红稗米酒生产工艺的优化研究

徐海刚，熊 智，沈 晖，彭继宾，范明宣，李浩然，潘 春，唐明瑞

（1.西南林业大学生命科学学院，云南昆明 650000；2.贵州轻工职业技术学院轻工化工系，贵州贵阳 550000）

红稗始载于滇南本草，是云南民间习用药，别称山红稗、山高粱、野红米草、野高粱、水高粱、野鸡稗、红米和土稗子[1]。红稗中含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素及矿质元素，作为一种药食兼用的植物，其营养和药用价值均较高。以红稗为原料进行深加工，可开发出新型营养产品，提高红稗产品的经济价值[2]。米酒含有多种对人体机能健康有益的营养成分，如蛋白质、氨基酸、矿物质元素和维生素等，有增强食欲、免疫力等功效[3]。以贵州习水红稗为原料，采用米酒液态发酵法，可得到一款出酒率较高、风味协调、营养物质含量高的米酒。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：红稗（贵州习水，市售）；糖化发酵剂（笑仙甜酒曲Q303、屈氏甜酒曲甜味型、安琪甜酒曲甜味型、尚川甜酒曲，市售）；纯净水；过滤纱布。

试剂：硫酸铜、次甲基蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾、浓硫酸（以上使用试剂均为分析纯），葡萄糖标准品。

仪器设备：SPX-250BIII 培养箱、WK2102 美的电磁炉、X-04 蒸锅、JY3002 电子天平、F80-A20GA3 万分之一分析天平、ZNHW 电热套、蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精计。

1.2 实验方法

1.2.1 实验流程红稗→清洗→浸泡→蒸煮→摊晾→拌曲→入缸糖化→投水发酵→过滤、澄清→成品

1.2.2 操作要点

红稗清洗：选用新鲜、颗粒饱满无霉变的红稗米，用清水淘洗并除去杂物。

浸泡：使红稗米中的淀粉充分吸水膨胀，疏松淀粉颗粒之间连接，便于蒸煮糊化。

蒸煮：要求蒸煮后的红稗米外硬内软、疏松不糊且均匀一致。

摊晾：采用自然摊晾方法自然降温至30～45 ℃，进行拌曲。

拌曲：适量加入甜酒曲并充分拌匀，装入发酵瓶中，不超过总量三分之二。

发酵、糖化：在温度26～34 ℃条件下进行恒温发酵。第1 天为糖化过程，糖化结束后添加适量纯净水进行发酵，并注意避免杂菌污染。

过滤、澄清：选用纱布过滤掉残余酒糟，得到澄清酒液。

1.2.3 理化指标检测

总酸的测定：参照GB/T 13662—2018 黄酒（总酸滴定法）[4]。

总糖的测定：参照GB/T1 3662—2018 黄酒（亚铁氰化钾滴定法）。

酒精度：参照GB 5009.225—2016《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》酒精计法[5]测定酒精度。

出酒率测定：出酒率=(酒醪总量×酒醪酒精度)/原料总量×100%[6]

1.2.4 感官评价

参照NY/T 1885—2017《绿色食品 米酒》[7]感官要求，由专业的10 人组成评分小组，依次对米酒的外观形态、香气香味、口味、风格4 个指标进行感官综合评分，感官评分结果取平均值[2]。评价指标及评分值见表1。

表1 红稗米酒感官评价指标

1.2.5 糖化发酵剂对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

分别选取笑仙甜酒曲Q303、屈氏甜酒曲甜味型、安琪甜酒曲甜味型、尚川甜酒曲4 种糖化发酵剂，考察对红稗米酒的出酒率、感官评分综合影响。

1.2.6 红稗米酒生产工艺单因素试验

以产品的出酒率、感官评价为检验指标，分别考察菌种接种量、液料比、发酵时间、发酵温度对红稗发酵米酒产品质量的影响，单因素试验因素水平见表2。

表2 单因素试验因素水平表

1.2.7 响应面优化设计

在单因素试验基础上，选择菌种接种量（A）、液料比（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D）4 个因素进行响应面优化试验，以红稗米酒出酒率（R）为响应指标，确定红稗米酒生产最佳工艺条件，因素及水平如表3所示。

表3 响应面试验因素水平设计表

2 结果与分析

2.1 糖化发酵剂对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

用同种原料、同类酒曲酿造的米酒，其氨基酸总量差异甚小，不同类酒曲发酵酿造的米酒其氨基酸含量相差比较大，且米酒风味差异较大，呈味氨基酸含量比也有明显区别[8]。从图1 试验结果可知，笑仙Q303 甜酒曲发酵出酒率和感官评分均最高，分别为45%、86 分，所得产品香气舒适、口感协调，因此选定笑仙甜酒曲Q303 作为红稗米酒糖化发酵剂。

图1 糖化发酵剂对红稗米酒出酒率和感官品质的影响

2.2 单因素试验结果分析

2.2.1 菌种接种量对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

由图2 可知，随着菌种接种量的增加，红稗米酒的出酒率逐渐增加，在0.5%时达到最高，感官评分86 分，此时的红稗米酒特征明显，米酒口感品质最佳，酒体质地均匀，颜色透彻饱满。菌种添加量为0.6%时，出酒率和感官评分均出现下降趋势，此时酒体颜色过深，酒体浑浊酸涩味加重[9]。所以最适的菌种接种量为0.5%。

图2 菌种接种量对红稗米酒出酒率和感官品质的影响

2.2.2 液料比对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

由图3 可知，加水量较少时，由于葡萄糖含量较高，此时乙醇含量也相对较高，所得成品口味偏甜；随着加水量增多，乙醇占比降低，酒味淡薄，米酒风味不明显；加水量在150%时，出酒率47%，感官得分82 分，米酒口感品质佳，酒体质地均匀。因此选定发酵液料比为150%。

图3 液料比对红稗米酒出酒率和感官品质的影响

2.2.3 发酵时间对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

由图4 可见，产品的出酒率随着时间的增加逐渐提高，在7 d 时达到最大值为47 %，之后趋于稳定。产品的感官评分在发酵5～7 d 呈上升趋势，第7 天时达到最高点为87 分，之后逐渐降低。在发酵前期，随着时间的增加，产品中的酒精含量逐渐提高，导致出酒率也随之提高，继续延长发酵时间，产品中的苦涩味加重，酒味的刺激感变得更强，因此选定发酵时间为7 d。

图4 发酵时间对红稗米酒出酒率和感官品质的影响

2.2.4 发酵温度对红稗米酒出酒率、感官品质的影响

由图5 可知，温度为26 ℃时，由于葡萄糖含量较高，乙醇含量较低，感官品评时甜味明显，酒味很淡，出酒率较低；在温度28 ℃时，红稗米酒的出酒率和感官均达到最高，出酒率45 %，感官评分86分，此时葡萄糖含量与乙醇含量较为均衡，米酒香气突出、香味明显、口感适中[10]；在30～34 ℃温度范围内，由于温度过高影响酵母活性，出酒率和感官评分均下降，酒体较淡薄，缺少特色。因此选定发酵温度为28 ℃。

图5 发酵温度对红稗米酒出酒率和感官品质的影响

2.3 响应面优化试验结果分析

2.3.1 响应面实验结果与方差分析

通过Design-Expert8.0.6 软件的分析，得到响应面实验设计结果，如表4 所示。将表4 数据带入Design-Expert8.0.6 软件中，得到方差分析结果[11]，如表5所示。

表4 响应面试验设计结果

表5 出酒率回归方程的方差分析结果

2.3.2 响应面方差及显著性分析结果

建立响应面模型拟合及方差分析，以菌种接种量A、液料比B、发酵时间C、发酵温度D 为考察因素，以出酒率为评价指标，利用Design-Expert 8.0.6软件对实验数据进行统计分析，得到二次多项式回归方程：

对出酒率预测数学模型进行方差统计分析，如表5 所示。F 值的大小是评价各变量对响应值影响程度的重要指标，F 值越大，表明有关模型分量对响应影响贡献度越高。当显著性检验概率P＜0.05时，揭示了该变量对响应值影响显著，具有数理统计意义[12]。由表5 可知，影响出酒率的因素按贡献大小排序为：B＞D＞A＞C，即液料比>发酵温度＞菌种接种量>发酵时间。模型的决定系数R2为0.9673，说明模型拟合优度较高，并且R2adj=0.9345，能够解释实验93.45 %的响应值变化，与预测相关系数R2pred相差不大，表明该模型具备较高预测精准度[13]。综上，上述模型可用于分析和预测最优出酒率。

2.3.3 响应面试验交互作用分析

根据响应面试验设计原理，响应面图的曲面越陡峭，两两因素的交互作用就越明显，相反，响应面图的曲面越平缓，两两因素的交互作用就越不显著。等高线呈圆形表示两因素交互作用不显著，椭圆形或马鞍形则表示两因素交互作用显著[14]。

从图6 可以看出，菌种接种量A 和液料比B 交互作用等高线呈现椭圆形，表明二者交互作用对出酒率影响显著[15]。菌种接种量A 和液料比B 的交互作用对出酒率的影响呈抛物面分布，当菌种接种量A 一定时，随着液料比B 的增加，出酒率先上升后下降，同理，当液料比B不变时，随着菌种接种量A 的提高，出酒率也呈现先增加后减小[16]。仅考虑二者因素作用下的最优组合为：菌种接种量A 为0.47 %～0.53 %，液料比B 为1.4～1.6 水平组合附近。

图6 菌种接种量液料比的交互作用对出酒率的影响

图7所示菌种接种量A和发酵时间C的交互作用等高线呈现近圆形，表明菌种接种量和发酵时间交互作用对出酒率影响不显著[17]，出酒率随菌种接种量A 和发酵时间C 的增加均呈现先增后减变化。菌种接种量A 为0.47 %～0.53 %、发酵时间C为46.8～7.2 d 水平区间时的出酒率最高。

图7 菌种接种量发酵时间的交互作用对出酒率的影响

图8 菌种接种量A 和发酵温度D 交互作用等高线呈现椭圆形，表明二者交互作用对出酒率影响显著[18]。出酒率随菌种接种量和发酵温度的增加呈先增后减变化。当菌种接种量A 为0.47 %～0.53 %，发酵温度D 为27.5～28.5 ℃水平区间时，出酒率较高，应控制该条件从而优化出酒率。

图8 菌种接种量发酵温度的交互作用对出酒率的影响

图9出酒率随液料比B和发酵时间C的增加呈先增后减变化。当液料比B 为1.4～1.6，发酵时间C 为6.8～7.2 d 水平区间时，出酒率较高，应控制该条件从而优化出酒率。

图9 液料比发酵时间的交互作用对出酒率的影响

图10液料比B和发酵温度D交互作用等高线呈现椭圆形,表明二者交互作用对出酒率影响显著[19]。出酒率随液料比B 和发酵温度D 的增加呈先增后减变化。液料比B 为1.4～1.6，发酵温度D 为27.5～28.5 ℃水平区间时，可显著提高出酒率。

图10 液料比发酵温度的交互作用对出酒率的影响

图11 发酵时间C 和发酵温度D 的交互作用可知，出酒率随发酵时间C、发酵温度D 的增加呈先增后减变化，当发酵时间C 为6.7～7.2 d，发酵温度D 为27.5～28.5 ℃水平区间时，出酒率较高，从而提高出酒率。

为进一步准确确定全局最优解，以出酒率最大为优化目标，根据Design-Expert 8.0.6 软件运行结果[20]，在菌种接种量0.512%，液料比1.553，发酵时间6.954 d，发酵温度27.863 ℃时，出酒率预测50.329%。

2.3.4 最优工艺条件试验验证

根据软件预测结果，结合实际工艺设置的可行性，为了验证可靠性，按照上述最佳工艺调整试验实际方案[21]为：菌种接种量0.5%，液料比1.5，发酵时间7 d，发酵温度28 ℃，平行3 次结果显示：平均出酒率为50.36%，平均感官评分为90 分。实际值与预测值相差不大，表明基于该响应面模型分析优化出酒率的方法有效可行。

3 结论

以糖化发酵剂、菌种接种量、液料比、发酵时间、发酵温度对红稗米酒出酒率、感官品质的影响进行优化试验，得到红稗米酒的最佳工艺条件为：糖化发酵剂为笑仙甜酒曲Q303，菌种接种量0.5 %、液料比150 %、发酵时间7 d、发酵温度28 ℃，在此工艺条件下获得的产品出酒率50.36 %，酒精度7.3 %vol，感官评价90 分，总糖含量128.14 mg/mL，总酸含量为1.95 g/L，酒香浓郁、光泽透明、口感协调，符合T/GZSX 017—2020 发酵型米酒理化要求。红稗米酒的研究开发不仅提高了红稗的市场价值，带来一定的经济效益，同时它作为低度型保健酒的定位也迎合了大多数消费者需求，具有一定的市场销售潜力[2]。