黑蒜红枣酒发酵工艺的优化

苏成勇 ，李娟*，吴昊，张艳明，赵琪

1. 徐州工业职业技术学院化学工程学院（徐州 221140）；2. 安徽师范大学生命科学学院（芜湖 241000）

黑蒜又被称为发酵黑蒜，是用新鲜大蒜，不添加其他任何物质在恒温恒湿发酵箱里发酵60～90 d后得到的大蒜深加工产品。黑蒜不仅保留了大蒜特有的一些功能保健成分，而且总糖、蛋白质、维生素等含量至少为新鲜大蒜的2倍以上[1]。同时，黑蒜还具有很强的抗氧化、抗肿瘤、调节血糖、提高免疫力等作用[2-4]。黑蒜作为一种新型的深加工产品，具有重要的经济价值。红枣含有丰富的蛋白质、氨基酸、糖类、维生素和很多种人体必需的矿物元素[5]，不仅是健康零食的首选，还是药食同源的滋补良药，有补血行气、强筋健骨和美容养颜等功效[6-7]。

关于黑蒜的加工工艺及黑蒜的功能、抗氧化等方面的研究较为深入[1-4,8]，但黑蒜保健酒等精深加工产品开发等相关研究还鲜有报道。试验以黑蒜和红枣为原料，接种酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）进行发酵，所得产品具有很高的营养价值和保健作用，符合国家所提倡的酿酒工业生产要实现“四个转变”的总体要求，能为企业生产出一种色、香、味俱佳的黑蒜红枣保健酒提供技术参考，有助于丰富市场上的保健酒品种，并促进大蒜资源的进一步开发利用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑蒜（徐州黎明食品有限公司）；红枣（市售）；活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；蔗糖（市售）；果胶酶（生化级，江苏锐阳生物科技有限公司）；无水亚硫酸钠（天津市永大化学试剂开发中心）；氢氧化钠（南京化学试剂有限公司）；柠檬酸（食品级，国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 仪器与设备

电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）；料理机（九阳股份有限公司）；糖度计（上海天美科学仪器有限公司）；酸度计（上海三信仪表厂）；酒精计（上海三信仪表厂）；干燥箱（上海博讯实业有限公司）；电热恒温水浴锅（上海山连实验设备有限公司）；灭菌锅（上海博讯实业有限公司）；超净工作台（上海博讯实业有限公司）；离心机（上海科学仪器厂）；培养箱（杭州陆恒生物科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 黑蒜红枣酒发酵工艺流程[9-11]

黑蒜去皮、红枣去核清洗→按比例混合→破碎→酶解→浸提→调配→灭菌→接种酵母→发酵→过滤→陈酿→灭菌→成品

1.3.2 操作要点

1) 原料预处理：将黑蒜去皮清洗干净，红枣去核清洗干净，按照料水比1∶15（g/mL），将一定比例的黑蒜红枣放在50 ℃水浴锅中浸泡，后放入料理机进行破碎打浆。

2) 酶解浸提：在黑蒜红枣浆中加入一定量果胶酶（如0.20%）后，置于一定温度（如40 ℃）水浴锅中酶解一段时间（如2 h）。

3) 加亚硫酸钠：冷却后加入50 mg/L亚硫酸钠至已酶解的黑蒜红枣液。

4) 调配：测定酶解液的原始糖度，按每17 g/L糖能产生1%vol酒精将糖度调整至所需浓度，用柠檬酸调pH 3.4～3.8。

5) 灭菌：采用巴氏灭菌法，将调配好的酶解液放在80 ℃水浴锅中，保温40 min。

6) 酵母活化：在温度37 ℃条件下，取一定量的干酵母并向其中加入2%蔗糖溶液，等待温度自然冷却，室温活化15 min。

7) 添加酵母并发酵：将待发酵液冷却到20 ℃时在超净工作台上添加活化酵母，调整培养箱温度至发酵温度后进行发酵。

8) 过滤：发酵后的酒液先经纱布过滤再加入澄清剂进行过滤澄清。

9) 陈酿：放置阴凉干燥通风处进行陈酿，使酒体澄清并更加浓郁。

10) 灭菌：将陈酿后的酒液进行巴氏杀菌或膜过滤，装罐后得成品酒。

1.3.3 原料浸提工艺优化单因素试验

称取相同质量的同一批次混匀后的黑蒜红枣浆，分别考察果胶酶添加量（0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%）、酶解温度（30，35，40，45和50℃）和酶解时间（0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h）对浸提效果的影响。

1.3.4 原料浸提工艺优化正交试验

在单因素试验的基础上，以果胶酶添加量、酶解浸提温度和浸提时间3个因素进行正交试验，确定最佳浸提工艺。具体方案见表1。

1.3.5 发酵工艺优化单因素试验

取相同质量的同一批次酶解后的黑蒜红枣浆，发酵后以酒精度为主要评价指标，以感官评分为辅助评价指标，分别考察初始糖度（18，20，22，24和26°Brix）、酵母添加量（0.3%，0.5%，0.7%，0.9%和1.1%）、发酵温度（18，20，22，24和26 ℃）和发酵时间（5，6，7，8和9 d）对发酵工艺的影响。

1.3.6 发酵工艺优化正交试验

在单因素试验基础上，以初始糖度、酵母添加量、发酵温度和发酵时间4个因素进行正交试验，以酒精度为主要评价指标，以感官评分为辅助评价指标，确定最佳发酵工艺。具体方案见表2。

表1 浸提工艺优化正交试验因素与水平

表2 发酵工艺优化正交试验因素与水平

1.3.7 分析检测

pH用pH计测定；可溶性固形物（糖度）用数显糖度计测定；酒精度和酸度依据GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法测定[12]；菌落总数依据GB 4789.2菌落总数测定方法测定[13]；大肠菌群依据GB 4789.3大肠菌群计数法测定[14]。根据GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法中的感官评定方法[12]，结合产品特点，对发酵型黑蒜红枣酒的感官评价标准进行改进，见表3。选择10名有经验的食品专业人员，从外观、香气、口味、风格4个方面对发酵后所得的黑蒜红枣酒进行评分，取平均分作为最终得分。

表3 黑蒜红枣酒的感官评价标准

2 结果与分析

2.1 浸提工艺参数的确定

2.1.1 黑蒜和红枣质量比对酒体的影响

为研究不同黑蒜红枣配比对黑蒜红枣酒的影响，在前期试验基础上按照料水比1∶15（g/mL）加入清水，并进行浸提和发酵试验，结果见表4。黑蒜添加比例较高时，原料浸提液颜色偏黑，黑蒜味过于浓厚，且所得黑蒜酒的感官评分较低；黑蒜、红枣质量比1∶2.5时，原料浸提液颜色呈现深红色，香气协调，所得黑蒜酒的酒精度适宜，且感官评分相对最高。

表4 不同黑蒜红枣质量比对黑蒜红枣酒的影响

2.1.2 果胶酶添加量对浸提效果的影响

不同的果胶酶添加量对浸提效果的影响情况见图1。果胶酶添加量0.05%～0.20%时，酶解所得黑蒜红枣浆中可溶性固形物含量随着果胶酶增加而增加；果胶酶添加量0.20%时，可溶性固形物含量达到最大值5.9%；果胶酶添加量大于0.20%，可溶性固形物含量并未上升，与其他红枣保健酒研制过程中的试验结果一致[10,15]。据此，选择果胶酶添加量0.15%，0.20%和0.25%进行正交试验。

图1 不同果胶酶添加量对浸提的影响

2.1.3 浸提温度对浸提效果的影响

不同温度对浸提效果的影响情况见图2。可溶性固形物含量随着温度升高而增加，并在温度40 ℃左右时可溶性固形物含量达到最高，说明酶解浸提效果相对最好。温度过高，会导致酶的活性下降而使可溶性固形物含量下降，因此选择35，40和45 ℃进行正交试验。

2.1.4 浸提时间对浸提效果的影响

时间长短对浸提效果的影响程度见图3。浸提1 h内，可溶性固形物含量迅速升高；随着酶解时间延长，可溶性固形物升高速度先快后慢，酶解浸提2 h后趋于稳定。若继续延长浸提时间，不仅会增加能耗，还可能会导致一些风味物质损失，进而影响酒的质量。因此，选择酶解浸提时间1.5，2.0和2.5 h进行正交试验。

图2 不同浸提温度对浸提的影响

图3 不同浸提时间对浸提的影响

2.1.5 黑蒜红枣酒浸提工艺优化正交试验结果

以酶解浸提液中的可溶性固形物含量作为评价指标，参考单因素试验结果，对果胶酶添加量（A）、浸提温度（B）、浸提时间（C）3个因素进行正交试验，结果见表5。

由表5中的R值可知，影响黑蒜红枣浸提液中可溶性固形物含量的主次因素依次是A（果胶酶添加量）＞B（浸提温度）＞C（浸提时间），即果胶酶添加量对黑蒜红枣液酶解的影响最大，温度的影响次之，而时间的影响最小。根据k值初步得出最优的酶解浸提工艺条件组合是A2B3C2，即果胶酶添加量0.20%，浸提温度45 ℃，浸提时间2 h。

表5 酶解浸提工艺优化正交试验结果

2.2 黑蒜红枣酒发酵工艺优化

2.2.1 初始糖度对发酵的影响

初始糖度对发酵的影响程度见图4。酵母菌生长繁殖需要足够的糖类物质作为碳源。若糖度太低，会导致酵母菌生长缓慢，发酵时间延长，且产酒率低。若糖度太高，会导致酵母菌过快生长繁殖，可能会导致营养过快消耗、缺氧或产生其他次级代谢产物而使酒精产率下降，且影响酒的风味。如图4所示，发酵后所得黑蒜红枣酒的酒精度随着初始糖度增加而提高，并在糖度22 °Brix左右时酒精度达到最高（11.5%vol）；初始糖度高于22 °Brix时，酒精度快速下降。感官评价结果也显示初始糖度范围在20～22°Brix时，所得黑蒜红枣酒浓郁醇香，口味最为协调，而初始糖度高于24 °Brix时，所得黑蒜红枣酒的感官评分大幅降低。综合发酵后所得黑蒜红枣酒的酒精度和感官评分，选择初始糖度18，20和22 °Brix进行正交试验。

图4 不同初始糖度对发酵的影响

2.2.2 酵母添加量对发酵的影响

酵母添加量对发酵的影响程度见图5。酵母添加量会直接影响发酵进程，进而改变产酒率和酒的感官。由图5可知，酒精度随着酵母添加量增加而提高，并在酵母添加量0.9%左右时，发酵所得酒的酒精度达到峰值（10.6%vol）。酵母添加量过高时，酵母菌生长过于旺盛，会造成营养不足而导致发酵后期酒精得率反而有所降低。酒的感官评价结果显示，酵母添加量0.7%左右时，发酵所得酒的感官得分最高；酵母添加量过高或过低，均会导致酒的感官得分降低。考虑到酵母添加量在高于0.7%后，所得酒的酒精度仍在继续上升，且感官得分只是缓慢下降（图5），因此选择酵母添加量0.7%，0.9%和1.1%进行正交试验。

2.2.3 温度对发酵的影响

温度对发酵的影响程度见图6。发酵温度过低时，酵母菌生长缓慢，代谢受到抑制，使发酵周期延长或容易染菌，从而会导致产酒率低，甚至发酵失败；随着发酵温度升高，酵母菌生长速度加快，达到应有的菌体浓度后进入产酒期，从而能提高产酒率；温度过高，会导致菌体衰老加快、丧失活力甚至过早死亡，从而大幅降低产酒率，并很可能影响酒的品质[16]。由图6可知，随着温度升高，发酵所得酒的酒精度和感官评分均有所提高，并均在20 ℃左右时达到最高（酒精度10.5%vol，感官98分）。发酵温度22 ℃左右时，酒的感官评分明显下降。考虑到较高发酵温度会提高能源消耗，因此综合酒精度和感官评分结果，选择18，20和22 ℃进行正交试验。

图5 不同酵母添加量对发酵的影响

图6 不同温度对发酵的影响

2.2.4 时间对发酵的影响

发酵时间对发酵的影响程度见图7。在5～7 d发酵时间范围内酒精度迅速提高，并在发酵7 d左右时酒精度即可达到10.5%vol，发酵7 d后酒精度缓慢下降。酒的感官评分结果同样显示，随着发酵的进行，酒的口感越来越醇厚协调，并在发酵7～8 d时感官评分变化不大（稍有下降），但若继续发酵至9 d左右时，口感会迅速变差，可能是由于发酵后期其他代谢产物迅速积累，对酒的风味产生明显影响所致。因此，本着节约能源的原则，同时综合酒精度和感官评分结果，选择发酵时间6，7和8 d进行正交试验。

2.2.5 发酵工艺优化正交试验结果

根据黑蒜红枣酒发酵的单因素的试验结果，对初始糖度、酵母添加量、发酵时间、发酵温度4个因素进行正交试验优化。具体分析结果见表6。

由表6可知，依据酒精度含量指标和感官指标，结果均显示影响黑蒜红枣酒发酵的主次因素关系依次为：C（发酵温度）＞B（酵母添加量）＞D（发酵时间）＞A（初始糖度）。因初始糖度相较于其他因素对黑蒜红枣酒的发酵影响最小，针对感官指标的正交试验结果与针对酒精度指标的正交试验结果具有一致性，二者与初始糖度的单因素试验结果（图4）也一致。试验依据酒精度指标，确定的最优发酵条件组合是A3B2C3D3，即酵母添加量0.9%、初始糖度22 °Brix、发酵温度22 ℃、发酵时间8 d。在此工艺条件下的验证试验结果显示，所得黑蒜红枣酒的酒精度为11.3%vol，感官评分为95分。

图7 不同时间对发酵的影响

表6 黑蒜红枣酒发酵工艺正交试验结果

2.3 黑蒜红枣酒的成品质量指标检测结果

感官指标：酒液呈棕红色，口感柔和协调，风格独特。

理化指标：酒精度11.3%vol，总酸（以酒石酸计）4.9 g/L，pH 3.7，糖度5.3%，检测结果均符合国家标准GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]。

微生物指标：菌落总数38个/mL＜100个/mL；大肠杆菌未检出。

3 结论

以黑蒜和红枣为原料，对发酵型黑蒜红枣酒的原料浸提工艺和发酵工艺进行研究。原料浸提工艺的试验结果表明，黑蒜、红枣质量比1∶2.5时，原料最佳浸提工艺为果胶酶添加量0.20%，浸提温度45 ℃，浸提时间2 h。发酵工艺试验结果显示，黑蒜红枣酒的最佳发酵条件为：酵母添加量0.9%，初始糖度22°Brix，发酵温度22 ℃，发酵时间8 d。所得黑蒜红枣酒具有酒精度适宜，营养丰富，口感柔和协调，风格独特等特征，能为企业生产出一种色、香、味俱佳的黑蒜红枣保健酒提供技术参考。