基于模糊數學綜合評判法優化火龍果米酒發酵工藝研究

洪 冰

（1.鄭州市糧食科學研究所，河南鄭州 450000；2.鄭州市糧油質量監測中心，河南鄭州 450000）

火龍果又稱紅龍果、仙人果，多汁味甜，含豐富的膳食纖維、維生素、花青素等，具有清熱降火、預防心腦血管疾病等功效[1-2]。火龍果果肉主要有紅色和白色兩種，研究表明，相比白肉火龍果，紅肉火龍果的總糖、粗脂肪、粗蛋白含量及對油脂的抗氧化能力、自由基的清除率及還原能力更高，VC、多酚和黃酮含量更豐富[3-4]。米酒是以大米或糯米作為碳源，經酒曲或酵母等發酵成的低度酒精飲品，具有酒精含量低、營養豐富、釀造工藝簡單、發酵周期短等特點，深受廣大消費者喜愛[5-7]。

模糊數學綜合評判是一種基于模糊變換原理，通過模糊矩陣將評價信息數值化，消除感官評價的主觀性和模糊性，進而對產品的綜合感官品質做出科學、準確、公正的判斷，以進行定量評價的方法[8-10]。相較于傳統感官評價，模糊數學綜合評判能有效消除主觀情感、年齡性別等因素影響，通過模糊矩陣將信息量化，進而對產品的感官品質做出判斷[11]。

目前有關火龍果食品的開發研究，主要集中于火龍果飲料、火龍果醋和火龍果果酒等方面[12-15]，火龍果米酒的相關研究鮮見報道。

本試驗基于正交試驗設計方案和模糊數學綜合評判法，以紅肉火龍果和糯米為原料進行混合發酵制備火龍果米酒，使制得的火龍果米酒同時具有火龍果和米酒的營養價值和保健功效，為火龍果的深加工與開發提供理論依據和技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

紅肉火龍果、糯米，市購；安琪甜酒曲，安琪酵母股份有限公司；SY 果酒專用酵母，安琪酵母股份有限公司；果膠酶，山東隆科特酶制劑有限公司；白砂糖，市售食品級。

潔凈工作臺SW-CJ-2F，蘇州凈化設備有限公司；恒溫培養箱DHP-9082，上海一恒科學儀器有限公司；電子恒溫水浴鍋DZKW-4，北京中興偉業儀器。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程[16-17]（圖1）

圖1 試驗工藝流程圖

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 甜酒釀發酵

將糯米淘凈、除雜后用23 ℃左右的溫水浸泡24 h，至米粒吸水充足，手搓成粉末狀，內無夾心即可，再蒸飯約35 min至米熟而不爛，內無白心，質地柔軟且不黏手，自然冷卻至30～35 ℃，加入酒曲，攪拌均勻發酵，制取甜酒釀。

1.2.2.2 酵母活化

取少量甜酒釀與火龍果混合汁液，以混合汁液質量為基準，加入果酒專用酵母，混勻后于30～40 ℃水浴10 min，進行酵母活化。

1.2.2.3 果膠酶處理

以火龍果果漿質量為基準，加入0.1 %酶活性30000 U/g的果膠酶到混合發酵液中，攪拌均勻。

1.2.2.4 調整糖度

測定混合發酵液的含糖量，然后添加白砂糖，將糖度調整到適宜的發酵要求。

1.2.2.5 滅菌

將過濾、檢驗完成的火龍果米酒裝瓶，80 ℃滅菌15 min，即得到成品。

1.2.3 甜酒釀發酵工藝優化

在單因素試驗的基礎上，選取對甜酒釀發酵影響最大的三個因素甜酒曲用量、發酵溫度、發酵時間進行正交試驗，以成品感官評分為考察指標，進行L9（33）正交試驗，優化甜酒釀的發酵工藝參數。試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗L9(33)因素水平表

1.2.4 火龍果米酒發酵工藝優化

單因素試驗：實驗前進行預實驗，得初始發酵適宜條件為糖度22 %、酵母用量0.3 %、發酵溫度26 ℃、火龍果與甜酒釀添加量之比1∶2、發酵時間6 d。考察酵母用量（0.1 %、0.2 %、0.3 %、0.4 %、0.5 %）、發酵溫度（22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃）、火龍果與甜酒釀添加量之比（1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5）和發酵時間（2 d、4 d、6 d、8 d、10 d）對火龍果米酒酒精度和感官評分的影響。

正交試驗：在單因素試驗基礎上，以酵母用量（A）、發酵溫度（B）、火龍果與甜酒釀添加量之比（C）和發酵時間（D）為考察變量，以產品的感官評分為評價指標，應用L9（34）正交試驗設計方案和模糊數學評判確定火龍果米酒的最佳配方參數。試驗因素與水平見表2。

表2 正交試驗L9(34)因素水平表

采用L9（34）正交試驗方案，得火龍果米酒1～9號，設計方案見表3。

表3 火龍果米酒正交試驗方案

1.2.5 感官評價

甜酒釀的感官評價組由10 位具有相關經驗的專家組成，從色澤、香氣、滋味3 個方面對甜酒釀綜合評價，色澤（質地均勻、有光澤）2 分、香氣（有糯米發酵香氣）4分、滋味（風味爽口、口感好）4分。

火龍果米酒的感官評價組由10 位具有相關經驗的專家組成，從色澤、香氣、滋味和典型性4 個方面對火龍果米酒綜合評價。單因素實驗中的感官評分，取其平均值作為評分結果。

基于火龍果米酒發酵單因素實驗結果，設計L9（34）正交試驗方案，采用模糊綜合評價方法評價火龍果米酒最佳配方參數。參考文獻中火龍果復合發酵產品的感官評價標準[18-20]，并作適當改動，火龍果米酒感官品評標準見表4。

表4 火龍果米酒感官品評標準

1.3 模糊數學綜合評判模型的構建

以色澤、香氣、滋味、典型性建立因素集U={色澤u1，香氣u2，滋味u3，典型性u4}。

以優、良、中、差建立評語集V={優V1，良V2，中V3，差V4}。

根據色澤、香氣、滋味、典型性在火龍果米酒感官評價中的作用，確定火龍果米酒各感官指標的權重為色澤0.2、香氣0.3、滋味0.4、典型性0.1，總和為1，即：

火龍果米酒感官指標綜合評判集Y=XR，其中X為權重集，R為模糊矩陣。

2 結果與分析

2.1 甜酒釀主要工藝參數優化

選擇對甜酒釀發酵影響最大的三個因素——酒曲添加量、發酵溫度、發酵時間進行正交試驗，結果見表5。

表5 優化米酒發酵條件的正交試驗結果表

由表5 可知，通過極差分析，影響甜酒釀發酵的主次因素為A（酒曲添加量）＞C（發酵時間）＞B（發酵溫度），試驗最優工藝組合為A2B1C2，即酒曲添加量為0.6%，發酵時間為48 h，發酵溫度30 ℃。

酒曲添加量對甜酒釀發酵至關重要，隨著添加量的增加，甜酒釀的酒精度也會隨之增加，但當酒曲添加量過多時，酵母菌的生長和發酵會受到抑制，影響甜酒釀的酒精度和口感風味[21]，所以，最適添加量為0.6 %。發酵時間過長，會使甜酒釀中的酒味過重，且苦澀味增加，嚴重影響甜酒釀的香味及口感；發酵時間過短，甜酒釀中糖還未在酵母菌的作用下產生酒精，造成酒精度低，也會對其風味造成影響，因此，確定最佳發酵時間為48 h。發酵溫度過低，發酵周期延長，不利于生產；發酵溫度過高，會導致發酵產乙醇能力下降，酒精度降低[22]，所以，最適發酵溫度為30 ℃。

2.2 火龍果米酒發酵單因素實驗結果

2.2.1 酵母用量對火龍果米酒品質的影響

酵母是火龍果米酒發酵過程中最關鍵的物質，酵母菌在生長繁殖過程中會產生乙醇、酯類、氨基酸等物質影響火龍果米酒的口感和風味[23]。由圖2可知，當酵母用量在0.1 %～0.3 %范圍內時，隨著酵母用量增加感官評分值上升趨勢明顯，酵母用量0.3%時感官評分最高，達到83分，之后隨著酵母用量增加感官評分逐漸下降。酒精度也隨著酵母用量的增加呈先上升后下降的趨勢，這是因為當酵母用量較少時酵母菌繁殖較慢，發酵液中糖分無法被充分利用導致酒精度偏低，當酵母用量過高時，酵母自身需要大量糖分進行生長和繁殖，導致產乙醇能力下降[24]，火龍果米酒的酒精度降低。因此確定酵母用量在正交試驗中的因素水平為0.2 %、0.3%、0.4%。

圖2 不同酵母用量對火龍果米酒感官評分和酒精度的影響

2.2.2 發酵溫度對火龍果米酒品質的影響

溫度對酒類的發酵有重要影響，溫度過高會導致酵母繁殖速度加快使火龍果米酒的發酵過程過于劇烈，進而影響產品口感[25-26]，因此選擇合適的發酵溫度是火龍果米酒發酵工藝的關鍵。由圖3 可知，隨著發酵溫度的上升，火龍果米酒的感官評分值呈現先上升后下降的趨勢，當發酵溫度在28 ℃時口感最好，感官評分也達到最高82 分。隨著發酵溫度的提高火龍果米酒的酒精度不斷上升，這是因為溫度增加使得酵母代謝加快，產乙醇能力增強導致火龍果米酒的酒精度上升。因此發酵溫度在正交試驗中的因素水平為26 ℃、28 ℃、30 ℃。

圖3 發酵溫度對火龍果米酒感官評分和酒精度的影響

2.2.3 火龍果與甜酒釀添加量之比對火龍果米酒品質的影響

由圖4 可知，感官評分隨著甜酒釀比例逐漸增加呈先增加后降低的趨勢，當火龍果與甜酒釀添加量之比為1∶2 時，感官評分最高達到87 分，火龍果米酒口味純正香氣濃郁。整個發酵過程中，火龍果米酒酒精度保持在9.5%vol～10.5%vol，說明火龍果與甜酒釀添加量之比對火龍果米酒酒精度影響較小。綜上，火龍果與甜酒釀添加量之比在正交試驗中的因素水平為1∶1、1∶2、1∶3。

圖4 火龍果與甜酒釀添加量之比對火龍果米酒感官評分和酒精度的影響

2.2.4 發酵時間對火龍果米酒品質的影響

由圖5 可知，火龍果米酒在整個發酵過程中感官評分呈先上升后下降趨勢，當發酵時間6 d時，感官評分最高達到89 分。隨著發酵時間的延長，火龍果米酒的酒精度逐漸增加，在第6 天達到峰值，此時酒精度達到11.2 %vol，隨后酒精度基本保持穩定。因此，火龍果米酒的發酵時間在正交試驗中的因素水平為4 d、6 d、8 d。

圖5 發酵時間對火龍果米酒感官評分和酒精度的影響

2.2.5 模糊數學綜合評判確定最佳配方參數

由10 人組成的綜合評判小組，以火龍果米酒的色澤、香氣、滋味和典型性為評價因素按照優、良、中、差的評價等級統一對表3中9組試樣進行感官評定。感官評價結果見表6。

表6 火龍果米酒評價要素統計結果

將表6 中各樣品的評價等級所得票數折合成贊成比率，綜合各樣品評價因素的結果，得模糊矩陣Rj[27]。

式中：j=1，2，3……9 為樣品編號；ri1，ri2，ri3……ri9分別表示第i 個試樣評價因素各評價等級所得贊成票數的占比。

以1號樣品進行舉例計算：

依據模糊矩陣變換原理計算綜合隸屬度

各試樣組評價因素的評判等級所占的票數比例，通過模糊數學綜合評判一級模型Yj=X×Rj，并進行歸一化處理后可得模糊數學變換結果，如表7所示。

表7 模糊變換結果

根據表7 中9 組試樣感官評判的模糊變換結果，運用隸屬函數理論和最大隸屬度原則進行排序，結果見表8。

表8 模糊綜合評判排序結果

由表8 可見，試樣編號Y7（A3B1C3D2）為正交試驗組里最佳組合，即酵母用量0.4 %，發酵溫度26 ℃，火龍果與甜酒釀添加量之比1∶3，發酵時間6 d。在此組合下，發酵的火龍果米酒色澤清亮，香氣純正，口感凈爽，典型性好。

2.3 成品質量指標

2.3.1 感官指標

火龍果米酒色澤清亮，香氣純正，口感凈爽，典型性好。

2.3.2 理化指標

酒精度10 %vol～11 %vol；總糖（以葡萄糖計）≤4.0 g/L。

2.3.3 微生物指標

菌落總數≤50 CFU/mL；大腸菌群≤3.0 MPN/mL；致病菌未檢出。

3 結論

本試驗優化甜酒釀發酵工藝，篩選酵母用量、發酵溫度、火龍果與甜酒釀添加量之比、發酵時間進行單因素實驗，結合L9（34）正交試驗方案，基于模糊數學綜合評判法優化火龍果米酒發酵工藝，得到最佳關鍵工藝配方為酵母用量0.4 %，發酵溫度26 ℃，火龍果與甜酒釀添加量之比1∶3，發酵時間6 d。在此組合下，發酵的火龍果米酒色澤清亮，香氣純正，口感凈爽，典型性好。發酵的火龍果米酒兼具風味、營養與功效，大幅度提高了火龍果的商品價值與經濟附加值，對火龍果的深加工與開發提供了理論依據和技術基礎。對于火龍果米酒的穩定性、抗氧化性、香氣成分分析等方面還有待進一步的研究探討。