豆薯苹果酒的原料配比与发酵条件优化研究

张华玲，黄潇漪 ，刘芯韵，涂 文，王海英，刘 绪，张 磊，蒲亚琴

（1.成都师范学院，四川成都611130； 2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川自贡643000； 3.四川省食品发酵工业研究设计院有限公司，四川成都611130； 4.四川国检检测有限责任公司，四川泸州646000）

豆薯是豆科豆薯属植物，又名凉薯、地瓜、沙葛、土瓜等[1]。豆薯块根中含有较高淀粉、糖分、蛋白质、氨基酸、多聚糖、类黄酮和维生素C等成分，以及人体所必需的钙、铁、锌、铜、磷等多种元素，且豆薯具有低脂肪，无胆固醇等特点[2-5]，能够帮助人们提高身体免疫力，缓解酒精中毒等。我国的豆薯市场主要以鲜销为主，价格低廉，效益差，并未建立起有效的豆薯加工链，市场上能见的豆薯加工产品仅有豆薯饮品、豆薯果脯与豆薯淀粉等初级加工品，未能充分挖掘豆薯的价值。豆薯块根肉质雪白、脆嫩、清甜多汁[5]，是一种较好的果酒发酵原料。

苹果为蔷薇科苹果亚科苹果属植物，果肉营养成分极为丰富，包含人体所需的17种氨基酸[6]、多种维生素和锌、钙、磷等多种微量元素。我国是世界上苹果产量最多的国家，但加工产品较少，加工量不到产量的10%，而发达国家加工率高，如美国已达到45%。苹果酒是极具发展潜力的酒类，在英国、法国、德国、西班牙、比利时、瑞典等国产量较大，在我国还有较大的开发潜力。

目前对豆薯苹果酒的研究鲜有报道，本试验选取苹果豆薯为原料，对苹果与豆薯的原料配比、酵母接入量、初始pH值、发酵温度等因素进行试验，以感官评分作为响应值对其发酵条件进行优化，为豆薯苹果酒的酿造提供参考，同时满足市场对绿色健康产品的需求。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：豆薯、苹果，市售。

酵母及耗材：果酒酵母，湖北安琪酵母股份有限公司；柠檬酸，天津市科密欧化学试剂有限公司；蔗糖，成都金山化学试剂有限公司；果胶酶，上海瑞永生物科技有限公司。

仪器设备：HH-S2数显恒温水浴锅，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌锅，上海申安医疗器械厂；SJ-CJ-1F超净工作台，苏州苏洁净化设备有限公司；RHB手持折光仪，宏达光学仪器厂；PHS-3C pH计，上海精密科学仪器有限公司；SPX-250BIII生化培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

豆薯：原材料挑选→清洗→热烫→冷却→去皮、切分→打浆→酶解→过滤。

苹果：原料→去皮、切分→打浆→酶解→过滤。

苹果与豆薯不同比例混合：糖酸调整→高温灭菌→接种发酵→成品。

1.2.2 技术要点

热烫：放入沸水中处理2～3 min，以防止褐变、提高原汁的透明度和出汁率。

酶解：在豆薯汁和苹果汁中分别加入果胶酶(100 mg/L)，于45℃的恒温水浴锅中酶解90 min。酶解后经过滤，得到苹果与豆薯澄清原汁。

糖酸调整：添加蔗糖使豆薯苹果混合汁糖度到22°Bx左右，用柠檬酸调节初始pH3.9左右[7-10]。

高温灭菌：高温灭除豆薯、苹果混合液中的活菌。

接种：在豆薯、苹果混合汁中接入一定量的果酒专用活化酵母。

恒温发酵：将豆薯苹果混合液放入24℃的恒温培养箱，有氧发酵2 d，无氧发酵7 d[11]。

1.2.3 感官评价标准

对豆薯苹果酒进行感官评价，具体的感官评价标准见表1。

表1 感官评价标准

1.2.4 发酵原料用料配比的确定

设置苹果汁与豆薯汁体积比为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，温度24 ℃，酵母接入量0.05%，pH4.0，共5个批次，每批次接种3瓶，发酵天数为9 d，进行感官评价。

1.2.5 pH值对发酵的影响

设置发酵初始pH值为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，发酵原料比为1∶1，酵母接入量为0.05%，发酵温度为24℃，共5个批次，每批次接种3瓶，发酵天数为9 d，进行感官评价。

1.2.6 发酵菌种接入量对发酵的影响

菌种接入量设置为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%，发酵原料配比为1∶1，温度设置为24℃，pH4.0，共5个批次，每批次接种3瓶，发酵天数为9 d，进行感官评价。

1.2.7 响应面设计

根据单因素试验结果，采用3因素3水平的响应面设计方法进行试验，以感官评分为响应值，优化豆薯酒发酵方案，所选因素及水平如表2。

表2 响应面试验设计因素水平

选取苹豆比、pH值、酵母接入量为自变量，以感官评分为响应值，建立各因素的回归方程及模型，并进行响应面分析法优化。

2 结果与分析

2.1 不同用配比对豆薯苹果酒的影响（图1）

由图1可知，随着苹果与豆薯中豆薯用料比值升高，感官评分呈现先升高后降低的趋势，在苹果与豆薯用料比为2∶1时，酒体香气最为突出，色泽透亮，呈亮黄色，感官评分为21。而随着苹果与豆薯原料比的继续增加，感官评分开始降低。

图1 苹果、豆薯的用料比对豆薯苹果酒的感官评分的影响

2.2 不同发酵pH值对豆薯苹果酒的影响（图2）

由图2可知，随着pH值的升高，感官评分整体呈现先升高后降低的趋势；当pH值较低时，有一定异味，酒体色泽较暗淡，偏黄色。当pH4.0时，酒体香较好，色泽较透亮，感官评分最高。

图2 发酵pH值对豆薯苹果酒的感官评价的影响

2.3 不同酵母接入量对豆薯苹果酒的影响（图3）

由图3可知，随着接入量的增加，感官评分呈现先增加后降低又增加的趋势。当酵母接入量为0.03%时，苹果豆薯营养酒的感官评分最高。接入量较低时，酒体香气不突出，色泽较暗淡，偏黄色；较高时，酒体滋味寡淡。

图3 酵母接入量对豆薯苹果酒的感官评价的影响

2.4 响应面结果

根据响应面设计方法进行试验后，得到的结果见表3。

表3 响应面结果

2.5 回归模型建立与分析

2.5.1 回归模型

根据表3中实验结果进行多元回归方程拟合，以感官评分为响应值建立数学回归模型：

Y=+15.70+2.09*A-1.22*B+0.12*C-0.13*A*B-0.062*A*C+0.19*B*C+3.09*A2-0.41*B2+0.15*C2

2.5.2 回归分析

从表4可以看出，该回归模型极显著（P＜0.01），并且该模型的相关系数R2=0.9734，说明了有97%以上的数据可以用该模型来反映响应值的变化，而且失拟项F=2.14，P=0.2380＞0.05，失拟项不显著，说明该方程对试验的拟合较好，试验有较高的可信度。因此可用该模型方程来很好的模拟实际试验，对试验结果进行分析和预测。回归模型一次项中A、B极显著，C不显著，二次项中AB、AC、BC不显著，方项A2极显著，B2、C2不显著，从F值及P值均可以看出，影响苹果豆薯酒发酵后感官评分的主要效应主次顺序为：A＞B＞C，即苹豆比＞pH值＞酵母接入量。

表4 回归方程系数显著性检验表

2.6 交互作用分析

2.6.1 苹豆比与pH值对感官评分的影响

由图4可知，随着发酵原料中苹豆比值与pH值的增加，感官评分先降低后升高，且响应面的坡度呈先下坡再上坡，说明苹果、豆薯的用料比与pH值对感官评分的交互影响先减小后增大。与pH值方向比较，苹豆比响应面曲线较陡，苹豆比等高线密度高于沿pH值移动的密度，说明苹豆比对发酵所得酒的感官评分的影响较pH值更显著。

图4 苹豆比和pH值的交互作用对豆薯苹果酒感官评分影响的响应面图

2.6.2 苹豆比与酵母接入量对感官评分的影响

由图5可以直观的看出，随着发酵原料中豆薯比值与酵母接入量的增加，感官评分先降低后升高，且响应面的坡度呈先下坡再上坡，说明苹果、豆薯的用料比与酵母接入量对感官评分的交互影响先减小后增大。与酵母接入量方向比较，苹豆比响应面曲线较陡，苹豆比等高线密度高于沿酵母接入量移动的密度，说明苹豆比对发酵所得酒的感官评分的影响较酵母接入量更显著。

图5 苹豆比和酵母接入量的交互作用对豆薯苹果酒感官评分影响的响应面图

2.6.3 酵母接入量与pH值对感官评分的影响

由图6可以直观的看出，酵母菌接入量与pH值交互作用的3D图坡度较缓，说明酵母菌接入量与pH值的交互作用对豆薯苹果酒的感官评分的影响不明显。随着酵母菌接入量与pH值的增加，感官评分逐渐降低，且响应面的坡度为下坡，说明酵母菌接入量与pH值对感官评分的交互影响逐渐减小。与酵母接入量方向比较，pH值效应面曲线较陡，pH值等高线密度高于沿酵母接入量移动的密度，说明pH值对发酵所得酒的感官评分的影响较酵母接入量更显著。

图6 酵母接入量和pH值的交互作用对豆薯苹果酒感官评分影响的响应面图

2.7 响应面软件分析结果

根据Design-Expert软件分析，综合感官评分的响应值，在发酵温度为24℃，发酵时间为9 d的条件下，得到豆薯苹果酒发酵的最佳工艺为：苹果汁∶豆薯汁=2∶1，发酵 pH4.0，酵母接入量为0.01%。此时，感官评分为22分。

2.8 验证试验

为了验证响应面的可靠性，以响应面分析得到的最佳发酵条件，做了3组豆薯苹果酒，测得平均感官评分为21，与模型预测值22相接近，可见模型能较好地预测实际豆薯苹果酒感官评分的情况，适用于确定豆薯苹果酒的发酵条件。因此，基于响应面优化得到的豆薯苹果酒发酵条件参数较为可靠。

3 结论与展望

根据单因素试验和Design-Expert响应面优化试验，得到豆薯苹果酒发酵条件为：苹果汁∶豆薯汁=2∶1，发酵pH4.0，酵母接入量为0.01%，发酵温度为24℃，发酵时间为9 d。在此优化条件下所得果酒平均感官评分为21，且光泽度较好、酒体澄清透亮、兼具苹果与豆薯的芳香、酸甜适口、口感醇厚，为豆薯苹果酒的酿造提供参考。

在传统的果酒酿造中，国内外大多以葡萄和苹果等传统水果为原料，对豆薯这样果蔬两用的研究较少，苹果和豆薯的结合更是未见报道。然而随着时代的发展，单一原料的产品越来越不能满足多元化消费需求。因此，以混合水果、混合蔬菜、水果与蔬菜混合搭配为原材料进行新品开发是一种发展趋势。本研究主要采用果酒工艺酿造苹果豆薯酒，没有采用传统的薯类发酵酒的工艺，然而到底采用果酒工艺，薯类发酵酒工艺，还是结合两种工艺特点的创新工艺更适合果蔬酒的开发还有待深入研究。本文在研究原料配比时，当豆薯占比较高时，酒体酒香气不佳，较混浊，偏白色，酒精度较低，可能原因是采用偏果酒工艺，而豆薯中的淀粉类物质未能转化完全所致。因此对于以苹果豆薯酒为代表的果蔬酒的研究还有大量的环节需要进一步完善。