模糊数学感官评定结合响应面法优化红枣白兰地发酵工艺

彭 昕，李桂林，艾赛提·阿合旦，李泽涵，李函伦，杨兴元

（新疆农业大学 食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830001）

白兰地是以水果、甘薯等为原料经发酵、蒸馏、调配、陈酿而得的蒸馏酒[1]。近年来与白兰地相关的研究报道较多，对水果白兰地的工艺开发热度不断提升。祁乙雯等[2]以红杏为发酵原料，通过对比不同酶解条件和发酵工艺参数对杏白兰地感官品质的影响，结合响应面试验结果优化了杏白兰地的发酵工艺。

红枣自身具有较高的含糖量和丰富的多酚[3]、黄酮[4]等多种生理活性物质[5]，具有滋养脾胃，补气血等养生功效[6-7]，长期食用可以起到抗肿瘤、抗癌等作用[8]。目前，为满足市场需求，重量不足、大小不均[9]、形状不规则[10]、外表有残缺的枣果常常被枣农丢弃在枣林中，或者直接用来喂养家畜，造成了大面积的浪费。为提高红枣的综合利用率，更加充分地利用红枣资源[11]，拓展红枣深加工方式具有重要的意义。红枣白兰地是以红枣为原料，采用固态发酵，蒸馏方式酿造而成，既具有白兰地的特色又同时具有中国传统白酒的特点，是一种具有独特风味的蒸馏酒[12]。张少云[13]探究了固态发酵红枣蒸馏酒的可能，并且在27 ℃条件下发酵6 d，蒸馏所得的红枣蒸馏酒具有较高的酒精度。目前，红枣蒸馏酒的发展还需解决提高红枣酒生产率，改善风味等问题。

本研究以新疆和田骏枣为原料制备红枣白兰地，以还原糖、甲醇、可溶性固形物含量、酒精度及感官评分为考察指标，采用模糊数学感官评价法结合响应面法对红枣白兰地发酵工艺进行优化，以期提高红枣的附加值，在解决红枣资源浪费的同时为果农增收脱贫提供一条有利途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

和田骏枣：新疆和田市；安琪干红酵母、安琪果香酵母：安琪酵母股份有限公司；酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）F10、酿酒酵母F15：法国LAFFORT公司；RF果胶酶（40 000 U/g）、BXL果胶酶（50 000 U/g）：德国AB酶制剂公司；白砂糖（食品级）：北京天润食品有限公司；甲醇、乙醇、4-甲基-2-戊醇（均为色谱纯）：北京迪科马科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯或生化试剂。

1.2 仪器与设备

岛津GC-2010Pro气相色谱（gas chromatography，GC）仪：上海善可精密仪器有限公司；JSB30-1电子计重秤：上海浦春计量仪器公司；LE203E/02分析天平：上海梅特勒-托利多仪器有限公司；DZKW电热恒温水浴锅：北京永光明医疗仪器有限公司；LAL2T酒精计：广州速为电子科技有限公司；BQT-541手持式折光仪：深圳市白鳍豚生物科技有限公司；HPX-9052MBE恒温培养箱：上海博迅实业有限公司；TGL-16G高速离心机：上海安亭科学仪器厂；DH-Z100夏朗德壶式蒸馏器：合肥大汉机械制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 红枣白兰地发酵工艺流程及操作要点

红枣→分选→清洗→沸浸→复水→破碎→添加果胶酶→接种酵母→发酵→红枣原酒→一次蒸馏→原红枣白兰地→二次蒸馏→红枣白兰地

操作要点：

分选、清洗：挑选表面无腐烂破损的干枣，清洗干净表面灰尘污物。

沸浸：向蒸锅中倒入常温纯净水，同时加入红枣（未去核），慢慢煮沸后保持11 min，以便加快干红枣吸水胀裂且灭活红枣自身的果胶酯酶。

复水：按干红枣质量1∶3的比例，添加纯净水，复水24 h充分提汁同时起到降温作用。

破碎：经破碎机充分破碎成浆糊状。

添加果胶酶：添加0.10%RF果胶酶和0.10%BXL果胶酶，在46 ℃恒温水浴锅内酶解6 h。

发酵：接种干红枣质量0.02%的安琪果香酵母，在25 ℃恒温培养箱内发酵6 d。

一次蒸馏：红枣原酒初蒸时不掐头，当瞬时酒精度降到20%vol时停止蒸馏得到原红枣白兰地。

二次蒸馏：采用夏朗德壶式蒸馏，掐去酒精度为60%vol前的酒头，去除酒精度25%vol后的酒尾得到红枣白兰地。

1.3.2 红枣白兰地发酵工艺优化单因素试验

发酵时间：添加干红枣质量0.02%的安琪果香酵母，置于25 ℃恒温培养箱中分别连续发酵9 d，发酵24 h后，每隔24 h测定可溶性固形物和还原糖的含量和发酵醪液的酒精度；发酵至预定天数后立即进行一次蒸馏，检测蒸馏酒样的甲醇含量和酒精度；二次蒸馏后得到红枣白兰地，进行感官评价。

发酵温度：添加干制红枣质量0.02%的安琪果香酵母，分别置于20 ℃、23 ℃、26 ℃、29 ℃的恒温培养箱中发酵7 d，每24 h检测发酵醪液中的还原糖含量；一次蒸馏后，检测蒸馏酒样的酒精度；二次蒸馏后得到红枣白兰地，进行感官评价。

酵母种类：分别添加干红枣质量0.09%的酿酒酵母FX10、酿酒酵母F15、安琪干红酵母、安琪果香酵母，置于25 ℃恒温培养箱中发酵7 d，检测发酵醪液中的还原糖含量；一次蒸馏后，检测蒸馏酒样的酒精度。

酵母接种量：分别添加干红枣质量0、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%、0.18%的安琪果香酵母，置于25 ℃恒温培养箱中发酵7 d，检测发酵醪液中的还原糖含量；一次蒸馏后，检测蒸馏酒样的酒精度；二次蒸馏后得到红枣白兰地，进行感官评价。

1.3.3 红枣白兰地发酵工艺优化响应面试验设计

根据单因素试验结果，以模糊数学感官评分为响应值，选择发酵时间（A）、发酵温度（B）和酵母添加量（C）为响应因子，进行响应面试验，响应面试验因素与水平见表1。

表1 红枣白兰地发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for jujube brandy fermentation process optimization

1.3.4 感官评分

感官评定采用百分制法，按照文献[14-15]及GB/T 11856—2008《白兰地》[16]制定红枣白兰地感官评分标准，满分100分，具体评分标准见表2。组织10名具有国家品酒师资格的评定员，培训后对经过二次蒸馏的各个酒样从4个方面进行感官评定，以感官评定分数的平均值作为评定结果。

表2 红枣白兰地的感官评分标准Table 2 Sensory score standards of jujube brandy

续表

1.3.5 模糊数学感官评定模型的建立[17]

建立评判集：根据表2对红枣白兰地感官品质的要求进行模糊综合评判，构建主因素突出型综合评价模型：对象集U=｛u1，...，ui，...，un｝=｛1#，2#，3#，...，17#｝；因素集X=｛x1，x2，x3，x4｝=｛澄清度，香气，口感，风格｝；评语集Y=｛y1，y2，y3，y4，y5｝=｛很好，较好，一般，较差，差｝；权重系数集W=｛w1，w2，w3，w4｝=｛0.20，0.30，0.40，0.10｝。

建立单因素评价矩阵：评价小组对每个样品的每一因素进行逐级评判，对每个样品4个因素下的每个评语的人次进行归一化处理，即A=[α1*，...，αi*，...，α5*]，

分别统计每个因素xi所以对应的模糊评判矩阵Rij=（ri1，ri2，…，rin）∈f（Y），可以得到每个样品的因素模糊综合评判矩阵。

建立模糊数学评价模型Bi=W×Ri，（i=1#，2#，3#，...，17#）。

为了得到模糊数学感官评价的总分，划分感官评分等级的分值区间为：很好（81～100分），较好（61～80分），一般（41～60分），较差（21～40分），差（0～20分）。因此建立感官评价评语集为V=（100，80，60，40，20），则红枣白兰地的模糊综合评判总分为：Ti=Bi×V（i=1#，2#，3#，...，17#）。

1.3.6 测定方法

酒精度的测定：采用酒精计法[18]；还原糖含量的测定：采用直接滴定法[19]；甲醇和高级醇含量的测定：采用气相色谱法[20]。

1.3.7 数据处理与分析

采用SPSS 20.0分析软件对数据进行统计分析；使用Origin 8.5进行作图，利用Design-Expert 8.0.6.1软件对红枣白兰地发酵工艺进行响应面试验优化，结果用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 红枣白兰地发酵工艺优化单因素试验

2.1.1 发酵时间对红枣白兰地的影响

发酵时间对发酵醪液中还原糖和可溶性固形物含量的影响见图1。由图1可知，随发酵时间的延长，发酵醪液中的还原糖和可溶性固形物的含量逐渐减少。发酵2～4 d时，还原糖和可溶性固形物含量迅速下降，还原糖含量由113.0 g/L降至45.3 g/L，可溶性固形物含量由11.6%降至7.8%。方差分析结果可知，发酵第8天和第9天的还原糖含量没有显著差异（P＞0.05）。当发酵到第8天时，可溶性固形物和还原糖含量基本降至最低，发酵时间继续延长，几乎不发生变化。

图1 发酵时间对还原糖和可溶性固形物含量的影响Fig.1 Effect of fermentation time on reducing sugar and soluble solid content

发酵时间对原红枣白兰地中甲醇含量和酒精度的影响见图2。

图2 发酵时间对甲醇含量和酒精度的影响Fig.2 Effect of fermentation time on methanol content and alcohol content

由图2可知，随着发酵时间的延长，酒精度逐渐增大。发酵2～5 d，酒精度增长迅速，从3.40%vol增加到10.30%vol；当发酵7 d时，酒精度增加到11.83%vol，基本达到最大值。方差分析结果显示，发酵8～9 d，酒精度没有显著差异（P＞0.05），可以认为发酵到第8天时，红枣白兰地发酵阶段基本结束。由图2亦可知，随着发酵时间的延长，原红枣白兰地中的甲醇含量不断降低，发酵2～5 d，原红枣白兰地中甲醇含量有明显降低，从2.15 g/L降低至1.73 g/L；发酵9 d时，甲醇含量达到最小值为1.64 g/L。方差分析结果显示，发酵5～9 d，原红枣白兰地中的甲醇含量没有显著差异（P＞0.05），说明从发酵第5天后，甲醇含量基本不再变化，因此后续试验不再考察甲醇含量。分析原因可能是甲醇的产生途径主要为发酵原料前处理阶段[21-23]，酵母发酵本身不产生甲醇，乙醇含量在发酵期间不断增大，蒸馏系数随之增大[24]，所以在蒸馏过程中，甲醇与乙醇的分离度越高，二者的纯度也就越高，馏出液中的甲醇含量则相对减小。

发酵时间对红枣白兰地感官评分的影响见图3。由图3可知，随着发酵时间的延长，红枣白兰地的感官评分呈先升高后降低的趋势，发酵7 d时，感官评分达到最大值，为84.00分。结合发酵过程中还原糖、可溶性固形物含量及酒精度的变化结果，确定红枣白兰地的最佳发酵时间为7 d。

图3 发酵时间对红枣白兰地感官评分的影响Fig.3 Effect of fermentation time on sensory score of jujube brandy

2.1.2 发酵温度对红枣白兰地的影响

发酵温度对发酵醪液还原糖含量、原红枣白兰地酒精度及红枣白兰地感官评分的影响见图4。

图4 发酵温度对还原糖、酒精度和感官评分的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on reducing sugar,alcohol content and sensory score

由图4可知，随着发酵温度的升高，发酵醪液中的还原糖含量先降低后升高，原红枣白兰地酒精度和红枣白兰地的感官评分先升高后降低。当发酵温度为26 ℃时，发酵醪液中的还原糖含量最低，为8.1 g/L，原红枣白兰地的酒精度和红枣白兰地的感官评分均最高，分别为11.6%vol、78.18分。分析原因可能是随着发酵温度的升高，逐渐到达发酵菌种最适繁殖温度[25]，酵母繁殖代谢越旺盛，消耗的还原糖越多，从而转化的酒精含量越多；继续提升发酵温度时发酵菌种受到高温胁迫，抑制了一部分发酵能力，残留的还原糖升高，酒精含量趋于降低或稳定，蒸馏所得白兰地清澈透亮，口感浓郁但有一丝苦味，感官评分受到影响。因此，确定红枣白兰地的最佳发酵温度为26 ℃。

2.1.3 酵母种类对红枣白兰地的影响

酵母种类对发酵醪液还原糖含量、原红枣白兰地酒精度及红枣白兰地感官评分的影响见图5。由图5可知，接种酿酒酵母FX10的发酵醪液中的还原糖含量最高（8.89 g/L），原红枣白兰地的酒精度最低（11.2%vol）；接种安琪果香酵母的发酵醪液中的还原糖含量最低（7.04 g/L），酒精度最高（11.91%vol）；接种酿酒酵母F15的红枣白兰地感官评分最高为74.55分。方差分析结果显示，接种酿酒酵母FX10的发酵醪液中的还原糖含量显著高于其他处理组（P＜0.05），接种安琪果香酵母的发酵醪液中的还原糖含量显著低于其他处理组（P＜0.05）；接种酿酒酵母FX10和安琪干红酵母处理组的酒精度无显著差异（P＞0.05），接种酿酒酵母F15和安琪果香酵母处理组的酒精度无显著差异（P＞0.05）；接种酿酒酵母F15处理组所得红枣白兰地感官评分显著高于其他处理组（P＜0.05）且接种安琪干红酵母所得红枣白兰地感官评分最低，接种安琪果香酵母和FX10处理组所得红枣白兰地感官评分没有显著差异（P＞0.05）。考虑到经济成本，选择安琪果香酵母为发酵用酵母。

图5 酵母种类对还原糖、酒精度和感官评分的影响Fig.5 Effect of yeast type on reducing sugar,alcohol content and sensory score

2.1.4 酵母添加量对红枣白兰地的影响

安琪果香酵母添加量对发酵醪液还原糖含量、原红枣白兰地酒精度及红枣白兰地感官评分的影响见图6。由图6可知，随着安琪果香酵母添加量的增加，发酵醪液中的还原糖含量逐渐降低，原红枣白兰地的酒精度逐渐升高，红枣白兰地的感官评分先增加后降低。经过多重比较，安琪果香酵母添加量为0.12%和0.15%之间的还原糖含量没有显著差异（P＞0.05）；安琪果香酵母添加量为0.09%～0.18%之间的酒精度没有显著差异（P＞0.05）；安琪果香酵母添加量为0.12%与0.18%处理组感官评分无显著差异（P＞0.05），其他处理组之间的感官评分差异显著（P＜0.05）。分析原因为添加商业酵母对发酵醪液中的糖类物质利用率大大提升[26]，酒精度随之提升，当安琪果香酵母添加量达到0.09%时，发酵醪液中的菌种量已经充足，基本能够充分利用发酵醪液中的还原糖，蒸馏所得红枣白兰地清澈透亮，红枣风格突出，香气淡雅，口感浓郁，继续添加酵母不仅造成浪费还会降低白兰地的感官评分。因此，确定安琪果香酵母的最佳添加量为0.09%。

图6 酵母添加量对还原糖、酒精度和感官评分的影响Fig.6 Effect of yeast inoculum on reducing sugar,alcohol content and sensory score

2.2 红枣白兰地发酵工艺优化响应面试验结果

2.2.1 模糊数学感官评价法分析

根据表2的感官评价标准，感官评价小组对红枣白兰地进行投票，结果见表3。

通过对表3中1#酒样的分析，建立了澄清度、香气、口感和风格4个单因素的评价矩阵：A1#澄清度=（0.30 0.40 0.30 0.00 0.00）；A1#香气=（0.50 0.40 0.10 0.00 0.00）；A1#口感=（0.20 0.40 0.20 0.20 0.00）；A1#风格=（0.20 0.50 0.30 0.00 0.00）。

表3 红枣白兰地的模糊感官评定投票结果Table 3 Voting results of fuzzy sensory evaluation of jujube brandy

由上述结果得到1#酒样的模糊综合评价矩阵：

同理可得到样本2#～17#的模糊评价矩阵R1#～R17#。根据模糊数学评价模型得到样品1#的模糊数学评价模型：

同理可以得到B2#～B17#。

经Ti=Bi×V计算得酒样1#的模糊感官评分为79分。同理可得到2#～17#酒样的模糊综合评判总分。

2.2.2 响应面试验结果

在单因素试验的基础上，以模糊数学感官评分（Y）为响应值，发酵时间（A）、发酵温度（B）、酵母添加量（C）为响应值，利用Design-Expert 8.0.6.1软件对红枣白兰地发酵工艺进行响应面试验优化，结果与分析见表4，方差分析见表5。

表4 红枣白兰地发酵工艺优化响应面试验结果与分析Table 4 Results and analysis of response surface methodology for jujube brandy fermentation process optimization

表5 响应面试验结果的方差分析Table 5 Response surface variance analysis

利用Design-Expert 8.0.6.1软件对表3的试验数据进行多元回归拟合，获得以红枣白兰地的模糊数学感官评分为响应值的回归方程：

由表5可知，该模型的F值为0.000 3，极显著（P＜0.01），而失拟项的F值为0.540 8，不显著（P＞0.05），证明该回归模型与试验拟合较好，可以作为预测红枣白兰地模糊数学感官评分的参考。决定系数R2=0.965 5，调整决定系数R2Adj=0.921 3，说明96.55%可以解释该模型。由表5亦可知，一次项B，二次项A2、B2、C2对结果影响极显著（P＜0.01）；一次项A、交互项BC对结果影响显著（P＜0.05），而其他项对结果影响不显著（P＞0.05）。从回归方程系数显著性检验可知，各因素对红枣白兰地的模糊数学感官评分的影响程度依次为发酵温度（B）＞发酵时间（A）＞酵母添加量（C）。

2.2.3 响应面分析

发酵温度及酵母添加量间交互作用对红枣白兰地模糊数学感官评分的影响的响应面及等高线见图7。由图7可知，交互作用BC的响应面的倾斜角度较大，等高线呈椭圆形，说明对结果影响较大，与表4的方差分析结果一致。

图7 发酵温度及酵母添加量间交互作用对红枣白兰地模糊感官评分的影响的响应面及等高线图Fig.7 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between fermentation temperature and yeast inoculum on fuzzy sensory evaluation of jujube brandy

2.2.4 验证试验

利用Design-Expert 8.0.6.1软件计算得出，红枣白兰地的最优发酵工艺为：发酵时间7 d、发酵温度25 ℃、酵母添加量0.09%，模糊数学感官评分理论值为91.68分。按照最优发酵工艺酿造的红枣白兰地酒体澄清透明，口感绵延醇厚，杀口感适中，回味甘甜，具有独特的红枣香气，模糊数学感官评分为90.00分，甲醇含量为1.46 g/L，酒精度为52.80%vol。本试验为红枣白兰地的酿制提供了发酵试验基础。

3 结论

本研究采用模糊数学感官评定结合响应面试验优化得到红枣白兰地的最优发酵工艺为：发酵时间7 d、发酵温度25 ℃、酵母添加量0.09%。按照最优发酵工艺酿造的红枣白兰地酒体澄清透明，口感绵延醇厚，杀口感适中，回味甘甜，具有独特的红枣香气，感官评分为90.00分，甲醇含量为1.46 g/L，酒精度为52.80%vol。本试验为红枣白兰地的酿制提供了发酵试验基础，对于指导生产实践有一定的意义。