山楂红曲米酒的发酵工艺研究

韦全想,吴彬彬,刘露,2*,张晶林,徐瑞

(1.亳州学院 生物与食品工程系 安徽 亳州 236800;2.养生型配制酒亳州市重点实验室,安徽 亳州 236800)

红曲是我国传统微生物发酵产物。早在《天工开物》中已有记载:红曲具有杀菌和抑菌作用,在鱼肉上涂红曲可以延缓它的变质。红曲霉以其卓越的防腐效果;能发酵生产天然红色素[1]、降低胆固醇等作用而备受关注[2]。在食品加工生产中,很多厂家为了减少细菌污染,使用化学制品作为防腐剂来抑制细菌增长[3-4],但随着科学研究的深入,关于防腐剂的危害逐渐被揭示出来。

应用红曲[5]的天然抑菌作用能减少食品在加工和储藏的过程中微生物所带来的污染,它既不会破坏食品的营养成分和风味,也不会降低食品的营养价值和质地[6]。红曲米既可以作为中药,又可以充当食品,是一种在亚洲国家常用的食品着色剂和膳食材料。红曲主要应用于酿酒行业、肉制品、食品、调味品[7]、中药制品等多方面[8]。近几年来,科学家们研究发现,红曲具有降血压、降胆固醇[9]、降血糖、健脑、抗焦虑[10]等功效,因此红曲保健食品已成为国内外的研究热点和广泛关注点[11-12]。

山楂在中国拥有十分悠久的药用和食用历史。中国的传统医学认为山楂拥有散瘀行气、降脂化浊、健胃消食的作用,还能用作于胃腕胀满、高脂血症、肉食积滞、泻痢腹痛、淤血经闭、心腹刺痛、产后瘀阻、疝气疼痛等,是经过卫生部批准的“药食两用”中药。国内外研究表明,从山楂中分离得到的物质达150多种,主要有黄烷酮及其聚合物类、黄酮类、有机酸类[13-14],还有甾体类和三萜类等[15]。

山楂或者红曲米都具有降血脂活性物质,市面上存在山楂酒及红曲米酒,各具风味和保健作用,占有一定的市场份额。现将山楂和红曲米两者结合,以东京根霉曲作为糖化发酵剂,以黄酒的发酵工艺进行发酵,通过响应面法进行酿造工艺参数的优化,开发一款具有降血脂活性的山楂红曲米酒。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红曲米(深圳市泓福有限公司),山楂粉(北京同仁堂(亳州)有限公司),白砂糖(安琪酵母股份有限公司);东京根霉曲(广西博白县英桥综合加工厂),酿酒高活性感酵母(黄酒)(安琪酵母股份有限公司),胰蛋白酶1∶250(合肥博美生物科技有限责任公司),胃蛋白酶1∶3000(合肥博美生物科技有限责任公司);甘氨胆酸钠(合肥博美生物科技有限责任公司),盐酸(太仓沪试试剂有限公司),氢氧化钠(天津市光复科技发展有限公司),硫酸分析纯(烟台市双双化工有限公司),0.01mol/L的pH=6.3的磷酸缓冲液(合肥博美生物科技有限责任公司)。

所需配制的试剂:盐酸(0.01 mol/L)、胃蛋白酶溶液(10 g/L)、胰蛋白酶溶液(10 g/L)、甘氨胆酸钠溶液(0.4 mmol/L)、氢氧化钠溶液(0.1 mol/L)、60%的硫酸溶液。

1.2 仪器与设备

ZXSD-B1430全自动恒温培养箱,上海智诚分析仪器制造有限公司;K-8D恒温水浴锅,金坛市杰瑞尔电器有限公司;UV-6100紫外分光光度计,上海元析仪器有限公司;ZWF-10恒温振荡培养箱,上海乔跃电子有限公司。

TDZ4-WS高速离心机,长沙平凡仪器仪表有限公司;P-901PH酸度计,上海佑科仪器仪表有限公司;DWT-1单盘微量天平,上海双旭电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

(1)蒸米:将称取好的红曲米放到水中浸泡12 h,将米泡软。再倒入电饭锅中加入蒸馏水,盖上盖子,打开开关,等到锅中冒出蒸汽,再将红曲米倒出,摊开,晾凉。

(2)装瓶:将每组需要加入的红曲米、山楂粉、根霉曲、白砂糖的量计算好后一一称取,装到灭菌后的大三角瓶内搅拌。注意不要粘到瓶壁,可能会造成实验误差。

(3)酵母活化:称量好的安琪黄酒活性干酵母转移到小烧杯内,按照要求倒入20倍左右的蒸馏水,用玻璃棒搅拌均匀。用保鲜膜封住烧杯的口,用皮筋扎紧,放到恒温水浴锅内,温度调到38℃,恒温活化15～30min。

(4)加酵母:装瓶后,用移液管吸取一定量的活化后的酵母,转移到分好组的大三角瓶内,玻璃棒搅拌均匀。

(5)封口:用封口膜包住瓶口,用皮筋扎紧。

(6)发酵:将搅拌均匀的材料放到全自动恒温培养箱内28℃发酵培养3 d。

(7)过滤:取出发酵好的酒,用纱布和脱脂棉过滤出发酵液,装到贴好标签的瓶子保存。

(8)澄清:取出过滤后的发酵液,装到离心管内称重。然后,将离心管放到离心机内,转速为4000 r/min,离心30 min,离心后倒出上清液,保存上清液,即为成品酒。

1.3.2 感官评价方法 选取10人,从香气、滋味、色泽、组织和状态进行感官评价。并找专业人员10人进行感官评分,满分为100分。见表1。

表1 山楂红曲米酒感官评价标准

表1 不同山楂粉、红曲米比例的实验数据

1.3.3 计算公式 关于胆酸盐结合实验的计算公式与方法:将对照品溶液作为测试对象,进行紫外测定,并带入回归方程中得到甘氨胆酸钠溶液的浓度,带入公式(1)计算胆酸盐结合能力。

(1)

式中:C0为空白溶液的胆酸盐浓度;C1为样品溶液的胆酸盐溶液。

关于胆酸盐结合率与感官品评的综合值计算方法:将胆酸盐结合率与感官品评指标标准化为0-1之间的均一值,采用含Hassan方法[16],分别进行转换求得其归一值,如公式(2):

Dmax=(di-dmin)/(dmax-dmin)

(2)

胆酸盐结合率与感官品评分值的权重值分别为0.4和0.6,将各指标的归一值与权重相加,得到该样品的综合值(Y),公式(3)如下:

综合值(Y)=胆酸盐结合率归一值×0.4+感官品评分值×0.6

(3)

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 不同山楂、红曲米的比例对山楂红曲米酒的影响 将山楂与红曲米的比例梯度设置为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10,糖的添加量和发酵时间不变,分别是3%和3d,红曲米称量100 g,各组数据如表2所示。

由图1可知,山楂、红曲米的比例对酒液的降血脂活性的影响较明显,随着山楂添加量升高结合率升高,到达最高点后,再呈现明显的下降趋势。采用归一值,将感官品评结合降血脂活性合成综合值。当山楂粉与红曲米的配料比例达到1∶4时,其综合值为0.9356,此比例下胆酸盐结合率为61.02%,感官评价分值为86.5分。其中胆酸盐结合能力为次优值,感官品评分值为最优值。综合来看,山楂粉与红曲米的配料比例为1∶4时结果最优。

图1 山楂与红曲米的比例对综合值的影响

2.1.1.1 不同山楂、红曲米的比例对降血脂活性的影响 由体外降血脂胆酸盐的结合实验得到的实验数据可得,不同的山楂、红曲米的比例的发酵出来的山楂红曲米酒对降血脂活性具有较大的影响。由图2可知,在山楂、红曲米的比例为(1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10)的情况下,随着红曲米的占比的增加,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质的胆酸盐结合率呈现先下降后上升的趋势。在山楂、红曲米的比例为1∶2时,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质胆酸盐结合率是最高的。

图2 山楂与红曲米的比例对胆酸盐结合率的影响

2.1.1.2 不同山楂、红曲米的比例对感官的影响 由各位专业人员打分综合起来的数据可得,不同的山楂、红曲米配比发酵出来的山楂红曲米酒对感官品评结果也具有一定的影响,见图3。在山楂、红曲米的比例为1∶4的情况下,山楂红曲米酒的口感最好。

2.1.2 不同糖的添加量对山楂红曲米酒的发酵的影响 将糖添加量的等梯度设置为1%、3%、5%、7%、9%,保持山楂、红曲米的比例和发酵时间设置的值不变,分别是1∶4和3 d,红曲米100 g,各组数据如表3所示。

表3 不同糖的添加量的实验数据

由图2可知,由于山楂的比例较高酸度较大,因而对酒的口感上带来不容忽视的影响,且由于白砂糖的添加会影响结合律的变化。大概的变化规律是,在一定范围内先升高后降低。但结合率的变化范围不算很大,且感官品评的分值差距明显。故利用糖的添加量来调节整体风味。采用归一值,将感官品评结合降血脂活性合成综合值,当糖的添加量达到7%,其综合值为0.8237(图4),此比例下胆酸盐结合率为61.01%,感官评价分值为90.5分。其中胆酸盐结合能力为次优值,感官品评分值为最优值。综合来看糖的添加量为7%的比例为最优结果。

图4 糖的添加量对综合值的影响

2.1.2.1 不同糖的添加量对降血脂活性的影响 由处理过后的实验数据可知,添加不同糖量发酵出来的山楂红曲米酒对降血脂活性的影响一般。如图5,不同糖的添加量发酵的酒液中含有的降血脂活性物质含量较相近,区别不是很大。在糖的添加量为1%、3%、5%、7%、9%的情况下,随着糖量的增加,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质的胆酸盐结合率呈现先上升后下降的趋势。在糖的添加量为5%,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质的胆酸盐结合率是最高的。

图5 糖的添加量对胆酸盐结合率的影响

2.1.2.2 不同糖的添加量对感官的影响 由各位专业人员打分综合起来的数据可得,不同糖的添加量的发酵出来的山楂红曲米酒对感官品评结果具有很大的影响(图6)。图6说明糖的添加量使发酵出来的山楂红曲米酒的口感差异大,风格特征明显。当糖的添加量为7%时,山楂红曲米酒的口感最好。

2.1.3 不同发酵时间对山楂红曲米酒的发酵的影响 本实验研究的是不同发酵时间对山楂红曲米酒发酵的影响。将发酵时间等梯度设置,分别是2、3、4、5、6 d。山楂、红曲米的比例和糖的添加量的值是不变的,分别是1∶4和7%。本实验的红曲米称量的是100 g,各组数据如表4所示。

表4 不同发酵时间的实验数据

由图7可知,发酵时间也是红曲米酒的重要因素之一,对于感官和结合率都有影响。发酵时间不足,香气、色泽、口感、状态都大打折扣。发酵时间过长降血脂活性有所下降,且风味也会发生较大改变,总体上是朝着不利方面变化。由图7可知,结合率的变化不大,但总体呈现先升后降的趋势。

图7 发酵天数对综合值的影响

采用归一值,将感官品评结合降血脂活性合成综合值,当控制其他条件不变时,将发酵天数设置为3 d,其综合值为1,此时间下胆酸盐结合率为57.34%,感官评价分值为87.5分。其中胆酸盐结合能力为最优值,感官品评分值为最优值。综合来看发酵时间为3 d时为最优。

2.1.3.1 不同发酵时间对降血脂活性的影响 由体外降血脂胆酸盐结合实验得到的数据可知,不同发酵时间发酵出来的山楂红曲米酒对降血脂活性的影响较大。如图 8 ,不同发酵时间发酵后的酒液中含有的降血脂活性物质含量由各组的计算得的数据有一定的差距,差别明显。在发酵时间为2、3、4、5、6 d的情况下,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质的胆酸盐结合率呈现先上升后下降的趋势。在发酵时间为3 d时,山楂红曲米酒中的降血脂活性物质的胆酸盐结合率最高。

图8 发酵天数对胆酸盐结合率的影响

2.1.3.2 不同发酵时间对感官的影响 对感官的影响由各位专业人员打分综合起来的数据可得,不同发酵时间的发酵出来的山楂红曲米酒对感官品评结果具有非常大的影响(图9)。图9说明,不同发酵时间的山楂红曲米酒的口感差异大,各组酒在被品尝时特征明显。发酵时间为3 d时,山楂红曲米酒的口感最好。

2.2 响应面法实验结果及数据分析

2.2.1 响应面模型建立与分析 以影响山楂红曲米酒发酵的三个主因素为基础,采取响应面实验优化最佳发酵工艺,见表 5、表6。

表5 影响因素水平编码表

表6 响应面实验设计及结果

表6(续)

采用Design-Expert10.0软件设计响应面优化实验,优化实验最终实验结果见表 6 。表7则是回归模型的方差分析。对表6数据进行二次多项式回归拟合,则回归方程如下所示:Y综合值=0.93+0.068A+0.16B-3.513E-003C-0.067AB+0.011AC+0.028BC-0.38A2-0.23B2-0.28C2。

表7 实验模型的方差分析

由表6可知,本次的实验数据模型的F=26.75,P<0.0001,表明该模型具有显著性;通过对实验数据的分析发现在全部影响因素中,A、B、A2、B2、C2项(P<0.05)对胆酸盐结合率有显著的影响;失拟项方面对模型进行显著性分析,F=2.23,P>0.1000,说明无显著性;实验数据的可用性取决于决定系数,通过方差分析,得到相关系数R2=0.9717;调整相关系数R2adj=0.9354。表明可信度较好。因此,该数据模型可以用于分析各个因素对胆酸盐结合能力及感官评价综合值的影响。

把山楂与红曲米的比例、糖的添加量、发酵天数3个因素中1个因素取为零水平,另2个因素对胆酸盐结合能力与感官品评综合值的影响进行分析,各因素之间的交互作用见图10 。

图10 山楂与红曲米各因素之间的交互作用的响应面图

由Design-Expert软件对实验相关数据进行处理,得到最佳发酵工艺:山楂粉添加量与红曲米质量比为1∶5;糖的添加量是7.15%;发酵时间是2.639 d。此时综合值为0.866。

3 结论

本实验在传统红曲米酒发酵工艺的基础上,以山楂、红曲米为原料,以东京根霉曲及黄酒高活性酵母为糖化发酵剂,通过响应面实验设计优化工艺制得山楂红曲米酒,其最佳发酵工艺为:山楂粉、红曲米添加的质量配比为1∶5;糖的添加量是7.15%;发酵温度是28℃;发酵时间是2.639d。由于实验可操作性的限制,因此所得的最优条件要依据实际条件来进行修正,最终确定山楂红曲米酒的发最佳发酵工艺参数为糖的添加量为7%,发酵天数为3 d,山楂、红曲米的比例为1∶5。此时山楂红曲米酒胆酸盐结合率为61.02%,感官品评得分87.5分,风格独特,具有很好的发酵酒风味,色泽澄清透亮,入口酸甜爽口,香气淡雅,有很明显的山楂果香味和黄酒风味。