吳芳芳,彭　博,宮　號,吳彩娥,*,范龔健,李婷婷

(1.南京林業(yè)大學林學院,江蘇南京 210037;2.南京林業(yè)大學輕工科學與工程學院,江蘇南京 210037)

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宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

吳芳芳1,2,彭博2,宮號2,吳彩娥1,2,*,范龔健2,李婷婷2

(1.南京林業(yè)大學林學院,江蘇南京 210037;2.南京林業(yè)大學輕工科學與工程學院,江蘇南京 210037)

本研究以宣木瓜和糯米為主要原料,采用補料發(fā)酵工藝釀造宣木瓜糯米酒。篩選合適的酒曲和酵母,在此基礎上設計Box-Behnken實驗優(yōu)化宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝條件,考察發(fā)酵溫度、酵母添加量和初始pH對宣木瓜糯米酒酒精度和出酒率的影響。結果表明,酒曲3號適用于糯米糖化,獲得的還原糖含量和糖化酶活力較高;酵母2號適用于宣木瓜糯米酒的發(fā)酵,其出酒率達到32.8%。經響應面實驗優(yōu)化得到的宣木瓜糯米酒最適發(fā)酵條件為:發(fā)酵溫度17.9 ℃,發(fā)酵pH為4.50,酵母添加量為0.22 g/kg,在此條件下宣木瓜糯米酒酒精度為19.6%vol,出酒率可達45.3%。

宣木瓜糯米酒,發(fā)酵工藝,優(yōu)化

宣木瓜,學名為貼梗海棠,屬薔薇科木瓜屬植物,主要產于安徽、四川、湖北和云南等地,其中以安徽省宣城市新田鎮(zhèn)宣木瓜最為有名[1]。宣木瓜因其富含齊墩果酸、熊果酸等活性成分而被廣泛研究[2]。國內對宣木瓜的加工利用也有較多報道,馮麗麗等人[3]通過實驗宣木瓜和鮮牛乳的比例配方,摸索出宣木瓜酸奶的生產工藝,得到口感純正和風味獨特的功能性飲品;汪雪麗等人[4]以宣木瓜干為原料,經過酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵生產出果香突出,口味柔和協(xié)調的宣木瓜果醋。目前還未見宣木瓜糯米酒的研究報道。本文以宣木瓜和糯米為主要原料,采用補料發(fā)酵工藝釀造宣木瓜糯米酒,篩選合適的酒曲和酵母,優(yōu)化發(fā)酵工藝條件,為宣木瓜的開發(fā)利用提供新的途徑。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

宣木瓜產于安徽宣城,購自廣德縣宣木瓜農莊;糯米蘇墾糯米香糯米,江蘇省農墾米業(yè)集團有限公司;酒曲1號安琪甜酒曲,安琪酵母股份有限公司;酒曲2號大竹柳百醪糟酒釀甜酒曲,四川省大竹縣東柳鎮(zhèn);酒曲3號蘇州蜜蜂牌甜酒曲,蘇州糧油食品有限公司;酵母1號安琪葡萄酒果酒專用酵母,安琪酵母股份有限公司;酵母2號帝伯仕果酒酵母,煙臺帝伯仕貿易有限公司;酵母3號法國進口葡萄酒酵母紅酒水果酒專用酵母K1果酒酵母。3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、苯酚、偏重亞硫酸鈉、葡萄糖、可溶性淀粉、檸檬酸、檸檬酸納均為分析純。

DKZ-2型電熱恒溫振蕩水槽上海精宏實驗設備有限公司;GRP-9270型隔水式恒溫培養(yǎng)箱上海森信實驗儀器有限公司;DS-1高速組織搗碎機上海標本模型廠制造;800B臺式離心機上海安亭科學儀器廠制造;UV-2802紫外可見分光光度計美國優(yōu)尼柯公司。

1.2實驗方法

1.2.1宣木瓜糯米酒制作工藝流程

1.2.2酒曲種類的篩選稱取1200 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成3份,分別添加3.0 g酒曲1號、酒曲2號、酒曲3號。于28 ℃恒溫箱糖化2 d,測定糖化酒醪還原糖含量和糖化酶活力。

1.2.3酒曲添加量的確定稱取2000 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成5份,加入1.2.2中的最適酒曲,添加量分別為1.00、3.00、5.00、7.00、9.00 g,拌勻后于28 ℃恒溫箱糖化2 d,測定糖化酒醪還原糖含量和糖化酶活力。

1.2.4酵母種類的選擇根據(jù)1.2.2和1.2.3的結果制備糯米酒醪3份,分別添加1號、2號和3號酵母,添加量為0.4 g/kg,同時按1∶1.5(料水比)補充涼開水,于18 ℃恒溫箱發(fā)酵2 d,重復糯米糖化過程進行補料后再發(fā)酵7 d,測定酒液中還原糖含量、酒精度以及出酒率等指標。

1.2.5宣木瓜糯米酒發(fā)酵條件優(yōu)化在單因素實驗基礎上,選取發(fā)酵溫度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作為實驗因素,以酒精度和出酒率為衡量指標,采用Box-Behnken實驗設計,將各因素按其水平及取值范圍進行編碼,得因素水平編碼表,如表1所示。結合響應面分析法,進行回歸方程擬合度檢驗和顯著性檢驗,建立宣木瓜糯米酒發(fā)酵過程的回歸模型,根據(jù)擬合模型繪制的響應曲面和等高線圖,分析各實驗因素及交互作用對酒精度和出酒率的影響。

1.2.6宣木瓜與糯米比例的確定根據(jù)1.2.5獲得最優(yōu)條件下,將宣木瓜與糯米比例設置為0%、25%、50%、75%、100%,于18 ℃恒溫箱發(fā)酵2 d,補料后再發(fā)酵7 d,測定酒液的酒精度、出酒率,并進行感官評分。

表1　響應面實驗因素水平編碼表Table 1　Factors and levels of response surface experiments

1.2.7測定指標與方法酒精度測定:蒸餾法[5];還原糖測定:3,5-二硝基水楊酸比色法;酶活力測定:DNS試劑比色法[6],出酒率:定義為每100 g糯米所得酒精的體積百分數(shù)。感官品質評價:模糊數(shù)學方法[7]。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用Excel2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪制圖表,用Design Expert8.0進行響應面分析。

2　結果與分析

2.1糖化酒曲種類的篩選

酒曲的主要功能是糖化發(fā)酵,酒曲中的α-淀粉酶首先作用于原料淀粉,再釋放糖化酶進一步作用,最終將淀粉盡可能多的轉變?yōu)榻湍缚衫玫钠咸烟?從而最大限度的將原料轉化為產物酒[8-9]。由圖1和圖2可知,3種酒曲糖化后酒醪還原糖含量和糖化酶的活性有很大的差別。酒曲3號糖化的樣品,其還原糖含量和糖化酶活力最高,分別為276.76 g/L和5.93 U。糖化酶活性越高,糖化越徹底[10]，還原糖含量越高,越有利于酒精的形成。因此,結合還原糖含量和糖化酶活力兩個數(shù)據(jù)應選擇酒曲3號即蘇州蜜蜂牌甜酒曲作為糖化曲。

圖1　不同酒曲糖化的樣品還原糖含量Fig.1　Influence of rice leaven on reducing sugar content

圖2　不同酒曲的糖化酶活力Fig.2　Comparison of glucoamylase activity on different rice leavenes

2.2糖化酒曲添加量的確定

由圖3可知,隨著酒曲加入量的增加,還原糖含量也在不斷發(fā)生變化。當酒曲添加量達到17.5 g/kg時,還原糖含量降低。當添加量為7.5 g/kg時,還原糖含量較高,繼續(xù)增加糖化曲添加量,還原糖含量增加差異不顯著(p>0.05)。由圖4可以看出,隨著酒曲添加量的增加,酶活性逐漸增加,需要產生更多的酶分解淀粉,來得到更多還原糖進行生長繁殖[11]。產酶需要能量,而一部分能量由還原糖提供,所以隨著酶活的增加,還原糖含量并未增加。相比于酶活,還原糖的含量對以后的發(fā)酵產生酒精有更大的影響作用,綜合考慮成本等各因素,最終選擇酒曲添加量為7.5 g/kg。

圖3　酒曲3號添加量對酒醪還原糖含量影響Fig.3　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on reducing sugar content

圖4　酒曲3號添加量對糖化酶活力的影響Fig.4　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on saccharifying enzyme activity

2.3酵母種類的篩選

酵母是影響發(fā)酵宣木瓜糯米酒質量的關鍵因素之一,酵母性狀的好壞直接影響酒液的口感和風味[12]。由表2可知,酵母3號的還原糖含量最低為8.4 g/L;酵母2號的酒精度最高為19.3% vol;酵母2號的岀酒率也最高為32.8%。隨著酵母的生長繁殖,酵母將還原糖轉化成二氧化碳和酒精,所以還原糖的含量相比于發(fā)酵前有明顯的降低[13]。理論上講,同一種酵母,其還原糖含量越低,酒精度越高,但由于不同的酵母對還原糖的利用效率不一樣,所以本研究應考慮在還原糖消耗較低的情況下,能產生更高酒精度以及更多酒液的酵母。綜上,酵母2號的酒精度最高且岀酒率最高,所以選擇酵母2號即帝伯仕果酒酵母用于宣木瓜糯米酒的發(fā)酵。

表2　酵母種類對宣木瓜糯米酒還原糖、 酒精度、出酒率的影響Table 2　Influence of yeast species on reducing sugar, alcohol content and liquor yield

注:表中不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

2.4宣木瓜糯米酒發(fā)酵條件優(yōu)化

2.4.1Box-Behnken實驗設計結果在單因素實驗基礎上,選取發(fā)酵溫度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作為實驗因素,確定三水平,以酒精度和出酒率為響應值,采用Box-Behnken實驗設計,實驗方案及結果見表3。

表3　Box-Behnken實驗設計及結果Table 3　Results and experimental design of Box-Behnken

2.4.2Box-Behnken實驗結果方差分析利用Design expert軟件對表3數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,得到響應值Y1(酒精度)對影響宣木瓜糯米酒發(fā)酵的關鍵因素(A、B、C)的二次多項回歸模型為:

Y1=17.07-0.80A+1.22B+4.18C-0.80AB+0.65BC-2.96A2-1.61B2-1.71C2

表4　酒精度回歸模型方差分析Table 4　Analysis results of alcohol content regression and variance

注:**表示極顯著(p<0.01),*表示顯著(0.01

表5　出酒率回歸模型方差分析Table 5　Analysis results of liquor yield regression and variance

回歸方程模型p<0.0001,回歸是極顯著的;失擬項p=0.6553>0.05,不顯著;復相關指數(shù)R2為0.9950,表明約有99.50%宣木瓜糯米酒酒精度變化可以用模型解釋[14]。各因素對宣木瓜糯米酒酒精度的影響順序為:初始pH>酵母添加量>發(fā)酵溫度。發(fā)酵溫度和酵母添加量的交互作用對宣木瓜糯米酒酒精度的影響顯著(p=0.0085<0.01);酵母添加量和初始pH的交互作用對宣木瓜糯米酒酒精度的影響顯著(p=0.0204<0.05)。

利用Design expert軟件對表3數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,得到響應值Y2(出酒率)對影響宣木瓜糯米酒發(fā)酵的關鍵因素(A、B、C)的二次多項回歸模型為:

Y2=40.36-6.13A-0.40B+6.73C-2.73AB+2.50BC-6.25A2-7.89B2-3.73C2

回歸方程模型p<0.0001,回歸是極顯著的;失擬項p=0.7425>0.05,不顯著;復相關指數(shù)R2為0.9841,表明約有98.4%宣木瓜糯米酒出酒率變化可以用模型解釋。各因素對宣木瓜糯米酒出酒率的影響順序為:初始pH>發(fā)酵溫度>酵母添加量。發(fā)酵溫度和酵母添加量的交互作用對宣木瓜糯米酒出酒率的影響顯著(p=0.0191<0.05);酵母添加量和初始pH的交互作用對宣木瓜糯米酒出酒率的影響顯著(p=0.0270<0.05)。

2.4.3響應面因素的效應分析及優(yōu)化結果應用Design Expert 8.06軟件,對表3中的實驗結果進行響應面分析,各因素對宣木瓜糯米酒酒精度的影響如圖5、圖6所示。

由圖5可知,發(fā)酵溫度和酵母添加量交互作用影響宣木瓜糯米酒的酒精度。初始pH為4.50時,發(fā)酵溫度一定時,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢;酵母添加量一定時,隨著發(fā)酵溫度的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。這表明在本實驗的范圍內,保持最適溫度、提高酵母添加量,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。發(fā)酵溫度和酵母添加量對宣木瓜糯米酒的酒精度的影響呈拋物線型關系,且均有一個極大值點。從宣木瓜糯米酒的酒精度的變化速率顯示,酵母添加量的主效應略大于發(fā)酵溫度。

圖5　發(fā)酵溫度和酵母添加量對酒精度影響的響應面圖Fig.5　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the alcohol content

由圖6可知,酵母添加量和pH交互作用影響宣木瓜糯米酒的酒精度。發(fā)酵溫度為17.9 ℃時,pH一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢;酵母添加量一定時,隨著pH的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。這表明在本實驗的范圍內,保持最適酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。酵母添加量和pH對宣木瓜糯米酒的酒精度的影響呈拋物線型關系,且均有一個極大值點。從宣木瓜糯米酒的酒精度的變化速率顯示,pH的主效應略大于酵母添加量。

圖6　酵母添加量和初始pH對酒精度影響的響應面圖Fig.6　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the alcohol content

由圖7可知,發(fā)酵溫度和酵母添加量交互作用影響宣木瓜糯米酒的出酒率。初始pH為4.50時,當發(fā)酵溫度一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;酵母添加量一定時,隨著發(fā)酵溫度的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這表明在本實驗的范圍內,保持最適酵母添加量、降低發(fā)酵溫度,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。從宣木瓜糯米酒的出酒率的變化速率顯示,發(fā)酵溫度的主效應略大于酵母添加量。

圖7　發(fā)酵溫度和酵母添加量對出酒率影響的響應面圖Fig.7　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the liquor yield

由圖8可知,酵母添加量和pH交互作用影響宣木瓜糯米酒的出酒率。溫度為17.9 ℃時,pH一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢;酵母添加量一定時,隨著pH的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。這表明在本實驗的范圍內,保持最適酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。從宣木瓜糯米酒的出酒率的變化速率顯示,pH的主效應略大于酵母添加量。

圖8　接種量和初始pH對出酒率影響的響應面圖Fig.8　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the liquor yield

由軟件分析得到宣木瓜糯米酒發(fā)酵最優(yōu)工藝條件為:發(fā)酵溫度17.9 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.22 g/kg,在此條件下宣木瓜糯米酒酒精度為19.6%vol,出酒率可達45.3%。綜合考慮實際可操作性,將宣木瓜糯米酒發(fā)酵的最優(yōu)工藝條件修正為:發(fā)酵溫度18 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.20 g/kg。為檢驗實驗結果的可靠性,采用上述優(yōu)化發(fā)酵工藝條件進行宣木瓜糯米酒發(fā)酵實驗,3 組平行實驗的結果酒精度分別為18.9%vol;19.5%vol;19.8%vol,平均值為19.4%vol,與理論預測值僅相差1.0%,因此,采用響應面分析法優(yōu)化得到的宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝條件參數(shù)準確可靠,具有一定的實用價值。

3　結論

糖化是宣木瓜糯米酒制作的基礎階段。還原糖含量越高能給發(fā)酵過程中的酵母提供更多的營養(yǎng)物質,有利于產酒精,糖化酶活性越高,糖化越徹底[10]。本研究結合還原糖含量和糖化酶活力兩個數(shù)據(jù)選擇蘇州蜜蜂牌甜酒曲為最佳糖化曲。酒曲添加量對糖化結果也有很大的影響,當添加量為7.5 g/kg時,還原糖含量較高且顯著性較好(p<0.05)。

發(fā)酵是整個宣木瓜糯米酒生產工藝的核心,帝伯仕果酒酵母在還原糖消耗較低的情況下,能產生更高酒精度以及更多酒液的酵母,其酒精度為19.3%vol,出酒率為32.8%。采用Box-Behnken實驗設計,通過響應面對因素的效應分析及優(yōu)化結果得到發(fā)酵階段最佳工藝條件:發(fā)酵溫度18 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.20 g/kg。

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Optimization of fermentation process ofChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine

WU Fang-fang1,2,PENG Bo2,GONG Hao2,WU Cai-e1,2,*,FAN Gong-jian2,LI Ting-ting2

(1.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.College of Light Industry Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Chaenomelessinensisglutinous rice wine was brewed by fed-fermentation usingChaenomelessinensisand glutinous rice as raw materials. The optimal koji and yeast were prepared by screening. Based on this, the fermentation process ofChaenomelessinensisglutinous rice wine was optimized by Box-Behnen. The effects of temperature,additive amount of yeast and initial pH on alcoholic strength and distillation yield were determined. The results showed that koji 3 was suitable for glutinous rice saccharification,and the higher contents of reducing sugar and saccharifying enzyme can be obtained. Yeast 2 was suitable for the fermentation ofChaenomelessinensisglutinous rice wine,and the alcoholic strength reached 32.8%. The fermentation conditions ofChaenomelessinensisglutinous rice wine were as follows:fermentation temperature:17.9 ℃,initial pH:4.50,yeast dosage:0.22 g/kg. Under this condition,the alcohol arrived at 19.6%vol and the liquor yield was up to 45.3%.

ChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine;fermentation process;optimization

2015-04-13

吳芳芳(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：森林可食用資源加工與利用，E-mail:675658596@qq.com。

吳彩娥(1963-)，女，博士，教授，主要從事森林可食用資源加工與利用研究，E-mail:wucaie@njfu.edu.cn。

國家級大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目(編號201410298094X)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(PAPD)。

TS262.4

B

1002-0306(2016)05-0227-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.036