紫甘薯-甘蔗酒发酵工艺条件的优化

张宇，邱林权，陈绍军，林川，邓小东，李清亮

（内江市农业科学院，四川内江641000）

紫甘薯-甘蔗酒发酵工艺条件的优化

张宇，邱林权，陈绍军，林川，邓小东，李清亮

（内江市农业科学院，四川内江641000）

以紫甘薯和甘蔗汁为原料，研究紫甘薯-甘蔗酒的生产工艺。通过单因素试验考察不同的发酵温度、初始pH、紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比、发酵时间、接种量对紫甘薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分的影响。选取4因素3水平的正交试验对紫甘薯-甘蔗酒发酵工艺进行优化。结果表明，在发酵温度为24℃，初始pH值为4.0，紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比为1∶2，发酵时间为4 d，接种量为6%的条件下可酿出一种新型的紫甘薯-甘蔗酒。

紫甘薯；甘蔗汁；发酵；正交试验

紫甘薯（Solanum tuberdsm）为旋花科一年生草本植物，薯肉呈紫色至深紫色。紫甘薯含有丰富的碳水化合物、多种维生素、矿物质元素、亚油酸等，尤其富含花色苷，不但色泽鲜亮，还具有多种保健药用价值[1-2]。紫薯中的花色苷主要成分是芍药色素和矢车菊色素，可有效消除自由基，防治蛋白质过氧化，且能够有效抑制杂环胺、吲哚、哇琳等物质引起的突变，有抗氧化、抗突变、预防心血管疾病等多种生理功能[3-8]。

甘蔗是我国南方高产廉价的农作物，亩产达到10 t，其主要用途是榨糖、生产酒精以及直接食用，用于加工的比例很小，因此导致甘蔗价格不高，特别是次果或劣果无法销售以致霉烂，造成资源的大量浪费和环境的严重污染[9-11]。甘蔗含有直接被酵母利用的蔗糖、葡萄糖、果糖，是酿造保健酒的优良原料，对甘蔗的加工利用不但能够提高甘蔗的附加值，而且为甘蔗的综合利用开拓了新的思路[12]。

本研究以四川省内江市农业科学院生产的紫色甘薯和甘蔗为原料，在单因素试验的基础上，通过正交试验法对紫甘薯-甘蔗酒的发酵工艺条件进行优化，确定紫甘薯-甘蔗酒最佳的发酵工艺，旨在对日后工业化生产提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酵母菌、紫甘薯、甘蔗：内江市农业科学院。

α-淀粉酶（酶活力＞4 000 U/g）：安微酷儿生物工程有限公司；糖化酶（酶活力＞105U/g）：北京奥博星生物技术有限责任公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

PHSJ-3F型酸度计：上海精密科学仪器厂；DHP-9162型电热恒温培养箱、DHP-9162型电热恒温培养箱：上海一恒科技有限公司；FZ102植物粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；PSX-280A型手提高压灭菌锅：上海申安医疗器械厂；PAL-1手持折光计：上海图新科技电子有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 紫甘薯-甘蔗酒的制作工艺流程

1.3.2 操作要点

紫薯酶解液的制备：选择新鲜、成熟、无霉变的紫薯，高压锅蒸熟后，紫薯和纯净水以1∶1.2（w/w）的比例打浆。在pH值为6.0，高温α-淀粉酶添加量为0.18%，温度为105℃的条件下液化2.0 h。之后在pH为4.0，糖化酶添加量为0.15%，温度为60℃的条件下糖化2.5 h。放置冷却至室温，得到糖度为（13.2±0.6）°Bx的紫薯酶解液。

甘蔗汁的制备：选取新鲜、成熟的甘蔗，洗净后榨汁，得到糖度为（23.2±0.4）°Bx的甘蔗汁。

接种：将在斜面培养3 d的酵母菌制成约107个/mL的孢子悬浮液，接种于土豆培养基中，于25℃、120 r/min摇床培养3 d，得到酵母菌种子培养液。将制备好的种子培养液按要求的接种量接入配制好的混合发酵液中。

1.3.3 紫甘薯-甘蔗汁酒发酵条件的单因素试验设计

紫甘薯酶解液/甘蔗汁配比的确定：固定发酵时间为4 d、初始pH值为3.5、接种量为6%、发酵温度为25℃，紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，比较酒精度和综合评分。

发酵时间的确定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比为1∶1、初始pH值为3.5、接种量为6%、发酵温度为25℃，分别把发酵时间设置为2 d、3 d、4 d、5 d、6 d，比较酒精度和综合评分。

初始pH值的确定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比为1∶1、发酵时间为4 d、接种量为6%、发酵温度为25℃，分别调节pH值为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，比较酒精度和综合评分。

接种量的确定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比为1∶1、发酵时间为4 d、初始pH值为3.5、发酵温度为25℃，接种量分别设置为2%、4%、6%、8%、10%，比较酒精度和综合评分。

发酵温度的确定：固定紫甘薯酶解液/甘蔗汁质量比1∶1、发酵时间4 d、初始pH值为3.5、接种量为6%，分别在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃温度条件下，比较酒精度和综合评分。

1.3.4 发酵工艺优化正交试验

选取发酵温度、初始pH值、紫甘薯酶解液/甘蔗汁、发酵时间4个因素，各取3个水平，进行L9（34）正交试验，以酒精度和综合评分为考察指标，确定最佳的发酵条件，因素及水平如表1所示。

表1 发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for fermentation conditions optimization

1.3.5 紫甘薯-甘蔗酒的感官评分

参考葡萄酒干酒的感官要求和评分标准[13]，制定了适合于紫甘薯-甘蔗酒的感官评分标准。选取10名食品专业人员对产品进行品尝，按照表2的说明分别打分，满分100分，取平均值作为产品的综合评分。

表2 紫甘薯-甘蔗酒感官评分标准Table 2 Standard of sensory scores of purple potato and sugarcane wine

1.3.6 理化指标及微生物指标测定

pH值：采用pH计直接测定；总糖：手持折光计测定；酒度：采用GB/T 5009.48—2003《蒸馏酒与配制酒卫生标准的分析方法》中的比重计法，以乙醇的体积分数计；总酸：根据GB 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》，采用电位滴定法；微生物检测：按GB4789—2010《食品卫生微生物学检验》中的相应规定检测。

2 结果与分析

2.1 紫薯酶解液/甘蔗汁质量比对发酵酒的影响

图1 紫薯酶解液/甘蔗汁对酒精度和综合评分的影响Fig.1 Effect of purple potato hydrolysate and sugarcane juice ratio on alcohol content and comprehensive score

由图1可知，当紫薯酶解液/甘蔗汁质量比为1∶2时，发酵出的紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分最高。当紫薯酶解液/甘蔗汁＞1∶2时，随着甘蔗汁添加量的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分逐渐升高；当紫薯酶解液/甘蔗汁＜1∶2时，随着甘蔗汁添加量的增加，酒精度和综合评分逐渐降低。分析其原因，当不添加或少量添加甘蔗汁，发酵液中可被酵母菌利用并产生酒精的糖偏低，不利于酒精的产生；当甘蔗汁添加过量，稀释了紫薯酶解液，果酒的色泽和风味口感会受到影响。

2.2 发酵时间对发酵酒的影响

图2 发酵时间对酒精度和综合评分的影响Fig.2 Effect of fermentation time on alcohol content and comprehensive score

由图2可知，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分的变化趋势并不完全相同，从第2天起，随着发酵时间的增加，综合评分逐渐升高，在第4天紫薯-甘蔗酒的综合评分达到最高85分，随后逐渐下降，而酒精度在2～6 d中不断上升。分析其原因，发酵时间过长，过高的酒精度以及后期新产生的某些呈味物质不利于果酒的风味，这与李宇等[14]发酵温度对柚子果酒品质的影响的试验结果相一致。

2.3 初始pH值对发酵酒的影响

图3 初始pH值对酒精度和综合评分的影响Fig.3 Effect of initial pH on alcohol content and comprehensive score

在发酵过程中，初始pH值不但直接影响酵母菌的生长繁殖，还会影响细胞膜的电荷状态，从而影响次级产物的产生。由图3可知，初始pH值为4.0时，发酵出的紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分均最高；当pH＜4.0时，随着pH值的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分逐渐升高；当pH＞4.0时，随着pH值的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分逐渐降低。因此，初始pH值为4.0时为宜。

2.4 接种量对发酵酒的影响

图4 接种量对酒精度和综合评分的影响Fig.4 Effect of inoculum on alcohol content and comprehensive score

由图4可看出，当接种量为6%时，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分最高；当接种量＜6%时，随着接种量的增大，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分逐渐升高；当接种量＞6%时，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分有下降的趋势。因为当酵母菌接种量小时，发酵液中的糖不能完全被酵母利用转化，使酒精含量低；当酵母接种量大时，酵母菌会在短时间内大量生长繁殖从而消耗发酵液中的糖，而用于生成酒精的底物量减少[15]。

2.5 发酵温度对发酵酒的影响

图5 发酵温度对酒精度和综合评分的影响Fig.5 Effect of fermentation temperature on alcohol content and comprehensive score

由图5可知，当发酵温度为25℃时，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分都为最高；当温度＜25℃时，随着发酵温度的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分均逐渐升高；当温度＞25℃时，随着发酵温度的增加，紫薯-甘蔗酒的酒精度和综合评分开始下降。分析其原因，温度会影响酵母菌的生长，当温度过高时，酵母菌的发酵速度快，衰老快，最终不利于酒精的产生和综合评分的提高[16]。

2.6 紫甘薯-甘蔗酒发酵工艺优化正交试验

在单因素试验基础上，以酒精度及综合评分为考察指标，正交试验结果见表3，方差分析见表4。

表3 发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for fermentation conditions optimization

由表3可知，影响紫薯-甘蔗酒酒精度的4个因素的先后次序为紫薯酶解液/甘蔗汁＞发酵温度＞初始pH值＞发酵时间，最佳组合为A2B2C2D3；影响紫薯-甘蔗酒综合评分的4个因素的先后次序为紫薯酶解液/甘蔗汁＞发酵温度＞初始pH值＞发酵时间，最佳组合为A2B2C2D2，即紫薯-甘蔗酒的最佳发酵条件为紫薯酶解液/甘蔗汁质量比1∶2，发酵温度24℃，初始pH值为4.0，发酵时间4 d。

由表4可知，发酵温度以及发酵液/甘蔗汁对紫薯-甘蔗酒的酒精度有显著影响，初始pH值及发酵时间紫薯-甘蔗酒的酒精度无显著影响。发酵温度、初始pH值以及发酵液/甘蔗汁对综合评分均有显著的影响；发酵时间对综合评分无显著影响。

2.7 紫薯-甘蔗酒质量标准

感官指标：色泽：呈紫红色，光泽度好，澄清透亮；香气：果香突出，具有紫薯和甘蔗的天然风味；滋味：入口清爽，柔和怡人，无异味。

理化指标：酒精度为12.5%vol～13.0%vol；总糖为4.0～4.5 g/L；总酸（以柠檬酸计）为4.0～5.0 g/L。

微生物指标：细菌总数≤50 CFU/mL；大肠菌群＜3 MPN/100 mL；致病菌：不得检出。

表4 正交试验结果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results

3 结论

通过单因素试验对影响紫薯-甘蔗酒发酵效果的5个因素进行初步优化，选取其中4个重要因素进行正交试验，通过正交试验得到紫甘薯-甘蔗酒发酵的最佳发酵条件为紫薯酶解液/甘蔗汁质量比1∶2，发酵温度24℃，初始pH值为4.0，发酵时间4 d。

紫薯-甘蔗酒既发挥了紫薯多种独特的保健药用价值，且紫薯花色苷使原酒色泽呈现光泽的紫红色，又利用了甘蔗汁高含糖量，以及多种人体必需的微量元素，采用此工艺酿造的紫薯-甘蔗混合发酵酒，有紫薯、甘蔗特有的果香，酒体澄清透明、柔和轻快。该方法不仅合理利用了资源，增加了紫薯和甘蔗的附加值，而且为果酒市场增添了一种风味独特的新型发酵果酒，具有广阔的经济效益和市场价值。

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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

张宇（1988-），女，研究实习员，硕士，研究方向为农产品加工。