花椒酒固态发酵工艺研究

董思杨,袁永俊,张 琪,王艳丽,陈海风,豆剑伟,程小雪

(西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039)



花椒酒固态发酵工艺研究

董思杨,袁永俊*,张 琪,王艳丽,陈海风,豆剑伟,程小雪

(西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039)

以柠檬烯含量、芳樟醇含量和感官评分为指标,对花椒酒的固态发酵工艺进行研究,采用正交实验优化了工艺条件,并利用气相色谱-质谱法(GC-MS)进一步对花椒酒的风味成分进行分析鉴定。结果表明:红花椒适于花椒酒酿制,最佳酿造工艺条件为花椒用量0.4%、花椒粉碎度60目、酿造时间9 d,所得花椒酒中柠檬烯和芳樟醇分别为45.4 mg/L和39.8 mg/L,感官评分90分。柠檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉叶油醇、α-松油醇等与乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、异丁醇、异戊醇、乙缩醛等共同构成了花椒酒的典型风味。

花椒酒,固态发酵,柠檬烯,芳樟醇,风味成分

花椒(Zanthoxylumbungeanum)属芸香科花椒属植物的果皮,在我国资源丰富,其种植面积和产量均居世界首位。花椒是食药两用原料,具有杀虫抑菌、保肝健胃、除湿止痛、抗肿瘤、抗氧化、降压等功效[1],同时也因其特殊而强烈的芳香味、持久的辛麻味而被人们作为常用的香辛调味料,享有“八大调味品”之一的美誉。研究发现,花椒的化学成分主要包括挥发油、生物碱、酰胺类物质、香豆素等[2],其中花椒的香味特点主要由挥发油的组成决定,麻味特征则主要由酰胺类物质组成决定,挥发油和酰胺类化合物是反映花椒内在品质的主要指标[3]。

国内外广泛开展了花椒中风味物质的提取、分析、花椒功能等方面的研究[4-9],开发了花椒粉、花椒酱、花椒调味油、花椒复合调味料、花椒油树脂等产品。我国民间有花椒酒的制作方法,是用白酒直接浸提花椒和侧柏叶中的可溶性成分,属露酒的加工方法,通过这种方法制备的花椒酒存在着风味不协调、麻味过于突出的缺陷。而采用发酵的方法制备花椒白酒却未见报道。由于柠檬烯和芳樟醇是花椒中含量最高的挥发性风味物质,因此,本文以柠檬烯、芳樟醇和感官评分为指标,对花椒酒的酿造工艺进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

青花椒、红花椒 四川汉源;高粱 市售;酒曲 彭州市华西酒曲厂;柠檬烯、芳樟醇标准品 成都西亚试剂公司。

QP2010-PLUS气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司产品;GC-2010气相色谱仪 日本岛津公司产品;多功能粉碎机 上海市浦恒信息科技有限公司;SGSP-02电热恒温隔水式培养箱 黄石市恒丰医疗器械有限公司;烤酒装置 实验室自制。

1.2 实验方法

1.2.1 花椒酒的酿造 参照文献[10]的方法,称取500 g的高粱原料,用80～90 ℃热水浸泡(水位高于原料表面20 cm左右)10 h后,纱布过滤。初蒸(20 min)、闷水(10 min)、复蒸(80 min),待粮食开花率达90%左右时,摊凉(粮食温度冷却至40 ℃左右)后,加入0.3%酒曲粉,于30 ℃的恒温培养24 h,加入花椒拌匀后于30 ℃固态密封发酵7 d,最后用实验室自制烤酒装置经固态蒸馏,收集酒精度大于50o(v)的馏分,将酒精度标准化为52°(v),即得花椒白酒。

1.2.2 单因素实验 采用1.2.1的条件酿造花椒酒,固定酿造条件为花椒用量0.6%,整粒添加,发酵7 d,考察不同花椒种类(红花椒和青花椒)对花椒酒酒质的影响;固定反应条件为添加整粒红花椒,发酵7 d,考察不同花椒用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)对花椒酒酒质的影响;固定酿造条件为添加红花椒,添加量0.4%,发酵7 d,考察不同花椒粉碎度(20、40、60、80、100目)对花椒酒酒质的影响;固定酿造条件为添加红花椒,添加量0.4%,粉碎度40目,考察不同酿造时间(7、9、11、13、15 d)对花椒酒酒质的影响。

1.2.3 正交实验 在单因素实验的基础上,以感官评分为评价指标,选用L9(34)正交表对花椒用量、花椒粉碎度、酿造时间进行优化。正交实验的因素水平设置如表1所示。

表1 花椒酒酿造的正交实验因素与水平

1.2.4 分析方法

1.2.4.1 柠檬烯、芳樟醇定量检测 采用气相色谱法[11]。色谱柱:Rtx-1石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:60 ℃,保持1 min,以4 ℃/min升温至120 ℃,保持5 min,然后以5 ℃/min升温至160 ℃,保持2 min;载气(N2)流速1 mL/min,分流比为5∶1,进样口温度为230 ℃,检测器:FID检测器,250 ℃;氢气流速:30 mL/min,空气流速:400 mL/min;直接进样,进样量1 μL。

1.2.4.2 花椒酒成分分析 采用气相色谱-质谱法(GC-MS)[12-14],色谱柱:Rtx-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升温,柱温60 ℃,保持1 min,以8 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,再以8 ℃/min升至230 ℃,保持10 min;载气(He),柱流量1.00 mL/min,进样口温度250 ℃,分流比15∶1,接口温度280 ℃,溶剂延迟时间5 min;用固相微萃取自动进样器萃取样品后直接进样。

质谱条件:EI电子源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,扫描范围35～450 m/z。

定性及定量分析:获取的质谱数据是经标准图库NIST08和NIST05检索,同时结合相关文献采取人工谱图解析,确定花椒酒的各个化学成分,采用峰面积归一化法进行定量分析,分别求得各化学成分在花椒酒中的相对百分含量。

1.2.5 感官评定 参照文献[15],根据花椒酒的特点,感官评定指标设定如表2所示。感官评定由10名具有品评经验的人员组成,各自独立按照色、香、味、格分别评分,最后取加权平均,得样品的最终感官评分。

表2 花椒酒感官评价标准

1.3 数据处理

实验数据均为三次实验数据的平均值,采用Origin 8.5软件作图,SPSS 19.0软件作方差分析。

2 结果与分析

2.1 花椒品种对花椒酒质量的影响

由表3可知,虽然红花椒与青花椒的关键风味化合物种类相同,但各自的含量不同而致红花椒、青花椒呈现不同的风味特点,例如青花椒中月桂烯、桧烯含量较高[16-17]。由表3可知,红花椒酒中柠檬烯、芳樟醇含量均高于青花椒酒,其感官评分高于青花椒酒,因此,选择用红花椒来酿造花椒酒。

表3 花椒品种对花椒酒酒质的影响

2.2 花椒酒发酵条件筛选

2.2.1 花椒用量对花椒酒质量的影响 由图1可知,随着花椒用量的增加,花椒酒中的柠檬烯和芳樟醇含量逐渐增加,花椒酒的感官评分也逐渐增加,当花椒用量0.4%时花椒酒的感官评分最高,此时酒中柠檬烯和芳樟醇的含量分别为42.3 mg/L和31.7 mg/L,之后尽管柠檬烯和芳樟醇含量继续增加,但感官评分逐渐降低,这是由于当花椒用量大于0.4%时,花椒酒中过多的柠檬烯和芳樟醇等掩盖了白酒香味,使得白酒的香味协调性变差,同时由于较多的麻味物质进入花椒酒中导致花椒酒的麻味过重。因此,确定适宜的花椒用量为0.4%。

图1 花椒用量对花椒酒酒质的影响Fig.1 Effects of dosage on quality of Z. bungeanum liquor

2.2.2 花椒粉碎度对花椒酒质量的影响 随着粉碎度的增加,接触表面积增加,有利于花椒中柠檬烯、芳樟醇等有益挥发性风味物质的溶出而赋予花椒酒的典型风格,另一方面在花椒中有益挥发性风味物质溶出的同时,花椒的麻味物质也会较多溶出而影响花椒酒质量,同时溶出的挥发性风味物质如柠檬烯和芳樟醇等在发酵过程中被降解[18-19]也会弱化花椒酒的风格。由图2可知,随着花椒粉碎度的增加,花椒酒中的柠檬烯、芳樟醇含量和感官评分均呈先增加后降低的变化,粉碎度40目时所得花椒酒的感官评分最高,此时酒中柠檬烯和芳樟醇含量分别为45.3 mg/L和38.3 mg/L,之后感官评分、柠檬烯含量和芳樟醇含量均随粉碎度增加而逐渐降低,因此确定花椒适宜的粒度为40目。

图2 花椒粉碎度对花椒酒酒质的影响Fig.2 Effects of granularity on quality of Z. bungeanum liquor

图3 酿造时间对花椒酒酒质的影响Fig.3 Effects of brewing time on quality of Z. bungeanum liquor

2.2.3 酿造时间对花椒酒质量的影响 由图3可知,随着酿造时间的增加,花椒酒的感官评分和其中的柠檬烯、芳樟醇含量均呈先增后降的变化趋势,酿造时间为9 d时,感官评分最高,此时花椒酒中柠檬烯和芳樟醇含量分别为44.8 mg/L和36.6 mg/L,之后感官评分、柠檬烯含量、芳樟醇含量则均随时间逐渐下降,因此确定适宜的发酵时间为9 d。

2.3 花椒酒酿造的正交实验

正交实验结果与方差分析如表4、表5所示。

表4 花椒酒酿造正交实验结果与分析

表5 方差分析结果

注:F0.05(2,6)=5.14,F0.01(2,6)=10.92,**表示影响高度显著。

表6 花椒酒的GC-MS结果

由表4、表5可知,影响花椒酒酿造的因素主次顺序为:花椒用量>酿造时间>花椒粉碎度,其中花椒用量对花椒酒感官评价有显著影响,最佳工艺条件为A2B3C2,即花椒用量为0.4%、花椒粉碎度为60目、酿造时间为9 d。此条件下所得花椒酒的感官评分为90分,高于正交实验中评分最高的组合,此时花椒酒中柠檬烯和芳樟醇的含量分别为45.4 mg/L和39.8 mg/L。

对比图1、图2、图3和正交实验的实验结果可以发现,尽管柠檬烯、芳樟醇含量与花椒酒质量有密切关系,但在一定浓度范围内其对花椒酒质量的影响是有限的,因此花椒中还有其它风味物质在赋予花椒酒特有风格。

2.4 花椒酒化学成分分析

将优化条件下所得的花椒酒通过GC-MS进行分析,实验结果如图4和表6所示。由表6可知,从花椒酒中共鉴定出21种化合物,占总量的84.56%,其中相对含量大于1%的化合物17种,占总量的83.02%;相对含量小于1%的化合物4种,占总量的1.54%。21种化合物中,由高粱原料经微生物发酵而得的化合物有乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、异丁醇、异丙醇、异戊醇、乙缩醛共8种,来源于花椒原料的化合物共有柠檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、萜品醇、桉叶油醇、α-松油醇等13种,少于文献[16]报道的化合物种类,具体原因还有待深入研究。从花椒酒中鉴定出21种化合物的结果可表明，构成花椒酒特有的香、味、格是由来源于花椒原料的柠檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉叶油醇、α-松油醇等，与来源于高粱原料经微生物发酵而得的乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、异丁醇、异丙醇、异戊醇、乙缩醛等共同构成。

图4 花椒酒的总离子流图Fig.4 Total icon current chart of Z. bungeanum liquor

3 结论

红花椒适于花椒酒酿造,酿造过程中各因素对花椒酒品质影响的主次关系为:花椒用量>酿造时间>花椒粉碎度,花椒用量对花椒酒质量具有显著影响,最佳工艺参数为:花椒用量0.4%、花椒粉碎度60目、酿造时间9 d。此条件下所得花椒酒中的感官评分为90分,其中柠檬烯和芳樟醇的含量分别为45.4 mg/L和39.8 mg/L。

从花椒酒中定性了21种风味成分,来源于花椒原料的柠檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉叶油醇、α-松油醇等与来源于高粱原料经微生物发酵所得的乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、异丁醇、异戊醇、乙缩醛等共同赋予了花椒酒特有的香味、口感和风格。

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Research of solid fermentation technology ofZanthoxylumbungeanumliquor

DONG Si-yang,YUAN Yong-jun*,ZHANG Qi,WANG Yan-li, CHEN Hai-feng,DOU Jian-wei,CHENG Xiao-xue

(School of Food and Bioengineering of Xihua University,Chengdu 610039,China)

The content of limonene and linalool,sensory evaluation as indexes,the brew technology ofZanthoxylumbungeanumliquor by solid fermentation was researched and the orthogonal test was designed to optimize the brew technology. The flavor compounds ofZ.bungeanumliquor were further analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). The results indicated that redZ.bungeanumwas suitable for brewingZ.bungeanumliquor,the optimum process conditions wereZ.bungeanumcontent 0.4%,particle size 60-mesh,brewage time 9 days. Under the optimum condition,limonene was 45.4 mg/L,linalool was 39.8 mg/L in theZ.bungeanumliquor,sensory evaluation was 90.Zanthoxylumbungeanumcontributed to limonene,linalool,linalyl acetate,(-)-4-terpineol,cineole,etc and ethanol,1-propanol,tert-butanol,ethyl acetate,2-methyl-1-propanol,acetal,etc were fermented by microorganism. These compounds constituted typical flavor ofZ.bungeanumliquor.

Zanthoxylumbungeanumliquor;solid fermentation;limonene;linalool;flavor compounds

2016-04-11

董思杨(1989-)，男，硕士研究生，研究方向：食品发酵理论及技术，E-mail：nickdxg@163.com。

*通讯作者:袁永俊(1967-)，男，教授，主要从事食品生物技术及发酵工程方面的研究，E-mail：yyja9791@sina.com。

西华大学研究生创新基金(ycjj2015144)。

TS261.4

A

1002-0306(2016)22-0240-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.038