宣木瓜糯米酒发酵工艺优化

吴芳芳,彭　博,宫　号,吴彩娥,*,范龚健,李婷婷

(1.南京林业大学林学院,江苏南京 210037;2.南京林业大学轻工科学与工程学院,江苏南京 210037)



宣木瓜糯米酒发酵工艺优化

吴芳芳1,2,彭博2,宫号2,吴彩娥1,2,*,范龚健2,李婷婷2

(1.南京林业大学林学院,江苏南京 210037;2.南京林业大学轻工科学与工程学院,江苏南京 210037)

本研究以宣木瓜和糯米为主要原料,采用补料发酵工艺酿造宣木瓜糯米酒。筛选合适的酒曲和酵母,在此基础上设计Box-Behnken实验优化宣木瓜糯米酒发酵工艺条件,考察发酵温度、酵母添加量和初始pH对宣木瓜糯米酒酒精度和出酒率的影响。结果表明,酒曲3号适用于糯米糖化,获得的还原糖含量和糖化酶活力较高;酵母2号适用于宣木瓜糯米酒的发酵,其出酒率达到32.8%。经响应面实验优化得到的宣木瓜糯米酒最适发酵条件为:发酵温度17.9 ℃,发酵pH为4.50,酵母添加量为0.22 g/kg,在此条件下宣木瓜糯米酒酒精度为19.6%vol,出酒率可达45.3%。

宣木瓜糯米酒,发酵工艺,优化

宣木瓜,学名为贴梗海棠,属蔷薇科木瓜属植物,主要产于安徽、四川、湖北和云南等地,其中以安徽省宣城市新田镇宣木瓜最为有名[1]。宣木瓜因其富含齐墩果酸、熊果酸等活性成分而被广泛研究[2]。国内对宣木瓜的加工利用也有较多报道,冯丽丽等人[3]通过实验宣木瓜和鲜牛乳的比例配方,摸索出宣木瓜酸奶的生产工艺,得到口感纯正和风味独特的功能性饮品;汪雪丽等人[4]以宣木瓜干为原料,经过酒精发酵和醋酸发酵生产出果香突出,口味柔和协调的宣木瓜果醋。目前还未见宣木瓜糯米酒的研究报道。本文以宣木瓜和糯米为主要原料,采用补料发酵工艺酿造宣木瓜糯米酒,筛选合适的酒曲和酵母,优化发酵工艺条件,为宣木瓜的开发利用提供新的途径。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

宣木瓜产于安徽宣城,购自广德县宣木瓜农庄;糯米苏垦糯米香糯米,江苏省农垦米业集团有限公司;酒曲1号安琪甜酒曲,安琪酵母股份有限公司;酒曲2号大竹柳百醪糟酒酿甜酒曲,四川省大竹县东柳镇;酒曲3号苏州蜜蜂牌甜酒曲,苏州粮油食品有限公司;酵母1号安琪葡萄酒果酒专用酵母,安琪酵母股份有限公司;酵母2号帝伯仕果酒酵母,烟台帝伯仕贸易有限公司;酵母3号法国进口葡萄酒酵母红酒水果酒专用酵母K1果酒酵母。3,5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、苯酚、偏重亚硫酸钠、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸、柠檬酸纳均为分析纯。

DKZ-2型电热恒温振荡水槽上海精宏实验设备有限公司;GRP-9270型隔水式恒温培养箱上海森信实验仪器有限公司;DS-1高速组织捣碎机上海标本模型厂制造;800B台式离心机上海安亭科学仪器厂制造;UV-2802紫外可见分光光度计美国优尼柯公司。

1.2实验方法

1.2.1宣木瓜糯米酒制作工艺流程

1.2.2酒曲种类的筛选称取1200 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成3份,分别添加3.0 g酒曲1号、酒曲2号、酒曲3号。于28 ℃恒温箱糖化2 d,测定糖化酒醪还原糖含量和糖化酶活力。

1.2.3酒曲添加量的确定称取2000 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成5份,加入1.2.2中的最适酒曲,添加量分别为1.00、3.00、5.00、7.00、9.00 g,拌匀后于28 ℃恒温箱糖化2 d,测定糖化酒醪还原糖含量和糖化酶活力。

1.2.4酵母种类的选择根据1.2.2和1.2.3的结果制备糯米酒醪3份,分别添加1号、2号和3号酵母,添加量为0.4 g/kg,同时按1∶1.5(料水比)补充凉开水,于18 ℃恒温箱发酵2 d,重复糯米糖化过程进行补料后再发酵7 d,测定酒液中还原糖含量、酒精度以及出酒率等指标。

1.2.5宣木瓜糯米酒发酵条件优化在单因素实验基础上,选取发酵温度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作为实验因素,以酒精度和出酒率为衡量指标,采用Box-Behnken实验设计,将各因素按其水平及取值范围进行编码,得因素水平编码表,如表1所示。结合响应面分析法,进行回归方程拟合度检验和显著性检验,建立宣木瓜糯米酒发酵过程的回归模型,根据拟合模型绘制的响应曲面和等高线图,分析各实验因素及交互作用对酒精度和出酒率的影响。

1.2.6宣木瓜与糯米比例的确定根据1.2.5获得最优条件下,将宣木瓜与糯米比例设置为0%、25%、50%、75%、100%,于18 ℃恒温箱发酵2 d,补料后再发酵7 d,测定酒液的酒精度、出酒率,并进行感官评分。

表1　响应面实验因素水平编码表Table 1　Factors and levels of response surface experiments

1.2.7测定指标与方法酒精度测定:蒸馏法[5];还原糖测定:3,5-二硝基水杨酸比色法;酶活力测定:DNS试剂比色法[6],出酒率:定义为每100 g糯米所得酒精的体积百分数。感官品质评价:模糊数学方法[7]。

1.3数据统计分析

使用Excel2010软件对数据进行统计分析并绘制图表,用Design Expert8.0进行响应面分析。

2　结果与分析

2.1糖化酒曲种类的筛选

酒曲的主要功能是糖化发酵,酒曲中的α-淀粉酶首先作用于原料淀粉,再释放糖化酶进一步作用,最终将淀粉尽可能多的转变为酵母可利用的葡萄糖,从而最大限度的将原料转化为产物酒[8-9]。由图1和图2可知,3种酒曲糖化后酒醪还原糖含量和糖化酶的活性有很大的差别。酒曲3号糖化的样品,其还原糖含量和糖化酶活力最高,分别为276.76 g/L和5.93 U。糖化酶活性越高,糖化越彻底[10]，还原糖含量越高,越有利于酒精的形成。因此,结合还原糖含量和糖化酶活力两个数据应选择酒曲3号即苏州蜜蜂牌甜酒曲作为糖化曲。

图1　不同酒曲糖化的样品还原糖含量Fig.1　Influence of rice leaven on reducing sugar content

图2　不同酒曲的糖化酶活力Fig.2　Comparison of glucoamylase activity on different rice leavenes

2.2糖化酒曲添加量的确定

由图3可知,随着酒曲加入量的增加,还原糖含量也在不断发生变化。当酒曲添加量达到17.5 g/kg时,还原糖含量降低。当添加量为7.5 g/kg时,还原糖含量较高,继续增加糖化曲添加量,还原糖含量增加差异不显著(p>0.05)。由图4可以看出,随着酒曲添加量的增加,酶活性逐渐增加,需要产生更多的酶分解淀粉,来得到更多还原糖进行生长繁殖[11]。产酶需要能量,而一部分能量由还原糖提供,所以随着酶活的增加,还原糖含量并未增加。相比于酶活,还原糖的含量对以后的发酵产生酒精有更大的影响作用,综合考虑成本等各因素,最终选择酒曲添加量为7.5 g/kg。

图3　酒曲3号添加量对酒醪还原糖含量影响Fig.3　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on reducing sugar content

图4　酒曲3号添加量对糖化酶活力的影响Fig.4　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on saccharifying enzyme activity

2.3酵母种类的筛选

酵母是影响发酵宣木瓜糯米酒质量的关键因素之一,酵母性状的好坏直接影响酒液的口感和风味[12]。由表2可知,酵母3号的还原糖含量最低为8.4 g/L;酵母2号的酒精度最高为19.3% vol;酵母2号的岀酒率也最高为32.8%。随着酵母的生长繁殖,酵母将还原糖转化成二氧化碳和酒精,所以还原糖的含量相比于发酵前有明显的降低[13]。理论上讲,同一种酵母,其还原糖含量越低,酒精度越高,但由于不同的酵母对还原糖的利用效率不一样,所以本研究应考虑在还原糖消耗较低的情况下,能产生更高酒精度以及更多酒液的酵母。综上,酵母2号的酒精度最高且岀酒率最高,所以选择酵母2号即帝伯仕果酒酵母用于宣木瓜糯米酒的发酵。

表2　酵母种类对宣木瓜糯米酒还原糖、 酒精度、出酒率的影响Table 2　Influence of yeast species on reducing sugar, alcohol content and liquor yield

注:表中不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

2.4宣木瓜糯米酒发酵条件优化

2.4.1Box-Behnken实验设计结果在单因素实验基础上,选取发酵温度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作为实验因素,确定三水平,以酒精度和出酒率为响应值,采用Box-Behnken实验设计,实验方案及结果见表3。

表3　Box-Behnken实验设计及结果Table 3　Results and experimental design of Box-Behnken

2.4.2Box-Behnken实验结果方差分析利用Design expert软件对表3数据进行多元回归拟合,得到响应值Y1(酒精度)对影响宣木瓜糯米酒发酵的关键因素(A、B、C)的二次多项回归模型为:

Y1=17.07-0.80A+1.22B+4.18C-0.80AB+0.65BC-2.96A2-1.61B2-1.71C2

表4　酒精度回归模型方差分析Table 4　Analysis results of alcohol content regression and variance

注:**表示极显著(p<0.01),*表示显著(0.01

表5　出酒率回归模型方差分析Table 5　Analysis results of liquor yield regression and variance

回归方程模型p<0.0001,回归是极显著的;失拟项p=0.6553>0.05,不显著;复相关指数R2为0.9950,表明约有99.50%宣木瓜糯米酒酒精度变化可以用模型解释[14]。各因素对宣木瓜糯米酒酒精度的影响顺序为:初始pH>酵母添加量>发酵温度。发酵温度和酵母添加量的交互作用对宣木瓜糯米酒酒精度的影响显著(p=0.0085<0.01);酵母添加量和初始pH的交互作用对宣木瓜糯米酒酒精度的影响显著(p=0.0204<0.05)。

利用Design expert软件对表3数据进行多元回归拟合,得到响应值Y2(出酒率)对影响宣木瓜糯米酒发酵的关键因素(A、B、C)的二次多项回归模型为:

Y2=40.36-6.13A-0.40B+6.73C-2.73AB+2.50BC-6.25A2-7.89B2-3.73C2

回归方程模型p<0.0001,回归是极显著的;失拟项p=0.7425>0.05,不显著;复相关指数R2为0.9841,表明约有98.4%宣木瓜糯米酒出酒率变化可以用模型解释。各因素对宣木瓜糯米酒出酒率的影响顺序为:初始pH>发酵温度>酵母添加量。发酵温度和酵母添加量的交互作用对宣木瓜糯米酒出酒率的影响显著(p=0.0191<0.05);酵母添加量和初始pH的交互作用对宣木瓜糯米酒出酒率的影响显著(p=0.0270<0.05)。

2.4.3响应面因素的效应分析及优化结果应用Design Expert 8.06软件,对表3中的实验结果进行响应面分析,各因素对宣木瓜糯米酒酒精度的影响如图5、图6所示。

由图5可知,发酵温度和酵母添加量交互作用影响宣木瓜糯米酒的酒精度。初始pH为4.50时,发酵温度一定时,随着酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈现逐渐上升的趋势;酵母添加量一定时,随着发酵温度的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈现先上升再下降的趋势。这表明在本实验的范围内,保持最适温度、提高酵母添加量,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。发酵温度和酵母添加量对宣木瓜糯米酒的酒精度的影响呈抛物线型关系,且均有一个极大值点。从宣木瓜糯米酒的酒精度的变化速率显示,酵母添加量的主效应略大于发酵温度。

图5　发酵温度和酵母添加量对酒精度影响的响应面图Fig.5　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the alcohol content

由图6可知,酵母添加量和pH交互作用影响宣木瓜糯米酒的酒精度。发酵温度为17.9 ℃时,pH一定,随着酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈现先上升再下降的趋势;酵母添加量一定时,随着pH的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈现逐渐上升的趋势。这表明在本实验的范围内,保持最适酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。酵母添加量和pH对宣木瓜糯米酒的酒精度的影响呈抛物线型关系,且均有一个极大值点。从宣木瓜糯米酒的酒精度的变化速率显示,pH的主效应略大于酵母添加量。

图6　酵母添加量和初始pH对酒精度影响的响应面图Fig.6　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the alcohol content

由图7可知,发酵温度和酵母添加量交互作用影响宣木瓜糯米酒的出酒率。初始pH为4.50时,当发酵温度一定,随着酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈现先上升后下降的趋势;酵母添加量一定时,随着发酵温度的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈现逐渐下降的趋势。这表明在本实验的范围内,保持最适酵母添加量、降低发酵温度,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。从宣木瓜糯米酒的出酒率的变化速率显示,发酵温度的主效应略大于酵母添加量。

图7　发酵温度和酵母添加量对出酒率影响的响应面图Fig.7　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the liquor yield

由图8可知,酵母添加量和pH交互作用影响宣木瓜糯米酒的出酒率。温度为17.9 ℃时,pH一定,随着酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈现先上升再下降的趋势;酵母添加量一定时,随着pH的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈现逐渐增加的趋势。这表明在本实验的范围内,保持最适酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。从宣木瓜糯米酒的出酒率的变化速率显示,pH的主效应略大于酵母添加量。

图8　接种量和初始pH对出酒率影响的响应面图Fig.8　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the liquor yield

由软件分析得到宣木瓜糯米酒发酵最优工艺条件为:发酵温度17.9 ℃,初始pH为4.50,酵母添加量为0.22 g/kg,在此条件下宣木瓜糯米酒酒精度为19.6%vol,出酒率可达45.3%。综合考虑实际可操作性,将宣木瓜糯米酒发酵的最优工艺条件修正为:发酵温度18 ℃,初始pH为4.50,酵母添加量为0.20 g/kg。为检验实验结果的可靠性,采用上述优化发酵工艺条件进行宣木瓜糯米酒发酵实验,3 组平行实验的结果酒精度分别为18.9%vol;19.5%vol;19.8%vol,平均值为19.4%vol,与理论预测值仅相差1.0%,因此,采用响应面分析法优化得到的宣木瓜糯米酒发酵工艺条件参数准确可靠,具有一定的实用价值。

3　结论

糖化是宣木瓜糯米酒制作的基础阶段。还原糖含量越高能给发酵过程中的酵母提供更多的营养物质,有利于产酒精,糖化酶活性越高,糖化越彻底[10]。本研究结合还原糖含量和糖化酶活力两个数据选择苏州蜜蜂牌甜酒曲为最佳糖化曲。酒曲添加量对糖化结果也有很大的影响,当添加量为7.5 g/kg时,还原糖含量较高且显著性较好(p<0.05)。

发酵是整个宣木瓜糯米酒生产工艺的核心,帝伯仕果酒酵母在还原糖消耗较低的情况下,能产生更高酒精度以及更多酒液的酵母,其酒精度为19.3%vol,出酒率为32.8%。采用Box-Behnken实验设计,通过响应面对因素的效应分析及优化结果得到发酵阶段最佳工艺条件:发酵温度18 ℃,初始pH为4.50,酵母添加量为0.20 g/kg。

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Optimization of fermentation process ofChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine

WU Fang-fang1,2,PENG Bo2,GONG Hao2,WU Cai-e1,2,*,FAN Gong-jian2,LI Ting-ting2

(1.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.College of Light Industry Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Chaenomelessinensisglutinous rice wine was brewed by fed-fermentation usingChaenomelessinensisand glutinous rice as raw materials. The optimal koji and yeast were prepared by screening. Based on this, the fermentation process ofChaenomelessinensisglutinous rice wine was optimized by Box-Behnen. The effects of temperature,additive amount of yeast and initial pH on alcoholic strength and distillation yield were determined. The results showed that koji 3 was suitable for glutinous rice saccharification,and the higher contents of reducing sugar and saccharifying enzyme can be obtained. Yeast 2 was suitable for the fermentation ofChaenomelessinensisglutinous rice wine,and the alcoholic strength reached 32.8%. The fermentation conditions ofChaenomelessinensisglutinous rice wine were as follows:fermentation temperature:17.9 ℃,initial pH:4.50,yeast dosage:0.22 g/kg. Under this condition,the alcohol arrived at 19.6%vol and the liquor yield was up to 45.3%.

ChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine;fermentation process;optimization

2015-04-13

吴芳芳(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：森林可食用资源加工与利用，E-mail:675658596@qq.com。

吴彩娥(1963-)，女，博士，教授，主要从事森林可食用资源加工与利用研究，E-mail:wucaie@njfu.edu.cn。

国家级大学生实践创新训练计划项目(编号201410298094X)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

TS262.4

B

1002-0306(2016)05-0227-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.036