正交试验法优化红薯酒发酵工艺

陆雨芳，张华敏，吴慧琳，陈雪英，冯绍彪，李刚凤

铜仁学院（铜仁 554300）

红薯又名甘薯、地瓜。红薯富含维生素、蛋白质、淀粉、膳食纤维、胡萝卜素，以及钾、铁、钙等10余种微量元素，有“长寿食品”之称，具有抗癌、保护心脏、预防肺气肿和糖尿病、减肥等功效[1-3]。红薯中丰富的膳食纤维可刺激肠道蠕动，具有通便排毒的作用[4]，同时红薯中脱氢表雄酮具有抑制乳腺癌和结肠癌的发生和发展的功效[5]。我国红薯资源丰富，但红薯加工产品单一，开发利用水平较低[6]。红薯的主要产品有红薯干、红薯蛋白质粉、红薯黄酒等[7-8]。红薯可被用作饮料和食物原料，制作粉条、休闲零食、红薯馒头等，还可开发红薯葡萄酒和红薯啤酒等[9]。

红薯酒是经蒸料、拌曲发酵、拌糠、过滤、蒸馏、杀菌而成，其口味醇香，鲜甜爽口，含丰富的维生素、低聚糖、氨基酸、矿物质微量元素等营养成分，同时酒度较低，兼顾营养及一定的功能性，这为红薯酒在市场的发展提供良好的前景。

试验以新鲜红薯为原料，在液化糖化的基础上，利用酵母的活性发酵沉淀，再经过滤除杂后静置，获得发酵成熟的红薯酒。在单因素试验的基础上，利用正交试验优化发酵过程中发酵时间、初始糖度、发酵温度及酵母添加量对红薯酒酒精度及感官品质的影响，以期为红薯酒的工业化生产提供工艺参数和理论依据。优化条件下制得的红薯酒，既有红薯的清甜又具发酵的醇香，加工过程对原料的损失少，更好地保留了红薯的营养价值及风味物质，丰富红薯类产品，为红薯产业的发展提供理论保障。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红薯、白砂糖（市售）；柠檬酸（潍坊英轩实业有限公司）；糖化酶、α-淀粉酶（湖南新鸿鹰生物有限公司）；安琪专用高活性酵母（安琪酵母股份有限公司）。

CP1502C电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；DFD-700电热恒温水浴锅（常州智博瑞仪器制造有限公司）；GNP-9160隔水式电热恒温培养箱（常州普天仪器制造有限公司）；0-32%糖度计（上海淋誉贸易有限公司）；0-50度酒精计（武强县亿达仪表厂）；COSUA/超帅高速打浆机（常州智博瑞仪器制造有限公司）；WK2102T电磁炉（美的集团股份有限公司）。

1.2 工艺流程

红薯→去皮切条→蒸煮→打浆→酸度调节→液化糖化→调糖度→接种→发酵7 d→过滤→杀菌→冷处理→红薯酒

1.3 操作要点

红薯浆：将红薯切2～3 cm长条，蒸汽灭酶30 min，冷却，以料水比1∶3（g/mL）打浆，得红薯浆，备用。

酵母活化：称取5 g白砂糖溶于85 mL的沸水，冷却至38～40 ℃，加入10 g活性干酵母，密封，摇匀。

主发酵：量取250 mL红薯浆，柠檬酸调pH至5.5，加0.27%α-淀粉酶、0.5%糖化酶，于60 ℃恒温水浴180 min，搅拌均匀，用保鲜膜密封，白砂糖调糖度22°、pH 4.5，加3.2%活化酵母，摇匀，于26 ℃恒温发酵7 d[10-11]。

灭菌及后发酵：发酵液于85 ℃灭菌30 min，冷却，置于6 ℃冰箱发酵4 d，制得红薯酒。

1.4 单因素试验

1.4.1 主发酵时间的确定

红薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒温水浴180 min，摇匀，调节糖添加量22%，调节pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃分别发酵5，6，7，8和9 d，灭菌，后发酵。

1.4.2 糖添加量的确定

红薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒温水浴180 min，摇匀，冷却，分别调节糖添加量18%，20%，22%，24%和26%，调节pH 4.5，加3.2%酵母，于26 ℃发酵7 d，灭菌，后发酵。

1.4.3 主发酵温度的确定

红薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒温水浴180 min摇匀，冷却调节糖添加量22%，调节pH 4.5，加3.2%酵母，分别于24，26，28，30和32 ℃发酵7 d，灭菌，后发酵。

1.4.4 酵母添加量的确定

红薯以料水比1∶3（g/mL）混合，加0.27%α-淀粉酶及0.5%糖化酶，于60 ℃恒温水浴180 min，摇匀，冷却，调节糖添加量22%，调节pH 4.5，分别添加2.4%，3.2%，4%，4.8%和5.5%酵母，于26 ℃发酵7 d，灭菌，后发酵。

1.4.5 正交试验的设计

在单因素的基础上，对发酵时间（A）、初始糖度（B）、主发酵温度（C）、酵母接种量（D）进行正交优化，以酒精度为主要评价指标，感官评价为次要评价指标，设计L9(34)正交表进行试验，确定正交优化条件下红薯酒发酵的优化工艺条件，因素水平如表1所示。

表1 红薯酒正交优化试验因素水平表

1.5 酒精度的测定[12]

将红薯酒倒入100 mL量筒中，酒精计缓慢放入液体中，使酒精计悬浮，稳定1～3 min；酒精计读数即为酒精度含量。

1.6 感官评价

挑选5名男生和5名女生（食品科学与工程专业）组成评价小组，对红薯酒就色泽、滋味、香气、透明度、沉淀物、悬浮物进行感官综合评分，采用100分制，感官评分标准如表2所示[13-14]。

表2 红薯酒感官评价标准表

1.7 数据统计与分析

采用Excel 2010及SPSS 16.0对数据进行分析处理，并用Origin 8.5进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 发酵时间的确定

发酵时间对红薯酒的影响见图1。当发酵时间为5 d时，酒精度达到为8%vol，但沉淀过多，上清液浑浊，影响酒的品质，感官评分较低。发酵至8～9 d时，由于发酵时间越长，糖度逐渐下降，营养物质消耗过多，酵母生长达到衰亡期，酵母活性受抑制，酒精度减小。发酵7 d时，酒精度达到最高（9%vol），红薯酒无浑浊，透明，香味醇正。潘年龙等[15]、杨雅利等[16]优化紫薯酒发酵工艺，其发酵时间均为7 d。综合分析，选择红薯酒发酵时间6，7和8 d作为正交试验设计水平。

图1 发酵时间对红薯酒的酒精度及感官品质的影响

2.2 糖添加量的确定

糖添加量对红薯酒的影响见图2。当糖添加量为18%时，红薯浆产生酒精。当糖添加量为24%和26%时，浓度差增大，部分酵母无法生存，导致酵母死亡，无法产生酒精。当糖添加量为22%时，酒精度达到最高，通过感官评价可知，此时红薯酒无酸味，大部分糖被利用，残糖率很低。故选择糖添加量18%，20%和22%作为正交试验设计水平。

图2 糖添加量对红薯酒的酒精度及感官品质的影响

2.3 发酵温度的确定

发酵温度对红薯酒的影响见图3。发酵温度过低或过高均不适合红薯制备液的发酵，当发酵温度过低时，酵母存活率下降，酵母的发酵速度慢；当发酵温度过高时，酵母的发酵速度过快，酵母存活率下降，容易产生酸菌繁殖，导致产品的品质下降。当温度为26 ℃时，酒精度最高，为9.5%vol。综合分析，选择发酵温度26，28和30 ℃作为正交试验设计水平。

图3 发酵温度对红薯酒酒精度及感官品质的影响

2.4 酵母添加量对红薯酒品质的影响

酵母添加量对红薯酒的影响见图4。当酵母添加量小于3.2%时，红薯浆中糖分不能被完全转化为酒精，酒精度较低；随着酵母量的增多，酒精度逐渐升高，当酵母添加量为4%时，酒精度达到最高，为8%vol；当酵母添加量大于4%时，糖浓度过高，过多的营养物质在菌体的生长繁殖起主要作用，被用于酒精的生成上较少，酵母增多吸收更多的糖，导致糖度逐渐降低，只够酵母存活，无法产生酒精，从而导致酒精度下降[17]。酵母添加量在3.2%～4.8%之间存在顶点值。综合分析，选择酵母添加量3.2%，4.0%和4.8%作为正交试验设计水平。

图4 酵母添加量对红薯酒酒精度及感官品质的影响

2.5 正交优化红薯酒工艺条件结果与分析

正交试验结果分析见表3。发酵时间、糖度、发酵温度、酵母添加量对红薯酒的发酵具有不同的影响，影响程度为D＞B＞A＞C，即酵母添加量影响最大，其次是糖的添加量和发酵时间，影响最小的是发酵温度；最佳工艺配方为A3B3C1D1，即酵母添加量为3.2%，糖添加量为22%，发酵时间为8 d，发酵温度为26 ℃。

表3 正交优化结果分析

2.6 验证性试验

为验证红薯发酵酒感官品质的稳定性，按最佳加工工艺条件A3B3C1D1，即酵母接种量为3.2%，糖添加量为22%，于26 ℃发酵8 d，制得红薯酒，并对红薯酒进行感官评价，测试酒精度，试验重复6次。由表4可知，在该工艺条件下，红薯酒的酒精度为7.02%vol，其感官综合评分68分，在此条件下红薯酒的稳定性好，具有较好的可操作性。

表4 红薯酒的工艺优化稳定性试验结果

3 结论与讨论

在单因素试验基础上，经正交优化试验得到红薯酒最佳工艺参数：料水比（红薯-水）1∶3（g/mL），糖添加量22%，酵母接种量3.2%，发酵温度26 ℃，发酵时间8 d。在此工艺条件下，制得的红薯酒酒精度为7.02%vol，感官综合评分为68分，红薯酒口味醇正，色泽均匀呈微黄，红薯香味，甜度适中，口感细腻。不仅保留了米酒独特的风味，而且增加了红薯的香甜，适合多类人群食用，具有广阔的市场前景。

红薯“长寿食品”的美名，说明其不仅营养丰富，还具有多种食疗保健作用，现阶段我国红薯的开发利用主要集中于其高淀粉的利用，其深加工产品的开发较单一，因此，对红薯类产品的开发应用具有广阔的生产前景。红薯酒发酵工艺的优化可为后期提高红薯酒综合品质提供重要参考，对开发复合型红薯酒及复合型红薯产品具有重要意义。该试验可为红薯酒在营养保健功能方面的研究奠定基础，也可为红薯酒开发应用提供一定的指导。