响应面法优化锥栗桂花糯米白酒发酵工艺

廖素兰，潘婉华

（武夷学院生态与资源工程学院，福建 武夷山 354300）

锥栗盛产于闽北建瓯，是一种老少皆宜的产品。锥栗营养成分高，果实含淀粉64.2%，水溶性多糖12.5%，蛋白质7.6%，脂肪7.17%，并含有大量人体所需的氨基酸、维生素等[1-2]。具有健脾养胃，美容养颜，提高免疫力，预防老年人的高血压、冠心病、动脉硬化、骨质疏松等功效。但锥栗不易保存，锥栗的加工产品较为单一，大大限制了锥栗发展[3-4]。桂花是我国的十大传统名花之一，古有“十里飘香”之美称。桂花又是一种天然药材，中医认为，桂花性温味辛，煎汤、泡茶或浸酒内服，可以化痰散瘀，对食欲不振、肠风血痢、经闭腹痛有一定的疗效[5-7]。闽北有以桂花为县花的浦城，2007年被授予全国的“桂花之乡”。桂花酒研究成为近年来的一个研究热点[5-15]。

中国白酒的生产有几千年历史，与华夏文明共同发展、进步，已得到全世界的认可，但传统白酒已无法满足年青一代对白酒口味及营养的要求[16]。目前，国内外以坚果为原料的白酒研究很少，锥栗酒和桂花酒又略显单一。因此，将锥栗和桂花酿造成复合坚果白酒，不仅综合利用了锥栗、桂花的优点，在营养方面起到了互补的作用，桂花的调香也丰富了人们的嗅觉，又为解决锥栗难保存、产品单一等问题提供了有效途径。本文研究以闽北新鲜锥栗、糯米作为原料，桂花为辅料，液态法发酵，再经蒸馏而制成新型白酒，对其生产工艺参数进行优化，旨在为锥栗桂花白酒产品开发及产业化生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 原料

锥栗、丹桂、糯米：市售；安琪酒曲：安琪酵母股份有限公司。

1.2 主要仪器与设备

MA-A1-159型蒸酒器：美澳塑胶制品厂；DH07-9070A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏试验设备有限公司；KA-B2301-1型料理机：金莱克电器股份有限公司；BL-50A型立式压力蒸汽灭菌锅：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；TE124S型电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；ZDP-A2050A型培养箱：上海智诚分析仪器制造有限公司。

1.3 工艺流程

1.4 操作要点

1.4.1 原料的筛选和预处理

锥栗：锥栗去壳去皮，挑选出无霉变、未变质的新鲜果肉，清洗，备用。糯米：挑选出杂质和变质的米粒，在蒸煮的前一天晚上，清洗，加一定量的水浸泡。

1.4.2 蒸煮磨浆

锥栗、糯米各加入一定量的水，分别放入蒸锅、高压锅内蒸煮，至熟而不烂即可。将锥栗、糯米按事先计算好的数值分样，根据各因素设计，称取一定比例的冷却水，分次加入料理机打磨锥栗、糯米，至其颗粒较细小均匀即可倒入发酵罐。

1.4.3 调料发酵

称取一定比例的桂花，用温开水简单冲洗，加入料液中，搅拌均匀。冷却至26℃～30℃，调节pH值到4左右。称取一定比例的酒曲，加入料液中，搅拌，让酒曲充分的接触料液。封紧盖口，放入已设定好温度的培养箱中发酵。

1.4.4 蒸馏陈酿

将发酵完全的酒液摇匀倒入蒸馏锅，打开开关。当有酒流出时，去掉酒头，用酒瓶接下蒸馏出的白酒，当流出液流速变小，截去酒尾。封紧瓶口，放入干燥、阴凉的地方存储。

1.5 主发酵工艺及优化

1.5.1 桂花添加量的影响

在蒸煮好的锥栗糯米中，添加500mL冷开水后磨浆，调整桂花的添加量，分别为1%、2%、3%、4%，调节pH值为4，酒曲添加量为7%，然后在29℃的恒温培养箱下发酵6d，比较原料配比对成品感官及出酒率的影响。

1.5.2 发酵时间的影响

在蒸煮好的锥栗糯米中，添加500 mL冷开水后磨浆，桂花添加量为2%，调节pH值为4，酒曲添加量为7%，29℃的恒温培养箱下发酵。比较发酵4、6、8、10 d等对成品感官及出酒率的影响。

1.5.3 酒曲添加量的影响

在蒸煮好的锥栗糯米中，添加500 mL冷开水后磨浆，桂花添加量为2%，调节pH值为4，29℃的恒温培养箱下发酵。比较1%、4%、7%、10%酒曲添加量，发酵6 d对成品感官及出酒率的影响。

1.5.4 发酵温度的影响

在蒸煮好的锥栗糯米中，添加500 mL冷开水后磨浆，桂花添加量为2%，调节pH值为4，酒曲添加量为7%，在26、29、32、35℃等的恒温培养箱下发酵6 d对成品感官和出酒率的影响。

1.6 响应面优化主发酵工艺

在单因素的基础上，采用响应面法[17-19]，选择酒曲添加量（A）、发酵温度（B）、桂花添加量（C）、发酵时间（D）作为考察因素，以出酒率和感官评分作为响应值，设计了四因素三水平试验进行优化。因素水平见表1。

表1 Box-Behnken试验因素水平编码Table 1 Factors and levels in Box-Behnken design

1.7 测定方法

1.7.1 感官评定

由10人（男女各半）组成的品评小组进行参评，对锥栗桂花白酒的色泽和外观、香气、口感、风格4个指标进行评分[20]，总分100分，评分结果为各指标得分总和。

1.7.2 出酒率计算

取100 mL酒样于100 mL量筒中，利用酒精比重计（标温20℃）测定其酒精度，计算出酒率[21]。

1.7.3 理化指标测定

参用国标GB/T 10345—2007《白酒分析方法》，锥栗桂花白酒的感官评定表见表2。

表2 锥栗桂花白酒的感官评定Table 2 Sensory scoring criteria of castanea henryi and osmanthus fragrans liquor

1.8 数据分析

单因素试验数据采用Excel软件进行分析，根据感官评价、出酒率等选出最优数据。采用Design-Expert 8.0.6软件对响应面试验的数据进行方差分析和线性回归。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同桂花添加量对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响

桂花添加量对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响见图1。

图1 不同桂花添加量对锥栗桂花白酒感官与出酒率的影响Fig.1 Effect of Osmanthus fragrans addition on liquor quality and liquor yield

如图1所示在白酒发酵工艺中，桂花在酒中主要起对酒体进行调香的作用。随着桂花添加量的增加，白酒的香气等感官分数也随之增加。添加量高于2%后，其白酒的感官评分随着桂花添加量的增加而减少。桂花本身带有一定的苦味，随着添加量的增加，其苦味也会增加，这便影响了酒体的口感。在本试验中，其感官香味要求有和谐的桂花锥栗味道，综合对酒体口感以及丰富白酒的营养要求，选用添加量1%、2%、3%作为响应面试验的3个水平。

2.1.2 不同发酵时间对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响

发酵时间对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响见图2。

图2 发酵时间对锥栗桂花白酒感官与出酒率的影响Fig.2 Effect of fermentation time on liquor quality and liquor yield

如图2可知，发酵时间为10 d的白酒感官评分最高。发酵时间少于10 d时，随着时间的延长，锥栗桂花白酒的口感越好，其感官评分越高。发酵时间多于8 d的，其发酵较为稳定，发酵8 d的白酒感官评分略低于发酶10 d的感官评分，但总体差别不大，趋于平缓。出酒率以发酵时间为8 d时最高，少于8 d的随着时间的延长出酒率逐渐增高，多于8 d的出酒率增加较少，其趋势也较为平缓。采用发酵法酿造白酒，在一定程度上，酒体口感较为适宜的条件下，其发酵时间越短越好。选用发酵时间6、8、10 d作为响应面试验的3个水平。

2.1.3 不同酒曲添加量对锥栗桂花白酒的感官及出酒率的影响

酒曲添加量对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响如图3所示。

图3 酒曲添加量对白酒感官与出酒率的影响Fig.3 Effect of yeast addition on liquor quality and liquor yield

由图3可知，白酒的感官随着酒曲添加量的增加而增加，酒曲添加量为7%时，其感官评分最高，之后趋于平缓。酒曲添加量为1%时，白酒发酵时间比较长，在同样的时间里，酒曲添加量发酵相对不完全，没有沉降过程，酒味较淡薄，口感刺激，酒体也较为浑浊；而酒曲添加量4%时较1%好，但由于沉降不够，口感还是不及7%添加量发酵的酒，酒曲添加量为10%的酒味、柔和度较酒曲添加量7%的不相上下。

出酒率的变化趋势与感官评分类似，在酒曲添加量为10%时，其出酒率较高，小于7%的随着酒曲添加量的增加，其出酒率也逐渐增高，大于7%的酒曲添加量，其出酒率变化较小。选用酒曲添加量4%、7%、10%作为响应面试验的3个水平。

酒曲的添加量对于白酒感官的影响是多方面的。酒曲添加量对出酒速度影响较大，包括初始发酵时间、总发酵时间等。酒曲添加量少时，启动发酵的时间较长，容易感染杂菌，产生较多的副产物。为了加快产酒，一般会加入较多的酒曲，但是酒曲加入过多一样会带来一些不好的影响。所以，通常要取一个适当值，既不浪费资源也可加快发酵速度，并且口感较好。

2.1.4 不同的发酵温度对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响

发酵温度对锥栗桂花白酒感官及出酒率的影响如图4所示。

图4 发酵温度对白酒感官与出酒率的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on liquor quality and liquor yield

由图4可知，当温度为26℃时，发酵慢，时间长，沉降不完全，导致其酒味较烈，口感不好，感官评价为70。当温度为29℃时，感官评分较高，主要是温度适宜，酒液发酵完全，酒味较为柔和，优雅，无杂物。温度为32℃时，其感官评价与29℃时的感官差别较小，在发酵过程中，其发酵速度较快。当温度为35℃时，其感官评分较低，其酒味较为呛鼻，带有明显苦味。

发酵温度对白酒出酒率的影响较为显著，当发酵温度为32℃时，其出酒率最高，小于32℃的随着温度的增加其出酒率逐渐增加，大于32℃的出酒率略减。

酿造白酒时，其发酵温度主要取决于酒曲的生长温度范围。安琪酒曲的发酵温度范围一般在20℃～38℃。温度低于20℃，发酵缓慢，更低甚至会不发酵，处于睡眠状态；温度过高，长时间超过38℃，酒曲会因为温度过高而死亡，所以发酵时温度要控制在一定范围。而在这一范围中，随着温度的升高，酒曲的活动越活跃，也会影响酒体。温度低，发酵慢，可能造成发酵不完全而影响酒质；温度高，发酵快，酵母的新陈代谢快，使得酵母容易衰老，从而减低了出酒率，也带进了一些杂物，使得口感不好。综合考虑，采用26、29、32℃为响应面试验的3个水平。

2.2 响应面优化结果

2.2.1 试验设计方案与结果分析

试验设计及结果见表3。

表3 试验设计及结果Table 3 Results of composite design

以Y1，Y2为响应面值，各因素及其相互作用为自变量，采用Design-Expert软件对表3中数据进行二次多项式回归拟合，得到回归方程：Y1=42.14+1.65A+1.26B+0.35C+1.09D+0.23AB-0.76AC-0.012AD-0.72BC+0.29BD+0.22CD-2.31A2-2.92B2-0.69C2-0.52D2；Y2=77.40+4.50A+1.42B+0.000C+2.75D-0.75AB-0.25AC-4.50AD+4.75BC+1.25BD-2.00CD-8.87A2-10.99B2-4.12C2-5.99D2。

对回归模型进行方差分析，结果见表4。

从表4可知，Y1、Y2的回归模型达极显著水平（P<0.000 1），变异系数分别为0.32%、1.8%。表明该试验设计可靠。失拟项均不显著（P>0.05），说明试验点均能用该模型描述。决定系数R12为0.956 3、R22为0.959 0，即R2均值达0.95以上，调整决定系数R12(adj)为0.912 6、R22(adj)为 0.917 9，即R2(adj)均值达 0.91 以上表明 Y1、Y2的模型拟合程度良好，可用于分析与预测锥栗桂花白酒的试验结果，并确定配方的最佳参数。各因素对出酒率的影响为酒曲添加量（A）>发酵温度（B）>发酵时间（D）>桂花添加量（C）；对感官评分的影响为酒曲添加量（A）>发酵时间（D）>发酵温度（B）>桂花添加量（C）。Y1回归模型，平方项酒曲添加量、发酵温度对出酒率影响极显著（P<0.01），桂花添加量对出酒率影响显著（P<0.05）；一次项酒曲添加量、发酵时间、发酵温度对出酒率影响极显著（P<0.01）；酒曲和桂花添加量交互作用对出酒率影响显著（P<0.05）；其余项不显著；主要原因可能是酒曲添加量、发酵温度和发酵时间是影响白酒发酵速度和程度的主要因素。Y2回归模型，平方项均达到极显著水平（P<0.000 5），一次项酒曲添加量、发酵时间对感官评分影响极显著（P<0.01），发酵温度影响显著（P<0.05），交互项发酵温度和桂花添加量交互作用对感官评分影响极显著（P<0.01），酒曲添加量和发酵时间交互作用对感官评分影响显著（P<0.05），其余项不显著；主要原因可能是酒曲添加量、发酵时间和发酵温度对酒的发酵完全程度有较大影响，发酵不完全酒味较淡薄，口感刺激，酒体也较为浑浊影响感官评分。

2.2.2 验证性试验

通过Design-Expert软件对试验模型进行分析，得出优化条件为：酒曲添加量为9.84%，发酵温度为31.34℃，桂花添加量3%，发酵时间10 d。考虑到实际操作性，将工艺参数修正为：酒曲添加量为9.8%，发酵温度为31℃，桂花添加量3%，发酵时间10 d；即锥栗桂花白酒较佳工艺组。采用修正后优化工艺参数条件进行锥栗桂花白酒的酿造试验，验证试验结果的可靠性。经过3次重复性试验，实际得到的出酒率和感官评分分别为42.50%和85，与预测值40.39%和84相近。由验证试验结果可得，在预测的最佳配方条件下，出酒率和感官评分与预测值相接近，可见响应面试验优化得到的发酵工艺参数是可靠的。

2.3 锥栗桂花白酒产品指标

2.3.1 感官指标

根据锥栗桂花白酒的感官评定表（表2）对锥栗桂花白酒较佳工艺组酿制的白酒进行感官综合评价，结果见表5。

表5 锥栗桂花白酒的感官指标Table 5 Sensory marks of Castanea Henryi and Osmanthus fragrans liquor

对比国标GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》的标准，表5符合国家标准。

2.3.2 理化指标

根据GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》，对锥栗桂花白酒较佳工艺组酿制的白酒进行理化分析，测定结果见表6。

表6 锥栗桂花白酒的理化指标Table 6 Physical and chemical indexes of Castanea Henryi and Osmanthus fragrans liquor

如表6所示对比，国标GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》的标准，锥栗桂花白酒符合国家标准。

2.3.3 卫生指标

试验测定结果：锥栗桂花白酒甲醇含量为0.16g/L，符合国标GB 2757—2012《蒸馏酒及配制酒》的甲醇含量低于0.60 g/L标准。

3 结论

在单因素试验基础上，采用Box-Behnken中心组合设计，响应面方法进行分析确定锥栗桂花白酒较佳工艺组参数：酒曲添加量为9.8%，发酵温度为31℃，桂花添加量3%，发酵时间10 d。在此条件下，产品出酒率42.50%，酒精度46.0%vol，感官评分85，锥栗桂花白酒澄清透明，香味协调，口感醇厚绵甜，符合现代人需求。