响应面法优化新型青稞酒发酵工艺

响应面法优化新型青稞酒发酵工艺
王晓芹;李勇;徐勇;刘兴平;秦辉;敖宗华;蔡小波;王娟
【摘要】The single factor fermentation experiments of Tribute rice content, liquid-material ratio, fermentation temperature, fermentation time and Daqu content were done with highland barley as the main raw materials and Tribute rice as the auxiliary raw materials. Then Tribute rice content was fixed at 30%and Daqu content fixed at 0.20%, response surface method was applied to optimize other three factors as follows:raw materials-liquid ratio was 1∶4.8, fermentation temperature was at 24.4℃, and fermentation time was 12 d. Under the above conditions, the content of ethyl acetate in the produced wine was 225.3 mg/L.%以青稞作为发酵主原料，贡米作为辅原料，通过对单因素贡米含量、发酵料水比、发酵温度、时间以及加曲量进行发酵试验研究，将贡米含量固定为30%、加曲量固定为0.20%，然后利用响应面法对其他3个因素的最佳发酵条件进行优化。

研究表明，最优发酵工艺条件为：料水比为1∶4.8、发酵温度24.4℃、发酵时间12 d，在此条件下，发酵所得青稞酒中乙酸乙酯的含量为225.3 mg/L。

【期刊名称】《酿酒科技》
【年(卷),期】2015(000)010
【总页数】5页(P89-93)
【关键词】新型青稞酒;响应面;优化;白酒
【作者】王晓芹;李勇;徐勇;刘兴平;秦辉;敖宗华;蔡小波;王娟
【作者单位】四川理工学院，四川自贡643000;泸州老窖股份有限公司，四川泸
州646000;泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000;四川理工学院，四川自贡643000; 四川警察学院，四川泸州646000;泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000;四川理工学院，四川自贡643000; 泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000; 国家固态酿造工程技术研究中心，四川泸州646000;泸州老窖股份有限
公司，四川泸州646000;四川理工学院，四川自贡643000
【正文语种】中文
【中图分类】TS262.3;TS261.4
青稞富含淀粉，其中支链淀粉含量为74%～78%，有些甚至高达或接近100%［1］；同时，青稞含有的β-葡聚糖，具有降低血清中胆固醇、降血脂以及减肥排毒的生理功效［2］；青稞原料中矿物质元素种类较齐全，经医学实践证明青稞的含硒量既能满足人体的需求，又不会造成毒害，是十分理想的补硒保健营养品。

近年来，国内外对青稞酒的研究逐渐增多，青稞酒产品也大量出现，并占有了一定的市场份额，但也存在许多的问题，如产品冲鼻、刺喉、有苦味、口感欠佳等［3］。

因此，研究开发一种不仅能继承传统青稞酒风格特征，而且清洁卫生、质量稳定的青稞酒生产技术，将具有重要意义。

云南遮放产贡米，采传统籼稻之精华，取天地万物之灵气，得特殊的气候、水土、生态等条件之裨益，其色泽晶莹如珍珠。

用其酿出来的贡米酒更是具有醇香纯正、入口绵甜等优点［4］，借鉴贡米酒的这些风格特点，本研究以青稞作为发酵主原料，遮放贡米为辅原料，在传统纯青稞液态酿造的基础上对其生产工艺参数进行优化，以期为新型青稞酒的生产提供参考。

1.1 材料与试剂
青稞：选取颗粒饱满，无病虫害现象，淀粉含量在60%以上的优良品种，粉碎至
40目以上，备用。

贡米：以云南省潞西市遮放镇的贡米作为实验材料。

菌种：酿酒曲，安琪酵母股份有限公司。

其余试剂均为分析纯。

1.2 工艺流程［5-6］
本实验按照以下的工艺流程进行研究。

1.3 指标测定方法
残糖的测定：斐林试剂法［7］；酒度的测定：酒度计；乙酸乙酯测定：气相色谱法。

感官品评：由泸州老窖品酒师进行尝评，评分标准参照泸型酒技艺大全评分标准［8］。

1.4 新型青稞酒发酵的单因素试验设计［9-10］
1.4.1 酵母接种量对新型青稞酒发酵性能的影响
将粉碎后的青稞加入一定量的贡米，按料水比1∶5（m/V）蒸煮糊化后，分别接种活化好的酿酒曲0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%，于24℃的恒温培养箱中发酵10 d，测其残糖、蒸馏后的酒精度、乙酸乙酯、总酸以及总酯。

1.4.2 贡米含量对新型青稞酒发酵性能的影响
将粉碎后的青稞分别加入混合料的0、10%、20%、30%、40%、50%的贡米，按料水比1∶5（m/V）蒸煮糊化后，接入0.20%的活化好的酿酒曲，于24℃的恒温培养箱中发酵10 d，测其残糖、蒸馏后的酒精度、乙酸乙酯、总酸以及总酯，并将蒸馏出的酒送由泸州老窖品酒师进行尝评打分。

1.4.3 发酵时间对新型青稞酒发酵性能的影响
将粉碎后的青稞加入一定量的遮放贡米，按料水比1∶5（m/V）蒸煮糊化后，接
入0.20%的活化好的酿酒曲，于24℃的恒温培养箱中分别发酵8 d、9 d、10 d、11 d、12 d、13 d，测其残糖、蒸馏后的酒精度、乙酸乙酯、总酸以及总酯。

1.4.4 发酵温度对新型青稞酒发酵性能的影响
将粉碎后的青稞加入一定量的遮放贡米，按料水比1∶5（m/V）蒸煮糊化后，接
入0.20%的活化好的酿酒曲，分别于17℃、20℃、23℃、26℃、29℃、32℃的
恒温培养箱中发酵10 d，测其残糖、蒸馏后的酒精度、乙酸乙酯、总酸以及总酯。

1.4.5 料水比对新型青稞酒发酵性能的影响
将粉碎后的青稞加入一定量的遮放贡米，分别按料水比1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8（m/V）蒸煮糊化后，接入0.20%的活化好的酿酒曲，于24℃的恒温培养箱中发酵10 d，测其残糖、蒸馏后的酒精度、乙酸乙酯、总酸以及总酯。

1.5 新型青稞酒发酵工艺响应面设计试验［11-14］
根据单因素试验的结果，响应面试验在采用酵母添加量0.20%，贡米添加量30%
的基础上，选取发酵温度（A）、料水比（B）和发酵时间（C）作为试验因素，以乙酸乙酯含量和出酒率作为响应值，设计了3因素3水平的共17组试验点的响应面优化实验。

响应面试验因素水平与编码表见表1。

2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 酵母接种量对新型青稞酒发酵性能的影响
酵母直接影响着酒精的发酵，接种量对新型青稞酒发酵性能的影响结果见图1。

由图1可以看出，新型青稞酒的出酒率以及乙酸乙酯的含量随着酵母接种量的增加，呈现先升高后降低的趋势，在接种量为0.25%左右时，出酒率和酒中乙酸乙
酯含量达到最大。

酵母的接种量过少，导致原料发酵不完全，出酒率和乙酸乙酯含量也因此而减少。

接种量过多，原料虽然得到充分利用，但因微生物繁殖过快，其生长会消耗部分糖分，从而也会造成出酒率偏低，而且酒中还会有明显的酵母味，使酒的口感偏差。

接种量为0.20%时，酿造出来的青稞酒，酒体丰满、适口、无
明显酵母味，出酒率以及乙酸乙酯含量也基本上达到最大值，因此，选用0.20%
的酵母接种量较适宜。

2.1.2 贡米含量对新型青稞酒发酵性能的影响
贡米主要影响新型青稞酒的口感，其对发酵性能的影响结果见图2、图3。

由图2、图3可看出，贡米含量对新型青稞酒的出酒率和乙酸乙酯的含量影响不是很显著。

在贡米含量为20%时，出酒率和乙酸乙酯含量达到最高，从口感上来说，在贡米含量为30%时，新型青稞酒香气清雅协调、口感最好，此时的青稞酒不仅
具有传统青稞酒的独特风格，还混合有以香甜醇美为主要特色的米酒风格，使得青稞酒的口感更加醇厚丰满、绵甜柔顺。

纯粮酿造出来的青稞酒酒味浓郁，略带有以乙酸乙酯为主体的清雅复合香气，但略有苦味；贡米含量超过30%以后，酿造出
来的酒中米酒的香气逐渐掩盖了青稞酒本身的特色香气，从而失去了青稞酒的独特风格。

因此，采用贡米含量为30%作为最佳试验条件。

2.1.3 发酵时间对新型青稞酒发酵性能的影响
发酵时间是影响新型青稞酒发酵性能的重要因素之一，结果见图4。

由图4可以看出，随着发酵时间的延长，出酒率和乙酸乙酯基本上呈现先升高后
降低的趋势，在发酵12 d时，基本上达到最大。

发酵时间过短，会导致发酵不完全，原料利用率低，出酒率和乙酸乙酯的含量也都随之偏低。

随着发酵时间不断延长，原料中的淀粉逐渐被利用完全，香味物质开始富集。

从各项指标来看，原料发酵到12 d较适宜。

2.1.4 发酵温度对新型青稞酒发酵性能的影响
温度对新型青稞酒发酵的影响也比较显著，结果见图5。

由图5可以看出，随着温度的升高，出酒率和乙酸乙酯都呈现先升后降的趋势。

发酵温度过低，微生物繁殖较慢，发酵能力也偏低，因此出酒率比较低，香味物质的产生也比较少。

相反，当温度高于26℃时，发酵液中的微生物迅速繁殖，产生
大量的热量，使发酵液温度急剧升高，导致酵母提前老化，温度过高还容易滋生杂菌，致使出酒率降低，香味物质也随之减少。

因此，选择26℃为最适宜发酵温度。

2.1.5 料水比对新型青稞酒发酵性能的影响
料水比是影响新型青稞酒发酵性能的又一重要因素，其影响结果见图6。

由图6可以看出，料水比对出酒率的影响不大，但对乙酸乙酯含量的影响极为显著。

加水量少时，酒精度偏低，说明此时发酵并不完全，发酵液中的残糖没有得到充分的利用，因此，出酒率低。

加水量过多，发酵后的酒精度不但低，而且口味寡淡。

综合得知，当料水比为1∶4时，出酒率达到28.18%，乙酸乙酯含量为160.4 mg/L，此时酒的口感也最好。

因此，最适宜的料水比为1∶4。

2.2 新型青稞酒发酵条件的响应面试验结果
根据单因素实验结果，在贡米含量为30%、酵母添加量为0.20%的基础上，以乙
酸乙酯含量和出酒率为考察目标，研究发酵温度（A）、料水比（B）和发酵时间（C）对新型青稞酒发酵性能的影响，试验设计及结果见表2。

运用Design-Expert8.0.6.1版软件进行二次回归拟合后，得到以下回归方程：
Y1=228.78+12.44A-15.11B+ 17.93C+0.95AB+4.77AC-3.88BC-37.14A2-
25.29B2-50.52C2。

对模型进行方差分析结果见表3。

由表3方差分析可知：模型的F=19.78＞F0.01（9，5）= 10.16，P=0.0004＜0.01，表明模型方程极显著；模型失拟项P=0.1718＞0.05，不显著，说明该模型选择比较合理；模型的相关系数R2=0.9622，说明该模型与实际情况拟合良好，
可以用于新型青稞酒发酵条件的分析与预测。

模型的一次项C极显著，A、B显著；二次项A2、B2、C2（P＜0.01）极显著，说明其对响应值影响比较大；交互项都大于0.05，说明各因素间交互作用不明显，应用模型时可以不考虑因素间的交互
作用。

利用响应面回归分析、回归方程和Design-Expert 8.0.6.1软件绘制三维响
应曲面图，见图7～图9。

图7 ～图9直观反映了因素间的交互作用对新型青稞酒中乙酸乙酯含量的影响。

根据方差分析表中各单因素P值，可知各因素对乙酸乙酯含量影响的主次顺序为发酵时间＞料水比＞发酵温度。

由Design-Expert8.0.6.1软件对其进行分析，当预测的响应值最大时，最佳工艺参数为：发酵时间12.2 d、料水比1∶4.8、发酵温度24.4℃，预测的乙酸乙酯含量为231.88 mg/L。

在此基础上根据实际情况作以下调整后进行验证试验，以发酵时间12 d、料水比1∶4.8、发酵温度24.4℃进行发酵，结果新型青稞酒中乙酸乙酯含量为225.3 mg/L，与预测值的相对误差为2.84%，进一步验证了模型的实用性。

通过对新型青稞酒发酵的单因素试验和中心组合设计试验，采用响应面分析，建立了发酵时间、料水比、发酵温度对新型青稞酒乙酸乙酯含量影响的回归模型。

模型是极显著，拟合情况良好，可用于预测新型青稞酒发酵工艺参数，有一定的实用价值。

考虑到实际操作性，最后将发酵工艺参数修正为发酵时间12 d，料水比
1∶4.8、发酵温度24.4℃，以此为新型青稞酒的工业生产提供了依据。

【相关文献】
［1］臧靖巍，阚建全.青稞的成分研究及其应用现状［J］.中国食品添加剂，2004（4）：43-46. ［2］强小林，顿珠次仁.青稞β-葡聚糖生理功效、提取技术及其新产品研发［J］.西藏科技，2010（2）：6-9.
［3］马家津.低度青稞酒工业生产方法研究［J］.天津轻工业学院学报，1996（2）：47-53. ［4］沈怡方.白酒生产技术全书［M］.北京：中国轻工业出版社，1998.
［5］王异静，杜丽娟，等.青稞酒液态发酵工艺的研究［J］.酿酒科技，2008（6）：59-62. ［6］任健，王有芳，等.新型青稞酒发酵工艺的研究［J］.酿酒科技，2013（5）：65-68. ［7］王福荣.酿酒分析与检测［M］.北京：化工出版社，2005.
［8］张宿义，许德富，泸州老窖集团有限责任公司.泸型酒技艺大全［M］.北京：中国轻工业出版社，2011.
［9］刘清斌，冯志平.不同条件对青稞酒发酵的影响［J］.酿酒科技，2005（9）：73-75.
［10］刘清斌，左勇.不同菌种对青稞酒发酵的影响［J］.食品工业科技，2005（12）：79-81. ［11］陈湘宁，李宇华，丁轲，等.响应面法优化超声波辅助提取柿子多糖的工艺研究［J］.中国食品学报，2012，12（7）：105-111.
［12］王玉莹，戴洪义.响应面法优化苹果醋发酵工艺［J］.中国酿造，2012，31（8）：19-23. ［13］李升升，徐怀德，等.响应面法对洋葱发酵工艺的优化［J］.食品科学，2011（6）：135-138
［14］周瑶，徐怀德，等.响应法优化黄芪酒发酵工艺［J］.食品科学，2011（4）：293-296.。