張宇，邱林權，陳紹軍，林川，鄧小東，李清亮

（內江市農(nóng)業(yè)科學院，四川內江641000）

紫甘薯-甘蔗酒發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

張宇，邱林權，陳紹軍，林川，鄧小東，李清亮

（內江市農(nóng)業(yè)科學院，四川內江641000）

以紫甘薯和甘蔗汁為原料，研究紫甘薯-甘蔗酒的生產(chǎn)工藝。通過單因素試驗考察不同的發(fā)酵溫度、初始pH、紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比、發(fā)酵時間、接種量對紫甘薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分的影響。選取4因素3水平的正交試驗對紫甘薯-甘蔗酒發(fā)酵工藝進行優(yōu)化。結果表明，在發(fā)酵溫度為24℃，初始pH值為4.0，紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比為1∶2，發(fā)酵時間為4 d，接種量為6%的條件下可釀出一種新型的紫甘薯-甘蔗酒。

紫甘薯；甘蔗汁；發(fā)酵；正交試驗

紫甘薯（Solanum tuberdsm）為旋花科一年生草本植物，薯肉呈紫色至深紫色。紫甘薯含有豐富的碳水化合物、多種維生素、礦物質元素、亞油酸等，尤其富含花色苷，不但色澤鮮亮，還具有多種保健藥用價值[1-2]。紫薯中的花色苷主要成分是芍藥色素和矢車菊色素，可有效消除自由基，防治蛋白質過氧化，且能夠有效抑制雜環(huán)胺、吲哚、哇琳等物質引起的突變，有抗氧化、抗突變、預防心血管疾病等多種生理功能[3-8]。

甘蔗是我國南方高產(chǎn)廉價的農(nóng)作物，畝產(chǎn)達到10 t，其主要用途是榨糖、生產(chǎn)酒精以及直接食用，用于加工的比例很小，因此導致甘蔗價格不高，特別是次果或劣果無法銷售以致霉爛，造成資源的大量浪費和環(huán)境的嚴重污染[9-11]。甘蔗含有直接被酵母利用的蔗糖、葡萄糖、果糖，是釀造保健酒的優(yōu)良原料，對甘蔗的加工利用不但能夠提高甘蔗的附加值，而且為甘蔗的綜合利用開拓了新的思路[12]。

本研究以四川省內江市農(nóng)業(yè)科學院生產(chǎn)的紫色甘薯和甘蔗為原料，在單因素試驗的基礎上，通過正交試驗法對紫甘薯-甘蔗酒的發(fā)酵工藝條件進行優(yōu)化，確定紫甘薯-甘蔗酒最佳的發(fā)酵工藝，旨在對日后工業(yè)化生產(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酵母菌、紫甘薯、甘蔗：內江市農(nóng)業(yè)科學院。

α-淀粉酶（酶活力＞4 000 U/g）：安微酷兒生物工程有限公司；糖化酶（酶活力＞105U/g）：北京奧博星生物技術有限責任公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

PHSJ-3F型酸度計：上海精密科學儀器廠；DHP-9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHP-9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；FZ102植物粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；PSX-280A型手提高壓滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；PAL-1手持折光計：上海圖新科技電子有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫甘薯-甘蔗酒的制作工藝流程

1.3.2 操作要點

紫薯酶解液的制備：選擇新鮮、成熟、無霉變的紫薯，高壓鍋蒸熟后，紫薯和純凈水以1∶1.2（w/w）的比例打漿。在pH值為6.0，高溫α-淀粉酶添加量為0.18%，溫度為105℃的條件下液化2.0 h。之后在pH為4.0，糖化酶添加量為0.15%，溫度為60℃的條件下糖化2.5 h。放置冷卻至室溫，得到糖度為（13.2±0.6）°Bx的紫薯酶解液。

甘蔗汁的制備：選取新鮮、成熟的甘蔗，洗凈后榨汁，得到糖度為（23.2±0.4）°Bx的甘蔗汁。

接種：將在斜面培養(yǎng)3 d的酵母菌制成約107個/mL的孢子懸浮液，接種于土豆培養(yǎng)基中，于25℃、120 r/min搖床培養(yǎng)3 d，得到酵母菌種子培養(yǎng)液。將制備好的種子培養(yǎng)液按要求的接種量接入配制好的混合發(fā)酵液中。

1.3.3 紫甘薯-甘蔗汁酒發(fā)酵條件的單因素試驗設計

紫甘薯酶解液/甘蔗汁配比的確定：固定發(fā)酵時間為4 d、初始pH值為3.5、接種量為6%、發(fā)酵溫度為25℃，紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，比較酒精度和綜合評分。

發(fā)酵時間的確定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比為1∶1、初始pH值為3.5、接種量為6%、發(fā)酵溫度為25℃，分別把發(fā)酵時間設置為2 d、3 d、4 d、5 d、6 d，比較酒精度和綜合評分。

初始pH值的確定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比為1∶1、發(fā)酵時間為4 d、接種量為6%、發(fā)酵溫度為25℃，分別調節(jié)pH值為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，比較酒精度和綜合評分。

接種量的確定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比為1∶1、發(fā)酵時間為4 d、初始pH值為3.5、發(fā)酵溫度為25℃，接種量分別設置為2%、4%、6%、8%、10%，比較酒精度和綜合評分。

發(fā)酵溫度的確定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁質量比1∶1、發(fā)酵時間4 d、初始pH值為3.5、接種量為6%，分別在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃溫度條件下，比較酒精度和綜合評分。

1.3.4 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗

選取發(fā)酵溫度、初始pH值、紫甘薯酶解液/甘蔗汁、發(fā)酵時間4個因素，各取3個水平，進行L9（34）正交試驗，以酒精度和綜合評分為考察指標，確定最佳的發(fā)酵條件，因素及水平如表1所示。

表1 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for fermentation conditions optimization

1.3.5 紫甘薯-甘蔗酒的感官評分

參考葡萄酒干酒的感官要求和評分標準[13]，制定了適合于紫甘薯-甘蔗酒的感官評分標準。選取10名食品專業(yè)人員對產(chǎn)品進行品嘗，按照表2的說明分別打分，滿分100分，取平均值作為產(chǎn)品的綜合評分。

表2 紫甘薯-甘蔗酒感官評分標準Table 2 Standard of sensory scores of purple potato and sugarcane wine

1.3.6 理化指標及微生物指標測定

pH值：采用pH計直接測定；總糖：手持折光計測定；酒度：采用GB/T 5009.48—2003《蒸餾酒與配制酒衛(wèi)生標準的分析方法》中的比重計法，以乙醇的體積分數(shù)計；總酸：根據(jù)GB 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，采用電位滴定法；微生物檢測：按GB4789—2010《食品衛(wèi)生微生物學檢驗》中的相應規(guī)定檢測。

2 結果與分析

2.1 紫薯酶解液/甘蔗汁質量比對發(fā)酵酒的影響

圖1 紫薯酶解液/甘蔗汁對酒精度和綜合評分的影響Fig.1 Effect of purple potato hydrolysate and sugarcane juice ratio on alcohol content and comprehensive score

由圖1可知，當紫薯酶解液/甘蔗汁質量比為1∶2時，發(fā)酵出的紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分最高。當紫薯酶解液/甘蔗汁＞1∶2時，隨著甘蔗汁添加量的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分逐漸升高；當紫薯酶解液/甘蔗汁＜1∶2時，隨著甘蔗汁添加量的增加，酒精度和綜合評分逐漸降低。分析其原因，當不添加或少量添加甘蔗汁，發(fā)酵液中可被酵母菌利用并產(chǎn)生酒精的糖偏低，不利于酒精的產(chǎn)生；當甘蔗汁添加過量，稀釋了紫薯酶解液，果酒的色澤和風味口感會受到影響。

2.2 發(fā)酵時間對發(fā)酵酒的影響

圖2 發(fā)酵時間對酒精度和綜合評分的影響Fig.2 Effect of fermentation time on alcohol content and comprehensive score

由圖2可知，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分的變化趨勢并不完全相同，從第2天起，隨著發(fā)酵時間的增加，綜合評分逐漸升高，在第4天紫薯-甘蔗酒的綜合評分達到最高85分，隨后逐漸下降，而酒精度在2～6 d中不斷上升。分析其原因，發(fā)酵時間過長，過高的酒精度以及后期新產(chǎn)生的某些呈味物質不利于果酒的風味，這與李宇等[14]發(fā)酵溫度對柚子果酒品質的影響的試驗結果相一致。

2.3 初始pH值對發(fā)酵酒的影響

圖3 初始pH值對酒精度和綜合評分的影響Fig.3 Effect of initial pH on alcohol content and comprehensive score

在發(fā)酵過程中，初始pH值不但直接影響酵母菌的生長繁殖，還會影響細胞膜的電荷狀態(tài)，從而影響次級產(chǎn)物的產(chǎn)生。由圖3可知，初始pH值為4.0時，發(fā)酵出的紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分均最高；當pH＜4.0時，隨著pH值的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分逐漸升高；當pH＞4.0時，隨著pH值的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分逐漸降低。因此，初始pH值為4.0時為宜。

2.4 接種量對發(fā)酵酒的影響

圖4 接種量對酒精度和綜合評分的影響Fig.4 Effect of inoculum on alcohol content and comprehensive score

由圖4可看出，當接種量為6%時，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分最高；當接種量＜6%時，隨著接種量的增大，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分逐漸升高；當接種量＞6%時，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分有下降的趨勢。因為當酵母菌接種量小時，發(fā)酵液中的糖不能完全被酵母利用轉化，使酒精含量低；當酵母接種量大時，酵母菌會在短時間內大量生長繁殖從而消耗發(fā)酵液中的糖，而用于生成酒精的底物量減少[15]。

2.5 發(fā)酵溫度對發(fā)酵酒的影響

圖5 發(fā)酵溫度對酒精度和綜合評分的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on alcohol content and comprehensive score

由圖5可知，當發(fā)酵溫度為25℃時，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分都為最高；當溫度＜25℃時，隨著發(fā)酵溫度的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分均逐漸升高；當溫度＞25℃時，隨著發(fā)酵溫度的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和綜合評分開始下降。分析其原因，溫度會影響酵母菌的生長，當溫度過高時，酵母菌的發(fā)酵速度快，衰老快，最終不利于酒精的產(chǎn)生和綜合評分的提高[16]。

2.6 紫甘薯-甘蔗酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗基礎上，以酒精度及綜合評分為考察指標，正交試驗結果見表3，方差分析見表4。

表3 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for fermentation conditions optimization

由表3可知，影響紫薯-甘蔗酒酒精度的4個因素的先后次序為紫薯酶解液/甘蔗汁＞發(fā)酵溫度＞初始pH值＞發(fā)酵時間，最佳組合為A2B2C2D3；影響紫薯-甘蔗酒綜合評分的4個因素的先后次序為紫薯酶解液/甘蔗汁＞發(fā)酵溫度＞初始pH值＞發(fā)酵時間，最佳組合為A2B2C2D2，即紫薯-甘蔗酒的最佳發(fā)酵條件為紫薯酶解液/甘蔗汁質量比1∶2，發(fā)酵溫度24℃，初始pH值為4.0，發(fā)酵時間4 d。

由表4可知，發(fā)酵溫度以及發(fā)酵液/甘蔗汁對紫薯-甘蔗酒的酒精度有顯著影響，初始pH值及發(fā)酵時間紫薯-甘蔗酒的酒精度無顯著影響。發(fā)酵溫度、初始pH值以及發(fā)酵液/甘蔗汁對綜合評分均有顯著的影響；發(fā)酵時間對綜合評分無顯著影響。

2.7 紫薯-甘蔗酒質量標準

感官指標：色澤：呈紫紅色，光澤度好，澄清透亮；香氣：果香突出，具有紫薯和甘蔗的天然風味；滋味：入口清爽，柔和怡人，無異味。

理化指標：酒精度為12.5%vol～13.0%vol；總糖為4.0～4.5 g/L；總酸（以檸檬酸計）為4.0～5.0 g/L。

微生物指標：細菌總數(shù)≤50 CFU/mL；大腸菌群＜3 MPN/100 mL；致病菌：不得檢出。

表4 正交試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results

3 結論

通過單因素試驗對影響紫薯-甘蔗酒發(fā)酵效果的5個因素進行初步優(yōu)化，選取其中4個重要因素進行正交試驗，通過正交試驗得到紫甘薯-甘蔗酒發(fā)酵的最佳發(fā)酵條件為紫薯酶解液/甘蔗汁質量比1∶2，發(fā)酵溫度24℃，初始pH值為4.0，發(fā)酵時間4 d。

紫薯-甘蔗酒既發(fā)揮了紫薯多種獨特的保健藥用價值，且紫薯花色苷使原酒色澤呈現(xiàn)光澤的紫紅色，又利用了甘蔗汁高含糖量，以及多種人體必需的微量元素，采用此工藝釀造的紫薯-甘蔗混合發(fā)酵酒，有紫薯、甘蔗特有的果香，酒體澄清透明、柔和輕快。該方法不僅合理利用了資源，增加了紫薯和甘蔗的附加值，而且為果酒市場增添了一種風味獨特的新型發(fā)酵果酒，具有廣闊的經(jīng)濟效益和市場價值。

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Optimization of fermentation technology of purple potato and sugarcane wine

ZHANG Yu,QIU Linquan,CHEN Shaojun,LIN Chuan,DENG Xiaodong,LI Qingliang
(Neijiang Academy of Agricultural Sciences,Neijiang 641000,China)

The production techniques of wine making by mixed fermentation of purple potato and sugarcane were studied.The effect of different technical conditions including fermentation temperature,initial pH,purple potato hydrolysate and sugarcane juice ratio,fermentation time,inoculum on alcohol content and comprehensive score were investigated by single factor test.Then the technical parameters were optimized by four-factor three-level orthogonal test.The optimal technical parameters were finally summed up as follows:fermentation temperature 24℃,initial pH 4.0, purple potato hydrolysate and sugarcane juice ratio 1∶2,fermentation time 4 d and inoculum 6%.Under the above conditons,a new wine could be produced.

purple potato;sugarcane juice;fermentation;orthogonal test

TS262.7

A

0254-5071（2014）10-0151-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.037

2014-08-22

張宇（1988-），女，研究實習員，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。