山藥桑黃酒精飲料的發酵工藝

呂芳，孫浩，葉淑紅

大連工業大學食品學院（大連 116034）

山藥又名山芋，屬于草本類植物，是一種兼用型植物。山藥作為食藥兩用的佳品，其中含有豐富的蛋白質、多糖、膽堿、維生素和人體需要的多種微量元素，如鈣、鐵、磷、碘等[1]，還有多種可被人體利用的氨基酸[2]，素有“中國小人參”的美名[3]。山藥主要用在焙烤和發酵行業[4]，其中山藥保健酒（白酒酒精度4%～10%vol）深受消費者青睞。

桑黃屬針層孔菌屬[5]，通常作為藥用真菌，用作中藥有兩千多年歷史。桑黃中含有多糖類、甾體類、黃酮類、萜類、呋喃類、吡喃酮類等多種化合物[6]。桑黃具有抗腫瘤作用[7]、抗肝纖維化[8]、降血脂[9]、調整血糖濃度等功效[10]；并對類風濕性關節炎、痛風等病癥有一定的治療作用[11]。

由于天然桑黃資源稀少，目前桑黃產品主要是針對高端人群的藥物和保健品，如日本的桑黃多糖顆粒，韓國的桑黃口服液[12]，產品形式單一，價格比較昂貴。隨著桑黃養殖業的發展，市場上期望能有適合廣大消費人群的多品類桑黃產品。

基于山藥和桑黃在保健食品方面都具有良好的研究前景，試驗以山藥和桑黃為原料，用安琪釀酒酵母作為發酵劑，研制一款山藥桑黃發酵酒精飲料。在發酵過程中，山藥和桑黃中的有效營養素溶出，提高產品營養價值，改善產品感官。試驗結果為桑黃、山藥等藥食原料的進一步開發應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥、桑黃（市售）；安琪釀酒酵母（保藏于大連工業大學食品學院實驗室）；α-淀粉酶（酶活力50 000 U/g，食品級，河南擴源化工產品有限公司）；纖維素酶（酶活力100 000 U/g，食品級，和氏璧生物科技有限公司）；其余化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

722S可見分光光度計（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；ZHWY-211B恒溫搖床（上海智誠分析儀器制造有限公司）；SW-CJ-2FD超凈工作臺（蘇州安泰空氣技術有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

山藥漿的制備[13]。新鮮山藥切片，經護色（0.5%檸檬酸浸泡20 min）和糊化處理后按比例與水混合，打漿。

山藥酶解[14]。山藥漿中添加山藥干重的2%淀粉酶，在溫度60 ℃條件下水浴60 min。

桑黃酶解。桑黃粉中每克添加500 U纖維素酶，在溫度60 ℃條件下水浴60 min。

調配：將桑黃酶解液中按比例加入山藥酶解液，充分混合均勻。

滅菌[15]。采用HTU超高溫殺菌30 min，冷卻至40℃進行接種。

菌種準備。將菌種安琪酵母菌活化（肉湯培養基），制成發酵劑（109CFU/mL）。

發酵。接種后的料液置于溫度28 ℃恒溫搖床發酵72 h，取出進行調配。

1.3.3 發酵工藝單因素條件研究

以還原糖利用率、總糖利用率和感官評定分數作為考察指標，確定單因素的最優水平。初始條件為：料液質量比1∶8，28 ℃，酵母接種量體積分數2%，裝液量48%，發酵68 h。控制單因素條件為變量，其他條件為初始值進行試驗。

1.3.4 發酵工藝響應面試驗研究

根據單因素優化結果，設計Box-Behnken Design響應面模型，選用裝液量（A）、料液質量比（B）、發酵溫度（C）3個因素，采用Box-Behnken中心組合試驗設計三因素三水平試驗，優化工藝條件，試驗因素及編碼表如表1。

表1 Box-Behnken試驗因素及編碼表

1.3.5 測定方法

還原糖，采用3, 5-二硝基水楊酸法[16]；總糖，采用苯酚-硫酸法測總糖[17]；三萜，采用香草醛-冰醋酸法測三萜[18]；黃酮，采用亞硝酸鈉-硝酸鋁法測總黃酮[19]；酒精含量，參照王永華《食品分析》酒精含量的測定[20]；微生物指標，GB/T 4789.25—2003《食品衛生微生物學檢驗 酒類檢驗》[21]。

1.3.6 感官評分方法

感官評定參照GB/T 33404—2016白酒感官品評導則[22]。具體評分標準見表2。

表2 感官綜合評分表

1.3.7 數據處理

采用Origin、Design Expert V 8.0.6等軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

以感官評分為評價指標，確定了復配原料的比例為：山藥與桑黃質量比19∶1。

2.1.1 料液質量比對發酵過程總糖和還原糖利用率的影響

在不同的料液質量比例下，測定發酵液中總糖和還原糖的利用率，結果如圖1所示。料液質量比1∶7時，還原糖和總糖的總體利用率達到最大值。這是由于料液質量比逐漸減小，原料中的還原糖在水中的浸出率升高[23]，所以還原糖利用率又逐漸升高。但是如若料液質量比設置過低，會導致產品風味較為欠缺。綜合感官評分考量，最終確定料液質量比為1∶7。

圖1 不同料液質量比下對糖的利用率

2.1.2 發酵溫度對發酵過程總糖和還原糖利用率的影響

由圖2可知，溫度28 ℃時，酵母菌對還原糖和總糖的利用率達到峰值，隨著溫度升高，酵母菌對糖的利用率逐漸降低，故最佳發酵溫度為28 ℃。

圖2 不同溫度下對糖的利用率

2.1.3 酵母接種量體積分數對發酵過程總糖和還原糖利用率的影響

由圖3可知，酵母接種量體積分數1.0%時酵母菌對還原糖和總糖的利用率最高，酵母接種量體積分數大于1.0%后，利用率趨近于平穩，其原因在于菌種繁殖過多，菌種繁殖過多導致菌種間的相互競爭，所以酵母接種量體積分數過高時糖的利用率降低。最終確定酵母接種量體積分數1.0%為最優發酵條件。

圖3 不同酵母接種量體積分數下糖的利用率

2.1.4 裝液量對發酵過程總糖和還原糖利用率的影響

裝液量代表的是發酵瓶中可溶性氧的含量[24]。由圖4所示，總糖利用率隨著裝液量的改變而改變，總糖利用率在裝液量60%處達到峰值，而還原糖利用率趨勢較為平穩。綜合感官評分選擇裝液量60%為最佳發酵條件。

圖4 不同裝液量下糖的利用率

2.2 響應面優化試驗

2.2.1 響應面模型的建立及顯著性檢驗

根據單因素試驗結果，采用Box-Behnken中心組合試驗設計，考察各因素對感官分數的影響，借助Design Expert V 8.0.6軟件進行分析。

以還原糖利用率（Y）為評價指標，考察酵母菌發酵階段的裝液量、料液質量比、發酵時間對發酵的影響，試驗方案及結果見表3。

表3 Box-Behnken設計方案及結果表

通過分析軟件對試驗結果進行分析，得到回歸方程：Y=37.92-2.63A+5.01B-1.20C+2.39AB+1.33AC-1.82BC-7.07A2-8.39B2-2.59C2。其顯著性檢驗與方差分析見表4。

表4 回歸方程顯著性檢驗與方差分析

由表4可知，發酵階段模型p=0.003 2＜0.01，說明建立的回歸方程模型極顯著；失擬項p=0.064 4＞0.05，不顯著，且R2=0.929 6，說明試驗的擬合情況好，而且試驗的相對誤差小[25]；離散系數為10.80%，說明試驗的精確度很高；信噪比等于10.464，遠大于4，說明試驗模型能得到很強的響應信號[26]。模型可用于確定山藥桑黃發酵飲料的最佳工藝[27]。

2.2.2 因素交互作用響應面分析

各因素對還原糖利用率影響的響應面優化圖見圖5。各因素在發酵過程的交互作用，料液質量比（B）曲線相對較陡，因此料液質量比對發酵過程中還原糖利用率的影響最顯著；裝液量（A）曲線較為平緩，響應值變化隨其數值的變化較小，因此裝液量對發酵過程中還原糖利用率影響較小。

圖5 發酵條件優化響應面圖

2.2.3 優化條件的確定和驗證試驗

采用Design Expert V 8.0.6軟件對回歸模型進行分析確定獲得最佳工藝的發酵條件為：發酵溫度26.5℃，裝液量60%，料液質量比1∶7。在此條件下，產品的還原糖利用率的理論值可達37.92%。在此最佳工藝條件下，進行3組驗證試驗，還原糖利用率實際值為37.19%，與預測理論值相對誤差為1.93%。試驗結果說明所得模型與實際情況擬合程度良好，能夠較好地反映出裝液量、發酵時間和料液質量比與發酵過程中還原糖利用率之間的關系，可采用該模型對發酵結果進行預測。

3 結論

試驗以山藥和桑黃為原料，探究山藥桑黃酒精飲料在不同因素條件下的生產工藝，通過單因素和響應面分析，得出山藥桑黃酒精飲料的最佳生產工藝為：山藥與桑黃漿質量比19∶1，料液質量比1∶7，酵母接種量體積分數1%，發酵溫度26.5 ℃，發酵時間76 h，裝液量選擇60%。在此條件下，總糖和還原糖利用率最大，得到的產品為明黃色，色澤亮麗、澄清、嗅到有酒精醇香及特殊木質香氣，品嘗有茶香，回味綿長，并且含有較合適的酒精度（3.77%vol），和豐富的營養物質（其中總黃酮0.023 g/L、三萜類物質0.21 g/L）。產品含有山藥及桑黃的營養成分，可以兼具山藥、桑黃和發酵飲料的多種營養保健作用，為山藥和桑黃的開發利用提供新途徑。