利用响应面法优化枸杞醋的工艺研究

毕 静，郑 萍

江苏经贸职业技术学院 (南京 211168)

枸杞，属茄科、枸杞属植物，百姓日常食用和药用的枸杞多为宁夏枸杞(以下均称为枸杞)的果实，枸杞也是唯一载入《2010年版中国药典》的品种。枸杞中的成分比较复杂，主要包括蛋白质、氨基酸、微量元素、糖类、脂肪、脂肪酸、甾醇类、维生素、色素类和生物碱类等。蛋白质和氨基酸是枸杞中的重要含氮物质，100 g枸杞果中含粗蛋白4.49 g，枸杞子中氨基酸含量因种类和生长环境不同而有所差异。枸杞中不含淀粉，却含有丰富的糖类，约占总重量的39.50%，其中果糖为7.49%，葡萄糖为5.73%，蔗糖为5.60%，木糖为0.43%。枸杞的果实、根皮、叶中均含有甜菜碱，甜菜碱是一种碱性物质，具有强烈的吸湿性能，极易溶于水，味甜，有抗肿瘤、降血压、抗消化性溃疡及胃肠功能障碍，也可治疗肝脏疾病[1]。枸杞为灌木，或因人工整枝而成大灌木，花果期较长，一般从5月～10月边开花边结果，采摘果实时成熟一批采摘一批。因枸杞营养成分较高，极易吸湿而受潮、发霉和变色，这些限制了枸杞的开发利用[2]。

食醋是利用淀粉、糖或酒精经微生物发酵酿制而成的一种液体酸性调味品，我国是世界上酿醋最早的国家之一。食醋由于采用的原料和生产工艺不同，因此所生产出的食醋风味也各不相同[3]。随着我国社会的进步和消费水平的提升，对各种风味食醋的需求不断加大，本实验通过响应面法研究了枸杞醋酒精发酵阶段生产工艺，得出枸杞醋酒精发酵阶段的最佳工艺条件，以达到提高枸杞生产率的目的。

1 材料与方法

1.1 试验材料

糯米、夫皮和大糠，镇江市市场所售；枸杞，产地宁夏；果胶酶(50 000 U/g)，江苏博立公司。

1.2 试验设备

镇江香醋制醋设备，自制。

1.3 试验方法

1.3.1枸杞醋生产工艺

枸杞加水、果胶酶后匀浆[4]，糯米粉碎糖化，将两者按比例混合后，按镇江香醋生产工艺进行酒精发酵和醋酸发酵，再经封醅、淋醋，将淋出的醋液检验后勾兑即得枸杞醋，成品枸杞醋醋酸含量≥5 g/100 mL[5]。

枸杞醋的质量和产量取决于生产工艺中的酒精发酵和醋酸发酵质量，酒精发酵的质量是决定枸杞醋产量的主要环节，醋酸发酵是枸杞醋风味成形的重要阶段[6]。本试验主要研究枸杞醋的酒精发酵工艺,选择酵母接种量、酒精发酵温度和酒精发酵时间3个因素,以酒醅酒精度(%vol)作为试验方案考核指标，利用响应面法优化枸杞醋酒精发酵阶段的最佳工艺条件[7]。

1.3.2.1 酵母接种量对酒醅酒精度的影响

在酒精发酵阶段，选择酵母接种量分别为4%、6%、8%、10%和12%，酒精发酵温度30 ℃，酒精发酵时间72 h，然后对酒醅酒精度进行测定，研究酵母接种量对酒醅酒精度的影响，以确定响应面试验时酵母接种量的低值和高值。

1.3.2.2 酒精发酵温度对酒醅酒精度的影响

在酒精发酵阶段，选择酒精发酵温度分别为26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃和34 ℃，酵母接种量10%，酒精发酵时间72 h，然后对酒醅酒精度进行测定，研究酒精发酵温度对酒醅酒精度的影响，以确定响应面试验时酒精发酵温度的低值和高值。

1.3.2.3 酒精发酵时间对酒醅酒精度的影响

在酒精发酵阶段，选择单因素酒精发酵时间分别为66 h、72 h、78 h、84 h和90 h，酵母接种量10%，酒精发酵温度30 ℃，然后对酒醅酒精度进行测定，研究酒精发酵时间对酒醅酒精度的影响，以确定响应面试验时酒精发酵时间的低值和高值。

1.3.3利用响应面法优化试验

艺术教育之所以被重视又很好的实施，我们在实践中也渐渐体会到艺术教育形式的生动性，我们要围绕艺术教育学的目标，教育者实现艺术教育学的效果，让学生去理解美，培养学生的艺术理念，作为教育者不仅仅是专业技能的提高，教育能力方法和指导也要同步提升，同时我们也深刻的明白不仅要有完备的专业技能水平，更要有更丰富的学科知识，才能更好的教孩子们进行学习；在此同时，艺术教育学引领我们丰富了上课的内容，为学生提供艺术创作活动；既能丰富学生的动手合作能力，又能让学生深刻体会到艺术存在于生活之中，在学习艺术知识的领域下更加理解教育的力量。

根据单因素试验的结果，设计Bok-Behnken试验，响应面试验因素和水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平

1.3.4测定方法

酒精度的测定，按GB 5009.225—2016中第二法酒精计法规定的方法进行[8]。

2 结果与讨论

2.1 酵母接种量对枸杞醋酒醅酒精度的影响

图1 酵母接种量对枸杞醋酒醅酒精度的影响

由图1可以看出，随着酵母接种量的增加，酒醅酒精度在上升，但至加入达到8%时，酒醅酒精度的增加就变的缓慢。酵母接种量少,酵母数增殖缓慢,使得酵母菌的活力下降，不利于酒精的产生；而酵母接种量过大,又会导致酵母菌的早衰，同样不利于酒精的产生。同时，在实际生产应用时,还要考虑酒母菌的培养成本,所以确定酵母接种量10%为响应面试验的中间值。

2.2 酒精发酵温度对枸杞醋酒醅酒精度的影响

图2 酒精发酵温度对枸杞醋酒醅酒精度的影响

由图2可以看出，随着酒精发酵温度的升高，酒醅酒精度在上升，当酒精发酵温度达到30 ℃时，酒醅酒精度达到了高峰，之后酒醅酒精度又开始下降。这是因为酒精发酵温度低，酵母菌增殖缓慢,影响酒精的产生；而如果酒精发酵温度偏高，酵母增殖速度很快，但也容易导致酵母菌的早衰，同样不利于酒精的产生。因此,确定酒精发酵温度30 ℃为响应面试验的中间值。

2.3 酒精发酵时间对枸杞醋酒醅酒精度的影响

图3 酒精发酵时间对枸杞醋酒醅酒精度的影响

由图3可以看出，酒精发酵72 h后，酒醅酒精度增加就变得缓慢，这和酒醅中可发酵糖基本消耗完有关。因此，确定酒精发酵时间78 h为响应面试验中间值。

2.4 响应面试验结果

应用Design-Expertl软件，得到响应面试验设计及结果，见表2。

表2 枸杞醋酒醅酒精度响应面试验设计及结果

通过对表2的结果进行分析拟合，得到二次回归方程，其中根据编码因子得出的最终方程式：

酒醅酒精度(%vol)=11.46+0.30A+0.025B+0.075C-0.20AB+0.000AC+0.000BC -0.18A2-0.53B2-0.030C2

根据实际因素得出的最终方程式：

酒醅酒精度(%vol)=-135.210 00+2.550 00A+8.462 50B+0.142 50C-0.050 000AB +2.148 74×10-15AC+4.831 78×10-15BC-0.045 000A2-0.132 50B2-8.333 33×10-4C2

对所得到的枸杞醋酒醅酒精度回归模型进行方差分析，见表3。

表3 酒醅酒精度回归模型的方差分析表

枸杞醋酒醅酒精度的回归模型F值为21.96，表明模型具有显著性。只有0.03%的几率会因为噪音而出现如此大的“F型值”。P<0.050 0表示模型项是显著的。在这种情况下，A、AB、A2、B2是重要的模型项。P>0.100 0的值表示模型项不显著。根据各因素F值大小可以得出，3个因素对酒醅酒精度的影响是A-酵母接种量>C-酒精发酵时间>B-酒精发酵温度。

2.5 响应面试验分析

为了考察A-酵母接种量、B-酒精发酵温度和C-酒精发酵时间及交互作用对酒醅酒精度的影响，固定其他因素条件不变，获得任意2个因素及交互作用对酒醅酒精度影响的响应面图，结果见图4、图5和图6。

由图4可见，酵母接种量和酒精发酵温度的交互作用对酒醅酒精度的影响显著。由图5和图6可见，酵母接种量和酒精发酵时间的交互作用及酒精发酵温度和酒精发酵时间的交互作用对酒醅酒精度的影响就不显著。

采用Design-Expertl软件，根据所建立的模型进行参数最优化分析，得到的最佳生产工艺条件为酵母接种量11.83%，酒精发酵温度29.7 ℃和酒精发酵时间84 h，在此条件下，酒醅酒精度11.640 6%vol。

为了验证结果，并便于操作，调整生产工艺条件为酵母接种量11.5%、酒精发酵温度30 ℃和酒精发酵时间84 h，在此条件下进行了3组平行试验，酒醅酒精度11.6%vol，实际结果和理论的预测结果高度吻合，因此，利用响应面法优化枸杞醋的工艺研究可靠实用，具有实际价值。

图4 酵母接种量和酒精发酵温度

图5 酵母接种量和酒精发酵时间

图6 酒精发酵温度和酒精发酵时间

3 结论

通过对枸杞醋酒精发酵阶段生产工艺的研究，根据单因素试验结果，选择了酵母接种量、酒精发酵温度和酒精发酵时间3个因素，以酒醅酒精度为考查指标对枸杞醋的酒精发酵阶段生产工艺进行响应面优化分析，得到最佳生产工艺条件为：酵母接种量11.5%、酒精发酵温度30 ℃和酒精发酵时间84 h，在此条件下进行的3组平行试验，酒醅酒精度达11.6%vol，结果高度吻合理论的预测结果，具有较好的应用价值，今后还需对制醋工艺进一步优化。