沙棘紅曲酒發(fā)酵工藝的優(yōu)化

鄧夢婕,李 麗,劉 慶,李雨芹

(四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院,四川自貢 643000)

沙棘果是胡頹子科沙棘屬的植物沙棘的成熟果實,又名醋柳果、酸刺果,被稱為維生素的寶庫[1]。沙棘果大小如黃豆,具有很高的營養(yǎng)價值,富含維生素C、維生素E、維生素B類以及葉酸和胡蘿卜素,脂肪、蛋白質(zhì)、鹽類和糖類,還含有沙棘黃酮、超氧化物歧化酶和ω6多不飽和脂肪酸等對人體的健康具有保健功能的生物活性物質(zhì)[25]。

將沙棘果加工成為各種食品、藥品和保健品,不但可以滿足消費者對于健康養(yǎng)生的需求,還能夠進一步促進沙棘種植的大力發(fā)展。因此,對于沙棘的研制和開發(fā)不但具有很高的經(jīng)濟效益,而且具有極大的社會效益[610]。就目前看來,市場上的沙棘果制品大都工藝較為簡單,技術(shù)含量較低,沒有形成相應(yīng)的規(guī)模,沙棘的利用率較低;沙棘果酒幾乎都是直接將沙棘果在白酒中浸泡而成,所制得的此種沙棘果酒的風(fēng)味和口感并不好,營養(yǎng)物質(zhì)的浸出率比較低,以及沙棘果中的脂質(zhì)溶出影響酒質(zhì),因而這種酒并不被大眾所喜愛[11]。

我國作為水果生產(chǎn)大國,水果種類眾多,在果酒行業(yè)自然有著較為廣闊的市場前景[1213]。大力投資果酒行業(yè),可以降低糧食消耗,改善酒類消費結(jié)構(gòu),滿足消費者的多元化需求,提高水果產(chǎn)業(yè)的附加值,增加果農(nóng)戶收入。根據(jù)國際果酒市場的發(fā)展前景,酒類消費的模式逐漸改變,特別是發(fā)達國家正逐步減少攝入酒精量,從而追求更加天然,含糖量較低的健康型果酒,并能進一步促進飲料酒的品種結(jié)構(gòu)的改變[14]。紅曲中的紅曲色素可作為優(yōu)良的著色劑,使果酒呈現(xiàn)出晶亮透明的寶石紅迷人色澤,紅曲中的代謝產(chǎn)物可提高沙棘果酒的功能性作用[1517]。本研究通過單因素、正交實驗,將沙棘純汁與紅曲共同發(fā)酵,賦予了酒體獨特的香味和功效,與目前市場上的浸泡沙棘酒相比,具有較大的市場前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮沙棘果 山西呂梁山;紅曲霉QH 千禾味業(yè)有限公司;大米 超市購買;酵母菌 安琪酵母股份有限公司;葡萄糖、氫氧化鈉、無水亞硫酸鈉、硅藻土 成都科龍化工試劑公司。

HWS260A型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 黃州綠博儀器有限公司有限公司;LSB50L型立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;T6型新世紀紫外可見光分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;RJTDL50A型冷凍離心機 無錫市瑞江分析儀器有限公司;FA2204N型電子天平 常州市衡正電子儀器有限公司;7890A型安捷倫氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國安捷倫科技公司;SWCJ1F型單人雙面凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅曲的制備

1.2.1.1 紅曲的制備工藝流程 大米→洗米→浸泡→瀝干→紗布包裹蒸煮→冷卻→分裝→接種→培養(yǎng)→干燥→紅曲[18]。

1.2.1.2 紅曲的制備要點 洗米:將大米用自來水清洗,去除雜質(zhì);浸泡:清洗好的大米浸泡30 min;蒸煮:將浸泡好的大米瀝干后放入蒸鍋中蒸至米粒無白心;冷卻:將蒸好的米飯放入無菌操作臺,待米飯冷卻后接種紅曲霉;分裝:將冷卻好的米飯分裝到錐形瓶中;接種:將培養(yǎng)好的紅曲霉種子液接入蒸好的米飯,搖勻;培養(yǎng):將接種好的米飯放入溫度為35 ℃濕度為80%的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d后將溫度調(diào)至33 ℃培養(yǎng)4 d;干燥:將培養(yǎng)完成的紅曲放入40 ℃的烘箱中通風(fēng)干燥至含水量為15%左右,制得紅曲。

1.2.2 沙棘果汁的處理工藝

1.2.2.1 沙棘果的挑選 篩選果實飽滿、無破皮的沙棘果進行榨汁。

1.2.2.2 沙棘汁的處理 沙棘果→破碎出汁→沙棘果漿→離心脫脂(6000 r/min,10 min)→沙棘果原汁→果膠酶澄清處理[1920]→二次離心脫脂(6000 r/min,10 min)→澄清沙棘果汁[2122]。

1.2.3 沙棘紅曲酒制備工藝

1.2.3.1 加工工藝 澄清沙棘果汁→降酸→5 ℃結(jié)晶→離心→巴氏滅菌→冷卻→加無菌水→調(diào)糖度→接種入酵母和紅曲→添加SO2→添加氯化銨/氯化鈣→恒溫發(fā)酵→過濾→巴氏滅菌→脫苦→降酸[8]。

1.2.3.2 發(fā)酵工藝要點 降酸:添加1.5%碳酸鈣,降低一定的酸度,并使pH3.5左右;結(jié)晶:將沙棘果原汁置于5 ℃下結(jié)晶24 h,紗布過濾后對沙棘果汁進行巴氏滅菌;調(diào)糖:根據(jù)所需糖度添加蔗糖,攪拌至蔗糖全部溶解后使用糖度計測果汁的糖度,然后繼續(xù)添加蔗糖至所需值;接種:將沙棘果汁調(diào)整糖度后接入所需接種量的活化后的酵母,一定量的紅曲和偏重亞硫酸鉀(90 mg/L);過濾:將發(fā)酵結(jié)束的沙棘紅曲酒先用四層紗布進行初濾,然后硅藻土過濾即可得到澄清透明的沙棘紅曲酒;脫苦:向過濾后的澄清的沙棘紅曲酒中添加0.15%～0.2%的β環(huán)糊精,使之全部溶解。

1.2.4 沙棘紅曲果酒發(fā)酵優(yōu)化實驗

1.2.4.1 發(fā)酵初始溫度的確定 將20%的紅曲,10%的酵母,210 mL的沙棘果汁(糖度為20%),料水比為1∶2,90 mg/L偏重亞硫酸鉀于恒溫箱中發(fā)酵,設(shè)定溫度為22、25、28、31、34 ℃。發(fā)酵結(jié)束后,測定發(fā)酵醪液的酒精濃度,并以發(fā)酵溫度為橫坐標(biāo),以酒精度為縱坐標(biāo)進行作圖,探究不同發(fā)酵溫度對沙棘紅曲酒酒精度、總糖、總酸的影響。

1.2.4.2 發(fā)酵初始糖度的確定 將20%的紅曲,10%的酵母(活化后的酵母比例),料水比為1∶2,90 mg/L偏重亞硫酸鉀,210 mL沙棘果汁(糖度分別為16%、18%、20%、22%、24%)于28 ℃恒溫箱中發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后,其它操作同1.2.4.1并觀察其對酒體的影響。

1.2.4.3 紅曲添加量的確定 分別添加16%、20%、24%、28%、32%的紅曲,再添加10%的酵母(活化后的酵母比例)和210 mL的沙棘果汁(糖度為20%),料水比為1∶2,90 mg/L偏重亞硫酸鉀于28 ℃恒溫箱中發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后,其它操作同1.2.4.1。

1.2.4.4 酵母添加量的確定 分別添加6%、8%、10%、12%、14%的酵母(活化后的酵母比例),20%的紅曲,210 mL的沙棘果汁(糖度為20%),料水比為1∶2,90 mg/L偏重亞硫酸鉀于28 ℃恒溫箱中發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后,其它操作同1.2.4.1。

1.2.4.5 正交實驗優(yōu)化沙棘紅曲酒的發(fā)酵條件 在單因素實驗基礎(chǔ)上,設(shè)溫度(A)、初始糖度(B)、紅曲添加量(C)、酵母添加量(D)四個因子,每個因子設(shè)3個水平進行發(fā)酵實驗,通過正交實驗,以酒精度為考察指標(biāo),確定沙棘紅曲果酒的最佳工藝條件,正交因素水平表見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.5 分析方法 酒精度:參見文獻[23];pH測定:采用pH計測定;還原糖和總糖:參見文獻[24];酸度:參見文獻[25];色度:參見文獻[26];揮發(fā)性物質(zhì)的測定:頂空固相微萃取法和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。

GCMS分析條件:色譜條件為色譜柱DBWAX 60 m,0.25 mm,0.25 μL(122～7062);載氣He的總流速為19 mL/min;進樣口溫度為230 ℃,柱溫箱的起始溫度為60 ℃,保持2 min,然后5 ℃/min升至160 ℃保持1 min,然后以10 ℃/min升至230 ℃保持1 min,最后運行31 min。質(zhì)譜條件為電離方式EI,電子能量70 ev,離子源溫度為230 ℃,連接桿溫度150 ℃。

透光率測定:紫外可見分光光度計法,在紫外可見分光光度計上測定其透光率(T,%),取澄清的沙棘果酒液置于1 cm比色皿中,在波長為680 nm處,測定其透光率(T,%),用蒸餾水進行空白調(diào)零。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、Origin 8.5等軟件對單因素結(jié)果進行分析、作圖,單因素平行實驗進行3組,正交實驗采用平均值±標(biāo)準差表示[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 最佳發(fā)酵溫度的確定 由圖1可以看出,隨著發(fā)酵溫度的升高,酒體酒精度有所增加,此時酵母生長較好,將物料中的糖轉(zhuǎn)化為酒精的速度與溫度呈線性關(guān)系;當(dāng)溫度在28 ℃以上時酒精度開始下降,是因為溫度的升高導(dǎo)致酵母的代謝增快,促使酵母加快衰亡,導(dǎo)致主發(fā)酵的時間縮短。在發(fā)酵過程中,總酸的含量隨著溫度的升高略有上升的趨勢,總糖的含量隨著發(fā)酵溫度的升高逐漸下降。綜合沙棘紅曲酒的理化指標(biāo),當(dāng)發(fā)酵溫度為28 ℃時紅曲沙棘酒酒精度、總糖、總酸含量相對適合,確定28 ℃為適宜發(fā)酵溫度。

圖1 發(fā)酵溫度對果酒品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of temperature on the fermentation quality of wine

2.1.2 最佳發(fā)酵初始糖度的確定 沙棘果汁的含糖量為3%左右,直接發(fā)酵,最終的酒精度遠達不到國標(biāo)的標(biāo)準,因此在發(fā)酵的初期添加蔗糖來改變果汁的初始糖度,以提高發(fā)酵完成后果酒的酒精度,然而蔗糖添加的過多或者過少都不能達到工藝的標(biāo)準。不同初始糖度對沙棘紅曲酒發(fā)酵的影響,結(jié)果如圖2所示。

圖2 發(fā)酵初始糖度對果酒品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of initial sugar content on the fermentation quality of wine

由圖2實驗結(jié)果可知:隨著發(fā)酵初始糖度的增加,殘?zhí)橇肯葴p小后增大,酒精度先增大后減小。初始糖度在20%～24%范圍內(nèi),酒精度的隨初始糖度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢;當(dāng)糖度達到22%時,酒精度達到最大值,以后酒精度略微下降。當(dāng)糖度在20%以下時,總酸和總糖呈現(xiàn)出下降的趨勢,推測當(dāng)糖度在20%以下時,由于沙棘本身帶的酸度影響了總酸、總糖的變化。糖度在20%～22%時,總酸、總糖隨之增加。從而確定初始糖度為22%。

2.1.3 最佳紅曲添加量的確定 紅曲的添加對果酒的風(fēng)味和色澤會產(chǎn)生很大的影響,其中紅曲的代謝產(chǎn)物酶類、色素等會影響酒的口感。不同紅曲添加量對沙棘紅曲酒發(fā)酵的影響,結(jié)果如下圖3所示。

圖3 紅曲的添加量對果酒品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of addition of Monascus on the quality of wine

由圖3的實驗結(jié)果可知:紅曲的添加量對沙棘紅曲酒的品質(zhì)有著很大的影響,隨著紅曲的添加量的逐漸增加,酒體的色價有明顯提高,酒精度也在呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;隨著紅曲的添加,總酸含量出現(xiàn)先下降后上升的趨勢;而總糖含量出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)添加量為20%時,總糖含量最高,總酸含量為最低。當(dāng)添加量為24%時,酒精度最高,達到了11.1%,酸度繼續(xù)升高,總糖含量略微下降;當(dāng)添加量為32%時,酒精度降低,酸度達到最高,這可能是由于計入了過多的紅曲,從而會抑制酵母的生長代謝。因此,適宜發(fā)酵的紅曲添加量為24%。

2.1.4 最佳酵母接種量的確定 釀酒酵母在發(fā)酵的過程中不僅能夠產(chǎn)生乙醇,還可以產(chǎn)生高級醇、醛、酯、酸等,這些酵母的代謝物質(zhì)組成了酒中重要的香味物質(zhì)。不同酵母添加量對沙棘紅曲酒發(fā)酵的影響,結(jié)果如下圖4所示。

圖4 酵母接種量對果酒品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of yeast inoculums on the quality of wine

由圖4的實驗結(jié)果可知,酵母添加量會對酒體的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響,隨著酵母添加量的增大,酒精度的趨勢呈先上升后下降的狀態(tài)。隨著酵母的添加,總酸和總糖的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;當(dāng)酵母的接種量為8%時,酒精度達到11.2%vol,總酸達到13.6 g/L,總糖達到9.6%,因此酵母添加為8%時為最適宜。

2.2 發(fā)酵工藝參數(shù)正交實驗結(jié)果與分析

按照表1所設(shè)計的正交實驗進行實驗,得到如下表2所示的正交實驗結(jié)果。

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

根據(jù)表2極差分析可知:以酒精度為指標(biāo),按極差的大小列出各個因素對沙棘紅曲酒品質(zhì)的影響大小的順序依次為:D>B>C>A,即酵母接種量是最主要的影響因素,緊接著依次是初始糖度、紅曲添加量、發(fā)酵溫度。由K值確定最佳的工藝參數(shù)為A3B2C2D2,即發(fā)酵溫度為28 ℃,發(fā)酵初始糖度為22%,紅曲添加量為24%,酵母接種量為8%。由此進行驗證性實驗,通過感官評價分析發(fā)現(xiàn),理論最佳發(fā)酵方案發(fā)酵的果酒酸度適宜,口感微酸,后味干凈。酒體色澤鮮亮、澄清;聞香具有舒適的果香,入口果香、酒香協(xié)調(diào),具有沙棘曲型香味,酒精度在11.4%±0.5%vol。因此確定理論最佳工藝為最優(yōu)工藝。

2.3 沙棘紅曲酒香氣成分分析

使用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,采用固相微萃取法中的頂空萃取模式測定沙棘果酒和沙棘紅曲酒中的揮發(fā)性物質(zhì),其中離子流圖見下圖5和圖6,表3為沙棘果酒中香氣成分組成,表4為沙棘紅曲酒中香氣組成成分。

圖5 沙棘果酒中香氣成分GCMS圖Fig.5 The GCMS of favor components of Seabuckthorn wine

圖6 沙棘紅曲酒中香氣成分GCMS圖Fig.6 The GCMS of flavor components of Monascus seabuckthorn wine

表3 沙棘果酒中香氣成分組成Table 3 Flavor contents of Seabuckthorn wine

表4 沙棘紅曲酒中香氣成分組成Table 4 Flavor contents of Monascus seabuckthorn wine

由上表3可以看出,通過頂空氣相微萃取的鑒定,鑒定的物質(zhì)中,沙棘果酒中的醇類化合物為4種,酸類化合物為4種,酯類化合物為3種。由上表4可以看出,沙棘紅曲酒中的醇類化合物為6種,酸類化合物為3種,酯類化合物為3種。

比較可知,沙棘果酒中醇類化合物、酸類化合物的種類最多,酯類化合物其次,沙棘紅曲酒中醇類化合物種類最多,酯類化合物和酸類化合物的種類次之。醇類化合物中的高級醇溶于酒精而不溶于水,酒的度數(shù)低時呈現(xiàn)為油狀,適量的高級醇能改善果酒的風(fēng)味,但含量過高時,會影響酒的風(fēng)味,飲后還會引起上頭反應(yīng),因此果酒中的高級醇的含量應(yīng)加強控制;酯類化合物是紅曲果酒在發(fā)酵的過程中由酵母產(chǎn)生的重要的香味物質(zhì);酸類化合物的含量是影響紅曲果酒的一個重要的因素,如果含量過高會產(chǎn)生不良的氣味且使口感不佳。

3 結(jié)論

通過單因素實驗、正交實驗得出沙棘紅曲酒的最佳發(fā)酵工藝條件為:初始糖度為22%,初始溫度為28 ℃,紅曲添加量為24%,酵母添加量為8%,在此條件下沙棘紅曲酒酸度適宜,色澤紅亮,透明,酒精度在11%±0.5%vol,具有沙棘特有的果香,口感較好。利用微生物發(fā)酵技術(shù),與市場上的高度浸泡果酒、調(diào)配勾兌果酒相比,本研究保證了產(chǎn)品原汁原味綠色生態(tài),還能改善沙棘果酒酸、澀的口感。

本研究以添加一定量的碳酸鈣起到降酸、抑菌的作用。其次是酒發(fā)酵結(jié)束之后需要添加一定量的β環(huán)糊精,可對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬苦素進行包埋,降低沙棘果酒中的苦澀味。利用頂空固相微萃取和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對沙棘紅曲酒中揮發(fā)性物質(zhì)進行分析,結(jié)果表明,添加紅曲后,沙棘紅曲果酒中的醇類化合物、酯類化合物和酸類化合物較沙棘果酒都有所變化,香氣成分較沙棘果酒更豐富。

[1]王琳,馮建菊,蔣雪瑋. 沙棘植物資源的綜合利用[J]. 北方園藝,2005,28(4):910.

[2]何士敏,袁小娟,汪建華. 中國沙棘屬植物資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,15(11):8792.

[3]韓靜. 沙棘果的加工與利用[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工,2007(12):1213.

[4]張吉科,林美珍. 沙棘藥用研發(fā)的回顧與展望[J]. 國際沙棘研究與開發(fā),2004,14(1):2630.

[5]鄭新民,王俊峰. 加入WTO后我國沙棘產(chǎn)業(yè)面臨的問題及對策[J]. 沙棘,2002,15(12):13.

[6]鄭建仙. 功能性食品[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,1999:752756.

[7]奚惠萍. 中國果酒[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,1995:2325.

[8]劉曉娜. 沙棘果酒發(fā)酵工藝研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2012

[9]鐘彩霞. 沙棘營養(yǎng)寶庫[J]. 內(nèi)蒙古經(jīng)濟與科技,2006(17):8889.

[10]Upadhyay NK,Kumar R,Mandotra SK. Safety and healing efficacy of Sea buckthorn(HippophaerhamnoidesL.)seed oil on burn wounds in rats[J]. Food and Chemical Toxicology,2009,47(6):11461153.

[11]劉瑞山,張小妮. 果酒的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 飲料工業(yè),2013,16(11):4347.

[12]安東梅,張艷萍. 果酒加工工藝的研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(19):5860.

[13]楊智孚,張春嵐. 補藥和補品[M]. 北京:科學(xué)普及出版社,1983:157159.

[14]王娟,徐桂花. 蘋果酒的營養(yǎng)價值分析及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 中國食物與營養(yǎng),2006,11(8):3537.

[15]牛瑞陽,等.紅曲啤酒初探[J]. 釀酒,2004,31(6):3032.

[16]高世龍. 液態(tài)固態(tài)兩步法生產(chǎn)紅曲椰纖果[D]. 海南:華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[17]楊宗渠,朱軍,宋衛(wèi)東等. 紅曲米粉安全性控制技術(shù)[J]. 食品科學(xué),2007,28(3):121124.

[18]李麗,張文學(xué),羅芳,等. 紅曲藥曲的制備工藝及藥曲清酒的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2014,35(18):194198.

[19]劉曉娜,韓建春,李玲伊. 沙棘原汁澄清處理對沙棘酒香氣成分的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2012,33(11):292295.

[20]宋莉丹. 果汁澄清處理對臍橙酒品質(zhì)影響的研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,39(3):8789.

[21]Spagna G,Rangoni C. The stabilization of white wines by absorption of phenoliand chitosan[J]. Food Research International,1996,29(16):241248.

[22]Houtman AC,Du Plesis CS. Nutritional deficiencies of clarified white grape juice and the correction in relation to fermentation[J]. South African Journal for Enology and Vitculture,1986(7):3942.

[23]中國國家標(biāo)準化管理委員會. GB/T 150382006. 葡萄酒、果酒通用分析方法[S]. 北京:中國標(biāo)準出版社,2006.

[24]張永華. 食品分析[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,2007:115129.

[25]中國國家標(biāo)準化管理委員會.GB/T 136622008. 黃酒國家標(biāo)準[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2008.

[26]中國國家標(biāo)準化管理委員會. GB 159612005. 食品添加劑紅曲紅國家標(biāo)準[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2005.

[27]李云雁、胡傳榮. 實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M]. 第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.