劉 克,毛嚴(yán)根,李 麗
(上海石庫(kù)門(mén)釀酒有限公司,上海201501)
米漿水回用工藝研究及其在黃酒生產(chǎn)中的應(yīng)用
劉 克,毛嚴(yán)根,李 麗
(上海石庫(kù)門(mén)釀酒有限公司,上海201501)
研究了米漿水的循環(huán)利用方式及其在黃酒大罐發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用方法。結(jié)果表明,米漿水回用后,其總酸隨著浸米溫度的升高而增加,總酸最高可達(dá)10.00 g/L以上,并且會(huì)影響后續(xù)蒸飯和發(fā)酵過(guò)程;高溫殺菌后的米漿水可以用于后續(xù)發(fā)酵過(guò)程,并且對(duì)發(fā)酵醪理化指標(biāo)和風(fēng)味物質(zhì)沒(méi)有負(fù)面影響;米漿水的添加會(huì)降低后續(xù)壓榨的速度,加入適量的蛋白酶后壓榨速度得到改善;米漿水回用是切實(shí)可行的,但需要根據(jù)生產(chǎn)條件控制米漿水的添加量和回用次數(shù),保證發(fā)酵的順利進(jìn)行。
米漿水; 發(fā)酵; 總酸; 壓榨; 酸性蛋白酶
浸米工藝是黃酒釀造生產(chǎn)中的重要工序,傳統(tǒng)的黃酒釀造所需的浸米時(shí)間較長(zhǎng),其中,傳統(tǒng)攤飯法釀酒,浸米時(shí)間長(zhǎng)達(dá)16~20 d[1],浸米工序直接關(guān)系到黃酒釀造的成敗。米漿水是黃酒生產(chǎn)中在浸米工序產(chǎn)生的副產(chǎn)物,是傳統(tǒng)黃酒釀造中的重要配料,南宋朱翼中著的《北山酒經(jīng)》中曾提到漿水的重要性,他說(shuō)“造酒最在漿,漿不酸即不可釀壇”,“如漿酸,亦須約分?jǐn)?shù)以水解之”,可見(jiàn)在宋代釀酒就已用米漿水,并且很注重米漿水的酸度。浸米的目的主要有以下幾點(diǎn):(1)有利于蒸煮糊化,干燥的大米必須經(jīng)過(guò)吸水膨脹后,加熱蒸煮才能使淀粉結(jié)構(gòu)分解;(2)利用含乳酸的浸米漿水,其所含的酸被帶到后續(xù)發(fā)酵過(guò)程中可以抑制產(chǎn)酸菌的繁殖而防止酸敗,俗稱“以酸制酸”[2];(3)改善黃酒風(fēng)味,米漿水中含有大量的有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、淀粉、糖類、脂肪、維生素等,其中氨基酸的種類高達(dá)18種,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)十分豐富[3-5],不僅有利于酵母繁殖,而且可以改善黃酒的風(fēng)味。
黃酒釀造新工藝大大縮短了浸米時(shí)間,浸米時(shí)間一般為2~4 d,浸米溫度20~35℃[6]。經(jīng)計(jì)算每釀造1 t黃酒產(chǎn)生的米漿水為0.625 t左右[7],而新工藝大都采用機(jī)械化生產(chǎn),產(chǎn)能相比于傳統(tǒng)工藝大大提高[8],隨之而來(lái)的米漿水處理問(wèn)題顯得尤為突出。如若直接排放,會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境,造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[9]。因此,解決黃酒米漿水的難題,避免向環(huán)境排放污水,節(jié)約水資源,不僅是人類生存環(huán)境的需要,也是黃酒生產(chǎn)企業(yè)生存和發(fā)展的需要[10]?,F(xiàn)有的黃酒米漿水處理以生化法居多,沿用處理污水的思路對(duì)米漿水進(jìn)行處理,如采用酸化、UASB厭氧、SBR好氧等聯(lián)合處理工藝,處理成本、設(shè)備投入都非常高[11]。俞衛(wèi)華等[12]研究了以硅藻土、活性炭作為吸附劑對(duì)米漿水的處理效果,結(jié)果表明,在最適工藝條件下,即當(dāng)用石灰乳調(diào)米漿水pH8.0,硅藻土加量為6.0 g/L,活性炭加量為8.0 g/L,靜置吸附時(shí)間為30 min時(shí),處理后的米漿水的透光率可達(dá)85%。李海霞等[13]將米漿水和淋飯水循環(huán)用于浸米和發(fā)酵工序,隨著米漿水循環(huán)回用次數(shù)的增加,發(fā)酵醪的總酸也隨之增加,抑制了雜菌生長(zhǎng),有利于酵母繁殖,加快了發(fā)酵進(jìn)程,提高了酒精含量,20 d時(shí)酒醅中酒精含量從第1批的16.5%vol提高到第5批的17.4%vol。張雨等[14]研究了發(fā)酵中添加米漿水對(duì)黃酒風(fēng)味的影響發(fā)現(xiàn),添加20%米漿水的黃酒總酸含量較不添加米漿水的升高了0.11倍,而氨基酸態(tài)氮含量升高了0.35倍,甲醇、β-苯乙醇和乳酸乙酯的濃度提高,經(jīng)品嘗口感較豐滿、協(xié)調(diào)。周高峰等[15]將米漿水用于制作黃酒熟麥曲,也取得了較好的效果。
以上研究表明,米漿水用于發(fā)酵過(guò)程或循環(huán)浸米過(guò)程都是切實(shí)可行的,但是這些研究大都處于實(shí)驗(yàn)室階段,規(guī)模較小,在實(shí)際生產(chǎn)中米漿水的利用是否還存在其他問(wèn)題不得而知。本研究在胡健等[16]研究的基礎(chǔ)上,就米漿水在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及影響米漿水循環(huán)回用的關(guān)鍵難題及其解決辦法進(jìn)行了探索。
1.1 材料、試劑及儀器
材料:酒母、純種生麥曲、米漿水,公司自制;酶制劑,諾維信酶制劑;氣相檢測(cè)試劑,無(wú)水酒精和NaCl為A.R.級(jí),其余標(biāo)樣均為GC級(jí)。
儀器設(shè)備:785 MDP Titrino電位滴定儀785,瑞士萬(wàn)通(Metrohm);10%vol~20%vol酒精計(jì),上海華辰醫(yī)用儀表有限公司;BS210S分析天平,北京賽多利斯天平有限公司;agilent6890N氣相色譜儀,安捷倫科技有限公司,色譜柱DB-WAX30 m×0.32 mm×0.25 μm,頂空進(jìn)樣器HP-7694E。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 工藝流程
本實(shí)驗(yàn)采用流程如下:
1.2.2 浸米方式
①每天浸米6罐,3罐浸米時(shí)間為1 d,3罐浸米時(shí)間為2 d,釀造水經(jīng)除氯裝置除氯后,作浸米用水。
②常溫浸米,每罐5.5 t大米,大米∶清水=1∶0.75~0.80,將米面鋪平。
③放米前,先將浸米罐底部較濃漿水排去,收集浸米2 d的米漿水6.0 t作為發(fā)酵投料用水。
④浸米1 d的米漿水根據(jù)總酸高低取適量用于下次浸米過(guò)程,剩下的米漿水排至污水進(jìn)行處理。
1.2.3 前酵過(guò)程米漿水添加方法
①將收集的6.0 t米漿水加熱到95℃滅菌45~60 min。
②將滅菌后的6.0 t米漿水加入釀造用水中,等量投入4個(gè)前酵罐,每罐1.5 t。
1.2.4 米漿水的處理方法
首先將適量米漿水混勻后,然后分別對(duì)米漿水進(jìn)行以下處理:
A組:升溫到95℃以上滅菌45 min,降溫至45℃,不加酸性蛋白酶,保溫30 min,取出20.0 kg待用。
B組:升溫到95℃以上滅菌45 min,降溫至45℃,加入酸性蛋白酶0.5 kg,保溫30 min,取出20.0 kg待用。
C組:升溫到95℃以上,加入液化酶300 mL,滅菌45 min,降溫至45℃保溫30 min,取出20.0 kg待用。
D:升溫至95℃以上,加入液化酶300 mL,滅菌45 min,降溫至45℃,加入酸性蛋白酶0.5 kg,保溫30 min,取出20.0 kg待用。
分別將A、B、C、D組中米漿水同時(shí)倒入紗布漏斗中進(jìn)行過(guò)濾,18 h后,取4組米漿水濾出液進(jìn)行計(jì)量,對(duì)比4組濾出液的量,進(jìn)而反映出兩者的過(guò)濾速度。
1.2.5 樣品分析方法
揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì):采用毛細(xì)管氣相色譜并結(jié)合自動(dòng)靜態(tài)頂空進(jìn)樣技術(shù)。
理化指標(biāo):檢測(cè)方法參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB/T 13662—2008。
2.1 米漿水回用對(duì)浸米和發(fā)酵的影響
首先,采用米漿水回用工藝后,對(duì)米漿水總酸進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 米漿水回用次數(shù)與總酸的關(guān)系(浸米溫度≥25℃)
由于米漿水回用的操作方式,導(dǎo)致米漿水總酸越來(lái)越高,在循環(huán)幾天之后需要將米漿水全部排去,重新使用清水浸米,否則由于米飯裹漿導(dǎo)致蒸飯蒸不透。
取浸米2 d的漿水6.0 t,分別加入4個(gè)前酵罐中,每個(gè)前酵罐1.5 t。隨著米漿水的加入,發(fā)酵醪的總酸較沒(méi)加漿水之前提高了很多,壓榨后的清酒總酸超過(guò)了總酸要求上限5.50 g/L,米漿水的加入沒(méi)有影響其他理化指標(biāo)。
圖2 加入米漿水后酒樣總酸的變化
從圖2可以看出,加入米漿水后,5次實(shí)驗(yàn)中有3次總酸高于5.50 g/L,而以往不加米漿水的酒液總酸在4.50~5.50 g/L之間,所以加入米漿水后酒液總酸偏高。經(jīng)過(guò)15 d的米漿水利用,發(fā)現(xiàn)加入米漿水利用過(guò)程中主要會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題:(1)米漿水總酸太高,加入前發(fā)酵后,導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵液總酸較高;(2)由于米漿水的回用,導(dǎo)致浸米水濃度較高,蒸飯放米時(shí)由于米飯裹漿嚴(yán)重,導(dǎo)致蒸飯蒸不透;(3)前酵投入米漿水,在發(fā)酵結(jié)束后進(jìn)入壓榨工序時(shí),發(fā)現(xiàn)壓榨速率有所下降,壓榨出糟含水量升高。針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題,我們分別進(jìn)行了研究。
2.2 米漿水總酸控制
針對(duì)由于米漿水的回用,導(dǎo)致米漿水總酸不斷升高的問(wèn)題,對(duì)浸米及米漿水的回用工藝進(jìn)行了改進(jìn):(1)浸米2 d的漿水取出6.0 t用于前發(fā)酵,其余的漿水由于總酸高、漿水濃度高,所以全部排到污水組進(jìn)行處理,而浸米1 d的漿水則回用于下次浸米;(2)降低浸米溫度,從而降低米漿水總酸。首先,對(duì)不同浸米溫度下米漿水的總酸變化進(jìn)行了跟蹤測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表1和表2。
表1 浸米溫度與米漿水總酸的關(guān)系(浸米溫度24~25℃)
由表1、表2可看出,浸米溫度為24~25℃時(shí),米漿水總酸可以達(dá)到8.00 g/L以上,最高可以達(dá)到10.00 g/L,米漿水的總酸較高,漿水較濃;而浸米溫度降到16~18℃時(shí),米漿水總酸降到7.50 g/L左右,甚至更低。說(shuō)明隨著溫度的降低,米漿水的總酸是明顯降低的。為了能增加米漿水回用次數(shù),應(yīng)該盡量降低浸米溫度,保證米漿水酸度適中,不會(huì)出現(xiàn)酸度過(guò)高、大米裹漿嚴(yán)重的問(wèn)題。
表2 浸米溫度與米漿水總酸的關(guān)系(浸米溫度16~18℃)
2.3 發(fā)酵過(guò)程總酸的控制
發(fā)酵過(guò)程中總酸升高明顯,除加入米漿水的原因外,還有可能是由于米飯帶有酸漿,米漿水濃度非常高,米飯裹漿嚴(yán)重,導(dǎo)致蒸飯時(shí)米飯蒸不透,而且蒸出來(lái)的米飯酸味明顯,說(shuō)明米飯中含有大量有機(jī)酸,而且米飯蒸煮不透也會(huì)引起發(fā)酵過(guò)程升酸。為考察米飯裹漿對(duì)發(fā)酵總酸的影響,放米蒸飯時(shí)用少量清水除去大米上裹著的較濃漿水,防止?jié){水引起米飯蒸不透,且在放米之前,要將浸米罐底部較濃的漿水排去,因?yàn)榈撞繚{水不僅總酸較高,漿水較濃,而且?guī)в挟愇?,?huì)影響黃酒風(fēng)味。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 米漿水添加與否對(duì)總酸的影響
從圖3可以看出,使用清水沖米之后,即使加入米漿水,發(fā)酵醪總酸也不會(huì)升高,與不加米漿水總酸基本相同,可以達(dá)到小于5.50 g/L的標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明米飯裹漿是造成發(fā)酵過(guò)程中總酸升高的一個(gè)主要原因。
2.4 米漿水對(duì)黃酒風(fēng)味的影響
米漿水雖營(yíng)養(yǎng)豐富,但是成分也較復(fù)雜,加入發(fā)酵中是否會(huì)影響黃酒風(fēng)味還有待驗(yàn)證,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中加入米漿水的黃酒進(jìn)行了氣相風(fēng)味物質(zhì)分析,結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 黃酒風(fēng)味物質(zhì)檢測(cè) (mg/L)
從可檢測(cè)到的風(fēng)味物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,添加米漿水沒(méi)有對(duì)黃酒風(fēng)味產(chǎn)生影響,與不添加米漿水相比,反而使乳酸乙酯的含量大幅度提高,其他風(fēng)味物質(zhì)含量基本不變,所以米漿水并不會(huì)對(duì)黃酒風(fēng)味產(chǎn)生不利影響,反而會(huì)因米漿水的加入而增加部分風(fēng)味物質(zhì)的含量。
2.5 添加米漿水對(duì)壓榨速率的影響
壓榨過(guò)程中發(fā)現(xiàn),加入米漿水后,導(dǎo)致壓榨速度有所減慢,降低壓榨效率及出酒率。米漿水中含有大米淀粉顆粒、蛋白質(zhì)、脂肪及灰分等,這些組分可能是影響過(guò)濾速度的因素,其中,蛋白質(zhì)和淀粉對(duì)過(guò)濾的影響相對(duì)較大,它們都具有很強(qiáng)的吸水性及保水性,這使壓榨過(guò)程中,壓榨速度減慢,酒糟的水分升高,降低了出酒率。接下來(lái)研究了米漿水中蛋白和淀粉對(duì)壓榨的影響。
2.5.1 蛋白酶、液化酶對(duì)米漿水紗布過(guò)濾的影響
為了研究蛋白和淀粉對(duì)米漿水過(guò)濾的影響,將20 kg米漿水進(jìn)行適當(dāng)處理(具體見(jiàn)本文1.2.4)。加入蛋白酶和淀粉水解酶,然后觀察米漿水在常壓下的過(guò)濾速度有無(wú)變化,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
表4 米漿水過(guò)濾速度
通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),相比于米漿水原液,加入蛋白酶會(huì)提高米漿水過(guò)濾速度,而加入液化酶反而會(huì)降低米漿水過(guò)濾速度,而液化酶和蛋白酶同時(shí)加入則又會(huì)大大加快過(guò)濾速度,最終,加入液化酶和蛋白酶后過(guò)濾速度最快。分析原因可能是由于在米漿水原漿中加入液化酶后,雖然有少量淀粉被酶水解為糊精,但是大顆粒的淀粉仍不能完全降解,反而導(dǎo)致整個(gè)米漿水呈現(xiàn)一種“糊狀”的狀態(tài),不利于過(guò)濾,而單獨(dú)加入蛋白酶后,水解了其中的蛋白質(zhì),使過(guò)濾速度稍有提高,而液化酶和蛋白酶協(xié)同作用使米漿水中淀粉、多糖及蛋白質(zhì)形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)被水解,從而大大加快了過(guò)濾速度。
2.5.2 蛋白酶添加對(duì)壓榨的影響
通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),加入蛋白酶和液化酶會(huì)加快米漿水的過(guò)濾速度,為了確定加入蛋白酶和液化酶是否會(huì)加快實(shí)際生產(chǎn)的壓榨速度,將1.5 kg酸性蛋白酶加入3000 kg米漿水中(因發(fā)酵過(guò)程中會(huì)加入液化酶和糖化酶,固此處不再添加液化酶),然后加入前發(fā)酵罐中,經(jīng)過(guò)20 d左右的前發(fā)酵和后發(fā)酵,進(jìn)入壓榨,記錄壓榨速度及酒糟含水量的變化。
據(jù)壓榨車間反映,加入酸性蛋白酶會(huì)加快壓榨速度,不會(huì)殘留在發(fā)酵醪中導(dǎo)致壓榨速度減慢。加入酸性蛋白酶前后酒糟含水量見(jiàn)表5。
表5 酒糟含水量
從表5數(shù)據(jù)可以看出,添加米漿水與不添加相比,酒糟含水量明顯增加,且相同時(shí)間內(nèi)壓榨速度偏慢,而加入酸性蛋白酶可以使加入米漿水的發(fā)酵醪壓榨速度提高,與不加米漿水的發(fā)酵醪壓榨速度基本相同。說(shuō)明加入酸性蛋白酶水解蛋白之后,可以提高壓榨速度,蛋白質(zhì)含量高會(huì)降低壓榨速度,在相同壓榨時(shí)間內(nèi),蛋白質(zhì)含量越高,壓榨速度越慢;而米漿水中含有大量蛋白質(zhì),一部分來(lái)自大米,一部分來(lái)自產(chǎn)酸菌的代謝分泌物。綜上所述,加入米漿水壓榨速度會(huì)降低是因?yàn)樵黾恿舜罅康牡鞍踪|(zhì),但是蛋白質(zhì)增加會(huì)降低壓榨速度是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的保水能力較強(qiáng),或蛋白質(zhì)與殘淀粉之間形成復(fù)合結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致壓榨困難,亦或者蛋白質(zhì)增加引起其他變化而導(dǎo)致壓榨速度降低,現(xiàn)在還不得而知,還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
將米漿水作為投料水用于發(fā)酵過(guò)程是解決米漿廢水的一個(gè)有效途徑,通過(guò)研究發(fā)現(xiàn):
3.1 米漿水總酸隨著浸米溫度的提高,上升明顯,在20℃以上的溫度下,重復(fù)利用米漿水作為下次浸米過(guò)程的浸米用水會(huì)使米漿水總酸快速升高,循環(huán)4~7 d后,米漿水總酸可以超過(guò)10.00 g/L,而在較低溫度15℃時(shí),循環(huán)4~7 d,總酸達(dá)到7.00 g/L左右,說(shuō)明在較低的溫度下,米漿水的重復(fù)利用較為可行。
3.2 發(fā)酵過(guò)程中添加米漿水,會(huì)提高前發(fā)酵液的基礎(chǔ)總酸,造成總酸控制較困難,因?yàn)槎啻窝h(huán)利用米漿水,導(dǎo)致米漿水總酸升高,當(dāng)溫度降低后,適當(dāng)減少米漿水循環(huán)次數(shù),使用清水沖米,除去米表面的裹漿都可以適當(dāng)降低米漿水對(duì)發(fā)酵的影響。
3.3 米漿水加入發(fā)酵液中,不會(huì)對(duì)黃酒風(fēng)味產(chǎn)生負(fù)面影響;但會(huì)降低后續(xù)壓榨的速度,影響出酒率,而加入酸性蛋白酶可以有效地提高壓榨速度。
綜上所述,米漿水用于黃酒生產(chǎn)是解決米漿水處理難題的一個(gè)切實(shí)可行的途徑,加入米漿水不會(huì)影響黃酒的發(fā)酵及黃酒風(fēng)味,在生產(chǎn)工藝上需要適當(dāng)控制米漿水的回用及其在發(fā)酵過(guò)程中的添加方式,關(guān)鍵在于控制其總酸的穩(wěn)定,這是米漿水回用工藝中至關(guān)重要的控制點(diǎn)。
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Recycling of Rice Steeping Water in Yellow Rice Wine Production
LIU Ke,MAO Yangen and LI Li
(Shikumen Winery Co.Ltd.,Shanghai 201501,China)
In this study,the recycling of rice steeping water in yellow rice wine production were explored.After the recycling,total acids content in rice steeping water increased with the increase of rice steeping temperature and the highest total acids content may reach up to 10.00 g/L,which would influence the subsequent rice steaming and fermentation.Rice steeping water with high-temperature sterilization could be used in subsequent fermentation and it had no negative effects on physicochemical indexes of fermenting mash and the flavoring compounds.Besides,the addition of rice steeping water would reduce subsequent squeezing speed,and the addition of proper amount of protease may settle such problem.Above all,the recycled utilization of rice steeping water was feasible in practice.However,the adding level and the recycling times of rice steeping water should be under proper control according to actual production conditions to ensure successful fermentation.
rice steeping water;fermentation;total acid;squeeze;acid proteinase
TS262.4;TS261.4
A
1001-9286(2017)07-0102-05
10.13746/j.njkj.2017030
2017-02-17
劉克(1990-),男,碩士研究生,從事發(fā)酵工程研究,E-mail:liuke411@163.com。
優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間:2017-03-27;地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170327.1519.007.html。