陳柏林，汪貴斌，郭起榮，王佳宏, 2，蘇二正, 2，曹福亮*

(1. 南京林業(yè)大學(xué)，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；2南京林業(yè)大學(xué)輕工與食品學(xué)院，食品科學(xué)與工程系, 江蘇 南京 210037)

銀杏(Ginkgobiloba)屬銀杏綱銀杏科銀杏屬植物，系裸子植物。銀杏的種子俗稱白果，白果種仁色綠翡翠、口感軟糯，在亞洲大部分國家既被當(dāng)作食品，也可作為藥材，具有藥食同源的特質(zhì)。白果種仁中淀粉占種子干質(zhì)量的60%～70%，其含量與玉米、小麥中的淀粉含量相近[1]，蛋白質(zhì)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)9%～13%、油脂3%～7%[2]。另外，白果種仁中含有萜內(nèi)酯、黃酮、有機(jī)酸、苯丙素、木脂素糖苷等活性成分[3-4]，使其在抗菌、抗氧化、潤肺、止咳、平喘等方面具有突出效果[5]。

白果種仁中含有大量碳水化合物，可以作為釀酒的原料。有學(xué)者對白果發(fā)酵酒進(jìn)行了探索，針對酶解和發(fā)酵兩個層面做了研究[6]。白果沒有果汁，無法像水果一樣先榨汁再液態(tài)發(fā)酵，且顆粒較大不能簡單復(fù)制糧食的固態(tài)發(fā)酵工藝，因此白果發(fā)酵酒的工藝成為釀制過程中的重要環(huán)節(jié)[7-8]。一些研究者對白果的酶解、糖化和發(fā)酵的工藝進(jìn)行探索和優(yōu)化，采用果酒酵母為發(fā)酵劑，用液態(tài)發(fā)酵法制作白果酒[9-10]。有研究者采用多種原料配伍發(fā)酵的工藝方法，將白果與紅景天(Rhodiolarosea)、枸杞(Lyciumchinense)、黃芪(Astragalusmembranaceus)等藥材共同發(fā)酵，同樣采用果酒酵母為發(fā)酵劑，用液態(tài)發(fā)酵法制作白果酒[11-13]。目前市場上的銀杏酒多為添加了銀杏葉提取物的配制酒，使用白果作為原料釀制酒的產(chǎn)品極少。因此，研究白果酒加工工藝，釀制出能被大眾接受的白果酒是銀杏資源開發(fā)利用的一個重要突破口，不僅豐富了果酒品種，而且能夠幫助解決白果產(chǎn)量過剩的問題。與此同時，白果為藥食同源的食品，其豐富的營養(yǎng)和保健功效能夠提升酒的品質(zhì)，使人們在飲酒的同時也能起到一定的保健功效。

本研究通過采用不同酶制劑酶解白果淀粉，再使用傳統(tǒng)果酒發(fā)酵方法發(fā)酵。通過單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評價法等方法分析白果酒理化指標(biāo)，優(yōu)化白果酒的發(fā)酵工藝，以期能為白果或其他淀粉類原料的發(fā)酵酒生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料‘大佛指’白果采自邳州市國家銀杏良種基地；其他材料有安琪葡萄酒高活性干酵母BV818(安琪酵母股份有限公司)、糖化酶(湖北糖柜食品有限公司)、普魯蘭酶(優(yōu)寶嘉食品旗艦店)、中溫α-淀粉酶(滄州夏盛酶生物技術(shù)有限公司)。

儀器包括SpectraMax i3X多功能酶標(biāo)儀(美國Molecular Devices公司)、S-433D氨基酸自動分析儀(德國SYKAM公司)、LTQ Orbitrap XL液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Thermo Fisher Scientific公司)。

1.2 白果酒發(fā)酵工藝流程

鮮果放置一段時間使其外種皮腐爛脫落，去掉外種皮后，使用鈍器敲開白果殼，去內(nèi)種皮后放入4 ℃冰箱中儲存待用。取白果仁放入沸水中水浴糊化20 min，瀝干后加水打漿。移入錐形瓶中，加入中溫α-淀粉酶和普魯蘭酶，蓋上封口膜放入水浴搖床中60 ℃水浴震蕩酶解1 h。用檸檬酸將酶解液pH調(diào)至4.0，加入糖化酶在75 ℃水浴搖床中持續(xù)糖化1 h。酶解、糖化完成后立即煮沸3 min作滅活處理。加入白砂糖調(diào)糖，加入活化后酵母，用保鮮膜封口，置于28 ℃隔水式恒溫培養(yǎng)箱中靜置發(fā)酵，待發(fā)酵結(jié)束后用3層紗布過濾，得到的澄清白果酒裝入帶蓋玻璃瓶，封口后80 ℃滅菌10 min，冷卻并放入4 ℃冰箱冷藏待用。

主要工藝流程為：新鮮白果→預(yù)處理(去皮、剝殼)→清洗→糊化→加水勻漿→酶解糖化→滅酶活→發(fā)酵→過濾→滅菌。

1.3 單因素優(yōu)化試驗(yàn)

1.3.1 酶解試驗(yàn)設(shè)計(jì)

酶活單位U定義為60 ℃下、1 min內(nèi)轉(zhuǎn)化1 μg底物的酶量。對購買酶制劑的酶活性進(jìn)行檢測，試驗(yàn)測得普魯蘭酶、糖化酶和α-淀粉酶3種酶制劑的酶活分別為：1 390、14 477、9 047 U/mL，響應(yīng)面試驗(yàn)中酶制劑添加量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

普魯蘭酶、糖化酶和α-淀粉酶3種酶制劑添加量的單因素試驗(yàn)中，3種酶各設(shè)定6個添加梯度(體積分?jǐn)?shù)，下同)，分別為：普魯蘭酶0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%(普魯蘭酶活性分別為1.4、2.8、4.2、5.6、7.0、8.4 U/mL)；糖化酶0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%(即糖化酶活性分別為72.4、144.8、217.2、289.6、362.0、434.4 U/mL)；α-淀粉酶0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%(α-淀粉酶活性分別為9.1、18.2、27.3、36.4、45.5、54.6 U/mL)。

1.3.2 酶解液中葡萄糖質(zhì)量濃度和葡萄糖當(dāng)量測定

選取250 mL三角瓶中加入20 g新鮮白果，糊化勻漿后，分別加入20 g白砂糖和100 mL蒸餾水，按照設(shè)定方案加入一種酶制劑，另外兩種酶制劑添加量為0.5%，在轉(zhuǎn)速120 r/min、60 ℃條件下，水浴振蕩60 min，測量酶解液的葡萄糖質(zhì)量濃度和葡萄糖當(dāng)量(DE值)，以研究酶制劑添加量對白果酶解程度的影響。篩選3種酶制劑的合適濃度區(qū)間，并確定響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的水平試驗(yàn)范圍[14-15]。

1.3.3 發(fā)酵條件優(yōu)化條件及結(jié)果測定

發(fā)酵時間、加糖量和料液比3個指標(biāo)的單因素試驗(yàn)中，各項(xiàng)指標(biāo)分別設(shè)定5個水平梯度。發(fā)酵時間：5、6、7、8、9 d；加糖比例(質(zhì)量比，下同)：1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5；料液比(g/mL，下同)：1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10。

選取250 mL三角瓶中加入20 g新鮮白果，糊化勻漿后，分別加入0.5%的普魯蘭酶、糖化酶和α-淀粉酶，按照設(shè)定方案加入蒸餾水和白砂糖后，在轉(zhuǎn)速120 r/min、60 ℃條件下，水浴振蕩60 min，再根據(jù)不同發(fā)酵時間進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。發(fā)酵結(jié)束后測量發(fā)酵液的酒精濃度和感官評價得分，以研究發(fā)酵時間、加糖量、料液比對白果發(fā)酵的影響。篩選3個發(fā)酵條件的最優(yōu)區(qū)間，并確定響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的水平試驗(yàn)范圍。

1.4 響應(yīng)面法優(yōu)化酶解與發(fā)酵工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 響應(yīng)面法優(yōu)化酶解工藝

1.4.2 響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵工藝

根據(jù)單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以感官評價得分作為響應(yīng)值，通過Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中心組合設(shè)計(jì)的原理，以料液比、加糖比例、發(fā)酵時間為響應(yīng)面優(yōu)化考察因子，設(shè)計(jì)3因素3水平試驗(yàn)。各因子水平為料液比1∶4、1∶6、1∶8；加糖比例1∶1、1∶2、1∶3；發(fā)酵時間5、7、9 d。對白果的發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化。

1.5 理化指標(biāo)的測定

酒精度采用密度瓶比重法測定；總酸采用滴定法；還原糖含量采用3,5-二硝基水楊酸顯色法[16]；總糖含量采用滴定法[17-18]；發(fā)酵液DE值(葡萄糖當(dāng)量)用還原糖含量與可溶性固形物比值計(jì)算[19]；游離氨基酸含量采用全自動氨基酸檢測儀分析[20-21]。

1.6 建立模糊數(shù)學(xué)感官評價

感官評價小組由8名進(jìn)行過感官評價學(xué)習(xí)的人員(4名男性，4名女性)組成，于各自獨(dú)立的工作間進(jìn)行評價。果酒的品質(zhì)評價需要綜合考慮多方面的因素，包括香氣、滋味、色澤、適口性4個指標(biāo)，各評價指標(biāo)分為優(yōu)秀、良好、中等、較差4個等級，對應(yīng)的評分區(qū)間為60～100分[22]。綜合感官評定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 綜合感官評定標(biāo)準(zhǔn)

香氣、色澤、滋味、適口性4個指標(biāo)與酒的綜合品質(zhì)相輔相成，為了更合理評價白果酒的綜合品質(zhì)，采用權(quán)重統(tǒng)計(jì)方法，評價各個指標(biāo)影響的大小。具體計(jì)算方式如下：將各指標(biāo)進(jìn)行兩兩之間的對比，若志愿者認(rèn)為該指標(biāo)重要程度更大，則記為1，否則為0，指標(biāo)自身不進(jìn)行比較，相同指標(biāo)比較記1，表示該指標(biāo)是必要的。所有指標(biāo)的權(quán)重之和等于1。各指標(biāo)權(quán)重評價結(jié)果如表2所示。

表2 評價指標(biāo)權(quán)重分布

本試驗(yàn)設(shè)定兩個評定論域：因素集，即感官質(zhì)量指標(biāo)集A= {香氣，滋味，色澤，適口性}；評語集，即感官質(zhì)量評語集B= {優(yōu)秀(B1)，良好(B2)，中等(B3)，較差(B4)}；由各指標(biāo)權(quán)重得分得出權(quán)重域矩陣U=(a1,a2,...,an)，其中a1,a2,...,an[ai∈(0,1)]是各評價指標(biāo)相應(yīng)的隸屬度，且滿足條件a1+a2+ … +an= 1。建立評價系統(tǒng)Y=U×R=(b1,b2,...,bm)過程如下：

不同小寫字母表示DE值差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示葡萄糖質(zhì)量濃度差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference in DE value (P < 0.05), and different capital letters indicate significant difference in glucose content (P<0.05).圖1 α-淀粉酶、普魯蘭酶、糖化酶添加量對白果酶解的影響Fig.1 The influence of α-amylase, pullulanase and glucoamylase on enzymatic hydrolysis of Ginkgo biloba seeds

(1)

式中：R表示每個樣品的等級評分集合矩陣；r為每一指標(biāo)對應(yīng)的等級評分，rij=j(xi) 表示第i個評價隸屬于該項(xiàng)目中的j等級，i=1,2,...,n,j=1,2,...,m。每個樣品的評判結(jié)果向量Y轉(zhuǎn)化為矩陣U和R的乘積。樣品的感官綜合評分H等于評判結(jié)果向量Y乘以各等級對應(yīng)評分，最終得出樣品綜合評分結(jié)果。

柳枝纖細(xì)，迎風(fēng)擺動，如同少女纖細(xì)的腰肢，人們根據(jù)柳樹的這一特性，將柳枝比喻為少女，出現(xiàn)了“柳腰”、“柳眉”等大量的詞匯，文學(xué)作品中也常常用柳來指代女性，其實(shí)這是人們“取象比類”的思維方法在起作用，符合中華民族的修辭認(rèn)知。

根據(jù)表2中權(quán)重得分得到白果酒感官權(quán)重因素U=(0.019,0.308,0.365,0.308)。其中香氣指標(biāo)的權(quán)重因素最低，滋味最高，說明感官評價小組認(rèn)為香氣指標(biāo)對白果酒感官評價的貢獻(xiàn)較低，而滋味最為重要。綜合得分計(jì)算公式為：

(2)

1.7 氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)揮發(fā)性成分分析

香氣萃取方法[23-24]：采用頂空固相微萃取(SPME)。準(zhǔn)確稱取4.0 g樣品于20 mL頂空瓶中。放入60 ℃水浴中平衡10 min，然后插入老化處理的萃取頭(250 ℃下老化30 min)頂空吸附萃取30 min，將萃取頭插入 GC-MS 進(jìn)樣口，解析10 min。

色譜條件：采用 DB-Wax (30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管柱；載氣為高純He(99.999%)，流速 1.000 mL/min；進(jìn)樣口溫度 250 ℃；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?0 ℃，保持 2 min，再以5 ℃/min的速率升至200 ℃，以10 ℃/min的速率升至220 ℃。

質(zhì)譜條件：電子轟擊(EI)離子源，電子能量 70 eV，離子源溫度250 ℃，接口溫度 250 ℃。

1.8 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 23.0、EXCEL 2016、OriginPro 2016對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；利用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行回歸和方差分析；利用質(zhì)譜分析結(jié)果通過檢索與NIST 05提供的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜進(jìn)行定性，用面積歸一法計(jì)算各部分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶添加量對白果酶解程度的影響

通過對3種酶制劑添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。α-淀粉酶添加量為0.1%～0.3%時，酶解后葡萄糖含量顯著上升，α-淀粉酶添加量為0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時葡萄糖含量均無顯著性差異(P<0.05)，說明α-淀粉酶最適添加量為0.3%。葡萄糖當(dāng)量(DE值)在α-淀粉酶添加量為0.1%～0.2%時顯著上升，在0.2%時有最大值41.91%。之后隨添加量增加DE值持續(xù)下降，添加量在0.1%、0.4%、0.5%時DE值無顯著差異(P>0.05)。普魯蘭酶添加量在0.1%～0.2%時，葡萄糖含量和DE值都存在顯著上升，而0.2%至0.4%區(qū)間均呈下降趨勢。糖化酶添加量在1.0%時,葡萄糖含量和DE值均達(dá)到最大，分別為42.21 g/L和69.87%，糖化酶在1.0%～1.5%時葡萄糖含量出現(xiàn)小幅度下降，之后持續(xù)上升，而DE值在添加量達(dá)到1.0%之后，呈下降趨勢。綜合考慮，選擇α-淀粉酶、普魯蘭酶和糖化酶的最適添加量分別為0.2%、0.2%、1.0%，即2、2、10 g/L。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，DE值的標(biāo)準(zhǔn)差比葡萄糖含量更大，說明DE值的變化程度更大。根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)規(guī)則選用DE值(Y1)為響應(yīng)值，利用Design-Expert 8.06軟件進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化分析，得到DE值(Y1)與α-淀粉酶(A1)、普魯蘭酶(B1)、糖化酶(C1)3個因素間的回歸方程：

Y1=78.32+0.52A1-0.25B1-5.11C1-0.11A1B1-0.38A1C1+0.62B1C1-3.62A12-4.24B12-5.15C12，R2=0.944 4。

對響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

由表3可知針對DE值選用二次項(xiàng)模型進(jìn)行回歸擬合，得到的模型P值為0.001 3，說明自變量與響應(yīng)值的線性關(guān)系顯著，可以用該模型進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化分析；失擬項(xiàng)P值為0.23即線性關(guān)系不顯著，說明二次項(xiàng)模型在整個回歸區(qū)域內(nèi)擬合較好，模型擬合成功。

表3 回歸模型的方差分析

結(jié)合圖2交互作用對響應(yīng)值的影響結(jié)果可看出，A1B1和A1C1交互作用更好，說明了α-淀粉酶添加量對酶解液的DE值影響更大。

圖2 白果酶解過程各因素交互作用的響應(yīng)面圖Fig.2 The response surface graph of the interactive effects of enzymolysis process of Ginkgo biloba seeds

2.2 白果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

對白果發(fā)酵階段的發(fā)酵時間、加糖量、料液比進(jìn)行單因素試驗(yàn)，研究結(jié)果如圖3所示。料液比(g/mL)在1∶2～1∶6時，發(fā)酵酒的酒精度上升顯著(P<0.05)，在料液比(g/mL)為1∶6時酒精度和感官評價得分都達(dá)到最高，分別為16.17%和87.52。發(fā)酵第6天到第7天酒精度上升顯著(P<0.05)，在第8天達(dá)到最高值15.67%，發(fā)酵時間7、8 d的酒體酒精度差異不顯著(P>0.05)，表明發(fā)酵時期接近尾聲。感官評價方面，發(fā)酵時間第5～6天期間感官得分上升顯著(P<0.05)，之后的7～9 d差異不顯著(P>0.05)，說明該發(fā)酵階段口感風(fēng)味基本穩(wěn)定。從圖3可以看出加糖量比(g/g)在1∶1～1∶2的時候酒精度和感官得分上升顯著(P<0.05)，但它們在1∶2～1∶5 時均存在顯著下降趨勢(P<0.05)，推測是因?yàn)樵龃笳崽菨舛葘湍府a(chǎn)生了抑制作用，造成酒精含量降低。同時過高的加糖量也對口感風(fēng)味有較大影響。

不同小寫字母表示感官評價得分值差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示酒精度差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference in sensory evaluation score (P<0.05), and different capital letters indicate significant difference in alcohol content (P<0.05).圖3 發(fā)酵時間、加糖量、料液比對白果酒發(fā)酵的影響Fig.3 The effects of solid-liquid ratio, fermentation time and sugar addition on the fermentation of Ginkgo biloba wine

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果考慮，選擇最適條件料液比(g/mL)1∶6、發(fā)酵時間7 d、加糖量比例1∶2進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。利用Design-Expert 8.06軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，方差分析結(jié)果見表4。感官得分(Y2)的響應(yīng)面曲線模型P值為0.000 1，說明自變量與響應(yīng)值的線性關(guān)系顯著，而酒精度(Y3)的模型P值為0.061 1(不顯著)。因此選取感官評價得分進(jìn)行響應(yīng)面分析。優(yōu)化后響應(yīng)值的動態(tài)參數(shù)方程為：

Y2= 88.21 + 0.60A2+ 4.23B2-0.39C2+ 1.20A2B2-0.01A2C2+ 0.39B2C2-3.31A22-3.57B22-1.56C22，R2= 0.973 6；

式中：Y2為感官評價得分，A2為料液比，B2為加糖比例，C2為發(fā)酵時間。

進(jìn)一步對響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

表4 回歸模型的方差分析

圖4 發(fā)酵條件各因素交互作用的響應(yīng)面圖Fig.4 The response surface methodology for the interaction of fermentation conditions

2.3 最優(yōu)白果酒發(fā)酵工藝驗(yàn)證與理化指標(biāo)分析

經(jīng)過對白果酶解和發(fā)酵兩個階段加工工藝的優(yōu)化，得到最佳酶解工藝參數(shù)為：α-淀粉酶添加量0.21%，普魯蘭酶添加量0.19%，糖化酶添加量0.70%;換算成酶活性分別為19.1、2.7 和101.4 U/mL。預(yù)測DE值最高為79.6%。最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為：料液比(g/mL)1∶6.4，加糖比例為1∶2.6，發(fā)酵時間7.91 d。考慮到實(shí)驗(yàn)操作可行性，選取料液比為(g/mL)1∶6.4，加糖比例為1∶2.6，發(fā)酵時間為8 d。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測得酶解液DE值均值為78.1%，預(yù)測值為79.6%，說明該酶解優(yōu)化模型可用于預(yù)測白果酶解后DE值與酶添加量的關(guān)系。發(fā)酵后進(jìn)行酒體理化指標(biāo)檢測和感官評價分析，感官評價得分為87.35，與預(yù)測值89.54的誤差為2.45%，說明該發(fā)酵優(yōu)化模型可用于預(yù)測白果發(fā)酵酒的口感與料液比、加糖量、發(fā)酵時間的關(guān)系。

發(fā)酵后產(chǎn)品理化指標(biāo)檢測結(jié)果表明：白果發(fā)酵酒的還原糖14.9 g/L、總糖16.21 g/L、揮發(fā)酸0.076 g/L、總酸3.24 g/L、酒精度12.7%、干浸出物12.92 g/L、游離氨基酸含量2.18 g/L。根據(jù)農(nóng)業(yè)部制定的綠色果酒標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1508—2017，該工藝制備的白果酒為半甜型?？偹嵘缘陀跇?biāo)準(zhǔn)，原因可能為白果自身酸度較低，并且酒精發(fā)酵溫度低，導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)酸少[25-26]。其他指標(biāo)均符合綠色果酒標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)酵酒整體口感酸甜，顏色呈淺黃色，澄清透明。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)確定了白果酒發(fā)酵工藝。白果酶解階段α-淀粉酶的添加量對酶解液DE值的影響最大，發(fā)酵階段料液比對發(fā)酵后口感影響最大，加糖量次之。優(yōu)化工藝為：酶解階段α-淀粉酶添加量19.1 U/mL，普魯蘭酶添加量2.7 U/mL，糖化酶添加量101.4 U/mL；發(fā)酵階段料液比(g/mL)為1∶6.4，加糖比例為1∶2.6，發(fā)酵時間為8 d。采用優(yōu)化后工藝進(jìn)行加工，得到一種淺黃色澄清透明且營養(yǎng)價值豐富、口感清香的半甜型白果酒，為制備白果發(fā)酵酒提供一定理論依據(jù)。