百合多粮白酒半固态法酿造工艺及风味研究

游湘淘 余 佶 张 敏 张 斌 麻成金,

(1. 吉首大学林产化工工程湖南省重点实验室，湖南 张家界 427000；2. 食药两用资源研究与高值化利用湖南省重点实验室, 湖南 吉首 416000;3. 吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000)

百合(Liliumbrowniivar.viridulumBaker)为百合科植物卷丹的干燥肉质鳞叶，是中国卫健委首批通过的药食两用植物。百合富含淀粉、蛋白质、矿物质等营养成分[1]，还含有生物碱、黄酮类、多酚、皂苷等活性成分[2]，具有较高的保健功能价值；其淀粉含量在70%以上[3]，且保留百合大部分原本的生物活性成分，具有抗氧化、降血糖、消炎等功效[4]，可以添加至其他产品中提高产品附加值。目前，百合发酵类产品的研究已有百合发酵醋[5]、百合发酵酒[6]、百合酵素[7]、百合发酵乳[8]等。

中国白酒历史悠远，生产技术与产品风格的独特性，在国内外都享盛誉[9]。中国白酒常用的酿造方法主要有固态法、半固态法、液态法等，其中半固态法酿造技术也即固液结合法酿酒技术，由于生产周期较短、产量大，加工成本低，受到白酒生产企业的青睐。目前，高粱、玉米、大米、小麦等为白酒常用酿造原料，以单一粮食或多粮混合的原料形式进行发酵是主要传统酿酒方法[10]，近年来，多粮混合酿造白酒相关研究逐渐增多[11-15]，但未见以百合为原料的多粮白酒研究报道。

研究拟以百合、高粱为主要原料，辅以大米和玉米，小曲为糖化发酵剂，采用半固态法酿造百合多粮白酒，应用正交试验和响应面法优化酿造工艺参数，并分析其风味物质成分，旨在为百合相关深加工产品的研发应用提供实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

百合干片：湖南省龙山县百合基地；

红高粱、大米、玉米：吉首市农贸市场；

小曲、白酒曲：湖北安琪酵母股份有限公司；

硫酸、盐酸、冰乙酸、氢氧化钠、无水乙醇、硫酸铜、乙酸锌、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾、亚甲蓝、酚酞等均为国产分析纯。

1.1.2 主要仪器设备

恒温水浴锅：HH-S2X型，金坛市成辉仪器厂；

组合式震荡培养箱：QH2-123A型，常州市国旺仪器有限公司；

蒸煮锅：CFXB型，广东红三角电器实业有限公司；

电子天平：FA2004型，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；

电热鼓风干燥箱：101-0/1/2型，北京中兴伟业仪器有限公司；

气相色谱—质谱联用仪：7890A-5975C型，美国Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

原料(百合、高粱、大米、玉米)→原料预处理→润料→预蒸煮→混合蒸煮→摊凉→培菌糖化→补水→酒精发酵→蒸馏→陈酿→勾调→成品

1.2.2 操作要点

(1) 原料预处理：在相关文献[16]的基础上，进行前期预试验，选择原料配方(质量分数；以干重计)为百合25%、高粱35%、大米30%和玉米10%。百合干片破碎至0.2～0.5 cm大小，玉米破碎至0.1～0.2 cm大小，高粱、大米为整粒。

(2) 润料与蒸煮：按原料配方称取原料，60 ℃热水浸泡高粱12 h；百合、大米、玉米常温浸泡2 h，至原料充分吸水；清洗1次，沥干、蒸煮；高粱上大汽后蒸煮2 h，泼洒凉水，补充水分，继续蒸煮1 h，然后加入百合、大米、玉米浸泡料混合蒸煮40～50 min，至原料充分熟透，内无生心。

(3) 固态糖化：原料蒸煮完成后迅速冷却至30 ℃，加入小曲进行固态糖化。

(4) 酒精发酵：在糖化完成后，按设定料水比进行补水，加入白酒曲进行酒精发酵。

(5) 蒸馏接酒与陈酿：采取掐头去尾的方法进行酒醅蒸馏接酒，蒸馏前期约50 mL所接酒为酒头，当所接酒酒度低于40%Vol时停止接酒(剩余馏出酒为酒尾)，酒尾可在下次蒸馏接酒时倒入待蒸馏发酵醅中；自然陈酿90 d 以上，勾调后灌装即得成品。

1.2.3 糖化阶段单因素试验设计

(1) 初始含水率：固定糖化温度28 ℃，糖化时间16 h，糖化曲用量0.5%，以不同初始含水率(45%，50%，55%，60%，65%)为变量，以总酸含量及感官评分为评价指标。

(2) 糖化温度：固定初始含水率55%，糖化时间16 h，糖化曲用量0.5%，以不同糖化温度(20，24，28，32，36 ℃)为变量，以总酸含量及感官评分为评价指标。

(3) 糖化时间：固定初始含水率55%，糖化温度28 ℃，糖化曲用量0.5%，以不同糖化时间(12，14，16，18，20 h)为变量，以总酸含量及感官评分为评价指标。

(4) 糖化曲用量：固定初始含水率55%，糖化温度28 ℃，糖化时间16 h，以不同糖化曲用量(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)为变量，以总酸含量及感官评分为评价指标。

1.2.4 糖化阶段正交试验设计 以单因素试验结果为基础，以初始含水量、糖化温度、糖化时间、糖化曲用量为变量因素，感官评分及总酸含量为评价指标进行L9(34)正交试验，优化糖化工艺参数。

1.2.5 酒精发酵阶段单因素试验设计

(1) 发酵温度：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，发酵时间8 d，发酵曲用量1.0%，以不同发酵温度(24，26，28，30，32 ℃)为变量，以总酯含量及酒醅酒精度为评价指标。

(2) 发酵时间：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，发酵温度28 ℃，发酵曲用量1.0%，以不同发酵时间(6，7，8，9，10 d)为变量，以总酯含量及酒醅酒精度为评价指标。

(3) 发酵曲用量：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，发酵温度28 ℃，发酵时间8 d，以发酵曲用量(0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%)为变量，以总酯含量及酒醅酒精度为评价指标。

(4) 料液比：固定发酵温度28 ℃，发酵时间8 d，发酵曲用量1.0%，以料液比[m糖化料∶V水分别为1.0∶1.0，1.0∶1.5，1.0∶2.0，1.0∶2.5，1.0∶3.0，1.0∶3.5 (g/mL)]为变量，以总酯含量及酒醅酒精度为评价指标。

1.2.6 发酵阶段响应面试验设计 在单因素试验基础上，采用固定的料液比，选定发酵温度、发酵时间、发酵曲用量作为考察因子，以酒醅所含酒精度为试验结果评判的响应值，进行Box-Behnken响应面设计试验，得到酒精发酵阶段优化的工艺条件参数。

1.2.7 风味物质GC-MS分析

(1) 样品处理：经蒸馏后的基础酒，调整酒度为60%Vol，直接进样，进样量为1 μL。

(2) GC条件[17-18]：AgilentHP-5MS毛细管色谱柱，升温程序为初始温度45 ℃，以5 ℃/min升至80 ℃，再以8 ℃/min升至230 ℃，维持时间5 min。进样口温度230 ℃，载气为氦气，分流比15∶1。

(3) MS条件[17-18]：电离方式EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四级杆温度140 ℃，质量扫描范围为m/z35～500，采集方式：全扫描模式。定性和定量分析：使用NIST2011数据库对结果进行谱图分析，对检测出的风味物质进行定性分析，各检出组分的相对含量采用峰面积归一化法进行计算。

1.2.8 指标测定方法

(1) 酒精度：按GB/T 5009.225—2016第二法执行。

(2) 总酸(以乙酸计)、总酯(以乙酸乙酯计)：按GB/T 10345—2007执行。

(3) 还原糖测定：按GB 5009.7—2016执行。

(4) 出酒率计算[19]：

(1)

式中：

Y——原料出酒率，%；

s——原酒精度数，%Vol；

V——原酒精体积，mL；

M——原粮质量，g；

50——以酒精度50%Vol计。

1.2.9 糖化料感官品评标准 百合多粮白酒采用先糖化后发酵方式进行酿造，参照GB/T 33404—2016及GB/T 33405—2016建立糖化料感官品评标准(表1)。参加评定人员为10名(5男、5女)经过白酒品评训练的食品科学与工程专业大四学生，均有参加中国大学生品酒大赛的经验。采取打分制原则进行感官品评，满分为100分。

1.2.10 白酒感官定量描述分析 参照GB/T 33404—2016白酒感官定量描述分析方法，采用白酒风味轮定性产品特征，采用数字标度定量特征强度或滞留度。通过九点标度对白酒进行香气及口味口感分析，并建立香气特征柱形图和口味口感特征剖面图。

表1 百合多粮白酒糖化料感官品评标准

1.2.11 数据处理 所有试验均重测3次，数据用平均值表示，运用Excel 2007、Origin 9.0 以及Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行绘图以及统计处理。

2 结果与分析

2.1 糖化工艺优化

在单因素试验基础上，选择初始含水率55%，糖化温度28 ℃，糖化时间18 h，糖化曲用量0.6%进行糖化阶段正交试验，各因素水平取值见表2，正交试验设计及结果见表3。

由表3可知，4个因素对感官得分影响效果依次为a>b>c>d，c项的影响最小，优化组合为a2b2c2d2；4个因素对总酸含量影响效果依次为a>b>c>d，d项的影响最小，优化组合为a2b2c1d1。感官评分更能全面地衡量糖化效果，因此，综合考虑选择a2b2c1d2，即初始含水量55%，糖化温度28 ℃，糖化时间16 h，糖化曲用量0.6%。对最优工艺条件进行3组验证实验，感官得分平均为84.72分，总酸含量0.32 g/L，还原糖含量为4.87 g/100 g。

2.2 发酵工艺优化

2.2.1 单因素试验 发酵阶段发酵温度、发酵时间、发酵曲用量、料液比等因素对酒精度及总酯影响的单因素试验结果见图1。

由图1可知，在酿造用水添加量与原料比值(m糖化料∶V水)为1∶2 (g/mL)时，酒精度与总酯均为最高，继续增加酿造用水酒精度出现下降；发酵温度为28 ℃时，酒精度达到最高，发酵温度过低时，菌种生产缓慢，发酵不完全，不利于产酒，酒精度较低；当发酵温度过高时，菌种生长旺盛，会造成发酵速度过快，并产生大量气泡，因此发酵结束早，不利于产酯增香，因此选择发酵温度为28 ℃进行后续试验；发酵时间的控制对酒的酿造有很大影响，随发酵的进行，前期产酒速度较快，发酵后期酒精浓度过高，对菌种的生长存在一定的抑制作用，因此呈先增加后平缓的趋势。发酵曲用量过低会导致发酵不完全，酒精浓度较低，用量过高时，则会消耗过多底物，同样不利于产酒，选择发酵曲用量1.2%进行后续试验。

表2 正交设计因素水平表

表3 正交试验结果及直观分析表

图1 发酵温度、发酵时间、发酵曲用量和料液比对百合多粮白酒酒精度及总酯的影响Figure 1 Effects of fermentation temperature, fermentation time, fermentation Jiuqu dosage and different ratio of material to water on alcohol content and total ester of lily multi-grain liquor

2.2.2 响应面试验设计及结果 在单因素试验结果基础上，固定料液比(m糖化料∶V水)为1∶2 (g/mL)，以发酵温度、发酵时间、发酵曲用量为变量因素，酒醅所含酒精度为响应值，进行Box-Behnken响应面试验。因素及水平表见表4，试验设计及结果见表5。

2.2.3 模型建立及显著性检验 Box-Behnken响应面试验结果方差分析见表6。采用Design Expert软件对试验数据进行多元回归拟合，得回归方程：

Y=14.39+0.19A+0.064B+0.32C+0.37AB+0.35AC+0.22BC-1.31A2-1.58B2-0.41C2。

表4 响应面试验因素及编码水平设计表

表5 响应面试验设计与结果

(2)

2.2.4 响应面分析及最优条件的确定 3个因素交互项AB、AC、BC交互效应的响应面图及等高线图见图2。3个因素之间均存在一定的交互作用，且影响显著。图3(a)和图3(b)显示发酵曲用量为0水平时，随着发酵温度从26 ℃升至30 ℃，发酵时间从8 d延长至10 d，酒精含量先增加后下降。图3(c)及图3(d)显示，随发酵温度和发酵用曲量的升高，在发酵曲用量和发酵温度的交互作用中，发酵温度对产酒的影响更为明显，可能原因是适宜的温度有力于菌种的生长代谢。图3(e)和图3(f)响应面图存在一定的曲面，表明发酵时间与发酵用曲量存在交互作用。

表6 回归方程方差分析表†

图2 酒精发酵阶段三因素交互作用等高线图及响应面图Figure 2 Contour map and response surface map of three factors interaction in alcohol fermentation stage

采用Design-Expert 8.0.6 软件优化，得到百合多粮白酒发酵的优化工艺条件参数为：发酵温度28.29 ℃，发酵时间9.07 d、发酵曲用量1.39%。从实际操作出发，调整工艺参数为发酵温度28 ℃，发酵时间9 d，发酵曲用量1.4%。以优化条件开展验证实验，测得酒醅所含酒精度的平均值为14.15%Vol，与模型的预测值14.48%Vol相比较误差为2.28%，表明该模型可较好地预测发酵阶段工艺条件参数与响应值酒精度之间的关系。

2.3 百合多粮白酒风味物质分析

2.3.1 百合多粮白酒总酸和总酯含量 按上述工艺条件酿造的百合多粮白酒(新酒)。经蒸馏后，出酒率为(43.57±0.58)%(以酒精度50%Vol计)；经测定，总酸含量(0.61±0.28) g/L，总酯含量(2.83±0.64) g/L。

2.3.2 百合多粮白酒基础酒微量成分GC-MS分析 从GC-MS直接进样及NIST数据库鉴定结果(表7)和物质保留指数分析可知，鉴定出百合多粮白酒中32种主要风味物质，主要包括醇类、醛类、酸类、酯类4大类风味物质。由表7可知，在微量成分含量上，酯类>醇类>酸类>醛类，其中酯类相对含量为46.33%，乙酸乙酯为主体成分，乙酸乙酯主要呈水果香，带给酒体清香感，使百合多粮白酒具有清香型白酒的基本风格特征。醇类化合物相对含量为37.16%，主体成分为异丁醇和异戊醇；酸类物质相对含量为5.69%，主体成分为乙酸；醛类物质相对含量为5.68%，主体成分为乙缩醛。酯类物质是酒体中主要的呈香物质，较高的酯含量赋予酒体浓郁的酒香，乙酸乙酯主要呈水果香，带给酒体清香感，有助于提升酒的品质。高级醇也是白酒重要的呈香、呈味物质，适当的含量能够给予酒体醇甜的口感，而含量过高则容易带给酒体杂醇油气味，应在后续试验中，尽量降低异戊醇含量。

2.3.3 百合多粮白酒感官定量描述分析结果 根据GB/T 33404—2016《白酒感官品评导则》对百合多粮白酒进行香气、口味口感描述分析，结果见图3、图4。由图3、图4可知，百合多粮白酒以发酵香和粮香为主，陈香则需陈酿后才会产生。口感突出甜味，一定的酸感有利于增强酒体的协调感，苦味不明显。口感以纯净度得分最高，持久度有所欠缺，柔和度及协调度略低，新酒经陈酿后将有助于提升柔和度及协调度。

综合感官评语为：无色，无沉淀物和悬浮物，清亮透明；香气自然，较纯正清雅；酒体较柔和、净爽；具有百合多粮的特征风格。

3 结论

试验以半固态法酿造百合多粮白酒为目标，采用单因素试验、正交试验、响应面试验分别优化糖化阶段和发酵阶段工艺条件参数，确定糖化优化条件为物料初始含水量55%、糖化曲用量0.6%、糖化温度28 ℃、糖化时间16 h；发酵条件为料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)、发酵温度28 ℃、发酵时间9 d、发酵曲用量1.4%。经蒸馏后得到一款香气以发酵香和粮香为主，口感绵甜，爽净的基础酒。试验探索利用百合作为主要原料之一酿造多粮白酒，可为百合的精深加工提供新产品，进而拓宽百合综合利用的途径。试验仅以酿造工艺研究为主，未对酿造机理进行深入探讨，可对此进行后续研究。此外，白酒酿造较为复杂，新酿造白酒需陈酿勾调后才能使酒体更加丰满协调，后续需陈酿勾兑后才可得成品。

表7 百合多粮白酒主要风味物质鉴定结果

图3 百合多粮白酒香气特征柱形图Figure 3 Bar chart of aroma characteristics of lily multi-grain liquor

图4 百合多粮白酒口味口感特征剖面图Figure 4 Profile of taste characteristics of lily multi-grain liquor