复合酒曲发酵马铃薯酒的工艺优化

张佳笑，王 健，2，刘 媛，2 *，宋鹏飞，朱旭冉，袁兴茂，高清海

（1.河北北方学院 河北省农产品食品质量安全分析检测重点实验室，河北 张家口 075000；2.河北省马铃薯加工工程技术研究中心，河北 张家口 075000；3.河北省农业机械化研究所，河北 石家庄 050051）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）为茄科类植物，块茎可食用，是粮、菜、饲料、工业原料的经济农作物，也是全球第四大重要的粮食作物（仅次于小麦、稻谷和玉米）[1-2]。马铃薯的营养成分丰富，据报道[3-6]，马铃薯中含有的蛋白质最接近动物蛋白，能促进人体吸收，所含的人体必需氨基酸中的赖氨酸，能弥补小麦、稻谷等其他主食的在营养上的不足。它还具有抗衰老、减肥、美容养颜、调节情绪、养脾胃、防便秘、防中风、控血压等功效，使其在预防疾病和美容养颜等方面存在巨大的应用潜力。

酒曲包含多种微生物及杂菌，其中就有根霉、毛霉、犁头霉和酵母菌等[7]。发酵酒营养丰富，天然健康。在酒曲发酵酿酒的过程中，酒曲中的微生物的代谢可以赋予发酵酒特有的风味和口感，还具有一定的食疗功效[8]。本试验对市售的三种酒曲（米酒酒曲、黄酒酒曲、白酒酒曲）进行研究，筛选出感官评价较高的酒曲混合比例及添加量来弥补单一酒曲在口感、风味上的不足，使马铃薯发酵酒的风味更浓郁、更有特色[9-12]。在单因素试验基础上，运用单因素试验和Box-Behnken响应面试验设计优化马铃薯酒的发酵工艺条件，以期为马铃薯发酵酒的研究提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

布尔班克马铃薯：张家口弘基农业科技开发有限责任公司；白酒酒曲、黄酒酒曲、米酒酒曲：安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（酶活力≥3 700 U/g）、糖化酶（酶活力≥10 000 U/g）：北京奥博星物技术有限责任公司。

1.2 仪器与设备

FA1604电子分析天平：天津天马衡基仪器有限公司；PIBI2电磁炉：奔腾电器（上海）有限公司；MJ-BL25B2美的搅拌机：广东美的生活电器制造有限公司；NDP-9082恒温培养箱：宁波江南仪器厂；LS-35HD立式压力蒸汽灭菌器：江阴滨江医疗设备有限公司；DK-98-11电热恒温水浴锅：天津市泰斯特仪器有限公司；pH精密试纸：上海三爱思试剂有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯酒的酿造工艺及操作要点[13]

新鲜马铃薯→清洗去皮→切块蒸制→打浆→液化→糖化→过滤→灭菌→接曲→发酵→杀菌→冷却→马铃薯酒

操作要点：

原料预处理：挑选无芽眼、无机械损伤，无病虫害、腐烂、热伤、冻伤、变黑、变绿和焉萎现象的新鲜马铃薯后清洗去皮。

切块蒸制：将马铃薯切成1 cm3的小块后，放入蒸屉中蒸制20 min至无硬心。

打浆：将蒸制后的马铃薯每份称取50 g后按料液比1∶5（g∶mL）进行打浆。

液化：将打浆后的马铃薯浆液，在温度60 ℃、pH为6时添加11.1 U/gα-淀粉酶酶解50 min。

糖化：将液化后的马铃薯浆液，在温度60 ℃、pH为6时添加15 U/g糖化酶酶解90 min。

过滤、灭菌：将上述酶解后的马铃薯浆液用两层纱布过滤后，放入121 ℃的灭菌锅中灭菌15 min。

接曲：称取0.5%（占原料比例）的白酒酒曲、黄酒酒曲、米酒酒曲的复合酒曲（三种曲的混合比例为1∶2∶2），加入装液量为50 mL/250 mL高压灭菌处理的3%糖水中，置于30 ℃培养箱中进行活化，每隔15 min振荡一次，活化2 h[14]。

发酵：将上述活化后的酒曲接入马铃薯浆液中混匀，于31 ℃条件下培养48 h，当马铃薯渣向下沉淀、不再翻滚，液面不再有气泡产生，发酵液由浑浊转为澄清时可以判断发酵结束。

杀菌：在75 ℃条件下杀菌30 min。

冷却：冷却后得到马铃薯酒成品。

1.3.2 单因素试验

料液比对马铃薯发酵酒的影响：向不同的料液比为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9（g∶mL）的马铃薯浆液中加入比例白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲为1∶2∶2的0.5%的复合酒曲，在发酵温度为31 ℃条件下发酵48 h，通过感官评价来筛选最佳的料液比[15]。

复合酒曲比例对马铃薯发酵酒的影响：向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中，加入白酒酒曲、黄酒酒曲、米酒酒曲比例分别为1∶1∶0、1∶0∶1、0∶1∶1、1∶1∶1、1∶1∶2、1∶2∶1、1∶2∶2、1∶2∶2、2∶2∶1、2∶1∶2[16]进行混合酒曲发酵，将混合后的酒曲作为发酵的菌种，在酒曲添加量为0.5%，发酵温度31 ℃，发酵时间48 h时，通过感官评价来筛选出最佳三组混合比例来进行响应面优化的试验参数。

复合酒曲添加量对马铃薯发酵酒的影响：向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中分别加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例为复合酒曲（白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲），密封后放置于培养箱，设置发酵温度31 ℃，发酵时间48 h，发酵结束后通过感官评价来选择最适的酒曲添加量。

复合酒曲发酵温度对马铃薯发酵酒的影响：向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中加入比例白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲为1∶2∶2的0.5%的复合酒曲，分别放入温度为22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培养箱中发酵48 h，发酵结束后感官评价来选择最适的发酵温度。

复合酒曲发酵时间对马铃薯发酵酒的影响：向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中加入比例白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲为1∶2∶2的0.5%的复合酒曲，放入温度为31 ℃的培养箱中分别发酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，发酵结束后进行感官评分来选择最适的发酵时间。

1.3.3 马铃薯酒的响应面优化设计

在单因素试验基础上，以复合酒曲比例（A）、复合酒曲添加量（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D）为影响因素，感官评分（Y）为响应值，利用Design Expert 8.06软件，进行响应面试验设计。响应面试验设计因素与水平见表1。

表1 马铃薯酒发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for optimization of fermentation technology of potato wine

1.3.4 马铃薯酒的感官评价及标准

请专业的感官评分专家10人对马铃薯酒进行感官评分，根据文献[17]评分标准，专家分别对马铃薯酒的外观形状、色泽进行评分后汇总，取其平均值，进行综合评价，其评分标准见表2。

表2 马铃薯酒感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of potato wine

2 结果与分析

2.1 发酵工艺优化单因素试验结果

2.1.1 料液比对马铃薯酒感官品质的影响

图1 不同料液比对马铃薯酒感官品质的影响Fig.1 Effect of different ratio of material to liquid on sensory quality of potato wine

由图1可知，随料液比的变化感官评分先增大后减小，在料液比为1∶5（g∶mL）时分数最高为92分，在此比例时浆液的流动性较好，可溶性固形物含量适中，有利于淀粉酶的水解，料液比为马铃薯的质量与水的体积之比。料液比值过高，浆液黏稠，虽可溶性固形物高，但水解不完全，水解后的还原糖含量较低。料液比值过低，浆液稀疏，水解完全，但可溶性固形物低，导致酒精度低。故马铃薯浆液的最佳料液比为1∶5（g∶mL）。

2.1.2 复合酒曲比例马铃薯酒的感官品质的影响

图2 不同比例的复合酒曲对马铃薯酒感官品质的影响Fig.2 Effects of different proportions of compound Jiuqu on sensory quality of potato wine

为综合米酒酒曲、白酒酒曲、黄酒酒曲在风味上的优点以及弥补单一酒曲发酵在风味上的不足，本试验采用复合酒曲进行配比，来提高马铃薯发酵酒的感官品质。由图2可知，当复合酒曲白∶黄∶米比例为1∶2∶2、1∶2∶1、2∶1∶1时，感官评分较高，分别为92分、90分、90分。故选取米酒酒曲、白酒酒曲、黄酒酒曲最佳比例为1∶2∶2。

2.1.3 复合酒曲添加量对马铃薯酒感官品质的影响

图3 复合酒曲添加量对马铃薯酒感官品质的影响Fig.3 Effects of compound Jiuqu addition on sensory quality of potato wine

向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中分别加入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%比例为白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲1∶2∶2的复合酒曲，密封后放置于培养箱，设置发酵温度31 ℃，发酵时间48 h，结果见图3。由图3可知，随复合酒曲添加量的增大感官评分先增大后减小，当复合酒曲添加量为0.5%时感官评分较高，为90分；可能是因为过多的酒曲添加过量会使酒体苦涩[18]，产生难闻的气味。而过少的酒曲添加量达不到预期的发酵效果和品质。故选取复合酒曲最适添加量为0.5%。

2.1.4 发酵时间对马铃薯酒感官品质的影响

图4 发酵时间对马铃薯酒感官品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of potato wine

向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中加入白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲比例为1∶2∶2的0.5%的复合酒曲，放入温度为31 ℃的培养箱中分别发酵12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h，结果见图4。由图4可知，感官评分随发酵时间在12～72 h范围变化先增加后减小，发酵时间过短，酒的风味不够浓郁，口感不够醇正；而发酵时间过长则会令酒体产生酸涩味或苦涩味[19]。故马铃薯酒最佳发酵时间为48 h。

2.1.5 发酵温度对马铃薯酒感官品质的影响

向等量的酶解灭菌后的马铃薯浆液中加入比例白酒酒曲∶黄酒酒曲∶米酒酒曲为1∶2∶2的0.5%的复合酒曲，分别放入温度为22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃、34 ℃的培养箱中发酵48 h，结果见图5。由图5可知，随发酵温度的升高感官评分先增大后减小，在31 ℃时感官评分最高可达89分。温度过高时，可能会导致马铃薯发酵酒酒体的酸败，产生异味。温度过低时，微生物的生长代谢慢，产生酒精的能力就会下降，口味平淡[9]。故马铃薯酒的最佳发酵温度为31 ℃。

图5 发酵温度对马铃薯酒感官品质的影响Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of potato wine

2.2 发酵工艺优化响应面设计试验结果

在单因素试验基础上，以复合酒曲比例（A）、复合酒曲添加量（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D）为影响因素，感官评分（Y）为响应值，利用Design Expert 8.06软件，进行响应面的试验设计。响应面试验设计及结果见表3，方差分析结果见表4。

表3 马铃薯酒发酵工艺优化响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface experiments for potato wine fermentation technology optimization

续表

将表3所得的试验数据采用Design Expert 8.0软件进行统计分析，得到二次回归方程：

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，F值的大小可以判断出影响感官评分中发酵时间的影响最大，发酵温度对其影响次之，复合酒曲比例和复合酒曲添加量对结果影响的最小。模型达到了极显著水平（P＜0.01），表明模型构建较成功。失拟项不显著（P＞0.05），表明回归方程拟合效果较好。决定系数R2=0.947 0，调整决定系数R2Adj=0.893 9，说明该模型的预测值与实验值具有较好的拟合性，因此可以用此模型对马铃薯发酵酒的感官评价进行预测[20]。

2.3 响应面曲面图分析

根据回归方程利用Design Expert 8.06软件，各因素两两交互作用响应面及等高线见图6。

图6 各因素交互作用对马铃薯酒感官评分影响的响应面及等高线Fig.6 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between various factors on sensory evaluation score of potato wine

由图6可知，随着各因素水平的增大，响应值先增大后减小。交互项AB、AC、AD、BC、BD、CD响应面的坡度较缓，说明对马铃薯酒的感官评分影响不显著，A、B、C、D对感官评分均呈抛物线趋势影响，说明这4个因素所在选取的试验范围内，响应值均存在最大值。故通过响应面优化分析得到马铃薯酒的最佳工艺条件为复合酒曲为白酒曲∶黄酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，复合酒曲添加量为0.5%，发酵时间为48.7 h，发酵温度为31.04 ℃，此时制作的马铃薯酒的感官评分预测值为93分。综合考虑实际可操作性，将复合酒曲比例设定为白∶黄∶米是1∶2∶2，复合酒曲添加量设定为0.5%，发酵时间为49 h，发酵温度为31 ℃，在此条件下进行试验，得到感官评分实际值为94分，与模型的预测值吻合程度较高，说明了本试验所获得的回归模型方程具有良好的可靠性和实用性。3 结论

研究先采用单因素试验方法，分别考察了复合酒曲比例、复合酒曲添加量、发酵时间、发酵温度对感官评价的影响，运用4因素3水平进行响应面优化试验。结果表明，马铃薯酒的最佳加工工艺条件为复合酒曲为白酒曲∶黄酒曲∶米酒曲=1∶2∶2，复合酒曲添加量0.5%，发酵时间49 h，发酵温度31 ℃。在此优化工艺条件下，感官评分达到最高分94分。