基于模糊数学综合评判法优化火龙果米酒发酵工艺研究

洪 冰

（1.郑州市粮食科学研究所，河南郑州 450000；2.郑州市粮油质量监测中心，河南郑州 450000）

火龙果又称红龙果、仙人果，多汁味甜，含丰富的膳食纤维、维生素、花青素等，具有清热降火、预防心脑血管疾病等功效[1-2]。火龙果果肉主要有红色和白色两种，研究表明，相比白肉火龙果，红肉火龙果的总糖、粗脂肪、粗蛋白含量及对油脂的抗氧化能力、自由基的清除率及还原能力更高，VC、多酚和黄酮含量更丰富[3-4]。米酒是以大米或糯米作为碳源，经酒曲或酵母等发酵成的低度酒精饮品，具有酒精含量低、营养丰富、酿造工艺简单、发酵周期短等特点，深受广大消费者喜爱[5-7]。

模糊数学综合评判是一种基于模糊变换原理，通过模糊矩阵将评价信息数值化，消除感官评价的主观性和模糊性，进而对产品的综合感官品质做出科学、准确、公正的判断，以进行定量评价的方法[8-10]。相较于传统感官评价，模糊数学综合评判能有效消除主观情感、年龄性别等因素影响，通过模糊矩阵将信息量化，进而对产品的感官品质做出判断[11]。

目前有关火龙果食品的开发研究，主要集中于火龙果饮料、火龙果醋和火龙果果酒等方面[12-15]，火龙果米酒的相关研究鲜见报道。

本试验基于正交试验设计方案和模糊数学综合评判法，以红肉火龙果和糯米为原料进行混合发酵制备火龙果米酒，使制得的火龙果米酒同时具有火龙果和米酒的营养价值和保健功效，为火龙果的深加工与开发提供理论依据和技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

红肉火龙果、糯米，市购；安琪甜酒曲，安琪酵母股份有限公司；SY 果酒专用酵母，安琪酵母股份有限公司；果胶酶，山东隆科特酶制剂有限公司；白砂糖，市售食品级。

洁净工作台SW-CJ-2F，苏州净化设备有限公司；恒温培养箱DHP-9082，上海一恒科学仪器有限公司；电子恒温水浴锅DZKW-4，北京中兴伟业仪器。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程[16-17]（图1）

图1 试验工艺流程图

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 甜酒酿发酵

将糯米淘净、除杂后用23 ℃左右的温水浸泡24 h，至米粒吸水充足，手搓成粉末状，内无夹心即可，再蒸饭约35 min至米熟而不烂，内无白心，质地柔软且不黏手，自然冷却至30～35 ℃，加入酒曲，搅拌均匀发酵，制取甜酒酿。

1.2.2.2 酵母活化

取少量甜酒酿与火龙果混合汁液，以混合汁液质量为基准，加入果酒专用酵母，混匀后于30～40 ℃水浴10 min，进行酵母活化。

1.2.2.3 果胶酶处理

以火龙果果浆质量为基准，加入0.1 %酶活性30000 U/g的果胶酶到混合发酵液中，搅拌均匀。

1.2.2.4 调整糖度

测定混合发酵液的含糖量，然后添加白砂糖，将糖度调整到适宜的发酵要求。

1.2.2.5 灭菌

将过滤、检验完成的火龙果米酒装瓶，80 ℃灭菌15 min，即得到成品。

1.2.3 甜酒酿发酵工艺优化

在单因素试验的基础上，选取对甜酒酿发酵影响最大的三个因素甜酒曲用量、发酵温度、发酵时间进行正交试验，以成品感官评分为考察指标，进行L9（33）正交试验，优化甜酒酿的发酵工艺参数。试验因素与水平见表1。

表1 正交试验L9(33)因素水平表

1.2.4 火龙果米酒发酵工艺优化

单因素试验：实验前进行预实验，得初始发酵适宜条件为糖度22 %、酵母用量0.3 %、发酵温度26 ℃、火龙果与甜酒酿添加量之比1∶2、发酵时间6 d。考察酵母用量（0.1 %、0.2 %、0.3 %、0.4 %、0.5 %）、发酵温度（22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃）、火龙果与甜酒酿添加量之比（1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5）和发酵时间（2 d、4 d、6 d、8 d、10 d）对火龙果米酒酒精度和感官评分的影响。

正交试验：在单因素试验基础上，以酵母用量（A）、发酵温度（B）、火龙果与甜酒酿添加量之比（C）和发酵时间（D）为考察变量，以产品的感官评分为评价指标，应用L9（34）正交试验设计方案和模糊数学评判确定火龙果米酒的最佳配方参数。试验因素与水平见表2。

表2 正交试验L9(34)因素水平表

采用L9（34）正交试验方案，得火龙果米酒1～9号，设计方案见表3。

表3 火龙果米酒正交试验方案

1.2.5 感官评价

甜酒酿的感官评价组由10 位具有相关经验的专家组成，从色泽、香气、滋味3 个方面对甜酒酿综合评价，色泽（质地均匀、有光泽）2 分、香气（有糯米发酵香气）4分、滋味（风味爽口、口感好）4分。

火龙果米酒的感官评价组由10 位具有相关经验的专家组成，从色泽、香气、滋味和典型性4 个方面对火龙果米酒综合评价。单因素实验中的感官评分，取其平均值作为评分结果。

基于火龙果米酒发酵单因素实验结果，设计L9（34）正交试验方案，采用模糊综合评价方法评价火龙果米酒最佳配方参数。参考文献中火龙果复合发酵产品的感官评价标准[18-20]，并作适当改动，火龙果米酒感官品评标准见表4。

表4 火龙果米酒感官品评标准

1.3 模糊数学综合评判模型的构建

以色泽、香气、滋味、典型性建立因素集U={色泽u1，香气u2，滋味u3，典型性u4}。

以优、良、中、差建立评语集V={优V1，良V2，中V3，差V4}。

根据色泽、香气、滋味、典型性在火龙果米酒感官评价中的作用，确定火龙果米酒各感官指标的权重为色泽0.2、香气0.3、滋味0.4、典型性0.1，总和为1，即：

火龙果米酒感官指标综合评判集Y=XR，其中X为权重集，R为模糊矩阵。

2 结果与分析

2.1 甜酒酿主要工艺参数优化

选择对甜酒酿发酵影响最大的三个因素——酒曲添加量、发酵温度、发酵时间进行正交试验，结果见表5。

表5 优化米酒发酵条件的正交试验结果表

由表5 可知，通过极差分析，影响甜酒酿发酵的主次因素为A（酒曲添加量）＞C（发酵时间）＞B（发酵温度），试验最优工艺组合为A2B1C2，即酒曲添加量为0.6%，发酵时间为48 h，发酵温度30 ℃。

酒曲添加量对甜酒酿发酵至关重要，随着添加量的增加，甜酒酿的酒精度也会随之增加，但当酒曲添加量过多时，酵母菌的生长和发酵会受到抑制，影响甜酒酿的酒精度和口感风味[21]，所以，最适添加量为0.6 %。发酵时间过长，会使甜酒酿中的酒味过重，且苦涩味增加，严重影响甜酒酿的香味及口感；发酵时间过短，甜酒酿中糖还未在酵母菌的作用下产生酒精，造成酒精度低，也会对其风味造成影响，因此，确定最佳发酵时间为48 h。发酵温度过低，发酵周期延长，不利于生产；发酵温度过高，会导致发酵产乙醇能力下降，酒精度降低[22]，所以，最适发酵温度为30 ℃。

2.2 火龙果米酒发酵单因素实验结果

2.2.1 酵母用量对火龙果米酒品质的影响

酵母是火龙果米酒发酵过程中最关键的物质，酵母菌在生长繁殖过程中会产生乙醇、酯类、氨基酸等物质影响火龙果米酒的口感和风味[23]。由图2可知，当酵母用量在0.1 %～0.3 %范围内时，随着酵母用量增加感官评分值上升趋势明显，酵母用量0.3%时感官评分最高，达到83分，之后随着酵母用量增加感官评分逐渐下降。酒精度也随着酵母用量的增加呈先上升后下降的趋势，这是因为当酵母用量较少时酵母菌繁殖较慢，发酵液中糖分无法被充分利用导致酒精度偏低，当酵母用量过高时，酵母自身需要大量糖分进行生长和繁殖，导致产乙醇能力下降[24]，火龙果米酒的酒精度降低。因此确定酵母用量在正交试验中的因素水平为0.2 %、0.3%、0.4%。

图2 不同酵母用量对火龙果米酒感官评分和酒精度的影响

2.2.2 发酵温度对火龙果米酒品质的影响

温度对酒类的发酵有重要影响，温度过高会导致酵母繁殖速度加快使火龙果米酒的发酵过程过于剧烈，进而影响产品口感[25-26]，因此选择合适的发酵温度是火龙果米酒发酵工艺的关键。由图3 可知，随着发酵温度的上升，火龙果米酒的感官评分值呈现先上升后下降的趋势，当发酵温度在28 ℃时口感最好，感官评分也达到最高82 分。随着发酵温度的提高火龙果米酒的酒精度不断上升，这是因为温度增加使得酵母代谢加快，产乙醇能力增强导致火龙果米酒的酒精度上升。因此发酵温度在正交试验中的因素水平为26 ℃、28 ℃、30 ℃。

图3 发酵温度对火龙果米酒感官评分和酒精度的影响

2.2.3 火龙果与甜酒酿添加量之比对火龙果米酒品质的影响

由图4 可知，感官评分随着甜酒酿比例逐渐增加呈先增加后降低的趋势，当火龙果与甜酒酿添加量之比为1∶2 时，感官评分最高达到87 分，火龙果米酒口味纯正香气浓郁。整个发酵过程中，火龙果米酒酒精度保持在9.5%vol～10.5%vol，说明火龙果与甜酒酿添加量之比对火龙果米酒酒精度影响较小。综上，火龙果与甜酒酿添加量之比在正交试验中的因素水平为1∶1、1∶2、1∶3。

图4 火龙果与甜酒酿添加量之比对火龙果米酒感官评分和酒精度的影响

2.2.4 发酵时间对火龙果米酒品质的影响

由图5 可知，火龙果米酒在整个发酵过程中感官评分呈先上升后下降趋势，当发酵时间6 d时，感官评分最高达到89 分。随着发酵时间的延长，火龙果米酒的酒精度逐渐增加，在第6 天达到峰值，此时酒精度达到11.2 %vol，随后酒精度基本保持稳定。因此，火龙果米酒的发酵时间在正交试验中的因素水平为4 d、6 d、8 d。

图5 发酵时间对火龙果米酒感官评分和酒精度的影响

2.2.5 模糊数学综合评判确定最佳配方参数

由10 人组成的综合评判小组，以火龙果米酒的色泽、香气、滋味和典型性为评价因素按照优、良、中、差的评价等级统一对表3中9组试样进行感官评定。感官评价结果见表6。

表6 火龙果米酒评价要素统计结果

将表6 中各样品的评价等级所得票数折合成赞成比率，综合各样品评价因素的结果，得模糊矩阵Rj[27]。

式中：j=1，2，3……9 为样品编号；ri1，ri2，ri3……ri9分别表示第i 个试样评价因素各评价等级所得赞成票数的占比。

以1号样品进行举例计算：

依据模糊矩阵变换原理计算综合隶属度

各试样组评价因素的评判等级所占的票数比例，通过模糊数学综合评判一级模型Yj=X×Rj，并进行归一化处理后可得模糊数学变换结果，如表7所示。

表7 模糊变换结果

根据表7 中9 组试样感官评判的模糊变换结果，运用隶属函数理论和最大隶属度原则进行排序，结果见表8。

表8 模糊综合评判排序结果

由表8 可见，试样编号Y7（A3B1C3D2）为正交试验组里最佳组合，即酵母用量0.4 %，发酵温度26 ℃，火龙果与甜酒酿添加量之比1∶3，发酵时间6 d。在此组合下，发酵的火龙果米酒色泽清亮，香气纯正，口感净爽，典型性好。

2.3 成品质量指标

2.3.1 感官指标

火龙果米酒色泽清亮，香气纯正，口感净爽，典型性好。

2.3.2 理化指标

酒精度10 %vol～11 %vol；总糖（以葡萄糖计）≤4.0 g/L。

2.3.3 微生物指标

菌落总数≤50 CFU/mL；大肠菌群≤3.0 MPN/mL；致病菌未检出。

3 结论

本试验优化甜酒酿发酵工艺，筛选酵母用量、发酵温度、火龙果与甜酒酿添加量之比、发酵时间进行单因素实验，结合L9（34）正交试验方案，基于模糊数学综合评判法优化火龙果米酒发酵工艺，得到最佳关键工艺配方为酵母用量0.4 %，发酵温度26 ℃，火龙果与甜酒酿添加量之比1∶3，发酵时间6 d。在此组合下，发酵的火龙果米酒色泽清亮，香气纯正，口感净爽，典型性好。发酵的火龙果米酒兼具风味、营养与功效，大幅度提高了火龙果的商品价值与经济附加值，对火龙果的深加工与开发提供了理论依据和技术基础。对于火龙果米酒的稳定性、抗氧化性、香气成分分析等方面还有待进一步的研究探讨。