豆薯蘋果酒的原料配比與發(fā)酵條件優(yōu)化研究

張華玲，黃瀟漪 ，劉芯韻，涂 文，王海英，劉 緒，張 磊，蒲亞琴

（1.成都師范學(xué)院，四川成都611130； 2.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000； 3.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都611130； 4.四川國(guó)檢檢測(cè)有限責(zé)任公司，四川瀘州646000）

豆薯是豆科豆薯屬植物，又名涼薯、地瓜、沙葛、土瓜等[1]。豆薯塊根中含有較高淀粉、糖分、蛋白質(zhì)、氨基酸、多聚糖、類黃酮和維生素C等成分，以及人體所必需的鈣、鐵、鋅、銅、磷等多種元素，且豆薯具有低脂肪，無(wú)膽固醇等特點(diǎn)[2-5]，能夠幫助人們提高身體免疫力，緩解酒精中毒等。我國(guó)的豆薯市場(chǎng)主要以鮮銷為主，價(jià)格低廉，效益差，并未建立起有效的豆薯加工鏈，市場(chǎng)上能見的豆薯加工產(chǎn)品僅有豆薯飲品、豆薯果脯與豆薯淀粉等初級(jí)加工品，未能充分挖掘豆薯的價(jià)值。豆薯塊根肉質(zhì)雪白、脆嫩、清甜多汁[5]，是一種較好的果酒發(fā)酵原料。

蘋果為薔薇科蘋果亞科蘋果屬植物，果肉營(yíng)養(yǎng)成分極為豐富，包含人體所需的17種氨基酸[6]、多種維生素和鋅、鈣、磷等多種微量元素。我國(guó)是世界上蘋果產(chǎn)量最多的國(guó)家，但加工產(chǎn)品較少，加工量不到產(chǎn)量的10%，而發(fā)達(dá)國(guó)家加工率高，如美國(guó)已達(dá)到45%。蘋果酒是極具發(fā)展?jié)摿Φ木祁悾谟?guó)、法國(guó)、德國(guó)、西班牙、比利時(shí)、瑞典等國(guó)產(chǎn)量較大，在我國(guó)還有較大的開發(fā)潛力。

目前對(duì)豆薯蘋果酒的研究鮮有報(bào)道，本試驗(yàn)選取蘋果豆薯為原料，對(duì)蘋果與豆薯的原料配比、酵母接入量、初始pH值、發(fā)酵溫度等因素進(jìn)行試驗(yàn)，以感官評(píng)分作為響應(yīng)值對(duì)其發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，為豆薯蘋果酒的釀造提供參考，同時(shí)滿足市場(chǎng)對(duì)綠色健康產(chǎn)品的需求。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：豆薯、蘋果，市售。

酵母及耗材：果酒酵母，湖北安琪酵母股份有限公司；檸檬酸，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；蔗糖，成都金山化學(xué)試劑有限公司；果膠酶，上海瑞永生物科技有限公司。

儀器設(shè)備：HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；SJ-CJ-1F超凈工作臺(tái)，蘇州蘇潔凈化設(shè)備有限公司；RHB手持折光儀，宏達(dá)光學(xué)儀器廠；PHS-3C pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SPX-250BIII生化培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

豆薯：原材料挑選→清洗→熱燙→冷卻→去皮、切分→打漿→酶解→過(guò)濾。

蘋果：原料→去皮、切分→打漿→酶解→過(guò)濾。

蘋果與豆薯不同比例混合：糖酸調(diào)整→高溫滅菌→接種發(fā)酵→成品。

1.2.2 技術(shù)要點(diǎn)

熱燙：放入沸水中處理2～3 min，以防止褐變、提高原汁的透明度和出汁率。

酶解：在豆薯汁和蘋果汁中分別加入果膠酶(100 mg/L)，于45℃的恒溫水浴鍋中酶解90 min。酶解后經(jīng)過(guò)濾，得到蘋果與豆薯澄清原汁。

糖酸調(diào)整：添加蔗糖使豆薯蘋果混合汁糖度到22°Bx左右，用檸檬酸調(diào)節(jié)初始pH3.9左右[7-10]。

高溫滅菌：高溫滅除豆薯、蘋果混合液中的活菌。

接種：在豆薯、蘋果混合汁中接入一定量的果酒專用活化酵母。

恒溫發(fā)酵：將豆薯蘋果混合液放入24℃的恒溫培養(yǎng)箱，有氧發(fā)酵2 d，無(wú)氧發(fā)酵7 d[11]。

1.2.3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)豆薯蘋果酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，具體的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 發(fā)酵原料用料配比的確定

設(shè)置蘋果汁與豆薯汁體積比為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，溫度24 ℃，酵母接入量0.05%，pH4.0，共5個(gè)批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.5 pH值對(duì)發(fā)酵的影響

設(shè)置發(fā)酵初始pH值為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，發(fā)酵原料比為1∶1，酵母接入量為0.05%，發(fā)酵溫度為24℃，共5個(gè)批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.6 發(fā)酵菌種接入量對(duì)發(fā)酵的影響

菌種接入量設(shè)置為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%，發(fā)酵原料配比為1∶1，溫度設(shè)置為24℃，pH4.0，共5個(gè)批次，每批次接種3瓶，發(fā)酵天數(shù)為9 d，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.7 響應(yīng)面設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用3因素3水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，優(yōu)化豆薯酒發(fā)酵方案，所選因素及水平如表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平

選取蘋豆比、pH值、酵母接入量為自變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，建立各因素的回歸方程及模型，并進(jìn)行響應(yīng)面分析法優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用配比對(duì)豆薯蘋果酒的影響（圖1）

由圖1可知，隨著蘋果與豆薯中豆薯用料比值升高，感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在蘋果與豆薯用料比為2∶1時(shí)，酒體香氣最為突出，色澤透亮，呈亮黃色，感官評(píng)分為21。而隨著蘋果與豆薯原料比的繼續(xù)增加，感官評(píng)分開始降低。

圖1 蘋果、豆薯的用料比對(duì)豆薯蘋果酒的感官評(píng)分的影響

2.2 不同發(fā)酵pH值對(duì)豆薯蘋果酒的影響（圖2）

由圖2可知，隨著pH值的升高，感官評(píng)分整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)pH值較低時(shí)，有一定異味，酒體色澤較暗淡，偏黃色。當(dāng)pH4.0時(shí)，酒體香較好，色澤較透亮，感官評(píng)分最高。

圖2 發(fā)酵pH值對(duì)豆薯蘋果酒的感官評(píng)價(jià)的影響

2.3 不同酵母接入量對(duì)豆薯蘋果酒的影響（圖3）

由圖3可知，隨著接入量的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)先增加后降低又增加的趨勢(shì)。當(dāng)酵母接入量為0.03%時(shí)，蘋果豆薯營(yíng)養(yǎng)酒的感官評(píng)分最高。接入量較低時(shí)，酒體香氣不突出，色澤較暗淡，偏黃色；較高時(shí)，酒體滋味寡淡。

圖3 酵母接入量對(duì)豆薯蘋果酒的感官評(píng)價(jià)的影響

2.4 響應(yīng)面結(jié)果

根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)后，得到的結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面結(jié)果

2.5 回歸模型建立與分析

2.5.1 回歸模型

根據(jù)表3中實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸方程擬合，以感官評(píng)分為響應(yīng)值建立數(shù)學(xué)回歸模型：

Y=+15.70+2.09*A-1.22*B+0.12*C-0.13*A*B-0.062*A*C+0.19*B*C+3.09*A2-0.41*B2+0.15*C2

2.5.2 回歸分析

從表4可以看出，該回歸模型極顯著（P＜0.01），并且該模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.9734，說(shuō)明了有97%以上的數(shù)據(jù)可以用該模型來(lái)反映響應(yīng)值的變化，而且失擬項(xiàng)F=2.14，P=0.2380＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明該方程對(duì)試驗(yàn)的擬合較好，試驗(yàn)有較高的可信度。因此可用該模型方程來(lái)很好的模擬實(shí)際試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。回歸模型一次項(xiàng)中A、B極顯著，C不顯著，二次項(xiàng)中AB、AC、BC不顯著，方項(xiàng)A2極顯著，B2、C2不顯著，從F值及P值均可以看出，影響蘋果豆薯酒發(fā)酵后感官評(píng)分的主要效應(yīng)主次順序?yàn)椋篈＞B＞C，即蘋豆比＞pH值＞酵母接入量。

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表

2.6 交互作用分析

2.6.1 蘋豆比與pH值對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖4可知，隨著發(fā)酵原料中蘋豆比值與pH值的增加，感官評(píng)分先降低后升高，且響應(yīng)面的坡度呈先下坡再上坡，說(shuō)明蘋果、豆薯的用料比與pH值對(duì)感官評(píng)分的交互影響先減小后增大。與pH值方向比較，蘋豆比響應(yīng)面曲線較陡，蘋豆比等高線密度高于沿pH值移動(dòng)的密度，說(shuō)明蘋豆比對(duì)發(fā)酵所得酒的感官評(píng)分的影響較pH值更顯著。

圖4 蘋豆比和pH值的交互作用對(duì)豆薯蘋果酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

2.6.2 蘋豆比與酵母接入量對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖5可以直觀的看出，隨著發(fā)酵原料中豆薯比值與酵母接入量的增加，感官評(píng)分先降低后升高，且響應(yīng)面的坡度呈先下坡再上坡，說(shuō)明蘋果、豆薯的用料比與酵母接入量對(duì)感官評(píng)分的交互影響先減小后增大。與酵母接入量方向比較，蘋豆比響應(yīng)面曲線較陡，蘋豆比等高線密度高于沿酵母接入量移動(dòng)的密度，說(shuō)明蘋豆比對(duì)發(fā)酵所得酒的感官評(píng)分的影響較酵母接入量更顯著。

圖5 蘋豆比和酵母接入量的交互作用對(duì)豆薯蘋果酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

2.6.3 酵母接入量與pH值對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖6可以直觀的看出，酵母菌接入量與pH值交互作用的3D圖坡度較緩，說(shuō)明酵母菌接入量與pH值的交互作用對(duì)豆薯蘋果酒的感官評(píng)分的影響不明顯。隨著酵母菌接入量與pH值的增加，感官評(píng)分逐漸降低，且響應(yīng)面的坡度為下坡，說(shuō)明酵母菌接入量與pH值對(duì)感官評(píng)分的交互影響逐漸減小。與酵母接入量方向比較，pH值效應(yīng)面曲線較陡，pH值等高線密度高于沿酵母接入量移動(dòng)的密度，說(shuō)明pH值對(duì)發(fā)酵所得酒的感官評(píng)分的影響較酵母接入量更顯著。

圖6 酵母接入量和pH值的交互作用對(duì)豆薯蘋果酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖

2.7 響應(yīng)面軟件分析結(jié)果

根據(jù)Design-Expert軟件分析，綜合感官評(píng)分的響應(yīng)值，在發(fā)酵溫度為24℃，發(fā)酵時(shí)間為9 d的條件下，得到豆薯蘋果酒發(fā)酵的最佳工藝為：蘋果汁∶豆薯汁=2∶1，發(fā)酵 pH4.0，酵母接入量為0.01%。此時(shí)，感官評(píng)分為22分。

2.8 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證響應(yīng)面的可靠性，以響應(yīng)面分析得到的最佳發(fā)酵條件，做了3組豆薯蘋果酒，測(cè)得平均感官評(píng)分為21，與模型預(yù)測(cè)值22相接近，可見模型能較好地預(yù)測(cè)實(shí)際豆薯蘋果酒感官評(píng)分的情況，適用于確定豆薯蘋果酒的發(fā)酵條件。因此，基于響應(yīng)面優(yōu)化得到的豆薯蘋果酒發(fā)酵條件參數(shù)較為可靠。

3 結(jié)論與展望

根據(jù)單因素試驗(yàn)和Design-Expert響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得到豆薯蘋果酒發(fā)酵條件為：蘋果汁∶豆薯汁=2∶1，發(fā)酵pH4.0，酵母接入量為0.01%，發(fā)酵溫度為24℃，發(fā)酵時(shí)間為9 d。在此優(yōu)化條件下所得果酒平均感官評(píng)分為21，且光澤度較好、酒體澄清透亮、兼具蘋果與豆薯的芳香、酸甜適口、口感醇厚，為豆薯蘋果酒的釀造提供參考。

在傳統(tǒng)的果酒釀造中，國(guó)內(nèi)外大多以葡萄和蘋果等傳統(tǒng)水果為原料，對(duì)豆薯這樣果蔬兩用的研究較少，蘋果和豆薯的結(jié)合更是未見報(bào)道。然而隨著時(shí)代的發(fā)展，單一原料的產(chǎn)品越來(lái)越不能滿足多元化消費(fèi)需求。因此，以混合水果、混合蔬菜、水果與蔬菜混合搭配為原材料進(jìn)行新品開發(fā)是一種發(fā)展趨勢(shì)。本研究主要采用果酒工藝釀造蘋果豆薯酒，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的薯類發(fā)酵酒的工藝，然而到底采用果酒工藝，薯類發(fā)酵酒工藝，還是結(jié)合兩種工藝特點(diǎn)的創(chuàng)新工藝更適合果蔬酒的開發(fā)還有待深入研究。本文在研究原料配比時(shí)，當(dāng)豆薯占比較高時(shí)，酒體酒香氣不佳，較混濁，偏白色，酒精度較低，可能原因是采用偏果酒工藝，而豆薯中的淀粉類物質(zhì)未能轉(zhuǎn)化完全所致。因此對(duì)于以蘋果豆薯酒為代表的果蔬酒的研究還有大量的環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步完善。