芡實(shí)酒發(fā)酵條件的優(yōu)化*

李湘利，劉靜，張春慧，胡彥營(yíng)，朱九濱，張傳敏

1(濟(jì)寧學(xué)院生命科學(xué)與工程系，山東曲阜，273155)2(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津，300457)

芡實(shí)(Euryale ferox)別名雞頭米、菱芡，其種仁富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)等基本營(yíng)養(yǎng)成分，干樣中蛋白質(zhì)含量為6.78%，脂肪含量為0.71%，碳水化合物含量為82.6%，每100 g芡米中含VC4.2 mg，VE141 mg，胡蘿卜素0.73 mg［1］。此外還含有黃酮類化合物、糖苷、生育酚等功效成分，能夠有效地增強(qiáng)心肌的供氧能力［2－3］。

目前，芡實(shí)仍以原料出售為主，品種單一、利潤(rùn)偏低。因此，研究芡實(shí)深加工技術(shù)，促進(jìn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，對(duì)提高芡實(shí)的附加值，增加農(nóng)民收入具有重要意義［4］。近年來(lái)，不少水果主產(chǎn)區(qū)開(kāi)發(fā)了一些特色果酒，如荔枝酒［5］、枇杷酒［6］、梨酒［7］、桑葚酒［8］、橘子酒［9］等。芡實(shí)含有大量的淀粉、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，以芡實(shí)為原料，開(kāi)展芡實(shí)發(fā)酵酒的研究極具開(kāi)發(fā)前景。為此，本研究以芡實(shí)為原料，優(yōu)化了芡實(shí)發(fā)酵酒的發(fā)酵工藝條件，旨在生產(chǎn)一種酒精含量高、殘?zhí)橇康停哂幸欢ū＝」δ艿能蛯?shí)發(fā)酵干酒。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料

芡實(shí)，山東省魚(yú)臺(tái)縣鶴來(lái)香股份有限公司，新鮮無(wú)霉?fàn)€變質(zhì)粒;大米，黑龍江省方正縣寶興新龍米業(yè)有限公司，米粒飽滿;淺色麥芽，曲阜市金豐麥芽有限公司。

1.1.2 主要試劑

安琪葡萄酒、果酒專用酵母，湖北安琪酵母股份有限公司;白砂糖，市售，食品級(jí);蔗糖、酒石酸鉀鈉、鹽酸、氫氧化鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、焦亞硫酸鉀等，分析純?cè)噭?/p>

1.1.3 儀器與設(shè)備

SZ－1559型漿渣分離磨漿機(jī)，廣州旭眾食品機(jī)械有限公司;SPX－300B－G型恒溫培養(yǎng)箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;酒精計(jì)，河北省河間市黎民居儀表廠;LB32T型糖度計(jì)，廣州市銘睿電子科技有限公司;PHS－3CW型pH計(jì)，上海般特儀器制造有限公司;DHG－9050B型智能型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;SY－450型立式壓力蒸汽滅菌器，徐州圣業(yè)醫(yī)療器械有限責(zé)任公司;TDL5A型冷凍離心機(jī)，長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司;RL－100型不銹鋼板框多層過(guò)濾機(jī)，海寧市郭店?yáng)|亞過(guò)濾機(jī)械廠;果蔬汁(酒)生產(chǎn)線，江蘇靖江食品機(jī)械有限公司。

1.2 工藝流程

1.3 工藝要點(diǎn)

1.3.1 料液的制備

挑選粒大飽滿無(wú)異味的芡實(shí)，用清水洗凈后磨漿，加入20%的大米，配料中添加麥芽量為20%，調(diào)醪液pH 6.0，于55℃下預(yù)糊化30 min;按9 U/g添加耐高溫α－淀粉酶，調(diào)醪液pH 6.0，在90℃糊化40 min;糊化結(jié)束后，將料液降溫至65℃，調(diào)pH 3.5，按300 U/g添加糖化酶，并補(bǔ)加20%的麥芽，于65℃下保溫至碘試醪液不變藍(lán)時(shí)結(jié)束糖化。

1.3.2 糖酸調(diào)整

發(fā)酵前用白砂糖調(diào)整醪液含糖量至170 g/L，酸度用氫氧化鈉或鹽酸調(diào)整至pH 4.0。

1.3.3 煮沸與冷卻

經(jīng)糖酸調(diào)整的醪液在100℃下煮沸20 min，以滅活醪液中各種酶的活性，降低醪液中微生物含量。煮沸后的醪液冷卻到25～30℃待用。

1.3.4 菌種活化與主發(fā)酵

采用液態(tài)發(fā)酵法，首先要活化干酵母。將安琪葡萄酒、果酒專用酵母用5%蔗糖液(酵母重∶糖水重=1∶9)于37～40℃下復(fù)水活化30 min。活化后的菌種接入殺菌冷卻后醪液中進(jìn)行主發(fā)酵。在菌種消耗殆盡，酵母下沉至容器底部，醪液無(wú)明顯泡沫溢出且由渾濁轉(zhuǎn)為澄清時(shí)轉(zhuǎn)至后發(fā)酵。為防止雜菌污染，可在芡實(shí)酒發(fā)酵前的醪液中加入50 mg/L焦亞硫酸鉀。

1.3.5 后發(fā)酵與陳釀

主發(fā)酵結(jié)束后應(yīng)及時(shí)倒罐，以分離上清液與罐底沉淀物，減少酵母菌自溶。倒罐期間，可按料液比例加入50 mg/L的焦亞硫酸鉀。后酵結(jié)束后進(jìn)行芡實(shí)酒的陳釀，陳釀期間應(yīng)及時(shí)去除酒腳(倒罐)和保障發(fā)酵罐中裝滿酒液(滿罐)。

1.3.6 澄清、配兌與精濾

在發(fā)酵液含糖量降至4.0 g/L以下時(shí)，用殼聚糖進(jìn)行澄清處理。經(jīng)過(guò)成熟的芡實(shí)酒按質(zhì)量要求，可用食用酒精調(diào)整其酒精度，最后經(jīng)板框過(guò)濾機(jī)精濾，在65℃下進(jìn)行巴氏殺菌即得成品干酒［10］。

1.4 分析測(cè)試方法

1.4.1 理化指標(biāo)

參照GB/T15038－2006葡萄酒、果酒通用分析方法［11］對(duì)芡實(shí)酒的理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

總糖含量，菲林試劑法;酒精度，蒸餾比重法;pH:pH計(jì)測(cè)定法。

1.4.2 成品酒綜合評(píng)定方法

依據(jù)果酒品評(píng)慣例，采用綜合評(píng)分法。主要對(duì)芡實(shí)酒的乙醇含量、總糖、色澤及滋味等因素進(jìn)行綜合考慮，給出評(píng)分。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參照李正濤［12］評(píng)定樹(shù)莓果酒的方法，略有改動(dòng)，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，滿分以10分計(jì)，單項(xiàng)評(píng)分值相加即為總分。

表1 芡實(shí)酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 芡實(shí)酒發(fā)酵最適酵母接種量的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、溫度25℃、醪液 pH 4.0的條件下，分別接種 0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%復(fù)水活化后的酵母菌進(jìn)行主發(fā)酵5 d，不同酵母接種量對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響如圖1和表2所示。

表2 不同酵母接種量對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

圖1 不同酵母接種量對(duì)殘?zhí)橇康挠绊?/p>

由圖1和表2可知，酵母接種量為0.1%時(shí)，發(fā)酵速率較慢，周期較長(zhǎng)，易染雜菌;殘?zhí)请S酵母量增加而降低，起酵時(shí)間也縮短，但接種量到達(dá)一定值后，由于過(guò)量的酵母使發(fā)酵活躍，最后酵母提前衰退，致使殘?zhí)堑暮糠炊?接種量為0.9%時(shí)，起酵時(shí)間短，但最終的酒精度較低，這可能是因?yàn)榻湍复罅糠敝硶?huì)消耗更多的碳源作為其細(xì)胞結(jié)構(gòu)的骨架成分，致使發(fā)酵液中的糖分未完全分解產(chǎn)生酒精;當(dāng)接種量在0.3%～0.7%時(shí)產(chǎn)品酒精度較高，感官評(píng)價(jià)較好，以接種量0.5%時(shí)發(fā)酵效果最好，其酒精度高達(dá)8.6%。

2.2 芡實(shí)酒最適發(fā)酵pH的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、溫度25℃、酵母接種量0.3%的條件下，分別調(diào)整pH為3.0、4.0、5.0、6.0 進(jìn)行主發(fā)酵 5 d，不同 pH 對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響如圖2和表3所示。

圖2 不同pH對(duì)殘?zhí)橇康挠绊?/p>

表3 不同pH對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

由圖2和表3可知，不同pH對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵有較大的影響，酸度過(guò)高或過(guò)低均不利于芡實(shí)酒發(fā)酵，這是因?yàn)閜H對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝產(chǎn)物的積累均有極大的影響，pH過(guò)高或過(guò)低都將抑制微生物體內(nèi)某些酶的活性，使得酵母菌不能正常發(fā)酵，影響發(fā)酵過(guò)程，最終產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)相對(duì)較差。pH從3.0增至4.0，芡實(shí)酒的酒精度隨之增加，感官評(píng)定結(jié)果較好，但當(dāng)pH繼續(xù)增加至5.0和6.0時(shí)，酒精度降低，感官評(píng)分也降低。

2.3 芡實(shí)酒最適發(fā)酵溫度的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接種量0.3%、pH 4.0的條件下，分別調(diào)整發(fā)酵溫度20、25、30℃進(jìn)行主發(fā)酵5 d，各溫度對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響如圖3和表4所示。

圖3 不同發(fā)酵溫度對(duì)殘?zhí)橇康挠绊?/p>

表4 不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

由圖3和表4可知，在20℃發(fā)酵時(shí)，起酵較慢，主發(fā)酵結(jié)束時(shí)殘?zhí)禽^高，致使酒精度不高，感官評(píng)分較低，這可能是在較低的溫度下，酵母發(fā)酵速度越慢，少量的糖被殘存醪液中的雜菌所利用，以致酒精度較低;而在25℃時(shí)酒精度和感官評(píng)價(jià)最高，這可能是由于25℃左右為酵母最適生長(zhǎng)和發(fā)酵代謝的溫度范圍;但隨著溫度的升高，酒精度反而下降，這是因?yàn)闇囟仍礁撸湍钙鸾驮娇欤l(fā)酵速度也越快，酵母易早衰而造成發(fā)酵終止，影響產(chǎn)酒效率和酒的品質(zhì)。

2.4 芡實(shí)酒最適發(fā)酵時(shí)間的確定

在初糖濃度170 g/L、SO2添加量50 mg/L、酵母接種量0.3%、pH 4.0、溫度25℃的條件下，設(shè)置發(fā)酵時(shí)間分別為3、5、7、9、11 d進(jìn)行主發(fā)酵，不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響如圖4和表5所示。

圖4 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)殘?zhí)橇康挠绊?/p>

表5 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

由圖4和表5可知，發(fā)酵前3 d殘?zhí)橇康淖兓町惒幻黠@，這與酵母接種后的起酵繁殖及適應(yīng)新的生長(zhǎng)條件相關(guān);而在5～7 d為酵母發(fā)酵高峰期，殘?zhí)橇坎粩嘟档停凭炔粩嘣黾印Ｔ诘? d感官評(píng)價(jià)達(dá)到最高;發(fā)酵9 d后，酒精生成速度下降，糖度變化不明顯，這是因?yàn)榻湍冈诎l(fā)酵高峰期后達(dá)到了一定的酒精含量，開(kāi)始自溶，活性大大減弱，并消耗一定的乙醇，致使酒精含量降低，影響了芡實(shí)酒的口感和風(fēng)味。

2.5 芡實(shí)酒發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

在上述單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取酵母接種量、pH、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間為試驗(yàn)因子進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，以產(chǎn)品酒精度和感官評(píng)分為指標(biāo)，優(yōu)化芡實(shí)酒的發(fā)酵工藝條件。各試驗(yàn)因素與水平如表6所示，正交試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表6 芡實(shí)酒正交試驗(yàn)因素與水平表

表7 芡實(shí)酒發(fā)酵的正交試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，發(fā)酵工藝條件中影響芡實(shí)酒酒精度的主次因素順序?yàn)锳＞C＞D＞B，即酵母接種量＞發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時(shí)間＞pH;最優(yōu)組合為A3B2C3D3，即酵母接種量為0.6%，pH為4.0，發(fā)酵溫度為28℃，發(fā)酵時(shí)間為8 d。發(fā)酵工藝條件中影響芡實(shí)酒感官評(píng)分的主次因素順序?yàn)锳＞C＞D＞B，即酵母接種量＞發(fā)酵溫度 ＞發(fā)酵時(shí)間 ＞pH;發(fā)酵最優(yōu)組合為A3B2C3D2，即酵母接種量為0.6%，pH為4.0發(fā)酵溫度為28℃，發(fā)酵時(shí)間為7 d。

表8 芡實(shí)酒正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

表8的方差分析結(jié)果表明，酵母接種量(A)、發(fā)酵溫度(C)對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵影響極顯著，發(fā)酵時(shí)間(D)對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵影響顯著，pH(B)對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵無(wú)顯著影響。通過(guò)小型試驗(yàn)所得芡實(shí)酒生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)，如糖酸調(diào)整，發(fā)酵過(guò)程中的防止染菌，酵母的活化等，按照最優(yōu)的發(fā)酵組合A3B2C3D3進(jìn)行工藝放大和驗(yàn)證性試驗(yàn)，制得原酒的酒精度為9.5%，感官評(píng)價(jià)在9.0分以上，驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果與直觀分析結(jié)果一致。

3 討論

3.1 初糖濃度對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響

糖是酵母菌生長(zhǎng)和繁殖的碳源，同時(shí)也是酒精發(fā)酵的底物，糖度的高低直接影響著果酒發(fā)酵的酒精度。生產(chǎn)中通常是按每17 g/L蔗糖經(jīng)酵母發(fā)酵產(chǎn)生1%酒精添加糖［13］。當(dāng)酵母在1%～2%的低糖濃度下生長(zhǎng)時(shí)，發(fā)酵速度最快;當(dāng)含糖量超過(guò)15%時(shí)，就會(huì)對(duì)酵母的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，糖濃度超過(guò)25%時(shí)發(fā)酵出現(xiàn)延滯［14］。加糖過(guò)多，會(huì)影響酵母的生長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)影響酒的口味。潘嫣麗等［15－16］研究認(rèn)為果酒發(fā)酵的初糖濃度為25%。本試驗(yàn)認(rèn)為，發(fā)酵初始糖度為20%時(shí)獲得的芡實(shí)酒品質(zhì)較高，采用分批加糖的方式可緩解初糖過(guò)多抑制酵母的活性。

3.2 SO2濃度對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響

SO2在果酒發(fā)酵過(guò)程中有選擇性殺菌、澄清、增酸和抗氧化等作用，對(duì)發(fā)酵有重要的影響［17］。隨著SO2的添加，發(fā)酵體系中雜菌能得到有效抑制，酒精度較高，感官評(píng)價(jià)較好;但當(dāng)游離SO2濃度達(dá)到60 mg/L時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的刺激氣味和苦味，口感較差［18］。本試驗(yàn)考慮到SO2對(duì)芡實(shí)酒風(fēng)味、色澤等方面的影響，盡可能地少量多次的添加SO2，以防雜菌污染。

3.3 發(fā)酵液pH對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響

酵母菌大量繁殖是提高出酒率的基礎(chǔ)，初始pH越接近酵母的最適生長(zhǎng)pH越有利于酵母菌的早期繁殖，相應(yīng)的產(chǎn)品酒精度也會(huì)提高。但是酵母菌的代謝也會(huì)改變環(huán)境pH，影響自身的生命活動(dòng)。酵母菌在產(chǎn)乙醇的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，致使環(huán)境pH下降，所以較酵母最適生長(zhǎng)pH略高一些的初始pH更有利于提高出酒率。本試驗(yàn)采用pH 4.0發(fā)酵制得芡實(shí)酒，這與潘嫣麗［16］的研究結(jié)果一致。

3.4 發(fā)酵溫度對(duì)芡實(shí)酒發(fā)酵的影響

溫度對(duì)發(fā)酵結(jié)果有重要影響，溫度越高，酵母起酵越快，發(fā)酵速度也越快，但副產(chǎn)物生成量高。在一定的溫度范圍內(nèi)，乙酸乙酯和甘油的生成量均隨溫度升高而增加，高級(jí)醇的生成量在25℃較15℃高［19］。本研究所得芡實(shí)酒發(fā)酵的最適溫度為28℃，這與翟文俊［20］的30～34℃差別較大，這可能是原料及其他發(fā)酵條件不同造成的，而關(guān)于發(fā)酵溫度對(duì)不同發(fā)酵酒的影響尚需做進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

芡實(shí)酒最優(yōu)發(fā)酵條件為酵母接種量0.6%、發(fā)酵溫度28℃、發(fā)酵時(shí)間8 d、pH 4.0。按此條件進(jìn)行大罐發(fā)酵，得到的原酒酒精度可達(dá)9.5%，感官評(píng)分在9.0分以上。

發(fā)酵原酒經(jīng)適當(dāng)?shù)某吻骞に囘M(jìn)行處理后，再用食用酒精調(diào)配，所得芡實(shí)酒的酒精度在11.0%以上。所得芡實(shí)酒酒體澄清透明，色澤淡黃，具有芡實(shí)和大米的香氣，發(fā)酵酒香持久而協(xié)調(diào)，風(fēng)味獨(dú)特，典型性突出，理化指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15038－2006的規(guī)定。

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