紫薯酒低温发酵工艺及酚类物质动态变化分析

张建萍，江润生，巫永华，陈尚龙，陈安徽，刘恩岐

徐州工程学院江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室（徐州 221111）

紫薯又名黑薯或苕薯，紫薯营养价值丰富，含有大量膳食纤维，也含有一定的氨基酸、多种维生素和矿物质，特别是其含有大量花青素，具有抗氧化[1]、抑制癌细胞的生长[2-3]、改善视力[4]、和免疫力调节[5]等功能，在保健食品的开发应用方面有很好的前景。将紫薯发酵酿造成低酒精度的紫薯酒，能保存紫薯中主要营养物质，并使花青素溶解到酒中，使紫薯酒其具有很好抗氧化、预防癌症和防止心脑血管疾病等功能。左丽丽等[6]研究得出最佳紫薯酒酒精发酵工艺为：22%初始糖度，在pH 3.5、28 ℃下添加0.1%丹宝利酵母发酵。张晓莲等[7]报道的最佳发酵条件为：初始糖度21 °Bx、pH 4.0、酵母接种量0.055%、发酵温度21.5 ℃，所得紫薯酒具有与0.5 mg/mL的VC溶液对DPPH自由基的清除能力相当。王新龙[8]优化紫甘薯酒的发酵工艺，结果表明，在初始SO2浓度60 mg/kg，pH 3.5，添加0.10%酵母，温度20 ℃下，紫甘薯酒发酵效果最好。韩晓鹏等[9]研究表明在紫甘薯汁中接入2×106CFU安琪活性干酵母菌，在pH 4.0、23 ℃下发酵7 d可得酒精度12.4%紫薯酒。报道的紫薯酒发酵工艺中发酵温度都较高，而对于低温发酵紫薯酒工艺未见报道，低温发酵是通过降低发酵温度和延长发酵时间，使酒精发酵过程平稳进行，糖分转化更加完全，充分提取原料中的各类功能性因子和营养成分，保留原料特有风味，同时使酒更清澈细腻，保藏性更好，但也有报道认为在发酵温度低于18 ℃时，枸杞果酒发酵不彻底，酒体中残糖较多，酒体口感偏甜[10]。王步江等[11]探讨低温发酵（18 ℃）柿子甜酒工艺，结果表明，虽然增长发酵时间，但所得产品香味物质丰富，具有柿子固有风味物质，增加酒味的柔和性及香气。王千存等[12]优化低温发酵（15 ℃）瓢儿酒的工艺，得到品质良好的瓢儿酒。试验以紫薯为原料，研究优化低温发酵紫薯酒工艺，并对其花青素变化进行分析，为紫薯酒低温酿造提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯（徐州市售）；α-淀粉酶、糖化酶、没食子酸、福林酚试剂（上海源叶生物科技有限公司）；其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

恒温恒湿箱（上海一恒科技有限公司）；R 206旋转蒸发仪（上海申生科技有限公司）；L 550离心机（湖南湘仪离心机仪器有限公司）；TU-1810紫外分光光度计（北京普析通用有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 紫薯浆的制备

挑拣出新鲜的且完好的紫薯，清净，将紫薯切成的薯丁，蒸煮，转移至打浆机中，按料液比1∶4加入水后打浆，按张丽丽等[6]报道的方法进行液化和糖化，即调节pH 6.0，加入0.10%的α-淀粉酶，在55 ℃下酶解1 h，再至pH 5.0，降温至45 ℃后，加入0.2%的糖化酶酶解2 h，获得紫薯浆液，备用。

1.3.2 紫薯酒发酵工艺条件的选择

1.3.2.1 NaHSO3添加量对紫薯浆发酵的影响

取适量紫薯浆液，调节pH 3.6，加入适量白砂糖调节糖度20 °Bx，分别按0，20，40，60和80 mg/L质量浓度向发酵瓶中加入NaHSO3，加入活化后的果酒专用酵母0.1%，在15 ℃条件下，恒温发酵14 d，每隔2 d测量糖度变化，发酵结束后分别测定其酒精度。

1.3.2.2 发酵前紫薯浆的糖度对紫薯浆发酵的影响

取适量紫薯浆液，调节pH 3.6，加入适量白砂糖至糖度分别为18，19，20，21和22 °Bx，按40 mg/L加入NaHSO3，加入活化后的果酒专用酵母0.1%，在15℃条件下，恒温发酵14 d，每隔2 d测量糖度变化，发酵结束后分别测定其酒精度。

1.3.2.3 酵母添加量对紫薯浆发酵的影响

取适量紫薯浆液，调节pH 3.6，加入适量白砂糖调节糖度20 °Bx，按40 mg/L加入NaHSO3，往发酵瓶中分别添加0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%果酒专用酵母，在15 ℃条件下，恒温发酵14 d，每隔2 d测量糖度变化，发酵结束后分别测定其酒精度。

1.3.2.4 紫薯酒发酵正交试验

根据单因素实验的结果，设计L9(34)正交试验，得出紫薯浆发酵最优条件。

1.3.3 相关指标的测定

采用pH计测定pH；采用糖度仪测定糖度；采用酒精计法测定酒精度；采用直接滴定法测定总糖含量；采用密度瓶法测定干浸出物含量；采用电位滴定法测定总酸含量；采用氧化法测定SO2含量[13]。

1.3.4 酚类物质含量的测定

采用Folin-Ciocalteu比色法（FC法）[14]，以没食子酚为标准品。标准曲线回归方程为y=0.093 8x+0.005 4，回归系数R2=0.999 7。

1.3.5 花青素含量的测定

花青素含量测定采用pH示差法[15]，用缓冲液调样品液的pH 1.0和4.5，并分别测定波长510和700 nm处的吸光度，按式（1）和（2）计算花青素含量。

式中：A510nm为pH 1.0时，在510 nm波长处测到的吸光度；A700nm为pH 1.0时，在700 nm波长处测到的吸光度；A’510nm为pH 4.5时，在510 nm波长处测到的吸光度；A’700nm为pH 4.5时，在700 nm波长处测到的吸光度；MW为矢车菊素葡萄糖苷分子量，为449.2；DF为代表稀释倍数；ε为代表矢车菊素葡萄糖苷的消光系数，为26 900；1为代表消光系数。

1.3.6 总酚和花青素在紫薯酒酿造过程中的动态变化分析

根据优化所得的工艺酿造紫薯酒，发酵14 d后，离心取上清液，经杀菌后灌装，置于常温避光下保存。测定紫薯打浆后、发酵过程及紫薯酒保藏过程中共30 d内多酚和花青素含量变化，分析其在这一过程中的动态变化。

1.3.7 紫薯酒感官评定方法

感官评定采用描述法从4个方面进行，请10名接受过食品感官实训课的食品质量与安全专业学生按照表1的评分标准评定，去除最高分和最低分后取平均值，得出样品综合感官评分。

表1 感官评分标准

2 结果与分析

2.1 紫薯酒发酵工艺条件的确定

2.1.1 NaHSO3添加量对紫薯酒的影响

果酒酿造中，SO2起着抗氧化剂、乙醛诱捕剂，以及腐败菌和氧化酶的抑制剂的作用[16]，另外，还起到溶解色素和澄清果酒的作用，但考虑到安全性和二氧化硫与醛类物质结合而影响酒质等原因[17]，二氧化硫的用量应尽可能低。NaHSO3添加量对紫薯浆发酵过程中糖度和酒精度的影响结果见表2和图1所示。

表2 发酵过程中糖度的变化 °Bx

图1 NaHSO3添加量对紫薯酒酒精度的影响

由表2可知，随着发酵进行，发酵液中糖度逐渐降低，发酵14 d时，NaHSO3添加量40 mg/L发酵瓶中糖度减少得最多。由图1可知，随着NaHSO3添加量增加，发酵结束时的酒精度呈上升趋势，NaHSO3添加量40 mg/L后，变化较小，试验发现不添加SO2空白组中，发酵液会受到杂菌感染，影响酒的风味。故选择紫薯浆初始发酵时NaHSO3添加量40 mg/L左右进行优化试验。

2.1.2 紫薯浆初始糖度对紫薯酒的影响

白砂糖添加可以提高紫薯酒酒精生成，试验探讨紫薯浆初始糖度对紫薯酒的影响，结果见表3和图2。

如表3所示，发酵前8 d，糖度下降较快，可能是发酵前期酵母繁速度殖快，能快速地将糖转化为酒精，发酵结束时，初始糖度19 °Bx的发酵瓶中糖度小于4.0，达到果酒对糖度要求。由图2可知，随着紫薯浆初始糖度增加，酒精度先上升后下降，紫薯浆初始糖度19 °Bx时，发酵后酒精度最高，而糖度大于19°Bx时，不利于糖转化为酒精。故紫薯浆初始糖度19°Bx左右为宜。

表3 发酵过程中糖度的变化 °Bx

图2 紫薯浆初始糖度对紫薯酒酒精度的影响

2.1.3 果酒酵母添加量对紫薯酒的影响

果酒酵母添加量对紫薯酒发酵过程中糖度的影响和酒精产出结果如表4和图3所示。

如表4所示，随着酵母添加量增加，发酵能力逐渐增大，糖的消耗速度加快，可以缩短发酵时间；由图3所示，酵母添加量小于0.1%时，随着酵母添加量增加，酒精度升高速度较快，而添加量大于0.1%时，其酒精度变化不大。但到发酵结束时，酵母添加量0.10%～0.25%的糖度和酒精度差异不大。因此，选择酵母添加量0.1%左右进行后续优化试验。

表4 发酵过程中糖度的变化 °Bx

2.1.4 紫薯就发酵工艺的正交试验结果

在单因素试验基础上，采用L9(34)正交试验对NaHSO3添加量、初始糖度和酵母添加量进行优化。试验结果见表5和表6所示。

由表5中的极值R可知，以酒精度为指标时，3个因素中，对结果的影响大小顺序为，D（初始糖度）＞C（酵母添加量）＞A（NaHSO3添加量）；根据方差分析（表6）可知，紫薯浆初始糖度对紫薯酒发酵过程中酒精度的影响显著（p＜0.05）。正交试验得出的最优组合条件为A3C2D3。对其最佳组合进行3次验证试验，结果表明在该条件下，酒精度达到11.8%vol。综合分析，NaHSO3添加量50 mg/L、酵母添加量0.125%、发酵初始糖度20 °Bx为紫薯酒低温发酵最优工艺，并在该工艺条件下制备紫薯酒进行后续试验。

表5 正交试验结果

表6 方差分析结果

2.2 紫薯酒的感官评定结果

NY/T 1508—2017[18]中对果酒的感官标准要求为，色泽正常，澄清，有果实特有香气，无异味，滋味醇厚，具有原果实的特征风味。试验按最佳工艺酿造的紫薯酒感官得分为87分，呈紫红色，有光泽，且清澈透明；有浓郁的紫薯香和酒香，甘甜可口，清凉怡人，回味悠长，各项感官指标符合标准。

表7 感官评定结果

2.3 紫薯酒的理化分析结果

如表8所示，在20 ℃条件下，测得的紫薯酒的酒精度为11.8%vol，符合果酒酒精度必须在7%～18%vol之间要求；SO2含量48 mg/L，符合果酒标准小于250 mg/L要求；按照酒石酸计量，总酸实际测量值5.9 g/L，符合果酒中总酸含量要求；总糖3.8 g/L，符合小于4 g/L要求；干浸出物实际含量14 g/L，符合果酒大于12 g/L要求。理化分析表明，按照最优工艺条件酿造的紫薯酒的各项指标均符合标准要求。

表8 紫薯酒的理化分析结果

2.4 紫薯酒酿造过程中酚类物质的分析结果

试验通过测定总酚和花青素含量，分析总酚和花青素在紫薯原浆、发酵过程及发酵后30 d内动态变化情况。结果见图4和图5所示。

发酵前8 d，总酚和花青素含量比原汁有所提高，这可能是因为发酵过程中，细胞的破坏使总酚和花青素进一步浸出，随着酒精产生，使一些结合态多酚溶出。随着时间推移，总酚和花青素类物质含量不断减少。导致总酚含量出现持续下降的原因是发酵过程中酵母释放丙酮酸等一些次级代谢产物，它们与多酚类物质发生反应产生一些大分子衍生物；此外，微生物产生的酶会使多酚类物质发生降解，使水溶性不断下降，从而使其沉淀下来[19-20]。花青素含量降低可能是由于温度、光照、氧含量等因素使花青素降解，另外酵母细胞对花青素有一定吸附作用也使得花青素含量降低。

图4 总酚含量随时间的变化情况

图5 花青素含量随时间的变化情况

3 结论

试验研究低温制备紫薯酒工艺条件，采用单因素试验和正交试验，得出紫薯酒发酵最佳工艺条件为：NaHSO3添加量50 mg/L，紫薯浆初始糖度20 °Bx，果酒酵母添加量0.125%，在15 ℃下发酵14 d，获得的紫薯酒酒精度为11.8%vol，其理化指标符合国家质量标准。所得紫薯酒呈紫红色，有光泽，且清澈透明；有浓郁紫薯香和酒香，甘甜可口，清凉怡人，回味悠长。总酚和花青素动态分析表明，紫薯酒发酵过程中总体呈现出先上升后下降趋势。