正交試驗法優(yōu)化水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒工藝及模糊綜合評判模型評價感官質(zhì)量

殷建忠，王 琦，吳少雄，張雪輝，徐 芳，張麗娟，楊解順，解入文

(昆明醫(yī)學(xué)院營養(yǎng)與食品研究所，云南 昆明 650500)

正交試驗法優(yōu)化水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒工藝及模糊綜合評判模型評價感官質(zhì)量

殷建忠，王 琦，吳少雄，張雪輝，徐 芳，張麗娟，楊解順，解入文

(昆明醫(yī)學(xué)院營養(yǎng)與食品研究所，云南 昆明 650500)

以水提紫甘薯色素廢渣為主要原料，經(jīng)發(fā)酵工藝制得發(fā)酵酒，應(yīng)用模糊綜合評判模型評價發(fā)酵酒成品。結(jié)果表明，發(fā)酵溫度、料液比、蔗糖添加量、發(fā)酵時間是影響發(fā)酵酒的關(guān)鍵因素，采用正交試驗L9(34)確定最佳工藝為發(fā)酵溫度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、發(fā)酵時間12d。模糊綜合評判模型評價結(jié)果，9個酒樣的感官質(zhì)量優(yōu)劣順序為6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞8#。模糊綜合評判結(jié)果準(zhǔn)確、科學(xué)。

紫甘薯；廢渣；發(fā)酵酒；模糊綜合評判模型

甘薯是旋花科甘薯屬蔓生草本植物。隨著人們生活水平的提高，甘薯在人們的膳食結(jié)構(gòu)中發(fā)揮越來越大的作用[1-3]。甘薯在我國種植已有400多年的歷史，據(jù)《本草綱目》記載[4]，甘薯“味甘，平，無毒。補(bǔ)虛乏，益氣力，健脾胃，強(qiáng)腎陰，功同薯蕷。”據(jù)日本國立癌癥研究中心對40多種蔬菜進(jìn)行實驗性抑癌實驗，發(fā)現(xiàn)效果最好的首推甘薯，被稱為“抗癌之王”。

紫色甘薯(Ipomoea batatasL.)，薯皮紫黑色，肉紫紅色，富含紫色素、花色素苷、胡蘿卜素、黏液蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)[5-7]。研究表明，紫色甘薯具有極強(qiáng)的抗氧化、去除活性氧、預(yù)防高血壓、改善肝功能、減少基因突變、抑制誘癌物質(zhì)的產(chǎn)生、改善視力等保健作用[8-12]。由于紫甘薯色素價格高，企業(yè)主要用來提取色素。但企業(yè)面臨的難題是提取色素后大量的廢渣無法處理，大多只能以飼料低價出售。如何變廢為寶，提高廢渣利用價值，是值得研究的重要課題。本研究采用水提紫甘薯色素廢渣為主要原料，接種經(jīng)過復(fù)水活化的活性干酵母，控溫發(fā)酵，制成色香味俱佳，風(fēng)味典型突出的發(fā)酵酒。

通常低度發(fā)酵酒的評價采用感官品質(zhì)評價方法，感官指標(biāo)的評定受人為主觀因素和評價標(biāo)準(zhǔn)模糊性的影響，其評定結(jié)果是否客觀公正決定了評定結(jié)果的公正性和可信性[13-15]。為了更好地解決紫甘薯酒評價的準(zhǔn)確性問題，有必要建立科學(xué)合理的評估模型。本研究將模糊綜合評判模型(fuzzy comprehensive evaluation model，F(xiàn)CEM)應(yīng)用在紫甘薯發(fā)酵酒成品評價，以期降低發(fā)酵酒品評中人為因素的影響，探索更好的方法評價發(fā)酵酒質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水提紫甘薯色素廢渣 云南玉溪市太和生物開發(fā)有限公司；白砂糖(蔗糖)、酵母、硅藻土(食品級)市售。

1.2 儀器與設(shè)備

隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱 湖北省黃石市醫(yī)療器械廠；HZS-H型水浴振蕩器 哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；WZS-I型測糖儀 上海光學(xué)儀器廠。

1.3 水提紫甘薯色素廢渣酒釀制方法

1.3.1 工藝流程

水提紫甘薯色素廢渣→切碎→調(diào)整成分→前發(fā)酵→后發(fā)酵→陳釀→貯存→過濾、裝瓶、殺菌→包裝

1.3.2 操作要點

發(fā)酵溫度(A)、料液比(B)、蔗糖添加量(C)、發(fā)酵時間(D)是影響發(fā)酵酒的關(guān)鍵因素，采用正交試驗L9(34)確定最佳工藝，制得1#～9#酒樣。

1.3.2.1 原料選擇與預(yù)處理

挑選無病蟲害、無霉變、色澤紫紅、風(fēng)味良好的水提紫甘薯色素廢渣，切碎，備用。

1.3.2.2 調(diào)整成分

為保證所需酒度生成，需補(bǔ)加糖分，一般每升果汁中含糖17g，可產(chǎn)生體積分?jǐn)?shù)1%乙醇，依照此標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)足缺少的糖量。用白砂糖調(diào)節(jié)發(fā)酵酒糖度達(dá)到18%～20%(白砂糖溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù))，不得超過25%。

1.3.2.3 主發(fā)酵

將干酵母復(fù)水活化進(jìn)行接種?？刂瓢l(fā)酵溫度22～28℃，主發(fā)酵時間10～14d。

1.3.2.4 后發(fā)酵

主發(fā)酵液轉(zhuǎn)入發(fā)酵瓶，酵母重新分布，對殘?zhí)抢^續(xù)利用，發(fā)酵速度較為緩慢，經(jīng)室溫20～25℃發(fā)酵33d后，膠體物質(zhì)、蛋白質(zhì)、酵母細(xì)胞、殘淀粉凝聚下來，后發(fā)酵結(jié)束，分離掉酒腳，原酒送入貯罐。

1.3.2.5 陳釀

用硅藻土過濾，將果酒中懸浮物除去，密閉陳釀，使果酒中的酸醇緩慢酯化，增加果酒的香味，逐漸使諸味協(xié)調(diào)自然，進(jìn)一步澄清，改善其色、香、味。

1.3.2.6 過濾、裝瓶

測定原酒的糖度、酸度、酒度，將貯存一定時間，風(fēng)味無變化的酒液進(jìn)行精濾，然后將果酒裝瓶密封，無菌。

1.4 指標(biāo)測定

總糖測定：采用測糖儀；總酸測定：采用試紙法；酒精度(乙醇的體積百分?jǐn)?shù))測定：采用比重法。

1.5 紫甘薯酒模糊綜合評判

參考相關(guān)文獻(xiàn)[14]，根據(jù)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》和前人研究結(jié)果[13-15]修正酒樣感官評分。由20人組成評判小組(具有相關(guān)專業(yè)背景的碩士研究生14人，本科生6人)，按照修訂的紫甘薯酒感官評分原則(表1)，以紫甘薯的色澤、香氣、滋味和典型性為因素集，以很好、較好、一般、較差和差為評語集，建立4個單因素評價矩陣，構(gòu)建出主因素綜合評判模型。

表1 紫甘薯酒感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards for purple sweet potato wine

2 結(jié)果與分析

2.1 紫甘薯酒最優(yōu)工藝

料液比、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、蔗糖添加量是影響水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒感官品質(zhì)的關(guān)鍵因素，采用正交試驗L9(34)進(jìn)行最佳工藝探討。因素水平見表2，結(jié)果見表3。

表2 工藝條件確定正交試驗因素水平表Table 2 Factors and levels in orthogonal array design

表3 工藝條件確定L9(34)正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Scheme and results of orthogonal array design

由表3極差分析可知，各因素對目標(biāo)值的影響程度為：料液比＝蔗糖添加量＞溫度＞發(fā)酵時間；最佳條件為A2B3C3D2，即發(fā)酵溫度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、發(fā)酵時間12d。B因素和C因素在本試驗中有極顯著差異(P＜0.01)。

2.2 模糊綜合評判

2.2.1 建立評判集

對發(fā)酵得到的紫甘薯酒，分別編號為1#～9#，根據(jù)1.5節(jié)對紫甘薯酒的品質(zhì)要求進(jìn)行模糊綜合評判，建立評判集。

對象集U=(u1,…,ui,…un)=(1#, 2#, 3#, 4#, 5#, 6#, 7#, 8#, 9#)；因素集X=(x1,…,xj,…,xn)=(色澤, 香氣,滋味, 風(fēng)格)；評語集Y=(y1,…,yp,…,yn)=(很好, 較好, 一般, 較差, 差)。根據(jù)酒樣感官評分(表1)，得到權(quán)重：W=(w1,…,wi,…,wn)=(0.10,0.30, 0.40, 0.20)，其中

2.2.2 建立單因素評價矩陣

評判小組對每個因素逐個進(jìn)行評判，統(tǒng)計每個因素的各個評語的人次，每個因素的5個評語共有20人次，然后對每個因素的每個評語的人次進(jìn)行歸一化處理，即則對應(yīng)每一因素xi都對應(yīng)一個模糊評價Rij=(ri1,ri2,…,rin)∈f(Y)，則4個因素就可建立4個單因素模糊評價矩陣，得到9個酒樣的感官評定結(jié)果，見表4。

以1#酒樣為例，可建立色澤、香氣、滋味和風(fēng)格等4個單因素的模糊評價矩陣：R1：A色澤=[0.55 0.45 0.00 0.00 0.00]；A香氣=[0.25 0.60 0.15 0.00 0.00]；A滋味=[0.10 0.60 0.25 0.05 0.00]；A風(fēng)格=[0.30 0.55 0.15 0.00 0.00]。

把上述1#果酒樣品的4個單因素評價結(jié)果可寫成一個評判關(guān)系矩陣，即：

同理，可得到2#～9#號酒樣的模糊評判關(guān)系矩陣，即：

表4 紫甘薯酒感官評定結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results for purple sweet potato wine

2.2.3 線性轉(zhuǎn)換

經(jīng)過模糊線性轉(zhuǎn)換，得到模糊綜合評判矩陣：

B=W×R=(b1,…,bp,…,b5)

其中，模糊算子為M(×⊕)，

經(jīng)計算得：B1=W×R1=(0.10,0.30,0.40,0.20)×

同理：B2=[0.235 0.610 0.155 0.000 0.000]

B3=[0.325 0.600 0.075 0.000 0.000]

B4=[0.355 0.525 0.120 0.000 0.000]

B5=[0.390 0.460 0.150 0.000 0.000]

B6=[0.360 0.535 0.105 0.000 0.000]

B7=[0.285 0.600 0.115 0.000 0.000]

B8=[0.235 0.535 0.145 0.065 0.020]

B9=[0.290 0.525 0.175 0.010 0.000]

2.2.4 模糊綜合總評分

設(shè)定感官特殊性：很好為100分，較好為80分，一般為60分，較差為40分，差為0分，可建立感官特殊性數(shù)集V=[100 80 60 40 0]，則樣品的模糊綜合評判總分為：T=R×V(R為經(jīng)過模糊線性轉(zhuǎn)換，得到的模糊綜合評判)。得到1#酒樣的總分為：

T1=[0.230 0.575 0.175 0.020 0.000]×[100 80 60 40 0]=0.23×100＋0.575×80＋0.175×60＋0.02×40＋0×0=80.3

同理，可得到2#～9#酒樣的模糊綜合評判結(jié)果為：T2=81.6，T3=85，T4=84.7，T5=84.8，T6=85.1，T7=83.4，T8=77.6，T9=81.9。由模糊綜合評判結(jié)果可知，9個酒樣的感官質(zhì)量優(yōu)劣順序為：6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞8#。

2.3 成品質(zhì)量指標(biāo)

感官指標(biāo)：色澤：汁液呈紫紅色；滋味及氣味：味道甘甜，無異味，清香持久。

理化指標(biāo)：水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒，成品含總糖4.6%，總酸pH3.5，酒精度9%。

3 討論與結(jié)論

目前紫甘薯主要用于色素提取，而提取色素后剩余大量紫甘薯廢渣。在產(chǎn)品的研發(fā)中，充分考慮了資源的合理利用，通過研究，確定水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒的最佳條件為發(fā)酵溫度25℃、料液比1:25、蔗糖添加量22%、發(fā)酵時間12d，但更多的影響因素還需進(jìn)一步研究。該產(chǎn)品的開發(fā)，即順應(yīng)酒類產(chǎn)品“優(yōu)質(zhì)、低度、低糧耗、衛(wèi)生、營養(yǎng)”的發(fā)展方向，又符合農(nóng)副產(chǎn)品深加工的國家產(chǎn)業(yè)政策，為促進(jìn)水提紫甘薯色素廢渣的開發(fā)利用提供廣闊的市場前景。

本研究采用正交試驗L9(34)進(jìn)行水提紫甘薯色素廢渣發(fā)酵酒最佳工藝探討。應(yīng)用模糊綜合評判法對紫甘薯酒進(jìn)行評價，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)感官品評普遍采用的加權(quán)平均法、總分法等的缺陷。運(yùn)用此法采用權(quán)重分配方案和乘法算子，綜合考察影響紫甘薯酒品質(zhì)的色澤、香氣、滋味和風(fēng)格等因素，使評判結(jié)果更為準(zhǔn)確和科學(xué)。為紫甘薯酒的評價提供一條新途徑，同時也為其他酒類的評價提供依據(jù)。

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Orthogonal Array Optimization of Wine Fermentation from Purple Sweet Potato Residue after Pigment Extraction and Sensory Evaluation by Fuzzy Comprehensive Evaluation Model

YIN Jian-zhong，WANG Qi，WU Shao-xiong，ZHANG Xue-hui，XU Fang，ZHANG Li-juan，YANG Jie-shun，XIE Ru-wen
(Research Institute of Nutrition and Food Science, Kunming Medical University, Kunming 650500, China)

The residue of purple sweet potato after pigment extraction was used as the main raw material to produce wine. A fuzzy comprehensive evaluation model was adopted to evaluate the sensory quality of the prepared wine product. The results indicated that fermentation temperature, material-to-liquid ratio, sugar addition amount, fermentation time were key factors during the fermentation process of wine. Orthogonal array design was used to determine optimal fermentation processing parameters. The optimal processing parameters were fermentation temperature of 25 ℃, material-to-liquid ratio of 1:25, sugar addition amount of 22%, and fermentation time of 12 days. Fuzzy comprehensive evaluation showed that the sensory quality for 9 kinds of wine was ordered as follows: 6#＞3#＞5#＞4#＞7#＞9#＞2#＞1#＞ 8#. This evaluation method was accurate and scientific.

purple sweet potato；residue；fermentation wine；fuzzy comprehensive evaluation model

TS261.4

A

1002-6630(2011)06-0131-04

2010-08-05

云南省科技廳項目(2008ZC107M)

殷建忠(1970—)，男，副教授，碩士，研究方向為營養(yǎng)與食品科學(xué)。E-mail：yinjianzhong2005@sina.com