響應(yīng)面法優(yōu)化蓮子黃酒發(fā)酵條件

荷花又名水貂，是中國種植的一種特殊植物。它是屬于水生百合科的。自古以來，他就受到人們的喜愛。因為它的豐富維護性、特效性和對藥物的抵抗力。它是中國和東南亞最受歡迎的食品原料之一。蓮子營養(yǎng)豐富,除了含有氨基酸,多肽和蛋白質(zhì)外,還含有酚類、皂苷生物堿和類黃酮等營養(yǎng)保健成分。黃酒是中國文化的國粹,具有悠久的歷史,是世界上著名的釀造酒之一。黃酒含有21種氨基酸,其中人體不能自身合成而必需的氨基酸種類最全,居各種釀造酒之首。它還含有多種維生素、糖類、有機酸、蛋白質(zhì)、肽、無機鹽等成分,具有很高的營養(yǎng)價值[3~4]。另外黃酒還可以藥用,具有烹飪調(diào)味等功能,被譽為“中華第一味”、“東方名酒之冠”。現(xiàn)今人們對蓮子各方面的研究與加工開發(fā)均有所報道,但將蓮子與糯(大)米混合發(fā)酵釀制黃酒技術(shù)未有研究,由于大米缺乏賴氨酸而蓮子中賴氨酸含量較高,將大米與蓮子混合發(fā)酵,既能提高黃酒中賴氨酸的含量,又能使蓮子中其他功能性成分溶于黃酒中,提高了黃酒的營養(yǎng)價值和保健功能,為更加有效地開發(fā)利用蓮子以及黃酒類新產(chǎn)品,增加各自的附加價值提供了理論基礎(chǔ)。1材料和方法1.1材料和試劑蓮子由湖南宏興隆食品有限公司提供,粉碎機打碎過60目篩備用;大米購于校內(nèi)某超市;紹興酒曲市場購買。1.2基本治療設(shè)備MLS-3750型全自動立式高壓滅菌鍋,日本三洋電器集團;SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱,上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;FW177中藥粉碎機,天津市泰斯特儀器有限公司;CP214型電子天平,奧豪斯(上海)儀器有限公司。1.3方法1.3.1工藝1.3.2均添加水、通風(fēng)原料的制備:將未磨皮蓮子粉碎過60目篩。常溫飲用水浸泡大米10~12h,按照蓮子占發(fā)酵原料的15%將蓮子粉和大米混合,于常壓下蒸煮20~30min,蒸煮過程中隔十分鐘噴灑一次水,每次用量占發(fā)酵物料的0.5~1.0%,便于大米和蓮子充分吸水膨脹,然后,置于室溫通風(fēng)攤冷至30~40℃。主發(fā)酵:向已蒸煮好并冷卻的原料中添加一定量的紹興黃酒麥曲,混勻,加入與原料比例為1:1的優(yōu)質(zhì)純凈水(口感良好,理化指標(biāo),微生物指標(biāo)達標(biāo)),將米飯中央搭成V形或U形的凹狀圓窩,表面灑少量麥曲粉,發(fā)酵罐封5層紗布先于一定溫度下有氧發(fā)酵1d,再密封發(fā)酵罐分別在生化培養(yǎng)箱中控制溫度進行酒精發(fā)酵若干天,抽慮出酒液,按時測定酒精體積分?jǐn)?shù)。1.3.3影響蓮酒發(fā)酵的單一因素試驗1.3.3.麥曲接種量對蓮子黃油發(fā)酵的影響發(fā)酵溫度為30℃,發(fā)酵時間為10d,蓮子粉添加量為15%,分別加入原料體積分?jǐn)?shù)為0.1%、0.4%、0.8%、1.0%、1.2%、1.6%的黃酒麥曲,于恒溫箱內(nèi)保濕發(fā)酵,探討麥曲接種量對蓮子黃酒發(fā)酵的影響。1.3.3.發(fā)酵溫度對蓮子黃油發(fā)酵的影響麥曲接種量為0.8%,發(fā)酵時間為10d,蓮子粉添加量為15%,分別于20、25、30、35、40℃溫度下保濕發(fā)酵,考察發(fā)酵溫度對蓮子黃酒發(fā)酵的影響。1.3.3.發(fā)酵時間對蓮子黃油發(fā)酵效果的影響麥曲接種量為0.8%,發(fā)酵溫度為30℃,蓮子粉添加量為15%,分別于恒溫箱內(nèi)保濕發(fā)酵4、8、12、16、20d,探討發(fā)酵時間對蓮子黃酒發(fā)酵效果的影響。1.3.4蓮子添加量通過預(yù)試驗可知,蓮子黃酒的酒精體積分?jǐn)?shù)隨著蓮子添加量的變化而浮動不大,因此考慮蓮子價格,成品酒的色澤和人員操作成本等因素,采用添加15%的蓮子粉與大米一起發(fā)酵。1.4分析方法的建立酒精度、總糖、總酸、非糖固形物:采用GB/T13662-2008《黃酒》中分析方法;甲醇:參照國標(biāo)GB/T5009.48-2003和文獻中方法測定。1.5荷花酒的感覺評價蓮子黃酒的感官品評參照GB/T13662-2008《黃酒》中的評價方法。2結(jié)果與分析2.1單因素試驗的結(jié)果2.1.1接種量對發(fā)酵過程的影響圖1表明:酒精體積分?jǐn)?shù)隨著接種量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢,但在接種量超過0.8%后下降并開始趨于穩(wěn)定,說明在接種量很低時,酒曲中的微生物生長代謝緩慢,原料利用效率低,而接種量過多,會使微生物繁殖旺盛,菌絲生長過快,發(fā)酵體系的營養(yǎng)和溶氧量不足,酵母菌無氧呼吸受到抑制,因此選擇最適宜發(fā)酵接種量為0.8%。2.1.2溫度和酒精度圖2表明,酒精體積分?jǐn)?shù)隨時間遞增而增加,當(dāng)發(fā)酵溫度達到30℃時,酒精體積分?jǐn)?shù)達到最大,繼續(xù)升高溫度,酒精度明顯下降。由于酒曲中的微生物體系有最佳活力溫度范圍,在這個溫度范圍內(nèi),溫度升高能促進體系微生物糖化和發(fā)酵能力,但超過一定溫度后或者溫度過低時,微生物生長變緩慢,酶的活力也受到抑制,發(fā)酵時間延長,并且會產(chǎn)生不良的發(fā)酵氣味,影響口感和品質(zhì)[9~11],因此選擇30℃為最佳發(fā)酵溫度。2.1.3發(fā)酵時間的確定圖3表明,發(fā)酵時間短,微生物生長和無氧發(fā)酵不完全,導(dǎo)致酒精產(chǎn)生量減少,隨著時間延長,發(fā)酵完全,酒精含量增加,當(dāng)發(fā)酵時間過長時,酒精抑制了酵母菌的生長和呼吸作用,菌體自溶,同時細(xì)菌將一部分乙醇轉(zhuǎn)化為有機酸,導(dǎo)致酒精體積分?jǐn)?shù)下降,因此選擇12d為最佳發(fā)酵時間。2.2蓮子染酵液中酒精體積分?jǐn)?shù)模型建立的方差分析結(jié)果在單因素試驗的基礎(chǔ)上,綜合各因素對蓮子黃酒發(fā)酵的影響,確定三個主要因素,并采用統(tǒng)計軟件DesignExpert8.0.5中的Box-Behnken設(shè)計,以終止發(fā)酵時黃酒中酒精體積分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值,采用發(fā)酵時間/d(X1)、接種量/%(X2)、發(fā)酵溫度/℃(X3)為三因素三水平的中心組合試驗設(shè)計,因素與水平編碼見表1。Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果見表2,利用Design-Expert8.0.5對表中數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合并對模型進行方差分析,結(jié)果見表3。各因素經(jīng)二次多項回歸擬合后,得到蓮子黃酒酒精體積分?jǐn)?shù)對發(fā)酵溫度、接種量、發(fā)酵時間3個因素的二次多項回歸方程:Y=14.24+0.76X1+0.51X2+0.30X3+0.05X1X2+0.38X1X3+0.025X2X3-1.00X12-0.69X22-0.92X32。由表3回歸分析結(jié)果可知,模型的F值為64.15,P<0.0001,說明該模型是極顯著的,一次項X1、X2、X3偏回歸系數(shù)均極顯著,說明發(fā)酵時間、接種量和發(fā)酵溫度對酒精體積分?jǐn)?shù)具有顯著性影響,交互項X1X3以及二次項X12、X22、X32的偏回歸系數(shù)達到極顯著水平。失擬項在0.05水平上不顯著(P=0.8511),說明殘差均由隨機誤差引起。模型校正決定系數(shù)R2Adj=0.9726,說明模型能解釋97.26%響應(yīng)值的變化,僅有總變異的2.8%不能用此模型解釋;模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)為R2=0.9880,說明該模型與實際擬合較好,各具體試驗因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系,因此可用于蓮子黃酒發(fā)酵中的酒精體積分?jǐn)?shù)的理論預(yù)測[18~19]。對酒精體積分?jǐn)?shù)的影響順序為發(fā)酵時間>接種量>發(fā)酵溫度。2.3酒精體積分?jǐn)?shù)隨發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度的變化對二次回歸方程優(yōu)化的響應(yīng)面曲面及等高線圖見圖4,曲面圖的形狀可反應(yīng)出單因素對總黃酮得率的影響,曲面越陡峭,影響越顯著,擬合的響應(yīng)面和等高線圖比較直觀地反映了各因素間的交互作用[20~21]。由圖4a可以看出,隨著接種量和發(fā)酵時間的增加酒精體積分?jǐn)?shù)呈上升趨勢,當(dāng)發(fā)酵時間約為13.56d,接種量約為0.97%時,酒精體積分?jǐn)?shù)達最大,由等高線圖可知,沿發(fā)酵時間軸向等高線相對密集,表明發(fā)酵時間對酒精含量的影響比接種量大,等高線呈圓形,說明兩因素交互作用不強。圖4b表明,酒精體積分?jǐn)?shù)隨發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度的增加先增大后減小,在發(fā)酵時間為13.64d,發(fā)酵溫度為31.26附近可以達到響應(yīng)值最高點。等高線呈橢圓形,表明兩因素有明顯的交互作用,且發(fā)酵時間對酒精含量的影響大于發(fā)酵溫度因素。圖4c表明,酒精體積分?jǐn)?shù)隨著接種量和發(fā)酵溫度的增加而上升,等高線表明,接種量對酒精含量的影響比發(fā)酵溫度影響顯著,表現(xiàn)為曲線較陡,沿接種量軸向等高線相對密集,等高線呈橢圓形,兩因素交互作用較強,影響顯著[22~23]。2.4蓮子黃油最適發(fā)酵條件的確定為進一步確定發(fā)酵參數(shù)最佳點,用Design-Expert8.0.5軟件進行數(shù)值優(yōu)化分析,以獲得最優(yōu)的發(fā)酵條件。經(jīng)分析,蓮子黃酒最適發(fā)酵條件為:在蓮子粉添加量為15%下,發(fā)酵時間為13.77d、接種量為0.96%、發(fā)酵時間為31.29d,酒精體積分?jǐn)?shù)理論值為14.54%。考慮到實際操作的便利,將發(fā)酵條件修正為發(fā)酵時間14d、接種量1.0%、發(fā)酵溫度30℃。采用修正后的條件參數(shù)進行3次平行驗證實驗,結(jié)果測得酒精度為14.2%,與理論值較吻合。2.5總糖、非糖及其他總糖的制備測定2.4中3次驗證實驗所得蓮子黃酒樣品的微生物、理化指標(biāo),取平均值得:酒精度:14.23%;總糖(以還原糖計):5.8g/L;非糖固形物:18.8g/L;總酸(以乳酸計):8.7g/L。甲醇含量:0.025mg/mL。細(xì)菌總數(shù)≤21cfu/mL;大腸桿菌:未檢出;其他致病菌:未檢出。2.6蓮子香精色澤:產(chǎn)品呈微紅色光澤、清亮透明、瓶底有微量聚集物。口感:柔和爽口,無異味,回味深長。香氣:有黃酒特有的濃郁醇香和蓮子的清香,香氣協(xié)調(diào)。說明蓮子大米復(fù)合釀制黃酒具有營養(yǎng)好、酒色好、口感好,綜合品質(zhì)強于普通大米黃酒等特點。3蓮子黃油發(fā)酵工藝條件的確定本研究在單因素試驗基礎(chǔ)上,通過響應(yīng)面分析法對蓮子黃酒發(fā)酵條件優(yōu)化,并得到回歸方程。回歸分析結(jié)果表明,發(fā)酵時間(X1)、接種量(X2)和發(fā)酵溫度(X3)對響應(yīng)值均有極顯著影響,且與響應(yīng)值之間不是簡單的線性關(guān)系。各因素對蓮子黃酒酒精體積分?jǐn)?shù)影響程度依次為發(fā)酵時間、接種量和發(fā)