响应面法优化紫薯糯米酒发酵研究

曹德玉

（周口职业技术学院生物工程系，河南周口466001）

响应面法优化紫薯糯米酒发酵研究

曹德玉

（周口职业技术学院生物工程系，河南周口466001）

将紫薯替代部分糯米混合后，经发酵制得一种具有独特色泽、营养价值高的新型甜米酒。以发酵后甜酒的糖度，酸度，酒精度及感官指标为标准，通过单因素和响应面中Box-Behnken试验确定最佳配方为紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）为1.26%和发酵时间（X3）为70 h。此时的米酒具有浓郁的甜香，口感醇甜爽口，营养丰富。

紫薯；响应面法；发酵

紫薯又名黑薯、紫心甘薯、紫肉甘薯，紫薯除含有普通甘薯的营养成分外，还富含硒和花色苷［1］，花青素是目前科学界发现的防治疾病、维护人类健康最直接、最有效、最安全的自由基清除剂，对100多种疾病有预防和治疗作用，其清除自由基的能力是VC的20倍、VE的50倍［2］。

作者经过多年开发研制，生产出一种紫薯米酒新产品。该产品的开发研究既丰富完善了米酒产品类型，同时兼顾了紫薯和米酒的营养搭配和卫生要求，实现了传统米酒产品的工业化生产。本文旨在以紫薯糯米为原料，采用单因素试验和响应面中Box-Behnken试验优化研究紫薯糯米酒的酿造工艺和工艺参数，为紫薯糯米酒的生产提供理论依据，丰富紫薯在食品加工领域开发研究，创造它的社会效益和经济效益。同时《一种米酒可吸冻产品及其制备方法》（专利号：201310266413）已被国家知识产权局受理。

1材料与方法

1.1材料

糯米：市售；紫薯：市售；甜酒酒曲：安琪股份有限公司；其它试剂均为分析纯。

1.2主要实验仪器与设备

海尔冰柜：青岛海尔集团；九阳电磁炉：九阳股份有限公司；电子天平：上海菁海仪器有限公司；电热恒温培养箱：上海一恒实验仪器有限公司；恒温水浴锅：江苏金坛医疗仪器厂；定量灌装机：郑州星火包装机械有限公司。

1.3方法

1.3.1米酒酿造的工艺条件

米酒酿造的工艺条件见文献［3］。

1.3.2方案设计

根据实验室实际条件及参照周口胡记米酒老店的实际生产，发酵温度为28℃，分别进行紫薯添加量、甜酒酒曲量、发酵时间的单因素试验，以糖度、酸度、酒精度的总和为指标，研究紫薯与糯米比例、酵母酒曲量、发酵时间对紫薯糯米米酒的影响。

1.3.2.1紫薯添加量的单因素试验

按紫薯添加量为15%、20%、25%、30%称4份米进行发酵。每份添加甜酒酒曲量为米重的1.2%，在28℃条件下发酵72 h。

1.3.2.2酵母酒曲量的单因素试验

甜酒酒曲添加量分别为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，按25%的比例称取黑米与糯米4份，在28℃条件下发酵72 h。

1.3.2.3发酵时间的单因素试验

发酵时间分别为24、48、72、96 h，按25%的比例称取黑米与糯米4份，每份添加的1.2%的甜酒酒曲，在28℃条件下发酵。

1.3.2.4Box-Behnken试验

选用紫薯添加量（X1）、酒曲添加量（X2）和发酵时间（X3）3个因素，设3个水平，以米酒感官评价评分为依据（见表2），选用响应面Box—Behnken（BBD）设计试验中3因素3水平优化。实验变量的实际参数及其对应的编码值见表1。

表1　实验变量的实际参数及其对应的编码值Table 1The actual data of the experimental variables and their corresponding code values

1.4米酒各指标测定

1）糖度的测定［4］；2）酸度的测定，NaOH滴定法［5］；3）酒精度的测定［6］。

1.5米酒感官评定指标

表2　紫薯糯米酒感官评价标准Table 2Sensory evaluation standard purple potato glutinous rice wine

2结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1紫薯添加量对紫薯糯米酒品质的影响

选取紫薯添加量为15%、20%、25%、30%称4份米进行发酵，加曲量为0.8%，28℃条件下发酵64 h，分别测定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的总和为指标，分析实验结果。

图1　不同比例的紫薯添加量对米酒品质的的影响Fig.1Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表3　感官评定结果Table 3Sensory evaluation results

由图1可知：在相同条件下，随着紫薯含量的增加，三项总分先升高后降低，当紫薯添加量为25%时，三项总分达到最大值。这与表3不谋而合，以25%混合发酵，效果较好，使紫薯糯米酒具有了异于传统米酒而具有独特风味。

2.1.2酒曲量对紫薯糯米酒品质的影响

米酒酒曲添加量分别为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%，加入蒸好的米饭中28℃条件下发酵64 h，分别测定酸度、糖度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的总和为指标，结果见图2及表4。

图2　酒曲添加量对米酒品质的影响Fig.2Different proportions of purple potato content affect the quality of rice wine

表4　感官评定结果Table 4Sensory evaluation results

由图2可知：随着曲量的增多，三项总分先升高后降低，加曲量的增加或减少，会直接导致发酵环境中微生物生态平衡的改变，根霉与酵母活力的改变会直接影响小群落菌种的繁殖代谢，影响独特风味物质的形成。由表4可知，曲量添加过少，发酵不彻底，酒味、甜味平淡，感官评分较低；添加酒曲量为紫薯糯米质量的1.2%时酿出的甜酒综合感官评分最高，净出汁量多，口感甜酸适中，色泽鲜艳；曲量添加过多，酒味泛苦，酸度增加，更会凸显米酒的苦味，糖化速度快、发酵快，糖化程度不易控制，感官评定较低，故甜酒曲的添加量应适中

2.1.3发酵时间对紫薯糯米酒品质的影响

单因素发酵时间对米酒的影响选取发酵时间发酵时间分别为24、48、72、96 h，紫薯添加量为25%，酒曲量为1.2%，发酵温度28℃，在培养箱中培养相应的时间后，测定糖度、酸度、酒精度，以糖度、酸度、酒精度的总和为指标，结果见图3及表5。

图3　发酵时间对米酒品质的影响Fig.3Impact on quality of rice wine fermentation time

表5　感官评定结果Table 5Sensory evaluation results

由图3、表5可知，随着发酵的进行，以糖度、酸度、酒精度的总和随时间的延长而升高，这是可能随着发酵时间的延长，酸度、糖度、酒精度都不断增加，随着时间的进一步延长，酸度升高，糖度、酒精度下降，这时糖化能力降低，发酵依然进行只不过产生有机酸。滋味不如72 h时的浓厚，有杂味，酒味较浓。综上所诉，发酵72 h的甜酒感官评定分数最高，最受人们欢迎。综上，考虑到糖度、酒精度、感官评定分数的大小及生产周期与成本，酿造时间选择72 h为最适宜。

2.2Box-Behnken试验

为全面了解对米酒品质的综合影响，进一步优化甜酒的发酵工艺，现以米酒的综合评价为标准，选用响应面Box—Behnken（BBD）设计试验中对紫薯添加量、甜酒酒曲量、发酵时间优化。

2.2.1双因素效应分析

为了更好研究两个因素对紫薯糯米酒的品质影响。可将任意一个因素固定在零水平，研究另外两个因素紫薯糯米酒的品质影响作用。

2.2.1.1紫薯添加量（X1）和酒曲添加量（X2）对紫薯糯米酒品质的影响

将建立的回归方程中发酵时间（X3）固定在零水平，即可得到X1、X2对Y影响的子模型，根据该子模型绘制紫薯添加量和酒曲添加量对紫薯糯米酒品质的影响曲面图和等值线图。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到图4。当发酵时间一定时，随着紫薯添加量和酒曲添加量的增加，提取率指标值先增加后减小，从二者的等值线中可以看出，图中有一个极大值。

图4　紫薯添加量和酒曲添加量对紫薯糯米酒的影响Fig.4Purple potato and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

2.2.1.2紫薯添加量（X1）和发酵时间（X3）对紫薯糯米酒的影响

将酒曲添加量（X2）和固定在零水平，即可得到X1、X3对Y影响的子模型，根据该子模型绘制紫薯添加量（X1）和发酵时间（X3）对紫薯糯米酒品质的影响影响的曲面图和等值线图。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到图5。

图5　发酵时间和紫薯添加量对紫薯糯米酒的影响Fig.5Fermentation time and purple potato adding amount of purple potato glutinous rice wine

当酒曲添加量（X2）一定时，随着紫薯添加量（X1）和发酵时间（X3）的增加，Y是先增大后减小。从二者的等值线和曲面图中可以看出，图中有一个稳定点且为极大值。

2.2.1.3酒曲添加量（X2）和发酵时间（X3）对紫薯糯米酒的影响

将紫薯添加量（X1）固定在零水平，即可得到X2、X3对指标值（Y）影响的子模型，根据该子模型绘制X2和X3对Y影响的曲面图和等值线图。

由SAS（8.2版）中RSRGE可得到图6。

图6　发酵时间和酒曲添加量对紫薯糯米酒的影响Fig.6Fermentation time and could add quantity of purple potato glutinous rice wine

当紫薯添加量（X1）一定时，随着酒曲添加量（X2）和发酵时间（X3）的增加，Y先增加后减小，从二者的等值线中可以看出，图中有一个稳定点且为极大值。

表6　方差分析表Table 6Analysis of variance table

表7　回归方程中回归系数的估计值Table 7Estimates of the regression coefficient of the regression equation

由表7可求出响应（回归）方程（以下分析均采用编码值）：

提取率回归方程的相关系数R2=97.52%，说明回归的拟合程度较好。

由表6可得，Y与全体自变量二次项之间的线性关系明显（Pr＜0.05，达到显著），一次项和交叉项对Y之间的线性关系不明显（Pr＞0.05，不显著）。

综上所述，由SAS可求出此紫薯糯米酒发酵优化的工艺参数紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）为1.26%和发酵时间（X3）为70 h。

3结论

1）紫薯糯米酒单因素试验表明，当紫薯添加量为25%；添加酒曲量为紫薯糯米质量的1.2%，酿造时间72 h时，效果较好。

2）通过SAS中RSRGE程序，紫薯糯米酒发酵优化的工艺参数紫薯添加量（X1）25%，酒曲添加量（X2）为1.26%和发酵时间（X3）为70 h。

3）方差分析表明，Y与全体自变量二次项之间的线性关系明显（Pr＜0.05，达到显著），一次项和交叉项对Y之间的线性关系不明显（Pr＞0.05，不显著）。

［1］吕昱，严敏.紫薯花色苷的生理功能及分离纯化研究进展［J］.食品与机械，2013，29（4）：251-252

［2］刘军伟，胡志和.紫薯功能及产品开发研究进展［J］.食品研究与开发，2012，33（9）：231-235

［3］韩建春，魏婧，姜帆，等.米酒发酵工艺条件对香气成分的影响［J］.东北农业大学学报，2013，44（8）：6-13

［4］中国国家标准化委员会.GB/T 5009.7-2008中国标准书号［S］.北京：中国标准出版社，2008：1-3

［5］张水华.食品分析［M］.北京：中国轻工业出版社，2007：115-129

［6］全国食品工业标准化技术委员会酿酒分技术委员会．GB/T 15038-2006中国标准书号［S］.北京：中国标准出版社，2006：20-23

Study on Response Surface Optimization Purple Potato Rice Wine Fermentation

CAO De-yu
（Biological Engineering Department，Zhoukou Vocational&Technical College，Zhoukou 466001，Henan，China）

In this experiment，we partially replaced purple sweet potato with glutinous rice，mixed them together and fermented，through which a new and nutritious rice wine with a unique color could be created. Eveluated with a standard of sweetness，acidity，alcohol content of fermented sweet wine as well as sensory index，Box-Behnken experiment to determine the best formula for the added amount of purple potato（X1）25% by single factor and response surface，add the amount of koji（X2）was 1.26%and fermentation time（X3）for 70 h.At this point the wine has a rich，sweet，sweet and refreshing taste of alcohol，nutrient-rich.

purple sweet potato；response surface；fermentation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.023

2014-12-15

曹德玉（1968—），男（汉），副教授，本科，主要从事高职食品加工技术专业的教学和科学研究工作。