryi and Osmanthus fragrans liquor

對比國標(biāo)GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》的標(biāo)準(zhǔn)，表5符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 理化指標(biāo)

根據(jù)GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》，對錐栗桂花白酒較佳工藝組釀制的白酒進行理化分析，測定結(jié)果見表6。

表6 錐栗桂花白酒的理化指標(biāo)Table 6 Physical and chemical indexes of Castanea Henryi and Osmanthus fragrans liquor

如表6所示對比，國標(biāo)GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》的標(biāo)準(zhǔn)，錐栗桂花白酒符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 衛(wèi)生指標(biāo)

試驗測定結(jié)果：錐栗桂花白酒甲醇含量為0.16g/L，符合國標(biāo)GB 2757—2012《蒸餾酒及配制酒》的甲醇含量低于0.60 g/L標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計，響應(yīng)面方法進行分析確定錐栗桂花白酒較佳工藝組參數(shù)：酒曲添加量為9.8%，發(fā)酵溫度為31℃，桂花添加量3%，發(fā)酵時間10 d。在此條件下，產(chǎn)品出酒率42.50%，酒精度46.0%vol，感官評分85，錐栗桂花白酒澄清透明，香味協(xié)調(diào)，口感醇厚綿甜，符合現(xiàn)代人需求。