正交试验法优化水提紫甘薯色素废渣发酵酒工艺及模糊综合评判模型评价感官质量

殷建忠，王 琦，吴少雄，张雪辉，徐 芳，张丽娟，杨解顺，解入文

(昆明医学院营养与食品研究所，云南 昆明 650500)

正交试验法优化水提紫甘薯色素废渣发酵酒工艺及模糊综合评判模型评价感官质量

殷建忠，王 琦，吴少雄，张雪辉，徐 芳，张丽娟，杨解顺，解入文

(昆明医学院营养与食品研究所，云南 昆明 650500)

以水提紫甘薯色素废渣为主要原料，经发酵工艺制得发酵酒，应用模糊综合评判模型评价发酵酒成品。结果表明，发酵温度、料液比、蔗糖添加量、发酵时间是影响发酵酒的关键因素，采用正交试验L9(34)确定最佳工艺为发酵温度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、发酵时间12d。模糊综合评判模型评价结果，9个酒样的感官质量优劣顺序为6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞8#。模糊综合评判结果准确、科学。

紫甘薯；废渣；发酵酒；模糊综合评判模型

甘薯是旋花科甘薯属蔓生草本植物。随着人们生活水平的提高，甘薯在人们的膳食结构中发挥越来越大的作用[1-3]。甘薯在我国种植已有400多年的历史，据《本草纲目》记载[4]，甘薯“味甘，平，无毒。补虚乏，益气力，健脾胃，强肾阴，功同薯蓣。”据日本国立癌症研究中心对40多种蔬菜进行实验性抑癌实验，发现效果最好的首推甘薯，被称为“抗癌之王”。

紫色甘薯(Ipomoea batatasL.)，薯皮紫黑色，肉紫红色，富含紫色素、花色素苷、胡萝卜素、黏液蛋白等营养物质[5-7]。研究表明，紫色甘薯具有极强的抗氧化、去除活性氧、预防高血压、改善肝功能、减少基因突变、抑制诱癌物质的产生、改善视力等保健作用[8-12]。由于紫甘薯色素价格高，企业主要用来提取色素。但企业面临的难题是提取色素后大量的废渣无法处理，大多只能以饲料低价出售。如何变废为宝，提高废渣利用价值，是值得研究的重要课题。本研究采用水提紫甘薯色素废渣为主要原料，接种经过复水活化的活性干酵母，控温发酵，制成色香味俱佳，风味典型突出的发酵酒。

通常低度发酵酒的评价采用感官品质评价方法，感官指标的评定受人为主观因素和评价标准模糊性的影响，其评定结果是否客观公正决定了评定结果的公正性和可信性[13-15]。为了更好地解决紫甘薯酒评价的准确性问题，有必要建立科学合理的评估模型。本研究将模糊综合评判模型(fuzzy comprehensive evaluation model，FCEM)应用在紫甘薯发酵酒成品评价，以期降低发酵酒品评中人为因素的影响，探索更好的方法评价发酵酒质。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

水提紫甘薯色素废渣 云南玉溪市太和生物开发有限公司；白砂糖(蔗糖)、酵母、硅藻土(食品级)市售。

1.2 仪器与设备

隔水式电热恒温培养箱 湖北省黄石市医疗器械厂；HZS-H型水浴振荡器 哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；WZS-I型测糖仪 上海光学仪器厂。

1.3 水提紫甘薯色素废渣酒酿制方法

1.3.1 工艺流程

水提紫甘薯色素废渣→切碎→调整成分→前发酵→后发酵→陈酿→贮存→过滤、装瓶、杀菌→包装

1.3.2 操作要点

发酵温度(A)、料液比(B)、蔗糖添加量(C)、发酵时间(D)是影响发酵酒的关键因素，采用正交试验L9(34)确定最佳工艺，制得1#～9#酒样。

1.3.2.1 原料选择与预处理

挑选无病虫害、无霉变、色泽紫红、风味良好的水提紫甘薯色素废渣，切碎，备用。

1.3.2.2 调整成分

为保证所需酒度生成，需补加糖分，一般每升果汁中含糖17g，可产生体积分数1%乙醇，依照此标准补足缺少的糖量。用白砂糖调节发酵酒糖度达到18%～20%(白砂糖溶液质量分数)，不得超过25%。

1.3.2.3 主发酵

将干酵母复水活化进行接种。控制发酵温度22～28℃，主发酵时间10～14d。

1.3.2.4 后发酵

主发酵液转入发酵瓶，酵母重新分布，对残糖继续利用，发酵速度较为缓慢，经室温20～25℃发酵33d后，胶体物质、蛋白质、酵母细胞、残淀粉凝聚下来，后发酵结束，分离掉酒脚，原酒送入贮罐。

1.3.2.5 陈酿

用硅藻土过滤，将果酒中悬浮物除去，密闭陈酿，使果酒中的酸醇缓慢酯化，增加果酒的香味，逐渐使诸味协调自然，进一步澄清，改善其色、香、味。

1.3.2.6 过滤、装瓶

测定原酒的糖度、酸度、酒度，将贮存一定时间，风味无变化的酒液进行精滤，然后将果酒装瓶密封，无菌。

1.4 指标测定

总糖测定：采用测糖仪；总酸测定：采用试纸法；酒精度(乙醇的体积百分数)测定：采用比重法。

1.5 紫甘薯酒模糊综合评判

参考相关文献[14]，根据GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》和前人研究结果[13-15]修正酒样感官评分。由20人组成评判小组(具有相关专业背景的硕士研究生14人，本科生6人)，按照修订的紫甘薯酒感官评分原则(表1)，以紫甘薯的色泽、香气、滋味和典型性为因素集，以很好、较好、一般、较差和差为评语集，建立4个单因素评价矩阵，构建出主因素综合评判模型。

表1 紫甘薯酒感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards for purple sweet potato wine

2 结果与分析

2.1 紫甘薯酒最优工艺

料液比、发酵温度、发酵时间、蔗糖添加量是影响水提紫甘薯色素废渣发酵酒感官品质的关键因素，采用正交试验L9(34)进行最佳工艺探讨。因素水平见表2，结果见表3。

表2 工艺条件确定正交试验因素水平表Table 2 Factors and levels in orthogonal array design

表3 工艺条件确定L9(34)正交试验设计及结果Table 3 Scheme and results of orthogonal array design

由表3极差分析可知，各因素对目标值的影响程度为：料液比＝蔗糖添加量＞温度＞发酵时间；最佳条件为A2B3C3D2，即发酵温度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、发酵时间12d。B因素和C因素在本试验中有极显著差异(P＜0.01)。

2.2 模糊综合评判

2.2.1 建立评判集

对发酵得到的紫甘薯酒，分别编号为1#～9#，根据1.5节对紫甘薯酒的品质要求进行模糊综合评判，建立评判集。

对象集U=(u1,…,ui,…un)=(1#, 2#, 3#, 4#, 5#, 6#, 7#, 8#, 9#)；因素集X=(x1,…,xj,…,xn)=(色泽, 香气,滋味, 风格)；评语集Y=(y1,…,yp,…,yn)=(很好, 较好, 一般, 较差, 差)。根据酒样感官评分(表1)，得到权重：W=(w1,…,wi,…,wn)=(0.10,0.30, 0.40, 0.20)，其中

2.2.2 建立单因素评价矩阵

评判小组对每个因素逐个进行评判，统计每个因素的各个评语的人次，每个因素的5个评语共有20人次，然后对每个因素的每个评语的人次进行归一化处理，即则对应每一因素xi都对应一个模糊评价Rij=(ri1,ri2,…,rin)∈f(Y)，则4个因素就可建立4个单因素模糊评价矩阵，得到9个酒样的感官评定结果，见表4。

以1#酒样为例，可建立色泽、香气、滋味和风格等4个单因素的模糊评价矩阵：R1：A色泽=[0.55 0.45 0.00 0.00 0.00]；A香气=[0.25 0.60 0.15 0.00 0.00]；A滋味=[0.10 0.60 0.25 0.05 0.00]；A风格=[0.30 0.55 0.15 0.00 0.00]。

把上述1#果酒样品的4个单因素评价结果可写成一个评判关系矩阵，即：

同理，可得到2#～9#号酒样的模糊评判关系矩阵，即：

表4 紫甘薯酒感官评定结果Table 4 Sensory evaluation results for purple sweet potato wine

2.2.3 线性转换

经过模糊线性转换，得到模糊综合评判矩阵：

B=W×R=(b1,…,bp,…,b5)

其中，模糊算子为M(×⊕)，

经计算得：B1=W×R1=(0.10,0.30,0.40,0.20)×

同理：B2=[0.235 0.610 0.155 0.000 0.000]

B3=[0.325 0.600 0.075 0.000 0.000]

B4=[0.355 0.525 0.120 0.000 0.000]

B5=[0.390 0.460 0.150 0.000 0.000]

B6=[0.360 0.535 0.105 0.000 0.000]

B7=[0.285 0.600 0.115 0.000 0.000]

B8=[0.235 0.535 0.145 0.065 0.020]

B9=[0.290 0.525 0.175 0.010 0.000]

2.2.4 模糊综合总评分

设定感官特殊性：很好为100分，较好为80分，一般为60分，较差为40分，差为0分，可建立感官特殊性数集V=[100 80 60 40 0]，则样品的模糊综合评判总分为：T=R×V(R为经过模糊线性转换，得到的模糊综合评判)。得到1#酒样的总分为：

T1=[0.230 0.575 0.175 0.020 0.000]×[100 80 60 40 0]=0.23×100＋0.575×80＋0.175×60＋0.02×40＋0×0=80.3

同理，可得到2#～9#酒样的模糊综合评判结果为：T2=81.6，T3=85，T4=84.7，T5=84.8，T6=85.1，T7=83.4，T8=77.6，T9=81.9。由模糊综合评判结果可知，9个酒样的感官质量优劣顺序为：6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞8#。

2.3 成品质量指标

感官指标：色泽：汁液呈紫红色；滋味及气味：味道甘甜，无异味，清香持久。

理化指标：水提紫甘薯色素废渣发酵酒，成品含总糖4.6%，总酸pH3.5，酒精度9%。

3 讨论与结论

目前紫甘薯主要用于色素提取，而提取色素后剩余大量紫甘薯废渣。在产品的研发中，充分考虑了资源的合理利用，通过研究，确定水提紫甘薯色素废渣发酵酒的最佳条件为发酵温度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、发酵时间12d，但更多的影响因素还需进一步研究。该产品的开发，即顺应酒类产品“优质、低度、低粮耗、卫生、营养”的发展方向，又符合农副产品深加工的国家产业政策，为促进水提紫甘薯色素废渣的开发利用提供广阔的市场前景。

本研究采用正交试验L9(34)进行水提紫甘薯色素废渣发酵酒最佳工艺探讨。应用模糊综合评判法对紫甘薯酒进行评价，以弥补传统感官品评普遍采用的加权平均法、总分法等的缺陷。运用此法采用权重分配方案和乘法算子，综合考察影响紫甘薯酒品质的色泽、香气、滋味和风格等因素，使评判结果更为准确和科学。为紫甘薯酒的评价提供一条新途径，同时也为其他酒类的评价提供依据。

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Orthogonal Array Optimization of Wine Fermentation from Purple Sweet Potato Residue after Pigment Extraction and Sensory Evaluation by Fuzzy Comprehensive Evaluation Model

YIN Jian-zhong，WANG Qi，WU Shao-xiong，ZHANG Xue-hui，XU Fang，ZHANG Li-juan，YANG Jie-shun，XIE Ru-wen
(Research Institute of Nutrition and Food Science, Kunming Medical University, Kunming 650500, China)

The residue of purple sweet potato after pigment extraction was used as the main raw material to produce wine. A fuzzy comprehensive evaluation model was adopted to evaluate the sensory quality of the prepared wine product. The results indicated that fermentation temperature, material-to-liquid ratio, sugar addition amount, fermentation time were key factors during the fermentation process of wine. Orthogonal array design was used to determine optimal fermentation processing parameters. The optimal processing parameters were fermentation temperature of 25 ℃, material-to-liquid ratio of 1:25, sugar addition amount of 22%, and fermentation time of 12 days. Fuzzy comprehensive evaluation showed that the sensory quality for 9 kinds of wine was ordered as follows: 6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞ 8#. This evaluation method was accurate and scientific.

purple sweet potato；residue；fermentation wine；fuzzy comprehensive evaluation model

TS261.4

A

1002-6630(2011)06-0131-04

2010-08-05

云南省科技厅项目(2008ZC107M)

殷建忠(1970—)，男，副教授，硕士，研究方向为营养与食品科学。E-mail：yinjianzhong2005@sina.com