紫薯糯米酒釀制工藝優(yōu)化及其品質(zhì)分析

吳海霞， 馬國(guó)剛

（ 運(yùn)城學(xué)院 生命科學(xué)系 特色農(nóng)產(chǎn)品加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

紫薯（Ipomoea batatas Poir） 又名紫甘薯， 不僅富含淀粉， 還含有豐富的對(duì)人體具有保健功效的硒元素及花青素， 食用價(jià)值、 藥用價(jià)值較高， 是一種純天然保健食品[1-2]。 由于紫薯特殊的營(yíng)養(yǎng)組成， 使其成為釀酒的絕佳原料來(lái)源之一[3-5]。 糯米富含淀粉，尤以支鏈淀粉含量為高， 是米酒釀制的主要原料，我國(guó)用優(yōu)質(zhì)糙糯米釀酒， 已有1 000 年以上的悠久歷史， 米酒也已成為農(nóng)家的日常飲品， 有關(guān)糯米酒釀制的研究報(bào)道也有很多[6-8]。 紫薯糯米酒即是以紫薯和糯米為主要原料混合發(fā)酵而成的低度保健酒[9-11]，其顏色鮮艷、 酒精度低、 醇香可口， 可滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)酒類(lèi)低度、 營(yíng)養(yǎng)、 保健的需求， 也與當(dāng)下人們?nèi)找嫫占暗酿B(yǎng)生意識(shí)相契合。 目前， 以紫薯為主要原料 進(jìn) 行 發(fā) 酵 工 藝 探 討[3，8]和 香 氣 成 分 分 析[9-10，12]的 相 關(guān)研究報(bào)道。 在探討紫薯糯米酒發(fā)酵工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)所得成品酒的品質(zhì)進(jìn)行分析， 為紫薯糯米酒的釀制及消費(fèi)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、 試劑與設(shè)備

原料： 紫薯， 濟(jì)薯18 號(hào)； 糯米（ 江米） ， 蘇北糧倉(cāng)專(zhuān)營(yíng)店提供。

酒曲1 號(hào)： 蘇州蜜蜂甜酒曲； 酒曲2 號(hào)： 四川大竹醪糟甜酒曲； 酒曲3 號(hào)： 安琪甜酒曲；

收稿日期： 2021-06-21

基金項(xiàng)目： 山西省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目（2019L0865） ； 運(yùn)城學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目（CY-2020030， CY-2018017） ； 山西省“ 1331” 工程重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目（098-091704） ； 運(yùn)城學(xué)院學(xué)科群學(xué)科研究項(xiàng)目（XK-2018001， XK-2019034） 。

作者簡(jiǎn)介： 吳海霞（1980— ） ， 女， 博士， 副教授， 研究方向?yàn)殡s糧食品開(kāi)發(fā)及植物活性成分。

酵母1 號(hào)： 帝伯仕果酒專(zhuān)用酵母； 酵母2 號(hào)： 安琪果酒專(zhuān)用酵母； 酵母3 號(hào)： 拉曼德EC1118 酵母。

試劑： 硫酸銅、 亞甲基藍(lán)、 酒石酸鉀鈉、 氫氧化鈉、 亞鐵氰化鉀、 葡萄糖、 鹽酸、 無(wú)水乙醇、 二氯甲烷、 無(wú)水硫酸鈉等， 均為分析純。

儀器與設(shè)備： PHS-3C 型酸度計(jì)、 TDL6M 型低溫高速離心機(jī)、 SHP-250 型生化（ 恒溫） 培養(yǎng)箱、RE52CS 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、 Agilent7890-5975C GCMS5975C 型氣質(zhì)聯(lián)用儀等。

1.2 紫薯糯米酒釀制工藝流程

1.3 單因素試驗(yàn)

1.3.1 酒曲的篩選及添加量的確定

糯 米 經(jīng) 糊 化 后， 分 別 添 加1、 2、 3 號(hào) 酒 曲1.25 g/100 g 干米， 于28 ℃恒溫箱中糖化48 h， 通過(guò)測(cè)定酒醪中還原糖的含量， 確定糖化用酒曲； 分別改變酒曲添加量為0.25%， 0.75%， 1.25%， 1.75%，2.25%， 確定合適的酒曲添加量。

1.3.2 米薯配比的確定

分別按米薯配比10∶3， 10∶4， 10∶5 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合， 添加0.03%的安琪果酒專(zhuān)用酵母， 同時(shí)按料液比1∶1 補(bǔ)充涼白開(kāi)水， 于25 ℃下發(fā)酵6 d， 以酒精度及花色苷含量為指標(biāo)確定米薯配比。

1.3.3 酵母的篩選及添加量的確定

按照米薯配比10∶4 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合， 分別添加0.03%的1、 2、 3 號(hào)酵母， 同1.3.1 操作選擇發(fā)酵用酵母； 改變安琪果酒專(zhuān)用酵母添加量為0.01%， 0.02%， 0.03%， 0.04%， 0.05%， 同上操作確定合適的酵母添加量[11-12]。

1.3.4 發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)間的確定

向糖化醪中添加0.04%安琪果酒專(zhuān)用酵母， 分別于18， 21， 24， 27， 30 ℃下發(fā)酵6 d， 確定合適的發(fā)酵溫度； 同上， 添加酵母后于25 ℃下分別發(fā)酵4，5， 6， 7， 8 d， 確定發(fā)酵時(shí)間[11-12]。

1.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平設(shè)計(jì)

1.5 紫薯糯米酒感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[8]見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.6 紫薯糯米酒品質(zhì)分析指標(biāo)

分別測(cè)定成品酒的酒精度、 還原糖、 總酸、 花色苷等含量[13-14]， 并對(duì)其香氣成分進(jìn)行分析。

香氣成分分析： 以二氯甲烷為萃取劑， 采用液-液萃取法提取香氣物質(zhì)。 色譜條件： 非極性色譜柱（ HP-5MS） （ 30 m×0.25 mm×0.25 μm） 彈性石英毛細(xì)管柱； 溶劑延遲時(shí)間4 min， 程序升溫50 ℃，保持5 min， 以5 ℃/min 升至200 ℃， 保持15 min，再以10 ℃/min 升至250 ℃， 保持5 min； 進(jìn)樣口250 ℃； 傳輸線(xiàn)250 ℃； 載氣為He， 流速1 mL/min；分流比為50∶1。 質(zhì)譜條件： 電離方式EI， 70 eV；離子源溫度230 ℃， 質(zhì)量掃描范圍50～550 AMU。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 酒曲的篩選及添加量的確定

酒曲的選擇見(jiàn)圖1， 酒曲添加量的確定見(jiàn)圖2。

由圖1 可知， 3 種酒曲在相同條件下糖化所得糖化醪中， 以1 號(hào)（ 蘇州蜜蜂牌甜酒曲） 所含的還原糖含量最高， 糖化效果最好， 其次為3 號(hào)（ 安琪甜酒曲） ， 而2 號(hào)（ 大竹柳百醪糟酒釀甜酒曲） 所得還原糖含量最低， 糖化較不徹底， 所以選用蘇州蜜蜂牌甜酒曲進(jìn)行前期糖化。 由圖2 可知， 酒曲添加量為1.25%時(shí)， 還原糖含量最高， 為6.2 g/L， 同時(shí)感官評(píng)價(jià)表明酒曲添加量過(guò)多， 所得酒醪的苦澀味較為明顯。 因此， 選擇酒曲添加量1.25%進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖1 酒曲的選擇

圖2 酒曲添加量的確定

2.1.2 米薯混合配比的確定

米薯混合配比見(jiàn)圖3。

圖3 米薯混合配比

紫薯糯米酒最重要的特色之一就是其中含有一定量的花色苷， 增加了酒的保健功效。 紫薯中的花色苷主要為矢車(chē)菊色素-3- 葡萄糖和芍藥色素-3-葡萄糖， 其性質(zhì)較不穩(wěn)定， 在發(fā)酵過(guò)程中容易被破壞， 為保證成品中花色苷的含量及酒的品質(zhì)， 紫薯添加量需要適宜。 試驗(yàn)選擇10∶3， 10∶4， 10∶5米薯比進(jìn)行發(fā)酵， 并通過(guò)測(cè)定酒液酒精度和花色苷含量， 選擇適宜的米薯比例。 由圖3 可知， 隨著紫薯占比增加， 酒精度略有降低， 花色苷含量持續(xù)上升， 同時(shí)結(jié)合感官評(píng)定， 發(fā)現(xiàn)米薯配比為10∶3 時(shí)，所得紫薯糯米酒色澤偏淡， 且缺少紫薯香氣。 因此，選擇米薯配比為10∶4 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.3 酵母的篩選及添加量的確定

酵母種類(lèi)的選擇見(jiàn)圖4， 酵母添加量的確定見(jiàn)圖5。

圖4 酵母種類(lèi)的選擇

圖5 酵母添加量的確定

由圖4 可知， 在相同發(fā)酵條件下， 2 號(hào)酵母（ 安琪果酒專(zhuān)用酵母） 發(fā)酵所得米酒的酒精度為11.45%Vol， 較1 號(hào)酵母（ 帝伯仕果酒專(zhuān)用酵母） 和3 號(hào)酵母（拉曼德EC1118 酵母） 的發(fā)酵能力更強(qiáng)， 所以選用安琪果酒專(zhuān)用酵母作為試驗(yàn)發(fā)酵劑。 同時(shí)， 對(duì)酵母添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)， 由圖5 可知， 隨著酵母添加量增加酒精度隨之升高， 增至0.04%以后趨于平緩， 結(jié)合感官評(píng)定， 酵母添加量過(guò)高酒會(huì)出現(xiàn)明顯的酵母味。 因此， 確定酵母添加量為0.04%進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.4 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酒精度的影響

發(fā)酵溫度對(duì)酒精度的影響見(jiàn)圖6， 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酒精度的影響見(jiàn)圖7。

圖6 發(fā)酵溫度對(duì)酒精度的影響

溫度對(duì)酵母的活力影響較大， 分別于18， 21，24， 27， 30 ℃下進(jìn)行同步發(fā)酵， 由圖6 可知， 在18 ℃下所制得的紫薯糯米酒的酒精度低于10%Vol， 24 ℃發(fā)酵所得紫薯糯米酒的酒精度最高， 為11.43%Vol，所以選擇24 ℃進(jìn)行后續(xù)發(fā)酵試驗(yàn)。 結(jié)合發(fā)酵時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果， 由圖7 可知， 在前述所選較佳的發(fā)酵條件下， 4～8 d 的發(fā)酵時(shí)間內(nèi)， 發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)， 酒精度越高， 發(fā)酵6 d 以后變化趨勢(shì)減慢， 且發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)酒體略顯渾濁、 光澤較暗。

圖7 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酒精度的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果， 以感官評(píng)分為指標(biāo)， 選擇對(duì)發(fā)酵酒品質(zhì)影響較大的4 個(gè)因素即酒曲添加量、 發(fā)酵時(shí)間、 發(fā)酵溫度及米薯配比進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.2.2 數(shù)學(xué)建模及顯著性分析

利用軟件Design Expert.V8.0 對(duì)表3 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 得回歸方程： 感官評(píng)分=87.80-1.00A+0.50B+1.50C+1.17D+3.50AB+1.50AC+1.00AD-2.75BC+1.25BD+0.25CD-0.025A2-7.77B2-1.53C2-1.03D2， 相 關(guān) 系 數(shù)R2=0.743 2。

采用方差分析對(duì)回歸模型進(jìn)行顯著性分析（ 表4） ， 可知此模型p 值=0.028 0＜0.050 0， 回型模型具有顯著性， 說(shuō)明此模型能較好地?cái)M合紫薯糯米酒的發(fā)酵工藝， 相關(guān)系數(shù)是0.743 2， 說(shuō)明回歸方程可以較好地描述各個(gè)因子和響應(yīng)值之間的關(guān)系。 失擬項(xiàng)p=0.194 5＞0.05， 表明此模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合較好[15]。

運(yùn)用所得模型， 得到紫薯糯米酒釀制最優(yōu)條件為酒曲添加量1.30%， 發(fā)酵時(shí)間7.18 d， 發(fā)酵溫度24.91 ℃， 米薯配比10∶4.9， 在此條件下， 模型預(yù)測(cè)所得紫薯糯米酒的感官評(píng)分為89.96 分。 結(jié)合實(shí)際情況， 將發(fā)酵條件調(diào)整為酒曲添加量1.30%， 米薯配比10∶5（ 即2∶1） ， 25 ℃下發(fā)酵7 d， 在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)， 所得紫薯糯米酒品質(zhì)較好。

方差分析見(jiàn)表4。

表4 方差分析

2.3 紫薯糯米酒品質(zhì)分析

2.3.1 組成成分測(cè)定結(jié)果

在最佳工藝條件下釀制紫薯糯米原酒， 并對(duì)其中的組成成分進(jìn)行測(cè)定， 結(jié)果表明酒精度11.44%Vol， 還原糖含量3.7 g/L， 總酸含量6.0 g/L， 花色苷含量30.26 μg/mL， 其酒體澄清、 顏色紫紅， 適口性較好。

2.3.2 香氣成分的測(cè)定結(jié)果及呈香特性分析

根據(jù)GC-MS 分析， 得出紫薯糯米酒中各種香氣成分的相對(duì)含量。

紫薯糯米酒香氣成分分析見(jiàn)表5。

由表5 可知， 紫薯糯米酒中主要包含16 種香氣成分， 主要為脂肪醇、 脂肪酸、 芳香醇、 脂肪酮、烷烴類(lèi)等， 其中含量較高的有丙三醇（ 56.01%） 、2,3- 丁 二 醇（ 12.02%） 、 苯 乙 醇（ 7.13%） 、 乙 酸（6.90%） 、 1,3- 丙二醇（3.62%） 、 4- 羥基-2- 丁酮（3.26%）、 3- 羥基-2- 丁酮（2.93%） 等。

表5 紫薯糯米酒香氣成分分析

所有香氣成分中， 醇類(lèi)化合物是含量最大的一類(lèi)物質(zhì)， 占總成分84.44%， 其主要來(lái)源于氨基酸的轉(zhuǎn)化、 發(fā)酵及亞麻酸降解物的氧化[15-16]。 其中， 丙三醇相對(duì)含量最大， 其次是2,3- 丁二醇， 再次是苯乙醇。 苯乙醇的香味獨(dú)特， 具有玫瑰香、 紫羅蘭香、香料辛辣香、 茉莉香、 回芹香、 丁香味、 果味等多樣風(fēng)味， 是構(gòu)成紫薯糯米酒主要特征香氣的組分。酸類(lèi)化合物占總成分的7.74%， 僅次于醇類(lèi)化合物，其產(chǎn)生于脂質(zhì)β - 氧化的降解脂肪酸合成酶的合成。 此次檢出的乙酸和新癸酸， 對(duì)紫薯糯米酒香氣的整體結(jié)構(gòu)具有重要作用。 其中， 乙酸具有揮發(fā)酸味、 醋味、 干酪味、 墨水味、 油脂味等令人不愉快的風(fēng)味[10]。 相對(duì)含量排在第3 位的為酮類(lèi)化合物， 占總成分6.19%， 其中的3- 羥基-2- 丁酮具有強(qiáng)烈的奶油、 脂肪、 白脫樣香氣， 有令人愉快的奶香氣[15-16]，使得紫薯糯米酒的香氣更加飽和。 香氣成分中較為特殊的是二甘醇胺， 其相對(duì)含量為0.46%， 保留時(shí)間最長(zhǎng)。 二甘醇胺是一種重要的溶劑和有機(jī)原料， 能溶于水， 能溶解芳烴和吸收酸性氣體， 主要被用作酸性氣體的吸收劑。

3 結(jié)論

以酒曲種類(lèi)、 酒曲添加量、 酵母種類(lèi)、 發(fā)酵溫度、 發(fā)酵時(shí)間和米薯比例進(jìn)行紫薯糯米酒釀制單因素試驗(yàn)， 并在此基礎(chǔ)上以感官評(píng)分為響應(yīng)值， 以酒曲添加量、 發(fā)酵時(shí)間、 發(fā)酵溫度和米薯配比為影響因子， 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)并建立回歸模型， 獲得紫薯糯米酒釀制的最佳工藝條件。 經(jīng)分析可知， 發(fā)酵溫度對(duì)紫薯糯米酒品質(zhì)的影響最顯著， 米薯配比和酒曲添加量對(duì)紫薯糯米酒品質(zhì)影響較顯著， 交互項(xiàng)中酒曲添加量和發(fā)酵時(shí)間的影響較顯著。 紫薯糯米酒最佳釀制條件為， 添加1.30%蘇州蜜蜂牌甜酒曲作為糖化劑進(jìn)行糯米糖化， 米薯糖化醪2∶1 混合后， 添加0.04%安琪果酒專(zhuān)用酵母于25 ℃下發(fā)酵7 d 得成品酒。 在此釀制條件下所得紫薯糯米酒酒精度為11.44%Vol， 還原糖含量為3.7 g/L， 總酸含量為6.0 g/L， 花色苷含量為30.26 μg/mL。

紫薯糯米酒的香氣成分中相對(duì)含量最高的是醇類(lèi)化合物， 占總成分的84.44%； 其次是酸類(lèi)化合物和酮類(lèi)化合物， 其中以丙三醇、 2,3- 丁二醇、 苯乙醇、 乙酸、 新癸酸和3- 羥基-2- 丁酮為主要香氣成分， 所得紫薯糯米酒酒體柔和、 顏色鮮亮， 且具有紫薯特有香味。