紫薯糯米酒酿制工艺优化及其品质分析

吴海霞， 马国刚

（ 运城学院 生命科学系 特色农产品加工山西省重点实验室， 山西 运城 044000）

0 引言

紫薯（Ipomoea batatas Poir） 又名紫甘薯， 不仅富含淀粉， 还含有丰富的对人体具有保健功效的硒元素及花青素， 食用价值、 药用价值较高， 是一种纯天然保健食品[1-2]。 由于紫薯特殊的营养组成， 使其成为酿酒的绝佳原料来源之一[3-5]。 糯米富含淀粉，尤以支链淀粉含量为高， 是米酒酿制的主要原料，我国用优质糙糯米酿酒， 已有1 000 年以上的悠久历史， 米酒也已成为农家的日常饮品， 有关糯米酒酿制的研究报道也有很多[6-8]。 紫薯糯米酒即是以紫薯和糯米为主要原料混合发酵而成的低度保健酒[9-11]，其颜色鲜艳、 酒精度低、 醇香可口， 可满足消费者对酒类低度、 营养、 保健的需求， 也与当下人们日益普及的养生意识相契合。 目前， 以紫薯为主要原料 进 行 发 酵 工 艺 探 讨[3，8]和 香 气 成 分 分 析[9-10，12]的 相 关研究报道。 在探讨紫薯糯米酒发酵工艺的基础上，进一步对所得成品酒的品质进行分析， 为紫薯糯米酒的酿制及消费提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、 试剂与设备

原料： 紫薯， 济薯18 号； 糯米（ 江米） ， 苏北粮仓专营店提供。

酒曲1 号： 苏州蜜蜂甜酒曲； 酒曲2 号： 四川大竹醪糟甜酒曲； 酒曲3 号： 安琪甜酒曲；

收稿日期： 2021-06-21

基金项目： 山西省高等学校科技创新项目（2019L0865） ； 运城学院院级科研项目（CY-2020030， CY-2018017） ； 山西省“ 1331” 工程重点学科项目（098-091704） ； 运城学院学科群学科研究项目（XK-2018001， XK-2019034） 。

作者简介： 吴海霞（1980— ） ， 女， 博士， 副教授， 研究方向为杂粮食品开发及植物活性成分。

酵母1 号： 帝伯仕果酒专用酵母； 酵母2 号： 安琪果酒专用酵母； 酵母3 号： 拉曼德EC1118 酵母。

试剂： 硫酸铜、 亚甲基蓝、 酒石酸钾钠、 氢氧化钠、 亚铁氰化钾、 葡萄糖、 盐酸、 无水乙醇、 二氯甲烷、 无水硫酸钠等， 均为分析纯。

仪器与设备： PHS-3C 型酸度计、 TDL6M 型低温高速离心机、 SHP-250 型生化（ 恒温） 培养箱、RE52CS 型旋转蒸发仪、 Agilent7890-5975C GCMS5975C 型气质联用仪等。

1.2 紫薯糯米酒酿制工艺流程

1.3 单因素试验

1.3.1 酒曲的筛选及添加量的确定

糯 米 经 糊 化 后， 分 别 添 加1、 2、 3 号 酒 曲1.25 g/100 g 干米， 于28 ℃恒温箱中糖化48 h， 通过测定酒醪中还原糖的含量， 确定糖化用酒曲； 分别改变酒曲添加量为0.25%， 0.75%， 1.25%， 1.75%，2.25%， 确定合适的酒曲添加量。

1.3.2 米薯配比的确定

分别按米薯配比10∶3， 10∶4， 10∶5 将糯米糖化醪与紫薯糖化醪混合， 添加0.03%的安琪果酒专用酵母， 同时按料液比1∶1 补充凉白开水， 于25 ℃下发酵6 d， 以酒精度及花色苷含量为指标确定米薯配比。

1.3.3 酵母的筛选及添加量的确定

按照米薯配比10∶4 将糯米糖化醪与紫薯糖化醪混合， 分别添加0.03%的1、 2、 3 号酵母， 同1.3.1 操作选择发酵用酵母； 改变安琪果酒专用酵母添加量为0.01%， 0.02%， 0.03%， 0.04%， 0.05%， 同上操作确定合适的酵母添加量[11-12]。

1.3.4 发酵温度及发酵时间的确定

向糖化醪中添加0.04%安琪果酒专用酵母， 分别于18， 21， 24， 27， 30 ℃下发酵6 d， 确定合适的发酵温度； 同上， 添加酵母后于25 ℃下分别发酵4，5， 6， 7， 8 d， 确定发酵时间[11-12]。

1.4 响应面优化试验设计

Box-behnken 试验设计因素与水平设计见表1。

表1 Box-behnken 试验设计因素与水平设计

1.5 紫薯糯米酒感官评定标准

感官评定标准[8]见表2。

表2 感官评定标准

1.6 紫薯糯米酒品质分析指标

分别测定成品酒的酒精度、 还原糖、 总酸、 花色苷等含量[13-14]， 并对其香气成分进行分析。

香气成分分析： 以二氯甲烷为萃取剂， 采用液-液萃取法提取香气物质。 色谱条件： 非极性色谱柱（ HP-5MS） （ 30 m×0.25 mm×0.25 μm） 弹性石英毛细管柱； 溶剂延迟时间4 min， 程序升温50 ℃，保持5 min， 以5 ℃/min 升至200 ℃， 保持15 min，再以10 ℃/min 升至250 ℃， 保持5 min； 进样口250 ℃； 传输线250 ℃； 载气为He， 流速1 mL/min；分流比为50∶1。 质谱条件： 电离方式EI， 70 eV；离子源温度230 ℃， 质量扫描范围50～550 AMU。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 酒曲的筛选及添加量的确定

酒曲的选择见图1， 酒曲添加量的确定见图2。

由图1 可知， 3 种酒曲在相同条件下糖化所得糖化醪中， 以1 号（ 苏州蜜蜂牌甜酒曲） 所含的还原糖含量最高， 糖化效果最好， 其次为3 号（ 安琪甜酒曲） ， 而2 号（ 大竹柳百醪糟酒酿甜酒曲） 所得还原糖含量最低， 糖化较不彻底， 所以选用苏州蜜蜂牌甜酒曲进行前期糖化。 由图2 可知， 酒曲添加量为1.25%时， 还原糖含量最高， 为6.2 g/L， 同时感官评价表明酒曲添加量过多， 所得酒醪的苦涩味较为明显。 因此， 选择酒曲添加量1.25%进行后续试验。

图1 酒曲的选择

图2 酒曲添加量的确定

2.1.2 米薯混合配比的确定

米薯混合配比见图3。

图3 米薯混合配比

紫薯糯米酒最重要的特色之一就是其中含有一定量的花色苷， 增加了酒的保健功效。 紫薯中的花色苷主要为矢车菊色素-3- 葡萄糖和芍药色素-3-葡萄糖， 其性质较不稳定， 在发酵过程中容易被破坏， 为保证成品中花色苷的含量及酒的品质， 紫薯添加量需要适宜。 试验选择10∶3， 10∶4， 10∶5米薯比进行发酵， 并通过测定酒液酒精度和花色苷含量， 选择适宜的米薯比例。 由图3 可知， 随着紫薯占比增加， 酒精度略有降低， 花色苷含量持续上升， 同时结合感官评定， 发现米薯配比为10∶3 时，所得紫薯糯米酒色泽偏淡， 且缺少紫薯香气。 因此，选择米薯配比为10∶4 进行后续试验。

2.1.3 酵母的筛选及添加量的确定

酵母种类的选择见图4， 酵母添加量的确定见图5。

图4 酵母种类的选择

图5 酵母添加量的确定

由图4 可知， 在相同发酵条件下， 2 号酵母（ 安琪果酒专用酵母） 发酵所得米酒的酒精度为11.45%Vol， 较1 号酵母（ 帝伯仕果酒专用酵母） 和3 号酵母（拉曼德EC1118 酵母） 的发酵能力更强， 所以选用安琪果酒专用酵母作为试验发酵剂。 同时， 对酵母添加量进行单因素试验， 由图5 可知， 随着酵母添加量增加酒精度随之升高， 增至0.04%以后趋于平缓， 结合感官评定， 酵母添加量过高酒会出现明显的酵母味。 因此， 确定酵母添加量为0.04%进行后续试验。

2.1.4 发酵温度和发酵时间对酒精度的影响

发酵温度对酒精度的影响见图6， 发酵时间对酒精度的影响见图7。

图6 发酵温度对酒精度的影响

温度对酵母的活力影响较大， 分别于18， 21，24， 27， 30 ℃下进行同步发酵， 由图6 可知， 在18 ℃下所制得的紫薯糯米酒的酒精度低于10%Vol， 24 ℃发酵所得紫薯糯米酒的酒精度最高， 为11.43%Vol，所以选择24 ℃进行后续发酵试验。 结合发酵时间试验结果， 由图7 可知， 在前述所选较佳的发酵条件下， 4～8 d 的发酵时间内， 发酵时间越长， 酒精度越高， 发酵6 d 以后变化趋势减慢， 且发酵时间过长酒体略显浑浊、 光泽较暗。

图7 发酵时间对酒精度的影响

2.2 响应面优化试验结果及分析

2.2.1 试验结果

根据单因素试验结果， 以感官评分为指标， 选择对发酵酒品质影响较大的4 个因素即酒曲添加量、 发酵时间、 发酵温度及米薯配比进行响应面优化试验。

响应面试验结果见表3。

2.2.2 数学建模及显著性分析

利用软件Design Expert.V8.0 对表3 数据进行分析， 得回归方程： 感官评分=87.80-1.00A+0.50B+1.50C+1.17D+3.50AB+1.50AC+1.00AD-2.75BC+1.25BD+0.25CD-0.025A2-7.77B2-1.53C2-1.03D2， 相 关 系 数R2=0.743 2。

采用方差分析对回归模型进行显著性分析（ 表4） ， 可知此模型p 值=0.028 0＜0.050 0， 回型模型具有显著性， 说明此模型能较好地拟合紫薯糯米酒的发酵工艺， 相关系数是0.743 2， 说明回归方程可以较好地描述各个因子和响应值之间的关系。 失拟项p=0.194 5＞0.05， 表明此模型与实际试验拟合较好[15]。

运用所得模型， 得到紫薯糯米酒酿制最优条件为酒曲添加量1.30%， 发酵时间7.18 d， 发酵温度24.91 ℃， 米薯配比10∶4.9， 在此条件下， 模型预测所得紫薯糯米酒的感官评分为89.96 分。 结合实际情况， 将发酵条件调整为酒曲添加量1.30%， 米薯配比10∶5（ 即2∶1） ， 25 ℃下发酵7 d， 在此条件下进行验证试验， 所得紫薯糯米酒品质较好。

方差分析见表4。

表4 方差分析

2.3 紫薯糯米酒品质分析

2.3.1 组成成分测定结果

在最佳工艺条件下酿制紫薯糯米原酒， 并对其中的组成成分进行测定， 结果表明酒精度11.44%Vol， 还原糖含量3.7 g/L， 总酸含量6.0 g/L， 花色苷含量30.26 μg/mL， 其酒体澄清、 颜色紫红， 适口性较好。

2.3.2 香气成分的测定结果及呈香特性分析

根据GC-MS 分析， 得出紫薯糯米酒中各种香气成分的相对含量。

紫薯糯米酒香气成分分析见表5。

由表5 可知， 紫薯糯米酒中主要包含16 种香气成分， 主要为脂肪醇、 脂肪酸、 芳香醇、 脂肪酮、烷烃类等， 其中含量较高的有丙三醇（ 56.01%） 、2,3- 丁 二 醇（ 12.02%） 、 苯 乙 醇（ 7.13%） 、 乙 酸（6.90%） 、 1,3- 丙二醇（3.62%） 、 4- 羟基-2- 丁酮（3.26%）、 3- 羟基-2- 丁酮（2.93%） 等。

表5 紫薯糯米酒香气成分分析

所有香气成分中， 醇类化合物是含量最大的一类物质， 占总成分84.44%， 其主要来源于氨基酸的转化、 发酵及亚麻酸降解物的氧化[15-16]。 其中， 丙三醇相对含量最大， 其次是2,3- 丁二醇， 再次是苯乙醇。 苯乙醇的香味独特， 具有玫瑰香、 紫罗兰香、香料辛辣香、 茉莉香、 回芹香、 丁香味、 果味等多样风味， 是构成紫薯糯米酒主要特征香气的组分。酸类化合物占总成分的7.74%， 仅次于醇类化合物，其产生于脂质β - 氧化的降解脂肪酸合成酶的合成。 此次检出的乙酸和新癸酸， 对紫薯糯米酒香气的整体结构具有重要作用。 其中， 乙酸具有挥发酸味、 醋味、 干酪味、 墨水味、 油脂味等令人不愉快的风味[10]。 相对含量排在第3 位的为酮类化合物， 占总成分6.19%， 其中的3- 羟基-2- 丁酮具有强烈的奶油、 脂肪、 白脱样香气， 有令人愉快的奶香气[15-16]，使得紫薯糯米酒的香气更加饱和。 香气成分中较为特殊的是二甘醇胺， 其相对含量为0.46%， 保留时间最长。 二甘醇胺是一种重要的溶剂和有机原料， 能溶于水， 能溶解芳烃和吸收酸性气体， 主要被用作酸性气体的吸收剂。

3 结论

以酒曲种类、 酒曲添加量、 酵母种类、 发酵温度、 发酵时间和米薯比例进行紫薯糯米酒酿制单因素试验， 并在此基础上以感官评分为响应值， 以酒曲添加量、 发酵时间、 发酵温度和米薯配比为影响因子， 进行响应面优化试验并建立回归模型， 获得紫薯糯米酒酿制的最佳工艺条件。 经分析可知， 发酵温度对紫薯糯米酒品质的影响最显著， 米薯配比和酒曲添加量对紫薯糯米酒品质影响较显著， 交互项中酒曲添加量和发酵时间的影响较显著。 紫薯糯米酒最佳酿制条件为， 添加1.30%苏州蜜蜂牌甜酒曲作为糖化剂进行糯米糖化， 米薯糖化醪2∶1 混合后， 添加0.04%安琪果酒专用酵母于25 ℃下发酵7 d 得成品酒。 在此酿制条件下所得紫薯糯米酒酒精度为11.44%Vol， 还原糖含量为3.7 g/L， 总酸含量为6.0 g/L， 花色苷含量为30.26 μg/mL。

紫薯糯米酒的香气成分中相对含量最高的是醇类化合物， 占总成分的84.44%； 其次是酸类化合物和酮类化合物， 其中以丙三醇、 2,3- 丁二醇、 苯乙醇、 乙酸、 新癸酸和3- 羟基-2- 丁酮为主要香气成分， 所得紫薯糯米酒酒体柔和、 颜色鲜亮， 且具有紫薯特有香味。