芡实酒发酵条件的优化*

李湘利，刘静，张春慧，胡彦营，朱九滨，张传敏

1(济宁学院生命科学与工程系，山东曲阜，273155)2(天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津，300457)

芡实(Euryale ferox)别名鸡头米、菱芡，其种仁富含蛋白质、碳水化合物、矿物质等基本营养成分，干样中蛋白质含量为6.78%，脂肪含量为0.71%，碳水化合物含量为82.6%，每100 g芡米中含VC4.2 mg，VE141 mg，胡萝卜素0.73 mg［1］。此外还含有黄酮类化合物、糖苷、生育酚等功效成分，能够有效地增强心肌的供氧能力［2－3］。

目前，芡实仍以原料出售为主，品种单一、利润偏低。因此，研究芡实深加工技术，促进新产品开发，对提高芡实的附加值，增加农民收入具有重要意义［4］。近年来，不少水果主产区开发了一些特色果酒，如荔枝酒［5］、枇杷酒［6］、梨酒［7］、桑葚酒［8］、橘子酒［9］等。芡实含有大量的淀粉、蛋白质等营养成分，以芡实为原料，开展芡实发酵酒的研究极具开发前景。为此，本研究以芡实为原料，优化了芡实发酵酒的发酵工艺条件，旨在生产一种酒精含量高、残糖量低，具有一定保健功能的芡实发酵干酒。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与设备

1.1.1 试验材料

芡实，山东省鱼台县鹤来香股份有限公司，新鲜无霉烂变质粒;大米，黑龙江省方正县宝兴新龙米业有限公司，米粒饱满;浅色麦芽，曲阜市金丰麦芽有限公司。

1.1.2 主要试剂

安琪葡萄酒、果酒专用酵母，湖北安琪酵母股份有限公司;白砂糖，市售，食品级;蔗糖、酒石酸钾钠、盐酸、氢氧化钠、乙酸锌、亚铁氰化钾、葡萄糖、焦亚硫酸钾等，分析纯试剂。

1.1.3 仪器与设备

SZ－1559型浆渣分离磨浆机，广州旭众食品机械有限公司;SPX－300B－G型恒温培养箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂;酒精计，河北省河间市黎民居仪表厂;LB32T型糖度计，广州市铭睿电子科技有限公司;PHS－3CW型pH计，上海般特仪器制造有限公司;DHG－9050B型智能型电热恒温鼓风干燥箱，上海琅玕实验设备有限公司;SY－450型立式压力蒸汽灭菌器，徐州圣业医疗器械有限责任公司;TDL5A型冷冻离心机，长沙英泰仪器有限公司;RL－100型不锈钢板框多层过滤机，海宁市郭店东亚过滤机械厂;果蔬汁(酒)生产线，江苏靖江食品机械有限公司。

1.2 工艺流程

1.3 工艺要点

1.3.1 料液的制备

挑选粒大饱满无异味的芡实，用清水洗净后磨浆，加入20%的大米，配料中添加麦芽量为20%，调醪液pH 6.0，于55℃下预糊化30 min;按9 U/g添加耐高温α－淀粉酶，调醪液pH 6.0，在90℃糊化40 min;糊化结束后，将料液降温至65℃，调pH 3.5，按300 U/g添加糖化酶，并补加20%的麦芽，于65℃下保温至碘试醪液不变蓝时结束糖化。

1.3.2 糖酸调整

发酵前用白砂糖调整醪液含糖量至170 g/L，酸度用氢氧化钠或盐酸调整至pH 4.0。

1.3.3 煮沸与冷却

经糖酸调整的醪液在100℃下煮沸20 min，以灭活醪液中各种酶的活性，降低醪液中微生物含量。煮沸后的醪液冷却到25～30℃待用。

1.3.4 菌种活化与主发酵

采用液态发酵法，首先要活化干酵母。将安琪葡萄酒、果酒专用酵母用5%蔗糖液(酵母重∶糖水重=1∶9)于37～40℃下复水活化30 min。活化后的菌种接入杀菌冷却后醪液中进行主发酵。在菌种消耗殆尽，酵母下沉至容器底部，醪液无明显泡沫溢出且由浑浊转为澄清时转至后发酵。为防止杂菌污染，可在芡实酒发酵前的醪液中加入50 mg/L焦亚硫酸钾。

1.3.5 后发酵与陈酿

主发酵结束后应及时倒罐，以分离上清液与罐底沉淀物，减少酵母菌自溶。倒罐期间，可按料液比例加入50 mg/L的焦亚硫酸钾。后酵结束后进行芡实酒的陈酿，陈酿期间应及时去除酒脚(倒罐)和保障发酵罐中装满酒液(满罐)。

1.3.6 澄清、配兑与精滤

在发酵液含糖量降至4.0 g/L以下时，用壳聚糖进行澄清处理。经过成熟的芡实酒按质量要求，可用食用酒精调整其酒精度，最后经板框过滤机精滤，在65℃下进行巴氏杀菌即得成品干酒［10］。

1.4 分析测试方法

1.4.1 理化指标

参照GB/T15038－2006葡萄酒、果酒通用分析方法［11］对芡实酒的理化指标进行测定。

总糖含量，菲林试剂法;酒精度，蒸馏比重法;pH:pH计测定法。

1.4.2 成品酒综合评定方法

依据果酒品评惯例，采用综合评分法。主要对芡实酒的乙醇含量、总糖、色泽及滋味等因素进行综合考虑，给出评分。评定标准参照李正涛［12］评定树莓果酒的方法，略有改动，具体评分标准见表1，满分以10分计，单项评分值相加即为总分。

表1 芡实酒感官评分标准

2 结果与分析

2.1 芡实酒发酵最适酵母接种量的确定

在初糖浓度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、温度25℃、醪液 pH 4.0的条件下，分别接种 0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%复水活化后的酵母菌进行主发酵5 d，不同酵母接种量对芡实酒发酵的影响如图1和表2所示。

表2 不同酵母接种量对发酵结果的影响

图1 不同酵母接种量对残糖量的影响

由图1和表2可知，酵母接种量为0.1%时，发酵速率较慢，周期较长，易染杂菌;残糖随酵母量增加而降低，起酵时间也缩短，但接种量到达一定值后，由于过量的酵母使发酵活跃，最后酵母提前衰退，致使残糖的含量反而升高;接种量为0.9%时，起酵时间短，但最终的酒精度较低，这可能是因为酵母大量繁殖会消耗更多的碳源作为其细胞结构的骨架成分，致使发酵液中的糖分未完全分解产生酒精;当接种量在0.3%～0.7%时产品酒精度较高，感官评价较好，以接种量0.5%时发酵效果最好，其酒精度高达8.6%。

2.2 芡实酒最适发酵pH的确定

在初糖浓度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、温度25℃、酵母接种量0.3%的条件下，分别调整pH为3.0、4.0、5.0、6.0 进行主发酵 5 d，不同 pH 对芡实酒发酵的影响如图2和表3所示。

图2 不同pH对残糖量的影响

表3 不同pH对发酵结果的影响

由图2和表3可知，不同pH对芡实酒发酵有较大的影响，酸度过高或过低均不利于芡实酒发酵，这是因为pH对微生物的生长繁殖和代谢产物的积累均有极大的影响，pH过高或过低都将抑制微生物体内某些酶的活性，使得酵母菌不能正常发酵，影响发酵过程，最终产品感官评价相对较差。pH从3.0增至4.0，芡实酒的酒精度随之增加，感官评定结果较好，但当pH继续增加至5.0和6.0时，酒精度降低，感官评分也降低。

2.3 芡实酒最适发酵温度的确定

在初糖浓度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接种量0.3%、pH 4.0的条件下，分别调整发酵温度20、25、30℃进行主发酵5 d，各温度对芡实酒发酵的影响如图3和表4所示。

图3 不同发酵温度对残糖量的影响

表4 不同发酵温度对发酵结果的影响

由图3和表4可知，在20℃发酵时，起酵较慢，主发酵结束时残糖较高，致使酒精度不高，感官评分较低，这可能是在较低的温度下，酵母发酵速度越慢，少量的糖被残存醪液中的杂菌所利用，以致酒精度较低;而在25℃时酒精度和感官评价最高，这可能是由于25℃左右为酵母最适生长和发酵代谢的温度范围;但随着温度的升高，酒精度反而下降，这是因为温度越高，酵母起酵越快，发酵速度也越快，酵母易早衰而造成发酵终止，影响产酒效率和酒的品质。

2.4 芡实酒最适发酵时间的确定

在初糖浓度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接种量0.3%、pH 4.0、温度25℃的条件下，设置发酵时间分别为3、5、7、9、11 d进行主发酵，不同发酵时间对芡实酒发酵的影响如图4和表5所示。

图4 不同发酵时间对残糖量的影响

表5 不同发酵时间对发酵结果的影响

由图4和表5可知，发酵前3 d残糖量的变化差异不明显，这与酵母接种后的起酵繁殖及适应新的生长条件相关;而在5～7 d为酵母发酵高峰期，残糖量不断降低，酒精度不断增加。在第7 d感官评价达到最高;发酵9 d后，酒精生成速度下降，糖度变化不明显，这是因为酵母在发酵高峰期后达到了一定的酒精含量，开始自溶，活性大大减弱，并消耗一定的乙醇，致使酒精含量降低，影响了芡实酒的口感和风味。

2.5 芡实酒发酵工艺条件的优化

在上述单因素试验基础上，选取酵母接种量、pH、发酵温度、发酵时间为试验因子进行L9(34)正交试验，以产品酒精度和感官评分为指标，优化芡实酒的发酵工艺条件。各试验因素与水平如表6所示，正交试验结果如表7所示。

表6 芡实酒正交试验因素与水平表

表7 芡实酒发酵的正交试验结果

由表7可知，发酵工艺条件中影响芡实酒酒精度的主次因素顺序为A＞C＞D＞B，即酵母接种量＞发酵温度＞发酵时间＞pH;最优组合为A3B2C3D3，即酵母接种量为0.6%，pH为4.0，发酵温度为28℃，发酵时间为8 d。发酵工艺条件中影响芡实酒感官评分的主次因素顺序为A＞C＞D＞B，即酵母接种量＞发酵温度 ＞发酵时间 ＞pH;发酵最优组合为A3B2C3D2，即酵母接种量为0.6%，pH为4.0发酵温度为28℃，发酵时间为7 d。

表8 芡实酒正交试验结果的方差分析

表8的方差分析结果表明，酵母接种量(A)、发酵温度(C)对芡实酒发酵影响极显著，发酵时间(D)对芡实酒发酵影响显著，pH(B)对芡实酒发酵无显著影响。通过小型试验所得芡实酒生产过程中的工艺参数，如糖酸调整，发酵过程中的防止染菌，酵母的活化等，按照最优的发酵组合A3B2C3D3进行工艺放大和验证性试验，制得原酒的酒精度为9.5%，感官评价在9.0分以上，验证性试验结果与直观分析结果一致。

3 讨论

3.1 初糖浓度对芡实酒发酵的影响

糖是酵母菌生长和繁殖的碳源，同时也是酒精发酵的底物，糖度的高低直接影响着果酒发酵的酒精度。生产中通常是按每17 g/L蔗糖经酵母发酵产生1%酒精添加糖［13］。当酵母在1%～2%的低糖浓度下生长时，发酵速度最快;当含糖量超过15%时，就会对酵母的生长产生抑制作用，糖浓度超过25%时发酵出现延滞［14］。加糖过多，会影响酵母的生长，同时也会影响酒的口味。潘嫣丽等［15－16］研究认为果酒发酵的初糖浓度为25%。本试验认为，发酵初始糖度为20%时获得的芡实酒品质较高，采用分批加糖的方式可缓解初糖过多抑制酵母的活性。

3.2 SO2浓度对芡实酒发酵的影响

SO2在果酒发酵过程中有选择性杀菌、澄清、增酸和抗氧化等作用，对发酵有重要的影响［17］。随着SO2的添加，发酵体系中杂菌能得到有效抑制，酒精度较高，感官评价较好;但当游离SO2浓度达到60 mg/L时，会产生明显的刺激气味和苦味，口感较差［18］。本试验考虑到SO2对芡实酒风味、色泽等方面的影响，尽可能地少量多次的添加SO2，以防杂菌污染。

3.3 发酵液pH对芡实酒发酵的影响

酵母菌大量繁殖是提高出酒率的基础，初始pH越接近酵母的最适生长pH越有利于酵母菌的早期繁殖，相应的产品酒精度也会提高。但是酵母菌的代谢也会改变环境pH，影响自身的生命活动。酵母菌在产乙醇的同时也会产生有机酸，致使环境pH下降，所以较酵母最适生长pH略高一些的初始pH更有利于提高出酒率。本试验采用pH 4.0发酵制得芡实酒，这与潘嫣丽［16］的研究结果一致。

3.4 发酵温度对芡实酒发酵的影响

温度对发酵结果有重要影响，温度越高，酵母起酵越快，发酵速度也越快，但副产物生成量高。在一定的温度范围内，乙酸乙酯和甘油的生成量均随温度升高而增加，高级醇的生成量在25℃较15℃高［19］。本研究所得芡实酒发酵的最适温度为28℃，这与翟文俊［20］的30～34℃差别较大，这可能是原料及其他发酵条件不同造成的，而关于发酵温度对不同发酵酒的影响尚需做进一步的研究。

4 结论

芡实酒最优发酵条件为酵母接种量0.6%、发酵温度28℃、发酵时间8 d、pH 4.0。按此条件进行大罐发酵，得到的原酒酒精度可达9.5%，感官评分在9.0分以上。

发酵原酒经适当的澄清工艺进行处理后，再用食用酒精调配，所得芡实酒的酒精度在11.0%以上。所得芡实酒酒体澄清透明，色泽淡黄，具有芡实和大米的香气，发酵酒香持久而协调，风味独特，典型性突出，理化指标符合国家标准GB/T15038－2006的规定。

［1］Dutta R N，Jha S N，Jha U N.Plant contents and quality of makhana(Euryale ferox)［J］.Plant and Soil，1986，96:429－432.

［2］Zhao Hao-ru，Zhao Shou-xun.New Cerebrosides from Euryale ferox［J］.Journal of Natural Products，1994，57:138－141.

［3］Si E L，Eum M J，Jeong H K.Antiodant activity of extracts from Euryale ferox seed［J］.Experimental and Molecular Medicine，2002，34:100－106.

［4］刘静，张爱民，刘开伟，等.芡实采后加工与功能性的最新研究进展［J］.食品工业，2011(10):89－91.

［5］罗富英，王宏，李再峰，等.荔枝全汁发酵果酒工艺研究［J］.食品工业科技，2006，27(4):147－149.

［6］何志刚，梁璋成，任香芸，等.植物乳杆菌R23在枇杷酒中生长及苹果酸乳酸发酵特性研究［J］.中国食品学报，2011，11(4):36－41.

［7］高海生，柴菊华，张建才，等.安梨酒的酿造工艺及营养成分分析［J］.食品与发酵工业，2006，32(12):73－76.

［8］陈祖满.桑葚果酒的酿造技术［J］.中国酿造，2005(4):62－64.

［9］苏东林，单杨，李高阳，等.全果柑橘利口酒的加工技术研究［J］.食品与发酵工业，2007，33(7):95－98.

［10］张爱民，周天华.食品科学与工程专业实验实习指导用书［M］.北京:北京师范大学出版社，2011:193－196.

［11］GB/T15038－2006.葡萄酒、果酒通用分析方法［S］.

［12］李正涛.树莓果酒发酵工艺研究［J］.安徽农业科学，2010，38(36):20729－20731，20758.

［13］朱宝镛.葡萄酒工业手册［M］.北京:中国轻工业出版社，1995:71.

［14］苟兴华，夏兵兵.枇杷果酒加工工艺的研究进展［J］.食品研究与开发，2009(11):145－147.

［15］钟华锋.水果型木瓜果酒酿造工艺［J］.食品研究与开发，2009(8):114－117.

［16］潘嫣丽.木瓜西番莲复合果酒发酵工艺研究［J］.酿酒，2011，38(4):63－66.

［17］顾国贤.酿造酒工艺学［M］.北京:中国轻工业出版社，1996:379－380.

［18］麻成金，李加兴，付伟昌，等.枇杷果酒酿造工艺研究［J］.食品与机械，2006，22(3):54－56，64.

［19］Nevoijt E，Stahl U.Osmoregulation and glycerol metabolism in the yeast Saccharomyces cerevisiae［J］.FEMS Microbiol Review，1997，21(3):231－241.

［20］翟文俊，岳红.木瓜红枣保健果酒的酿造工艺研究［J］.食品科技，2008(10):48－50.