玉米须水芹酒酿造工艺优化

刘喆，周俊男，黄琬婷，王哲，刘家裕，那广宁

（沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺 113122）

玉米须，禾本科植物，在我国各地均有种植，存在于玉米柱头处，通常呈黄绿色或红棕色，光泽暗淡，无不良异味。一般以松散的方式缠绕在一起，呈现团状，完整的玉米须长度可达20～30 cm。玉米须性味味甘、淡。有利尿消肿、清肝利胆的功效[1]。随着玉米加工产业的蓬勃发展，玉米须也逐渐受到了广泛的关注。

水芹，又名水芹菜、野芹菜，多年生伞形科草本植物，茎直立，基生叶有柄，部有叶鞘；子叶形状为三角形，花期6月份～7月份，一般采用无性繁殖。水芹具有清热利尿、解毒消肿、止血和降压等功效[2]。

玉米须水芹酒将二者进行混合发酵，丰富酒品口感同时富有一定的生理功能。玉米须水芹酒中富含黄酮、皂苷、甾醇、多糖等有效成分，能恢复和提高胰岛的分泌功能，还具有降低血压、利尿、抗氧化等效果。有研究者利用有机溶剂将玉米须中的黄酮进行萃取，考察其对自由基的清除效果，发现萃取物均具有抗氧化性，且抗氧化性与黄酮含量呈正相关[3-5]。本试验以玉米须和水芹为主要发酵原料，探究不同水芹汁和玉米须汁体积比、菌种添加量、发酵时间和发酵温度对其品质的影响，为发酵酒的研发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 试验材料

玉米须、野生水芹、白砂糖：市售；酿酒酵母：安琪酵母股份有限公司；果胶酶（5 万U/g）：南宁庞博生物工程有限公司；偏重亚硫酸钾：上海展云化工有限公司；FeSO4、H2O2、水杨酸（均为分析纯）：山东三元生物科技股份有限公司。

1.1.2 仪器与设备

MC 型电子天平：上海民桥精密科技仪器有限公司；LYT-980 型酒精测量仪：河北青县仪器有限公司；SPX-150 型恒温培养箱：上海博迅实业有限公司；SB25-12DTDN 型超声波清洗器：昆山禾创超声仪器有限公司；UV-721 型分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；ANS-978 打浆机：广东奥诺斯电器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

新鲜水芹→清洗、挑选→破碎榨汁→添加果胶酶→取上清液与玉米须汁混合→加入活化菌种→加糖→主发酵→倒罐→后发酵→过滤→成品。

1.2.2 操作要点

原料挑选：挑选新鲜完整、粗纤维含量少的绿色水芹；无虫蛀、无病斑的玉米须，剔除其中的不良杂质，洗去表面污渍。

破碎榨汁：将新鲜水芹切成1 cm3大小的块状，与纯净水以1 ∶30 体积比混合，置于打浆机中打浆备用，制得水芹汁，并将其与玉米须汁按照一定的体积比混合。

主发酵：用20 mL 的温水（20 ℃左右）活化酿酒酵母，加入混合汁中装罐密封发酵。

后发酵：发酵7 d 后，玉米须汁与水芹汁的残渣已经明显沉到罐底，应及时过滤掉残渣，更换发酵罐，在10 ℃的条件下继续陈酿。

过滤装瓶：将发酵完成的酒进行精滤，静置12 h后取上清液进行装瓶。装瓶前每100 L 加入10～20 g 偏重亚硫酸钾，贮存一段时间后，进行感官评价。

1.2.3 单因素试验

分别控制水芹汁与玉米须汁体积比（1 ∶3、1 ∶2、1 ∶1、2 ∶1、3 ∶1）、菌种添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）、发酵温度（15、20、25、30、35 ℃）以及发酵时间（5、10、15、20、25 d），以酒精度、感官评分为评价指标，分别进行单因素试验，考察各因素对发酵酒品质的影响。

1.2.4 感官评定

选取30 名食品专业人员根据GB 2758—2012《食品安全国家标准发酵酒及其配制酒》对玉米须水芹酒的外观、香气、口感和典型性4 个方面进行感官评分，满分100 分，感官评定标准见表1。

表1 感官评定标准Table 1 Sensory evaluation criteria

1.2.5 测定指标

应用LYT-980 型酒精测量仪测定玉米须水芹酒的酒精度。

1.2.6 Box-Behnken 试验设计

在单因素试验的基础上，结合Design-Expert 软件进行Box-Behnken 试验设计，以感官评分为考察指标，选用水芹汁与玉米须汁体积比（A）、菌种添加量（B）、发酵时间（C）和发酵温度（D）进行四因素三水平的试验[6-8]，发酵因素水平见表2。

表2 发酵因素水平Table 2 Levels and factors of fermentation

1.2.7 玉米须水芹酒对羟自由基清除率的测定

将玉米须水芹酒稀释后，分别配制成不同质量浓度的样液（0.40、0.70、1.00、1.30、1.60 g/L），吸取1.5 mL 样品溶液于试管中并依次加入5 mL 2.5 mmol/L FeSO4溶液、5 mL 1 mmol/L H2O2溶液，摇匀后，再向其加入5 mL 5 mmol/L 水杨酸溶液，在38 ℃水溶锅中加热55 min，冷却至室温（25 ℃），测得吸光度A1，重复上述操作，用5 mL 蒸馏水代替5 mL H2O2溶液测定其吸光度，记录为A2，用蒸馏水代替样液作为空白对照，吸光度为A0，同时以VC作阳性对照试验[9-10]。羟基自由基清除率（Y，%）计算公式如下。

Y=[1-（A1-A2）/A0]×100

1.3 数据处理

所有试验均进行3 次重复，应用SPSS 16 和Origin Pro 8.0 软件进行数据处理，不同处理间的数据采用多重比较方法，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同水芹汁与玉米须汁体积比对酒品质的影响

不同水芹汁与玉米须汁体积比对酒品质的影响见图1。

图1 不同水芹汁与玉米须汁体积比对酒品质的影响Fig.1 Influence of different proportions of cress juice and corn whisker juice on wine quality

由图1 可知，随水芹汁与玉米汁比例的增大，酒精度与感官评分均呈现逐步上升的趋势，并在体积比为1 ∶1 时评分最高，说明此时发酵效果最佳，此时酒精度为10.7%vol，感官评分为87。在水芹汁与玉米须汁体积比为1 ∶1～2 ∶1 时，发酵酒的感官评分开始呈现下降的趋势，说明酒已经超过了最佳的发酵时间，过度发酵导致其感官品质有所下降，使酒体苦涩。因此，选择水芹汁与玉米须汁体积比为1 ∶2、1 ∶1、2 ∶1 进行后续试验。

2.1.2 不同菌种添加量对酒品质的影响

不同菌种添加量对酒品质的影响见图2。

图2 不同菌种添加量对酒品质的影响Fig.2 Influence of different bacteria addition amount on wine quality

由图2 可知，随着菌种添加量的增加，酒精度整体呈稳步上升至最高点后趋于稳定，感官评分先上升后略有下降趋势，可能是由于菌种添加量过大而没有完全被利用，使过量的菌种沉到罐底，影响了整体感官评分。菌种添加量在0.5%～0.6%变化最明显，上升幅度最大，并在添加量为0.6%时达到峰值。此时酒体清澈透亮，浓郁纯正。因此，选择菌种添加量0.5%、0.6%、0.7%进行后续试验。

2.1.3 不同发酵时间对酒品质的影响

不同发酵时间对酒品质的影响见图3。

图3 不同发酵时间对酒品质的影响Fig.3 Effects of different fermentation time on wine quality

由图3 可知，随着发酵时间的延长，酒精度与感官评分先大幅度升高至最高点后缓慢下降，并在发酵时间为20～25 d 时趋于稳定状态，说明此时发酵已经结束。在发酵时间为10 d 时，感官评分最高，为88，酒精度为11.5% vol，此时原料香与酒香的融合协调，层次分明。因此，选择发酵时间为5、10、15 d 进行后续试验。

2.1.4 不同发酵温度对酒品质的影响

不同发酵温度对酒品质的影响见图4。

图4 不同发酵温度对酒品质的影响Fig.4 Effects of different fermentation temperatures on wine quality

由图4 可知，随着发酵温度的逐步升高，酒精度逐渐增大，当发酵温度为25 ℃时，酒精度为11.4% vol，此时感官评分达到最大值，为86。此时酒体色泽澄清透亮，香气悠长。当发酵温度高于25 ℃时，酒精度缓慢升高并逐渐趋于平缓，感官评分下降，说明在发酵温度较高时，酿酒酵母发酵速度过快，导致酒香流失，酵母味厚重，酒体浑浊不清，酒味不纯。综合考虑，选择发酵温度20、25、30 ℃进行后续优化试验。

2.2 玉米须水芹酒响应面优化结果

响应面优化试验及结果见表3，方差分析见表4。

表3 Box-Behnken 试验方案与结果Table 3 Box-Behnken test scheme and results

表4 响应面方差分析Table 4 Response surface ANOVA

续表4 响应面方差分析Continue table 4 Response surface ANOVA

应用Design-Expert 软件对试验数据进行响应面分析，建立感官评分（Y）与A（水芹汁与玉米须汁体积比）、B（菌种添加量）、C（发酵时间）和D（发酵温度）之间的模型，从而得到二次回归方程为Y=86.20-0.58A+0.83B+1.25C+1.83D-0.75AB-2.25AC-0.25AD+1.00BC-3.25BD-2.50CD-0.39A2-2.27B2-10.14C2-6.27D2。

由表4 可知，该模型影响高度显著（P＜0.001），各因素之间存在显著的差异，失拟项（P=0.059 8＞0.05）差异不显著，说明此模型稳定性较好。决定性系数R2=0.961 0，校正系数R2adj=0.921 9，说明感官评定的结果与预测值结果有相对较好的稳合性。二次项C2和D2影响高度显著（P＜0.001），一次项D、交互项BD和二次项B2对感官评分的影响极显著（P＜0.01），一次项C，交互项AC、CD对感官评分的影响显著（P＜0.05），各因素能够明确反映响应值的变化。

2.3 响应面交互作用分析

以感官评分为评价指标，分析BD、CD间的交互作用对玉米须水芹酒感官评分的影响，见图5、图6。坡面倾斜程度越大，说明影响因子对响应值的影响越大；坡面倾斜程度越小，则说明影响因子对响应值影响小；等高线越趋近于椭圆形，说明交互项之间作用显著；等高线趋近于圆形，说明交互项之间不显著，交互作用几乎可以忽略。

图5 菌种添加量和发酵温度交互作用对感官评分的影响Fig.5 Effects of the interaction of strain addition amount and fermentation temperature on sensory score

图6 发酵时间和发酵温度交互作用对感官评分的影响Fig.6 Effects of interaction of fermentation time and temperature on sensory score

通过三维响应面作图，可以直观地观察到BD、CD间交互作用对酒感官评分的影响。由图5 可知，随着菌种添加量（B）和发酵温度（D）的增加，感官评分整体先逐步上升达到最高值后又趋于下降，D的曲面倾斜坡度较大，说明D对整体感官评分的影响相对较大，等高线呈椭圆形，说明B与D之间的交互作用对酒的感官评分有显著影响。由图6 可知，感官评分随发酵时间（C）及发酵温度（D）的增加而增加，至峰值后逐渐降低，说明感官评分已经接近最大值，且存在一定的倾斜，CD交互作用相对显著。

2.4 最佳工艺条件的预测与检验

利用响应面软件对试验结果进行优化，得到最佳生产工艺条件为水芹汁∶玉米须汁=1 ∶2（体积比）、菌种添加量0.64%、发酵时间10.93 d、发酵温度25.17 ℃。感官评分为87.04。考虑到试验操作的实际可行性，更改工艺条件为水芹汁∶玉米须汁=1 ∶2（体积比）、酵母添加量0.6%、发酵时间11 d、发酵温度25 ℃。在此工艺条件下，进行5 次平行试验，制得玉米须水芹酒的酒色光亮、香气馥郁、口味纯正，其感官评分为87.13，与预期值存在差异较小。结果表明，响应面法对玉米须水芹酒工艺条件的优化值可靠。

2.5 抗氧化活性分析

以VC作为对照试验，将玉米须水芹酒进行不同程度的稀释，计算不同质量浓度酒的所对应的羟基自由基清除率，如图7所示。

图7 羟自由基清除能力Fig.7 Scavenging capacity of hydroxyl radical

由图7 可知，随着酒质量浓度的增加，对·OH 清除能力呈现稳步上升的趋势，表明玉米须水芹酒对·OH 有一定的清除作用。

3 结论

在单因素试验的基础上对与水芹汁与玉米须汁体积比、菌种添加量、发酵时间和发酵温度进行响应面优化试验，结果表明：在水芹汁∶玉米须汁=1 ∶2（体积比），酵母添加量0.6%，发酵时间11 d，发酵温度25 ℃时，制得的玉米须水芹酒颜色呈淡黄色，酒体澄清，酒香醇厚，感官评分为87.13。以VC作为阳性对照，以羟基自由基的清除率作为玉米须水芹酒的抗氧化活性指标，结果显示，玉米须水芹酒具有一定的抗氧化能力。