马云啸，周文喜，孟晶晶，李 华，王 华

（1.内蒙古民族大学，内蒙古通辽 028043；2.通辽市农牧科学研究所，内蒙古通辽 028000）

黄芪是内蒙古自治区地道药材和常用的中药之一，黄芪的名称来源于《神农本草经》[1]中，是一种非常著名的中药材，在防治糖尿病、保护心肌、调节血压及提高人体免疫力等方面具有良好的疗效[2]。乳清通常是指在奶酪牛奶生产过程中获得的一种天然副产品。乳清蛋白中的氨基酸含量较多，容易被人体所消化吸收，有蛋白质之王的美称[3]。利用乳清的酒精饮品生产工艺简单，设备要求低，附加值高[4]。目前，对于黄芪的研究仅限于中药和保健食品中，或一些简单的复合饮料。以黄芪作为原料的发酵乳清酒还没有问世，采用单因素试验和正交试验，并结合模糊数学感官评估方法，采用乳清粉和黄芪作为原料，对乳清酒的发酵原料进行配比和工艺优化，使其成为乳清酒的主要原因。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄芪，福建安溪祥有味茶叶有限公司提供；乳清粉，河南万邦实业有限公司提供；啤酒酵母，安琪酵母股份有限公司提供；麦芽糖，应杰堂公司提供。

1.2 仪器与设备

H-H26S 型数显恒温水浴锅，苏州威尔公司产品；DH250A 型电热恒温培养箱，北京科伟公司产品；电磁炉，美的公司产品；酒精比重计，威尔仪表公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

乳清粉→复水→巴氏杀菌→加乳糖酶→黄芪粉碾碎至40 目，按1∶5 比例配成汁液加入[5]→调整成分→接种→发酵（适量补充酵母、蔗糖） →过滤→巴氏杀菌→发酵液离心（以转速4 000 r/min 离心15 min） →成品。

1.3.2 操作要点

（1） 乳清汁的制备。按照1∶20（g∶mL） 用水溶解乳清粉，滤去杂质，制成乳清汁，体积分数为20%，增加乳糖酶0.6%，均匀搅拌后在38 ℃条件下酶解3.5 h[6]。

（2） 菌株活化过程。使啤酒酵母与酒酵母按料液比1∶20（g∶mL） 配制，并且添加2.6%蔗糖，放于水浴锅中，于37 ℃条件下活化40 min 直至大量起泡，使酵母活化完成[7-9]。

（3） 发酵。酵母活化完成后，将活化后的酵母种子液加入混合溶液中，搅拌均匀后置于培养箱中，于30 ℃条件下恒温发酵。在发酵的过程中，蔗糖被酵母转化为酒精时，增加的CO2能够使黄芪乳清酒在口腔中被赋予一种强烈而浓郁的刺激感。同时，为确保酒精度达到较高值[10-11]，在发酵过程中适量补充酵母、蔗糖。

1.3.3 单因素试验设计

黄芪汁∶乳清汁按照体积比1 ∶5，接种量1.2%，于30 ℃条件下发酵124 h 后。分别按照黄芪汁∶乳清汁体积比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7）、接种量（0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%）、发酵时间（94，109，124，139，154 h），确定最佳原料体积比、最佳的接种量及最佳的发酵时间。

1.3.4 正交试验设计

在进行单因素试验后，以此为基础设计三因素三水平正交试验，分析原料体积比（A）、样品接种量（B） 和发酵时间（C） 这3 个因素对黄芪乳清酒感官品质的影响。

优化黄芪乳清酒的正交试验因素与水平设计见表1[10-11]。

1.3.5 感官评定方法

傅志丰等人[12]的模糊数学感官评价法优化猕猴桃果糕制作配方中的模糊数学感官评价法，设定黄芪乳清酒感官评价标准，细分为4 个感官品质指标（外观、色泽、香气、滋味），每个指标分为优（P1）、中（P2）、劣（P3） 3 个等级。

黄芪乳清酒的感官评分标准见表2。

表2 黄芪乳清酒的感官评分标准

1.3.6 模糊数学建模

评价对象集是指评定的黄芪乳清酒样品的集合，X={X1，X2，X3，…，X9}，X1～X9分别代表正交试验中的9 组样品。Xj代表，第j 组黄芪乳清酒的综合评价结果，其中j=1，2，3，…，9。评价因素集是指黄芪乳清酒品质影响因素的集合，F={F1，F2，F3，F4}，其中F1、F2、F3、F4分别代表黄芪乳清酒的外观、色泽、香气、滋味。通过将黄芪乳清酒分为3 个等 级。P={P1，P2，P3}，其 中P1、P2、P3分 别 代 表优、中、劣。其中评价等级集是对各因素评价分级的集合。

1.3.7 评价权重

权重反映各因素在感官评定中所处重要性的强弱。按照傅志丰等人[12]的模糊数学感官评价法优化猕猴桃果糕制作配方中采用的“0～4 评判法”，通过运用“0～4 评判法”确定权重的数值。总共有5 名不同年龄段、不同性别的感官评分人员（a、b、c、d、e）被邀请进行评分对试验中的4 项感官因素，将总得分与得分进行比较，再计算出权重系数，表示为W=

1.3.8 矩阵分析感官评分

感官评分人员通过评价标准对9 组样品进行评估，再将结果中优、中、劣的次数除以感官评分人员人数，评价因素这样就可以得到了，随后通过聚集优、中、劣所占比例，建立每个样本的糊矩阵R，再通过公式X=WR 计算得出每个样本的模糊矩阵R，再利用公式X=WR 计算黄芪乳清酒每个样本的综合评价结果。为了更好地评价每个样本的感官品质，分为3 个等级：劣、中、优3 个等级分数（65，80，95 分）[12]，将相应的等级分数乘以综合评价结果的各数值，可通过添加结果获得每个样本的最终模糊感官评分。

1.4 营养组成成分分析

根据国家标准《GB/T 5009.49—2008》[13]中的要求，发酵酒的酒精度数不得高于18°。使用酒精比重计对样品的酒精度数进行检测。参考国标《GB/T 35818—2018》[14]林业生物质原料分析方法——多糖及木质素含量的测定中的苯酚- 硫酸法，对黄芪乳清酒进行多糖的检测。参考徐琳等人[15]在黄芪枸杞复合饮料对总酸采用的酸碱中和滴定法来分析总酸的含量。参考国标《GB/T 20574—2006》[16]中的分光光度比色法对黄芪乳清酒中黄酮含量进行测定。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 确定黄芪汁与乳清汁的最佳体积比

根据固定接种量1.2%，发酵温度30 ℃，发酵时间124 h 的基础上，选择黄芪汁与乳清体积比分别为1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7 进行试验。

影响感官评分和酒精度数的黄芪汁与乳清汁的体积比见图1。

图1 影响感官评分和酒精度数的黄芪汁与乳清汁的体积比

由图1 可知，随着黄芪汁与乳清汁体积比的减小，黄芪乳清酒的感官评分先升高后降低。在黄芪汁与乳清汁的体积比为1∶5 时，根据感官评分标准达到最大值86.5 分，此后随着料液比的升高，酒精度也随之升高，1∶5 之后趋于缓和，浓香蜜口，香味协调。因此，确定黄芪汁与乳清汁体积比为1∶4，1∶5，1∶6 这3 个水平进行正交水平试验。

2.1.2 确定黄芪乳清酒的最佳接种量

在固定原料（黄芪汁∶乳清汁） 的初始体积比为1∶5，发酵温度30 ℃，发酵时间124 h 的基础上，将啤酒酵母按照接种量0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%加入分别进行发酵。

影响感官评分与酒精度的接种量见图2。

图2 影响感官评分与酒精度的接种量

由图2 可知，在原料配比一定的情况下，随着接种量的增加，黄芪乳清酒的感官评分在到接种量为1.0%时，感官评分达到最高为87.1 分；随着剂量的增加，感官评分随之缓慢降低，酒精含量缓慢增加，此时黄芪乳清酒的香味醇厚、芬香淑郁。因此，确定0.8%，1.0%，1.2%为接种量的3 个水平进行正交水平试验。

2.1.3 确定黄芪乳清酒的最佳发酵时间

在固定原料（黄芪汁∶乳清汁） 的初始体积比为1∶5，接种量1.2%，发酵温度30 ℃的基础上，发酵时间分别按94，109，124，139，154 h 进行发酵。

影响感官评分和酒精度的发酵时间见图3。

图3 影响感官评分和酒精度的发酵时间

由图3 可知，在其他条件不变情况下，黄芪乳清酒感官评分受到发酵时间的影响，随发酵时间的延长感官评分不断升高。在发酵时间为139 h 时，根据感官评分标准达到最大值89.9 分，此时黄芪乳清酒光泽协调、酒体醇厚。当发酵时间超过139 h 后，随着发酵时间延长，酒精度不断升高，使黄芪乳清酒口感缺少柔和性，感官评分反而降低。因此，确定发酵时间为124，139，154 h 这3 个水平进行正交水平试验。

2.2 感官评价与模糊数学模型分析

2.2.1 确定评价系数

参考运用傅志丰等人[12]的模糊数学感官评价法优化猕猴桃果糕制作配方中运用的“0～4 评判法”确定不同感官品质在黄芪乳清酒的感官评价中的系数。

黄芪乳清酒感官品质评价因素权重评分见表3。

表3 黄芪乳清酒感官品质评价因素权重评分

由表3 可知，在117 分的总分中，外观、色泽、香气、滋味得分分别为23，23，48，23 分，其中香气得分最高，是关键评价指标，颜色、组织状态和滋味的分数是相同的。经计算得出外观、色泽、香气、滋味的评价权重系数分别为0.2，0.2，0.4，0.2。

2.2.2 构建模糊矩阵

5 名感官品评价师对样品的9 组正交试验产品进行了评估。

黄芪乳清酒感官评价结果见表4。

表4 黄芪乳清酒感官评价结果/分

参考程文龙等人[17]的模糊数学感官评价法优化芦笋果糕加工工艺中的模糊矩阵R（4×3）。设计黄芪乳清酒9 组样品的模糊矩阵R（4×3） 矩阵，4 个行向量（1×3） 分别代表感官品质外观、色泽、香气、滋味4 个维度，以及行向量中的3 个列向量代表此感官品质的优、中、劣3 个评分维度。

以下结果为上述9 组黄芪乳清酒样本的感官评价结果化为矩阵。

2.2.3 感官评价结果分析

X=W·R 为模糊矩阵计算公式，常向量为W=（0.2，0.2，0.4，0.2） 为常向量，由此可知X，以第1 组试验结果为例，计算结果如下：（0.44，0.24，0.32），余下8 组计算结果如下：

黄芪乳清酒样品综合评价结果见表5。

表5 黄芪乳清酒样品综合评价结果

根据黄芪乳清酒的评估等级，劣、中、优3 个等级分别为65，80，95 分，将综合评估结果的值乘以相应的等级分数，每个样本的最终模糊感官评分是通过将结果相加得到的。以样本1 号为例，T1=根据相同的理论可得其余各样品结果。

黄芪乳清酒工艺优化正交试验结果见表6，黄芪乳清酒正交试验的方差分析结果见表7。

表6 黄芪乳清酒工艺优化正交试验结果

表7 黄芪乳清酒正交试验的方差分析结果

由表6 可知，在正交试验的1-9 组中，RA＞RC＞RB通过A、B、C 3 组R 值的比较，可以得出对黄芪乳清酒感官评分的影响因素大小为A＞C＞B。既黄芪汁与乳清汁的配比＞发酵时间＞接种量。其中，黄芪汁与乳清汁的配比对黄芪乳清酒的感官评分影响最大。根据表7 方差分析得知黄芪汁与乳清汁的配比和发酵时间差异显著（0.01＜p＜0.05），都对黄芪乳清酒具有显著影响，黄芪乳清酒的最佳试验方案为A2B1C3，由于该试验方案未出现在9 组样品中，故对此方案进行试验验证，该方案下进行3 组平行试验，其感官评分为94.20 分。该配方下的黄芪乳清酒，晶莹剔透、醇厚绵甜、口感柔和协调。因此确定A2B1C3为最佳的试验方案。即黄芪乳清酒的工艺优化试验中，最佳工艺配方为黄芪汁与乳清液体积比1∶5（V∶V），酵母接种量1.0%，发酵温度30 ℃，发酵时间139 h，此时酒体醇厚，有淡淡的黄芪香味和乳清味，香气协调，酒精度适中。

2.3 营养物质的检测结果

通过对最佳配方的样品进行检测，酒精度为16°，黄芪乳清酒属于低度发酵酒参考国标《GB/T 5009.49—2008》，发酵酒的酒精标准应低于18°产品符合标准。参考徐琳[15]在黄芪枸杞复合饮料中总酸的测定方法来检测总酸的含量为（0.20±0.04） %。参考国标《GB/T 35818—2018》[16]中的苯酚- 硫酸法对黄芪乳清酒进行多糖的检测，得知总糖的含量为（20.20±0.78） %。参考国标《GB/T 20574—2006》中的分光光度比色法对黄芪乳清酒中黄酮含量进行测定，含量为（3.9±0.5） g/L。

3 结论

基于模糊数学感官评价方法优化黄芪乳清酒发酵工艺，得到黄芪乳清酒的最佳发酵工艺为黄芪汁与乳清液体积比1∶5（V∶V），酵母接种量1.0%，发酵温度30 ℃，发酵时间139 h。此工艺下制备的黄芪乳清酒拥有协调的光泽、醇厚的酒体、协调的香气、平衡的口感和适度的酒精。通过对最佳工艺下发酵黄芪乳清酒进行的检测，各项指标均符合国家标准是非常具有营养价值和潜力的发酵乳清酒。