黑蒜紅棗酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

蘇成勇 ，李娟*，吳昊，張艷明，趙琪

1. 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院（徐州 221140）；2. 安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（蕪湖 241000）

黑蒜又被稱為發(fā)酵黑蒜，是用新鮮大蒜，不添加其他任何物質(zhì)在恒溫恒濕發(fā)酵箱里發(fā)酵60～90 d后得到的大蒜深加工產(chǎn)品。黑蒜不僅保留了大蒜特有的一些功能保健成分，而且總糖、蛋白質(zhì)、維生素等含量至少為新鮮大蒜的2倍以上[1]。同時，黑蒜還具有很強的抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血糖、提高免疫力等作用[2-4]。黑蒜作為一種新型的深加工產(chǎn)品，具有重要的經(jīng)濟價值。紅棗含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、維生素和很多種人體必需的礦物元素[5]，不僅是健康零食的首選，還是藥食同源的滋補良藥，有補血行氣、強筋健骨和美容養(yǎng)顏等功效[6-7]。

關(guān)于黑蒜的加工工藝及黑蒜的功能、抗氧化等方面的研究較為深入[1-4,8]，但黑蒜保健酒等精深加工產(chǎn)品開發(fā)等相關(guān)研究還鮮有報道。試驗以黑蒜和紅棗為原料，接種釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）進行發(fā)酵，所得產(chǎn)品具有很高的營養(yǎng)價值和保健作用，符合國家所提倡的釀酒工業(yè)生產(chǎn)要實現(xiàn)“四個轉(zhuǎn)變”的總體要求，能為企業(yè)生產(chǎn)出一種色、香、味俱佳的黑蒜紅棗保健酒提供技術(shù)參考，有助于豐富市場上的保健酒品種，并促進大蒜資源的進一步開發(fā)利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑蒜（徐州黎明食品有限公司）；紅棗（市售）；活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）；蔗糖（市售）；果膠酶（生化級，江蘇銳陽生物科技有限公司）；無水亞硫酸鈉（天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心）；氫氧化鈉（南京化學(xué)試劑有限公司）；檸檬酸（食品級，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）；料理機（九陽股份有限公司）；糖度計（上海天美科學(xué)儀器有限公司）；酸度計（上海三信儀表廠）；酒精計（上海三信儀表廠）；干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（上海山連實驗設(shè)備有限公司）；滅菌鍋（上海博訊實業(yè)有限公司）；超凈工作臺（上海博訊實業(yè)有限公司）；離心機（上海科學(xué)儀器廠）；培養(yǎng)箱（杭州陸恒生物科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 黑蒜紅棗酒發(fā)酵工藝流程[9-11]

黑蒜去皮、紅棗去核清洗→按比例混合→破碎→酶解→浸提→調(diào)配→滅菌→接種酵母→發(fā)酵→過濾→陳釀→滅菌→成品

1.3.2 操作要點

1) 原料預(yù)處理：將黑蒜去皮清洗干凈，紅棗去核清洗干凈，按照料水比1∶15（g/mL），將一定比例的黑蒜紅棗放在50 ℃水浴鍋中浸泡，后放入料理機進行破碎打漿。

2) 酶解浸提：在黑蒜紅棗漿中加入一定量果膠酶（如0.20%）后，置于一定溫度（如40 ℃）水浴鍋中酶解一段時間（如2 h）。

3) 加亞硫酸鈉：冷卻后加入50 mg/L亞硫酸鈉至已酶解的黑蒜紅棗液。

4) 調(diào)配：測定酶解液的原始糖度，按每17 g/L糖能產(chǎn)生1%vol酒精將糖度調(diào)整至所需濃度，用檸檬酸調(diào)pH 3.4～3.8。

5) 滅菌：采用巴氏滅菌法，將調(diào)配好的酶解液放在80 ℃水浴鍋中，保溫40 min。

6) 酵母活化：在溫度37 ℃條件下，取一定量的干酵母并向其中加入2%蔗糖溶液，等待溫度自然冷卻，室溫活化15 min。

7) 添加酵母并發(fā)酵：將待發(fā)酵液冷卻到20 ℃時在超凈工作臺上添加活化酵母，調(diào)整培養(yǎng)箱溫度至發(fā)酵溫度后進行發(fā)酵。

8) 過濾：發(fā)酵后的酒液先經(jīng)紗布過濾再加入澄清劑進行過濾澄清。

9) 陳釀：放置陰涼干燥通風(fēng)處進行陳釀，使酒體澄清并更加濃郁。

10) 滅菌：將陳釀后的酒液進行巴氏殺菌或膜過濾，裝罐后得成品酒。

1.3.3 原料浸提工藝優(yōu)化單因素試驗

稱取相同質(zhì)量的同一批次混勻后的黑蒜紅棗漿，分別考察果膠酶添加量（0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%）、酶解溫度（30，35，40，45和50℃）和酶解時間（0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h）對浸提效果的影響。

1.3.4 原料浸提工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以果膠酶添加量、酶解浸提溫度和浸提時間3個因素進行正交試驗，確定最佳浸提工藝。具體方案見表1。

1.3.5 發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗

取相同質(zhì)量的同一批次酶解后的黑蒜紅棗漿，發(fā)酵后以酒精度為主要評價指標(biāo)，以感官評分為輔助評價指標(biāo)，分別考察初始糖度（18，20，22，24和26°Brix）、酵母添加量（0.3%，0.5%，0.7%，0.9%和1.1%）、發(fā)酵溫度（18，20，22，24和26 ℃）和發(fā)酵時間（5，6，7，8和9 d）對發(fā)酵工藝的影響。

1.3.6 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，以初始糖度、酵母添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間4個因素進行正交試驗，以酒精度為主要評價指標(biāo)，以感官評分為輔助評價指標(biāo)，確定最佳發(fā)酵工藝。具體方案見表2。

表1 浸提工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平

表2 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平

1.3.7 分析檢測

pH用pH計測定；可溶性固形物（糖度）用數(shù)顯糖度計測定；酒精度和酸度依據(jù)GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法測定[12]；菌落總數(shù)依據(jù)GB 4789.2菌落總數(shù)測定方法測定[13]；大腸菌群依據(jù)GB 4789.3大腸菌群計數(shù)法測定[14]。根據(jù)GB/T 15038葡萄酒、果酒通用分析方法中的感官評定方法[12]，結(jié)合產(chǎn)品特點，對發(fā)酵型黑蒜紅棗酒的感官評價標(biāo)準(zhǔn)進行改進，見表3。選擇10名有經(jīng)驗的食品專業(yè)人員，從外觀、香氣、口味、風(fēng)格4個方面對發(fā)酵后所得的黑蒜紅棗酒進行評分，取平均分作為最終得分。

表3 黑蒜紅棗酒的感官評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提工藝參數(shù)的確定

2.1.1 黑蒜和紅棗質(zhì)量比對酒體的影響

為研究不同黑蒜紅棗配比對黑蒜紅棗酒的影響，在前期試驗基礎(chǔ)上按照料水比1∶15（g/mL）加入清水，并進行浸提和發(fā)酵試驗，結(jié)果見表4。黑蒜添加比例較高時，原料浸提液顏色偏黑，黑蒜味過于濃厚，且所得黑蒜酒的感官評分較低；黑蒜、紅棗質(zhì)量比1∶2.5時，原料浸提液顏色呈現(xiàn)深紅色，香氣協(xié)調(diào)，所得黑蒜酒的酒精度適宜，且感官評分相對最高。

表4 不同黑蒜紅棗質(zhì)量比對黑蒜紅棗酒的影響

2.1.2 果膠酶添加量對浸提效果的影響

不同的果膠酶添加量對浸提效果的影響情況見圖1。果膠酶添加量0.05%～0.20%時，酶解所得黑蒜紅棗漿中可溶性固形物含量隨著果膠酶增加而增加；果膠酶添加量0.20%時，可溶性固形物含量達到最大值5.9%；果膠酶添加量大于0.20%，可溶性固形物含量并未上升，與其他紅棗保健酒研制過程中的試驗結(jié)果一致[10,15]。據(jù)此，選擇果膠酶添加量0.15%，0.20%和0.25%進行正交試驗。

圖1 不同果膠酶添加量對浸提的影響

2.1.3 浸提溫度對浸提效果的影響

不同溫度對浸提效果的影響情況見圖2。可溶性固形物含量隨著溫度升高而增加，并在溫度40 ℃左右時可溶性固形物含量達到最高，說明酶解浸提效果相對最好。溫度過高，會導(dǎo)致酶的活性下降而使可溶性固形物含量下降，因此選擇35，40和45 ℃進行正交試驗。

2.1.4 浸提時間對浸提效果的影響

時間長短對浸提效果的影響程度見圖3。浸提1 h內(nèi)，可溶性固形物含量迅速升高；隨著酶解時間延長，可溶性固形物升高速度先快后慢，酶解浸提2 h后趨于穩(wěn)定。若繼續(xù)延長浸提時間，不僅會增加能耗，還可能會導(dǎo)致一些風(fēng)味物質(zhì)損失，進而影響酒的質(zhì)量。因此，選擇酶解浸提時間1.5，2.0和2.5 h進行正交試驗。

圖2 不同浸提溫度對浸提的影響

圖3 不同浸提時間對浸提的影響

2.1.5 黑蒜紅棗酒浸提工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果

以酶解浸提液中的可溶性固形物含量作為評價指標(biāo)，參考單因素試驗結(jié)果，對果膠酶添加量（A）、浸提溫度（B）、浸提時間（C）3個因素進行正交試驗，結(jié)果見表5。

由表5中的R值可知，影響黑蒜紅棗浸提液中可溶性固形物含量的主次因素依次是A（果膠酶添加量）＞B（浸提溫度）＞C（浸提時間），即果膠酶添加量對黑蒜紅棗液酶解的影響最大，溫度的影響次之，而時間的影響最小。根據(jù)k值初步得出最優(yōu)的酶解浸提工藝條件組合是A2B3C2，即果膠酶添加量0.20%，浸提溫度45 ℃，浸提時間2 h。

表5 酶解浸提工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果

2.2 黑蒜紅棗酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

2.2.1 初始糖度對發(fā)酵的影響

初始糖度對發(fā)酵的影響程度見圖4。酵母菌生長繁殖需要足夠的糖類物質(zhì)作為碳源。若糖度太低，會導(dǎo)致酵母菌生長緩慢，發(fā)酵時間延長，且產(chǎn)酒率低。若糖度太高，會導(dǎo)致酵母菌過快生長繁殖，可能會導(dǎo)致營養(yǎng)過快消耗、缺氧或產(chǎn)生其他次級代謝產(chǎn)物而使酒精產(chǎn)率下降，且影響酒的風(fēng)味。如圖4所示，發(fā)酵后所得黑蒜紅棗酒的酒精度隨著初始糖度增加而提高，并在糖度22 °Brix左右時酒精度達到最高（11.5%vol）；初始糖度高于22 °Brix時，酒精度快速下降。感官評價結(jié)果也顯示初始糖度范圍在20～22°Brix時，所得黑蒜紅棗酒濃郁醇香，口味最為協(xié)調(diào)，而初始糖度高于24 °Brix時，所得黑蒜紅棗酒的感官評分大幅降低。綜合發(fā)酵后所得黑蒜紅棗酒的酒精度和感官評分，選擇初始糖度18，20和22 °Brix進行正交試驗。

圖4 不同初始糖度對發(fā)酵的影響

2.2.2 酵母添加量對發(fā)酵的影響

酵母添加量對發(fā)酵的影響程度見圖5。酵母添加量會直接影響發(fā)酵進程，進而改變產(chǎn)酒率和酒的感官。由圖5可知，酒精度隨著酵母添加量增加而提高，并在酵母添加量0.9%左右時，發(fā)酵所得酒的酒精度達到峰值（10.6%vol）。酵母添加量過高時，酵母菌生長過于旺盛，會造成營養(yǎng)不足而導(dǎo)致發(fā)酵后期酒精得率反而有所降低。酒的感官評價結(jié)果顯示，酵母添加量0.7%左右時，發(fā)酵所得酒的感官得分最高；酵母添加量過高或過低，均會導(dǎo)致酒的感官得分降低。考慮到酵母添加量在高于0.7%后，所得酒的酒精度仍在繼續(xù)上升，且感官得分只是緩慢下降（圖5），因此選擇酵母添加量0.7%，0.9%和1.1%進行正交試驗。

2.2.3 溫度對發(fā)酵的影響

溫度對發(fā)酵的影響程度見圖6。發(fā)酵溫度過低時，酵母菌生長緩慢，代謝受到抑制，使發(fā)酵周期延長或容易染菌，從而會導(dǎo)致產(chǎn)酒率低，甚至發(fā)酵失敗；隨著發(fā)酵溫度升高，酵母菌生長速度加快，達到應(yīng)有的菌體濃度后進入產(chǎn)酒期，從而能提高產(chǎn)酒率；溫度過高，會導(dǎo)致菌體衰老加快、喪失活力甚至過早死亡，從而大幅降低產(chǎn)酒率，并很可能影響酒的品質(zhì)[16]。由圖6可知，隨著溫度升高，發(fā)酵所得酒的酒精度和感官評分均有所提高，并均在20 ℃左右時達到最高（酒精度10.5%vol，感官98分）。發(fā)酵溫度22 ℃左右時，酒的感官評分明顯下降。考慮到較高發(fā)酵溫度會提高能源消耗，因此綜合酒精度和感官評分結(jié)果，選擇18，20和22 ℃進行正交試驗。

圖5 不同酵母添加量對發(fā)酵的影響

圖6 不同溫度對發(fā)酵的影響

2.2.4 時間對發(fā)酵的影響

發(fā)酵時間對發(fā)酵的影響程度見圖7。在5～7 d發(fā)酵時間范圍內(nèi)酒精度迅速提高，并在發(fā)酵7 d左右時酒精度即可達到10.5%vol，發(fā)酵7 d后酒精度緩慢下降。酒的感官評分結(jié)果同樣顯示，隨著發(fā)酵的進行，酒的口感越來越醇厚協(xié)調(diào)，并在發(fā)酵7～8 d時感官評分變化不大（稍有下降），但若繼續(xù)發(fā)酵至9 d左右時，口感會迅速變差，可能是由于發(fā)酵后期其他代謝產(chǎn)物迅速積累，對酒的風(fēng)味產(chǎn)生明顯影響所致。因此，本著節(jié)約能源的原則，同時綜合酒精度和感官評分結(jié)果，選擇發(fā)酵時間6，7和8 d進行正交試驗。

2.2.5 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果

根據(jù)黑蒜紅棗酒發(fā)酵的單因素的試驗結(jié)果，對初始糖度、酵母添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度4個因素進行正交試驗優(yōu)化。具體分析結(jié)果見表6。

由表6可知，依據(jù)酒精度含量指標(biāo)和感官指標(biāo)，結(jié)果均顯示影響黑蒜紅棗酒發(fā)酵的主次因素關(guān)系依次為：C（發(fā)酵溫度）＞B（酵母添加量）＞D（發(fā)酵時間）＞A（初始糖度）。因初始糖度相較于其他因素對黑蒜紅棗酒的發(fā)酵影響最小，針對感官指標(biāo)的正交試驗結(jié)果與針對酒精度指標(biāo)的正交試驗結(jié)果具有一致性，二者與初始糖度的單因素試驗結(jié)果（圖4）也一致。試驗依據(jù)酒精度指標(biāo)，確定的最優(yōu)發(fā)酵條件組合是A3B2C3D3，即酵母添加量0.9%、初始糖度22 °Brix、發(fā)酵溫度22 ℃、發(fā)酵時間8 d。在此工藝條件下的驗證試驗結(jié)果顯示，所得黑蒜紅棗酒的酒精度為11.3%vol，感官評分為95分。

圖7 不同時間對發(fā)酵的影響

表6 黑蒜紅棗酒發(fā)酵工藝正交試驗結(jié)果

2.3 黑蒜紅棗酒的成品質(zhì)量指標(biāo)檢測結(jié)果

感官指標(biāo)：酒液呈棕紅色，口感柔和協(xié)調(diào)，風(fēng)格獨特。

理化指標(biāo)：酒精度11.3%vol，總酸（以酒石酸計）4.9 g/L，pH 3.7，糖度5.3%，檢測結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]。

微生物指標(biāo)：菌落總數(shù)38個/mL＜100個/mL；大腸桿菌未檢出。

3 結(jié)論

以黑蒜和紅棗為原料，對發(fā)酵型黑蒜紅棗酒的原料浸提工藝和發(fā)酵工藝進行研究。原料浸提工藝的試驗結(jié)果表明，黑蒜、紅棗質(zhì)量比1∶2.5時，原料最佳浸提工藝為果膠酶添加量0.20%，浸提溫度45 ℃，浸提時間2 h。發(fā)酵工藝試驗結(jié)果顯示，黑蒜紅棗酒的最佳發(fā)酵條件為：酵母添加量0.9%，初始糖度22°Brix，發(fā)酵溫度22 ℃，發(fā)酵時間8 d。所得黑蒜紅棗酒具有酒精度適宜，營養(yǎng)豐富，口感柔和協(xié)調(diào)，風(fēng)格獨特等特征，能為企業(yè)生產(chǎn)出一種色、香、味俱佳的黑蒜紅棗保健酒提供技術(shù)參考。