杜康酒发酵副产物黄水料酒的制备及成分分析

李晨晨，古绍彬，吴影，赵丽娜，马金亮

(河南科技大学 食品与生物工程学院，河南 洛阳 471000)

黄水又名黄浆水,是固态发酵法白酒生产过程中主要的副产物之一,含有大量的含氮化合物、还原糖及醇类、醛类、酸类、酯类等香味物质,同时黄水的pH值为3.0～3.5,CODcr 为25 000～40 000 mg/L,BOD值为25 000～40 000 mg/L,远远超过国家允许的排放标准,直接排放将导致严重的环境污染和资源浪费。

传统研究中对发酵过程中产生的黄水通常拌糟回窑进行再次发酵或加拌优质黄泥进行养窖护窖;或加入到蒸酒所用的锅底水中进行串蒸，生产“丢糟黄水酒”[1-3],造成黄水的利用率不高,对于酿酒过程中副产物的相关综合利用研究报道较少。自20世纪90年代,研究者们开始聚焦于白酒发酵副产物黄浆水中的有机酸，将其酯化为酯类物质，酯化液用于串蒸能更好地提高白酒的品质[4]。近年来,对于黄浆水的利用多为新产品的开发方面,张立强等[5]用食用酒精和黄浆水,采用液态发酵法酿制白醋;吴亚楠等[6]采用生物转化、多菌种协同发酵等手段制取黄浆水醋饮;文献[7]以黄水为培养基生产细菌纤维素等。本研究利用先酯化提香后蒸馏制备调香液,并将蒸馏剩余物进行科学降酸、调配制得富含氨基酸和香味物质的新型料酒,为酿造工艺的优化及副产物的综合利用奠定了重要基础。

1 材料与方法

1.1 材料与主要试剂

黄水:洛阳杜康控股有限公司汝阳生产基地;酯化红曲霉:武汉佳成生物制品有限公司;氢氧化钠标准溶液：国药集团化学试剂有限公司；磺基水杨酸(10%)：上海源叶生物科技有限公司;香辛料(香叶、草果、陈皮、花椒、丁香)、鲜姜、鱼肉、料酒和小葱:洛阳大张超市。

1.2 仪器与设备

PH400 pH 计 安莱立思仪器科技(上海)有限公司;RE-52AA旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;TGL-16M高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司;K9840自动凯氏定氮仪 山东欧莱德仪器有限公司;A300全自动氨基酸分析仪 德国曼默博尔公司;TSQ9000气相色谱-三重四级杆串联质谱仪 赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 理化组分含量的测定

总氮含量的测定：凯氏定氮法[8];总酸含量的测定:NaOH 滴定法;pH值的测定:pH 计法;可溶性固形物含量的测定:手持糖度计法[9]。

1.3.2 氨基酸的测定

采用磺基水杨酸法对黄水中游离氨基酸进行样品处理:将样品经0.45 μm 滤膜过滤后于试管中按照样品和磺基水杨酸(10%)的比例为4∶1混合均匀,置于冰箱中2～8 ℃冷藏60 min,冷藏后以转速10 000 r/min离心10 min,取离心后的上清液再以转速12 000 r/min离心5 min,将上清液用样品稀释液稀释5倍,将稀释好的待测液经0.22 μm滤膜过滤后进行上机分析[10-12]。

1.3.3 主要香味物质的测定

采用顶空气相色谱-质谱联用法(HS-GC-MS),顶空进样:加热温度60 ℃,六通阀温度85 ℃,传输线温度110 ℃,间隔1 min,平衡 20 min,加压 0.2 min,排空0.2 min,进样0.5 min,反吹0.2 min;色谱柱:AT.LZP-930白酒分析专用柱(30 m×0.32 mm, 0.1 μm),进样口温度250 ℃,恒流2 mL/min,吹扫流量3 mL/min,分流流量4 mL/min,分流比10∶1;升温程序:初始温度35 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升到100 ℃,以5 ℃/min升到150 ℃,再以10 ℃/min升到200 ℃,保持5 min。MS条件:MS传输线温度230 ℃,离子源温度280 ℃[13-15]。

1.3.4 酯化反应

取静置24 h的黄水上清液150 mL于锥形瓶中,加入酯化红曲霉在摇床上进行酯化反应。通过正交实验确定酯化时间、酯化温度和酯化酶用量分别是120 h、26 ℃和4%。

1.3.5 蒸馏

将酯化液于旋转蒸发仪上进行蒸馏,蒸馏液用于调配蒸馏酒,剩余蒸馏母液用于调味品的制作。以蒸馏母液的酒精浓度达到12%为标准进而确定蒸馏条件是80 ℃蒸馏14 min。

1.3.6 香辛料水提液的制备

香辛料(香叶、草果、陈皮、花椒、丁香)各取5 g于100 mL蒸馏水中,在60 ℃条件下水浴60 min浸提香味物质,然后加入新鲜葱汁、姜汁各5 mL。

1.3.7 料酒制备

不同澄清剂(壳聚糖、硅藻土、明胶、PVP(聚乙烯吡咯烷酮))和果胶酶分别称量5,5,4,2,1 g溶于100 mL蒸馏母液中,统一处理后以吸光度为检测标准;添加碳酸钙进行降酸处理和添加香辛料水提液进行配制料酒。

1.3.8 感官评定

感官评定标准见表1。

表1 黄水料酒感官评定指标Table 1 The sensory evaluation indexes of yellow serofluid cooking wine

除腥实验:取被检肉样20 g,用玻璃棒捣碎,加入70 mL水,移入三角瓶中,加入20%的三氯乙酸10 mL,振摇、沉淀蛋白后再进行过滤,过滤后的滤液即可供测定用,参考高玲等[16]和许龙福等[17]测定三甲胺的方法。

2 结果与分析

2.1 杜康酒发酵黄浆水理化成分分析和主要风味化合物

表2 黄水的理化特征Table 2 The physicochemical properties of yellow serofluid

由表2可知，不同产地、不同香型、不同酒厂所产生的黄浆水理化成分差异极大,经初步分析发现,杜康酒发酵完成的黄水pH 为3.61,符合浓香型白酒黄水的一般特性。可溶性固形物含量较高,达到了12.1 g/dL,是造成黄水液体不清澈的原因,淀粉和还原糖含量分别达到了1.7%和1.5%,使黄水呈现一定的黏稠性,酒精浓度较高为制备料酒提供了良好的基础。

表3 黄水中主要氨基酸及含量Table 3 The main amino acids and their content in yellow serofluid

氨基酸是人体必需的元素之一,由表3可知,杜康酒发酵完成时黄水中主要游离氨基酸有23种,人体必需氨基酸6种,其中缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸的含量分别达到212.14,146.64,231.81 mg/L,为制备富含氨基酸的新型料酒提供了基础。

表4 黄水中主要香味物质及含量Table 4 The main aromatic substances and their content in yellow serofluid

由表4可知,酯类物质是黄水中的主要呈香物质,杜康酒发酵副产物黄水中有7种主要酯类呈香物质,其中乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯的含量分别为7.87,4.89,39.02 mg/dL,表明黄水中呈香物质含量较高,回收利用价值较高。

2.2 黄水的酯化与蒸馏

在1.3.4条件下酯化的黄水酯化液与原黄水的主要香味物质含量总和见图1。

图1 黄水酯化前后主要香味物质Fig.1 The main aromatic substances before and after esterification of yellow serofluid

由图1可知,酯化前主要香味物质含量为82.09 mg/dL,酯化后主要香味物质含量为112.73 mg/dL,较酯化前每升增加了3.064 g,相对提高了37.32%。由表4可知,黄水主要香味物质种类和含量均较高,可进行前期处理后再进行料酒制备,以蒸馏温度80 ℃蒸馏10 min的方式对酯化后的黄水进行主要香味物质的提取。提取部分香味物质作为白酒调香液,酯化后产物经蒸馏每升回收得到84.15 g调香液。

2.3 黄水料酒的制备及主要特征

2.3.1 料酒制备前的澄清与降酸

2.3.1.1 黄水的澄清

由于蒸馏剩余物含有大量氨基酸,还有可溶性固形物等,因此制备料酒前必须采用添加澄清剂的方法进行处理来降低黄水的黏度,以除去其中的可溶性固形物等,使黄水获得良好的品质。本研究使用壳聚糖和硅藻土等5种不同的澄清剂对蒸馏剩余物进行澄清。

图2 5种不同澄清剂对蒸馏剩余物的澄清效果Fig.2 The clarification effect of five different clarifying agents on residues after distillation

由图2可知,壳聚糖、硅藻土和果胶酶对蒸馏剩余物的澄清作用较好,为便于工业生产,选择壳聚糖和硅藻土2种澄清剂合并优化,结果见图3。

图3 不同澄清剂比例对蒸馏剩余物的澄清效果Fig.3 The clarification effect of different clarifying agent ratios on residues after distillation

由图3可知,当壳聚糖与硅藻土的添加比例为4∶1时蒸馏剩余物的吸光度最低,液体清澈透明。

2.3.1.2 黄水的降酸

蒸馏剩余物总酸浓度高达24 g/L,根据SB/T10416-2007《调味料酒》的要求,远高于行业推荐标准。因此,必须采用合适的降酸工艺,目前化学降酸是果酒降酸的主要方法之一,其中碳酸钙降酸是最常用的方法,而且产生的有机酸钙还可作为营养强化剂被人体吸收利用。该实验采用添加不同浓度的碳酸钙对蒸馏剩余物进行处理，结果见图4。

图4 不同碳酸钙添加量的降酸效果Fig.4 The acid reduction effect of different addition amounts of calcium carbonate

由图4可知,碳酸钙的添加量为0.4 g/dL时蒸馏剩余物的总酸浓度为4.6 g/L,符合SB/T 10416-2007《调味料酒》的要求。

2.3.2 料酒的制备及主要特征

对降酸后的蒸馏剩余物添加香辛料水提液等进行调配，制备料酒,正交实验设计见表5,对料酒的添加指标进行优化,结果见表6。

表5 不同香辛料添加量因素水平Table 5 Factors and levels of different addition amounts of spices

表6 不同香辛料添加量对料酒的影响Table 6 The effect of different addition amounts of spices on cooking wine

由表6可知,香辛料水提液的R值最大,表明该因素对指标的影响最大。感官影响因素依次为香辛料水提液> 食盐>糖。最佳添加量为香辛料水提液5 mL/dL,食盐0.3 g/dL,糖1 g/dL。

2.3.3 料酒除腥效果评价

除腥效果是评价料酒品质的一个重要指标,鱼类等动物性原料均有一种“腥臭味”,其主要成分是一种叫三甲胺的挥发性物质,本实验以鱼肉为原材料,市售料酒为对照进行除腥。

图5 不同料酒的除腥效果Fig.5 The deodorization effect of different kinds of cooking wine注：A、B、C、D表示4种市售料酒：A-X花、B-X顺、C-X和、D-X天。

由图5可知,黄水料酒与市售料酒的除腥效果几乎相当，均表现出了较好的除腥效果。

3 结论

本研究在明确杜康酒黄浆水基本组成及理化特征的基础上,通过酯化工艺进行提酯增香,并采用减压蒸馏方式回收获得可用于白酒调制的调香液;对于蒸馏剩余物,基于其组分特点,通过碳酸钙化学降酸形式将其降低至料酒基本水平,然后通过添加由适量的香叶、草果、陈皮、花椒、丁香等组成的复合香辛料水提液,制备出除腥效果良好且富含缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸等氨基酸的料酒。该研究为黄水的高值化利用提供了理论依据和技术支撑。