響應(yīng)面法優(yōu)化濃香型白酒調(diào)味方案的分析研究

邵 燕，代 宇*，張宿義，周 軍，秦 輝，劉世龍，郭 佳，唐 榕，許 馳，任 云，高紫瑤

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.四川輕化工大學(xué)，四川宜賓 644000）

中國(guó)白酒源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，因釀酒糧食、曲藥、發(fā)酵容器、釀制工藝、儲(chǔ)存、組合和調(diào)味等不同，從而形成了十余種香型白酒百花齊放的局面[1]。調(diào)味是白酒生產(chǎn)工藝中非常重要的環(huán)節(jié)之一，經(jīng)過(guò)組合后的酒，雖然已具備基本風(fēng)格，但在某些地方可能存在缺陷和不足，這就需要調(diào)味來(lái)解決。通過(guò)調(diào)味的添加作用、化學(xué)反應(yīng)、平衡作用和分子重排等，可實(shí)現(xiàn)彌補(bǔ)缺陷、取長(zhǎng)補(bǔ)短、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和質(zhì)量穩(wěn)定的效果，最終使酒體豐滿(mǎn)、風(fēng)格典型、酒質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到成品酒的出廠(chǎng)要求[2]。調(diào)味酒種類(lèi)較多，往往是采用特殊的工藝釀造生產(chǎn)，在香味或口感上有特香、特濃、特酸等突出的風(fēng)格[3]，調(diào)味酒種類(lèi)多少、儲(chǔ)存量大小往往是衡量一個(gè)酒企實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一。基礎(chǔ)酒組合好之后，選擇哪些調(diào)味酒、使用多少量才能起到畫(huà)龍點(diǎn)睛功效，這就要求酒體設(shè)計(jì)師有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]。隨著白酒行業(yè)發(fā)展，特別是采用色譜質(zhì)譜對(duì)白酒微量成分的剖析、白酒風(fēng)味輪的建立[5-6]，白酒勾調(diào)技術(shù)由經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)型轉(zhuǎn)變[7]，已形成較為科學(xué)的調(diào)味原則和調(diào)味方法。現(xiàn)在主流的小樣調(diào)味酒添加方法有分別添加、依次添加和一次添加等，這種操作對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)較大，可能只是得到局部最優(yōu)解[8]。為尋找全局最優(yōu)解，本研究采用響應(yīng)面分析法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，選擇各個(gè)調(diào)味酒添加量作為輸入變量，新酒樣與標(biāo)準(zhǔn)酒樣的差異（歐氏距離）為響應(yīng)值，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合得到調(diào)味酒添加量與歐氏距離之間的多元回歸方程，通過(guò)方程求解得到理論全局最優(yōu)解。

1 材料與方法

1.1 材料

酒樣：3種風(fēng)格調(diào)味酒，由瀘州老窖股份有限公司提供，其中陳香調(diào)味酒可以提高半成品酒陳味并延長(zhǎng)后味，窖香調(diào)味酒可以提高半成品酒窖香和濃香，翻沙調(diào)味酒可以增加半成品酒的醇甜感和豐滿(mǎn)度。組合后的待調(diào)味半成品酒：由瀘州老窖股份有限公司提供。

試驗(yàn)工具：取樣桶，5 L容量瓶，錐形瓶（250 mL），量筒（100 mL、50 mL、10 mL、5 mL），膠頭滴管，移液槍?zhuān)肪票?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 感官評(píng)價(jià)

由10 名國(guó)家級(jí)白酒評(píng)委和10 名省級(jí)白酒評(píng)委組成的20 人感官評(píng)定小組對(duì)實(shí)驗(yàn)酒樣進(jìn)行感官判定，感官指標(biāo)及描述參考GB/T 33405—2016 白酒感官品評(píng)術(shù)語(yǔ)，根據(jù)味道大小表述為無(wú)味道、輕微、明顯、強(qiáng)烈，對(duì)應(yīng)的量化數(shù)值分別為0，1，2，3。評(píng)分表見(jiàn)表1，不同檔次的產(chǎn)品酒體感官風(fēng)格有差異，一般來(lái)說(shuō)檔次越高的濃香型白酒要求陳香越突出，本研究中選擇的標(biāo)準(zhǔn)酒樣的陳香、窖香、豐滿(mǎn)度和諧調(diào)度的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)為（2,2,3,3）。

表1 感官描述及評(píng)分表

1.2.2 歐氏距離

感官評(píng)分是對(duì)酒體從陳香、窖香、豐滿(mǎn)度和諧調(diào)度等4 個(gè)維度進(jìn)行打分，相當(dāng)于每一個(gè)酒樣是一個(gè)四維空間的點(diǎn)，調(diào)味后酒樣與標(biāo)準(zhǔn)酒樣之間的差異可采用歐氏距離來(lái)表示。歐氏距離就是歐幾里得距離，常用于衡量二維、三維及多維空間中兩個(gè)點(diǎn)之間的絕對(duì)距離，標(biāo)準(zhǔn)酒樣的坐標(biāo)為S（a0，b0，c0，d0），調(diào)味后新酒樣的坐標(biāo)為Xi=(ai，bi，ci，di)，酒樣X(jué)i與標(biāo)準(zhǔn)酒樣S之間的歐氏距離計(jì)算公式為：

1.2.3 調(diào)味酒選擇

調(diào)味酒選擇包括調(diào)味酒種類(lèi)選擇和使用量選擇。調(diào)味酒種類(lèi)較多，不同酒廠(chǎng)有不同的分類(lèi)，一般有酒頭調(diào)味酒、翻沙調(diào)味酒、高酯調(diào)味酒、高酸調(diào)味酒、陳香調(diào)味酒、窖香調(diào)味酒等十余種[9]。調(diào)味酒的添加種類(lèi)不是越多越好，而是要根據(jù)待調(diào)基礎(chǔ)酒的風(fēng)格不足來(lái)選擇，本研究中確定選擇陳香調(diào)味酒、窖香調(diào)味酒和翻沙調(diào)味酒3 種。調(diào)味酒的添加量也不是越多越好，而是要恰到好處，既能彌補(bǔ)酒體缺陷，又與標(biāo)準(zhǔn)樣品風(fēng)格相接近，一般來(lái)說(shuō)組合是按百分比添加，調(diào)味是按萬(wàn)分比[10]添加，如果調(diào)味酒用量超過(guò)千分之一，表明基礎(chǔ)酒組合未達(dá)標(biāo)[9]，應(yīng)重新調(diào)整調(diào)味方案或修正組合方案。本研究中根據(jù)濃香型白酒調(diào)味生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定3 種調(diào)味酒的用量區(qū)間均為0%～0.05%。

1.2.4 響應(yīng)面分析

借助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design Expert（Version8.0.6，StatEaseInt.Co.，Minneapolis，MN USA），采用響應(yīng)面分析（Surf）中的Box-Behnken 方法進(jìn)行半成品酒調(diào)味配方優(yōu)化。3種調(diào)味酒用量區(qū)間均為0 %～0.05 %，Block 設(shè)置為1，中心點(diǎn)為2，響應(yīng)結(jié)果為試驗(yàn)樣與標(biāo)樣的歐氏距離，設(shè)計(jì)出14 個(gè)調(diào)味方案。分別按照14 個(gè)方案中3 種調(diào)味酒用量進(jìn)行小樣調(diào)味，對(duì)新酒樣進(jìn)行評(píng)分、計(jì)算平均值、計(jì)算歐氏距離，將歐氏距離輸入到軟件后進(jìn)行回歸擬合、方差分析和最優(yōu)方案求解等操作。

2 結(jié)果與分析

2.1 歐氏距離

根據(jù)設(shè)計(jì)的14 個(gè)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行放樣操作，每個(gè)樣品放樣5 L，然后按照表中比例加入3 種調(diào)味酒，充分?jǐn)嚢韬箪o置24 h。組織由20名專(zhuān)業(yè)評(píng)委組成的嘗評(píng)小組分別進(jìn)行品評(píng)、打分，匯總打分表后取平均值，計(jì)算平均值與標(biāo)樣之間的歐氏距離，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.2 回歸方程

將表2 中的數(shù)據(jù)輸入到Design Expert 軟件中進(jìn)行多元回歸擬合，得到歐氏距離對(duì)自變量陳香調(diào)味酒（A）、窖香調(diào)味酒（B）和翻沙調(diào)味酒（C）的回歸方程為：

2.3 方差分析

對(duì)擬合后的模型進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，從表3 中可以看出，擬合后的二次多項(xiàng)式模型P 值為0.0007，小于＜0.01，可見(jiàn)模型顯著性較好，失擬項(xiàng)P 值為0.296，大于0.05，失擬項(xiàng)不顯著，表明該回歸方程與實(shí)際值得擬合度較好。F 值的大小表示各因素對(duì)響應(yīng)值的影響力大小，從表3 中可知，各因素對(duì)歐氏距離的影響大小順序是：C 翻沙調(diào)味酒＞B 窖香調(diào)味酒＞A 陳香調(diào)味酒。該模型的復(fù)合相關(guān)系數(shù)R2=0.9923，校正決定系數(shù)Radj2=0.9749，說(shuō)明該模型能夠解釋97.49 %的響應(yīng)值變化，信噪比大于4 就說(shuō)明模型可用，而該模型方程的信噪比是26.131，可以很好地指導(dǎo)實(shí)際感官評(píng)價(jià)。由顯著性可知除了A 陳香調(diào)味酒之外，其他因素均具極顯著。

表3 回歸模型方差分析

2.4 分布圖分析

從殘差的正態(tài)概率分布圖和預(yù)測(cè)值與實(shí)際值分布圖可以看出，殘差的正態(tài)概率分布在一條直線(xiàn)上、殘差與預(yù)測(cè)值分布圖在一條直線(xiàn)上，說(shuō)明利用響應(yīng)面法擬合的模型適應(yīng)性較好。

圖2 預(yù)測(cè)值與實(shí)際值分布圖

2.5 交互作用分析

不同的調(diào)味酒只是各自具有典型的特征，也有相似之處，因此它們之間有協(xié)同疊加作用。根據(jù)二次方程分別作出3 種調(diào)味酒之間交互作用三維立體響應(yīng)曲面和等高線(xiàn)圖，考察某個(gè)因素固定在中心值不變的情況下，其他兩個(gè)因素的交互作用對(duì)歐氏距離的影響。響應(yīng)曲面和等高線(xiàn)圖能直觀(guān)反應(yīng)交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響程度，曲面越陡，等高線(xiàn)越密集，則影響越顯著，等高線(xiàn)越接近橢圓，兩個(gè)因素的交互作用越強(qiáng)。從圖3—圖5 中可以看出，陳香調(diào)味酒（A）、窖香調(diào)味酒（B）、翻沙調(diào)味酒（C）之間相互作用對(duì)歐氏距離影響大小的順序?yàn)锳B＞BC＞AC；從表3 中的P 值可以看出AB 和BC 在0.01 水平上影響顯著，AC在0.05水平上影響顯著。

圖3 陳香調(diào)味酒和窖香調(diào)味酒對(duì)歐氏距離的交互影響3D圖

圖4 陳香調(diào)味酒和翻沙調(diào)味酒對(duì)歐氏距離的交互影響3D圖

圖5 窖香調(diào)味酒和翻沙調(diào)味酒對(duì)歐氏距離的交互影響3D圖

2.6 最優(yōu)方案確定及驗(yàn)證

采用歐氏距離最小進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后得到唯一解，即最佳配比為陳香調(diào)味酒0.023%、窖香調(diào)味酒0.021 %，翻沙調(diào)味酒0.033 %，理論歐氏距離是0.2495。按照該調(diào)味方案進(jìn)行放樣，并進(jìn)行感官驗(yàn)證，計(jì)算得到的歐氏距離為0.2398，偏差率為3.89 %，說(shuō)明模型的擬合度較好，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

3 結(jié)論

采用Box-Behnken 響應(yīng)面法（RSM）對(duì)濃香型白酒調(diào)味方案進(jìn)行優(yōu)化，得到調(diào)味酒的用量與歐氏距離的二次多項(xiàng)式回歸模型，以歐氏距離最小值為條件得到最優(yōu)配方為：陳香調(diào)味酒0.023%、窖香調(diào)味酒0.021 %，翻沙調(diào)味酒0.033 %，理論歐氏距離是0.24946。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，采用響應(yīng)面法可以實(shí)現(xiàn)白酒調(diào)味方案優(yōu)化，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。針對(duì)其他香型白酒，選擇與之相適用的調(diào)味酒種類(lèi)及感官評(píng)分表項(xiàng)目，也可借鑒本方法進(jìn)行調(diào)味方案優(yōu)化，具有行業(yè)推廣價(jià)值。