宗緒巖，李 麗，刁 沖，王 飛

(四川理工學院生物工程學院，四川 自貢 643000)

玉米威士忌生產(chǎn)工藝研究

宗緒巖，李 麗，刁 沖，王 飛

(四川理工學院生物工程學院，四川 自貢 643000)

為降低生產(chǎn)成本、改善產(chǎn)品口味，將玉米粉作為威士忌生產(chǎn)原料，部分代替大麥芽用于制作谷物威士忌，以出酒率和感官得分作為產(chǎn)品的考核指標，對麥汁比例、酵母接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間等因素進行了研究。結(jié)果表明：出酒率的影響因素順序為發(fā)酵溫度影響最大，其次是發(fā)酵時間和接種量，麥汁比例的影響最?。桓泄俚梅值挠绊懸蛩仨樞驗榘l(fā)酵溫度影響最大，其次是接種量和發(fā)酵時間，麥汁比例的影響最小。出酒率的較優(yōu)生產(chǎn)條件為麥汁添加比例為20%，添加1.0%的酵母在20 ℃條件下發(fā)酵11 d；感官得分的最適條件為麥汁添加比例為25%，添加0.8%的酵母在16 ℃條件下發(fā)酵15 d。

玉米；威士忌；感官；出酒率

威士忌是一種以谷物為原料，經(jīng)過糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀調(diào)配而成的一種蒸餾酒，是世界著名蒸餾酒種之一[1]。威士忌，被英國人稱之為“生命之水”，更被世界各地的人們將其與“品味”、“成就”聯(lián)系在一起[2]。中國快速成長起來的高凈值人群，給威士忌帶來了市場發(fā)展?jié)摿3]。越來越多的高端產(chǎn)品出現(xiàn)在貨架上，眾多威士忌生產(chǎn)商紛紛搶占這一市場[4-5]。數(shù)據(jù)顯示，蘇格蘭威士忌的出口總值與10年前相比已上漲56%，市場對威士忌的需求依然強勁，尤其是單一純麥威士忌，這類威士忌目前已占蘇格蘭威士忌出口總值的近25%，而5年前這個數(shù)字還是18%[6-7]。不僅是出口，每年在蘇格蘭舉辦的威士忌節(jié)以及各家酒廠的開放參觀活動都吸引世界各地游客前去“朝圣”[8]。隨著日本威士忌近年突獲殊榮，中國游客開始到日本尋找珍稀陳年佳釀，尋覓高端日本威士忌，供自己飲用或者以兩倍、甚至高達6倍的價格在國內(nèi)加價售賣[9]。

國內(nèi)對威士忌的需求量很大，但目前國內(nèi)還沒有知名的威士忌生產(chǎn)廠家，更沒有知名的威士忌國產(chǎn)品牌。

傳統(tǒng)的威士忌生產(chǎn)多采用大麥芽作為原料，甚至是唯一原料[10]，但中國不是大麥的主產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)傳統(tǒng)威士忌需要大量進口大麥，而作為三大玉米黃金帶的中國盛產(chǎn)玉米，相對于其他谷物作物，玉米具有價格低廉，產(chǎn)量高，適于工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點，因此玉米既是糧食作物也是經(jīng)濟作物[11-12]。本文針對玉米的加工特點，研究了以玉米為主要原料，搭配麥芽，生產(chǎn)玉米威士忌的工藝，并試圖以此為突破點，探索其他谷物用于威士忌生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1主要材料

酵母：釀酒生物技術(shù)及應用四川省重點實驗室提供；玉米粉：市場采購；麥芽：華潤雪花啤酒(自貢)有限責任公司提供；耐高溫淀粉酶：諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司；糖化酶：諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司。

1.2主要設(shè)備

自動糖化器(LB型，德國LOCHNER)；全自動啤酒分析儀(Alcolyzer Beer Analyzing System，德國安東帕)；酒精度測試儀(Super Alcomat，意大利Gibertini)。

1.3原料制備方法

1.3.1 麥汁的制備方法

參照啤酒麥汁制備方法[13]，將麥芽放入溫水中浸漬30 s后粉碎。將麥芽粉投入自動糖化器中，加入3.5倍質(zhì)量比的50 ℃水中，保溫30 min，緩慢升溫至62 ℃，保溫30 min，再緩慢升溫至68 ℃，保溫糖化至碘反應不變色，升溫至78 ℃，過濾，并用麥芽質(zhì)量2倍的78 ℃水洗滌濾渣。將合并的濾液煮沸至14%(使用全自動啤酒分析儀測定)備用。

1.3.2 玉米的糖化

參照諾維信公司提供的方法，將玉米粉投入自動糖化器中，與質(zhì)量比4倍的水混合，加入耐高溫淀粉酶，升溫至90 ℃，保溫30 min，煮沸10 min，降溫至65 ℃，加入糖化酶，保溫至碘反應不變色，升溫至78 ℃，過濾，并用麥芽質(zhì)量2倍的78 ℃水洗滌濾渣。將合并的濾液煮沸至14%(使用全自動啤酒分析儀測定)備用。

1.3.3 菌種的培養(yǎng)

將酵母接種到含有10%麥汁的玉米糖化液中，在28 ℃下進行擴大培養(yǎng)24 h。

1.4玉米威士忌生產(chǎn)流程

玉米威士忌的制作流程如圖1所示。

圖1 玉米威士忌的制作流程圖

1.5單因素實驗

1.5.1 麥汁比例

按照麥汁占總量5%、10%、15%、20%、25%和30%配置，分別接入1%的擴培好的酵母，16 ℃發(fā)酵7 d，進行蒸餾，用酒精度測試儀測定酒精含量，計算出酒率，并分別進行感官評價。

1.5.2 接種量影響

按照10%麥汁含量，分別接入0.2%、0.6%、0.8%、1%、1.4%和1.8%的酵母，16 ℃發(fā)酵7 d后進行蒸餾，用酒精度測試儀測定酒精含量，計算出酒率，并分別進行感官評價。

1.5.3 發(fā)酵溫度

按照10%麥汁添加量，分別接入1%的酵母，分別在8 ℃、12 ℃、16 ℃、20 ℃和24 ℃條件下發(fā)酵7d后進行蒸餾，用酒精度測試儀測定酒精含量，計算出酒率，并分別進行感官評價。

1.5.4 發(fā)酵時間

按照10%麥汁添加量，分別接入1%的酵母，在16 ℃條件下分別發(fā)酵5 d、7 d、9 d、11 d、13 d和15 d后進行蒸餾，用酒精度測試儀測定酒精含量，計算出酒率，并分別進行感官評價。

1.6正交實驗設(shè)計

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，對麥汁比例、接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間進行正交試驗，選擇L16(45)進行正交試驗[14]，其中第一列為空列，各因素取3個水平，用酒精度測試儀測定酒精含量，分別考察出酒率(換算成40 %vol)順序和感官評價得分。選取的因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.7出酒率的測定

準確稱量發(fā)酵液放入帶溫度計蒸餾裝置內(nèi)，加入2～3粒玻璃珠于蒸餾瓶中，連接蛇形冷凝器裝置，以三角瓶作接收器(外加冰浴)，開啟冷卻水(冷卻水溫度宜低于15 ℃)，緩慢加熱蒸餾，收集餾出液至溫度升至85～90 ℃，取下三角瓶，將餾出液重復進行二次蒸餾，用酒精度測試儀測定酒精含量，用蒸餾水稀釋至40 %vol測量體積備用。

稀釋后的餾出液體積除以發(fā)酵液體積，即為出酒率。

1.8感官分析

對具有食品專業(yè)背景的96人按照GB/T 10345-2007《白酒分析方法》國家標準進行調(diào)查，初篩出具有興趣、健康良好、時間充裕等符合品評要求的62人，再通過調(diào)查表篩選、敏銳性實驗、排序/打分實驗，最終通過綜合評定篩選出24人，包括12男12女，年齡20～35歲之間，進行4輪培訓。

正式實驗過程在標準品評室完成。將以3位數(shù)字隨機編號的20 mL左右的酒樣品呈遞給品評人員。品評杯具為透明郁金香酒杯，樣品隨機放置。品評者將對樣品的色澤特征、香氣特征、口味特征及風格屬性等4個屬性進行描述打分[15]，實驗重復3次。所有感官評價均采用定量描述分析法(Quantitative Descriptive Analysis，QDA)，選取9點制標度：1～9(1=非常不喜歡；2=很不喜歡；3=不喜歡；4=不太喜歡；5=一般；6=稍喜歡；7=喜歡；8=很喜歡；9=非常喜歡)[16]。

1.9數(shù)據(jù)處理

各組數(shù)據(jù)均為3次重復測定求平均值，結(jié)果表示為平均值±標準差。并采用OriginPro 2016作圖。采用Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并用SPSS Statstics Version 20進行顯著性分析(P<0.05)和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1麥汁比例對玉米威士忌的影響

將麥汁按照占總量5%、10%、15%、20%、25%和30%的比例添加到玉米汁中，接入1%擴培好的酵母，在16 ℃條件下發(fā)酵7 d，經(jīng)過蒸餾后計算出酒率(換算成40 %vol)順序并進行感官評價，結(jié)果如圖2所示。

圖2 麥汁添加量對出酒率和感官得分的影響

由圖2可知，隨著麥汁添加量的增加，出酒率變化不明顯，由于麥汁和玉米汁固形物含量均為14%，說明在利用麥汁或玉米汁生產(chǎn)酒精過程中無特異需求；而蒸餾后酒液的感官得分隨麥汁添加量增加而增加，但在低添加量及高添加量范圍內(nèi)變化較小，說明麥芽制作的威士忌的口味較玉米或其他谷物制作的威士忌從口味及其他感官角度更純正，同時，以玉米為主要生產(chǎn)原料時，當麥汁添加量達到25%后，其口感并沒有繼續(xù)提高。

2.2接種量影響

按照10%麥汁含量，分別接入0.2%、0.6%、0.8%、1%、1.4%和1.8%的酵母，在16 ℃條件下發(fā)酵7 d后進行蒸餾，然后計算出酒率(換算成40 %vol)順序并進行感官評價，結(jié)果如圖3所示。

圖3 酵母添加量對出酒率和感官得分的影響

由圖3可知，隨著酵母添加量的增加，出酒率在持續(xù)升高，這是由于酵母添加量的增加，減少了發(fā)酵過程酵母擴增的比例，減少了酵母繁殖消耗的營養(yǎng)物質(zhì)，這一現(xiàn)象也符合發(fā)酵過程充氧量的變化。蒸餾得到的酒液的感官得分隨著酵母添加量的增加出現(xiàn)了先增加后降低的倒“U”型，說明酵母添加過少會造成酵母大量繁殖，產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，影響了口感，同時發(fā)酵體系中酵母過少，容易造成雜菌污染，產(chǎn)生雜味物質(zhì)；當酵母添加量增加后，酵母數(shù)增加，發(fā)酵速度過快，副產(chǎn)物增加，同時，酵母衰老也快，容易自溶，破壞口味。

2.3發(fā)酵溫度

按照10%麥汁添加量，分別接入1%酵母，分別在8 ℃、12 ℃、16 ℃、20 ℃和24 ℃條件下發(fā)酵7 d后進行蒸餾，然后計算出酒率(換算成40 %vol)順序并進行感官評價，結(jié)果如圖4所示。

圖4 發(fā)酵溫度對出酒率和感官得分的影響

由圖4可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，出酒率升高，超過20 ℃后出現(xiàn)穩(wěn)定略有下降現(xiàn)象，這是由于溫度升高，酵母代謝旺盛、代謝速度加快；低溫時發(fā)酵慢，沒有達到發(fā)酵終點，因此出酒率低，隨著溫度升高出酒率提升，在20 ℃達到高峰，隨著溫度繼續(xù)增加，酵母發(fā)酵完成后，進一步消耗乙醇等物質(zhì)維持其生存，因此出現(xiàn)穩(wěn)定或下降現(xiàn)象。蒸餾得到的酒液的感官得分隨著發(fā)酵溫度升高出現(xiàn)了先穩(wěn)定后降低的形狀，說明低溫發(fā)酵雖然酵母發(fā)酵速度慢，代謝不旺盛，但產(chǎn)生的副產(chǎn)物少，經(jīng)過蒸餾后口感較好，隨著溫度升高，發(fā)酵體系中雜味物質(zhì)含量升高，造成感官評分降低。

2.4發(fā)酵時間

按照10%麥汁添加量，分別接入1%的酵母，在16 ℃條件下分別發(fā)酵5 d、7 d、9 d、11 d、13 d和15 d后進行蒸餾，然后計算出酒率(換算成40 %vol)順序并進行感官評價，結(jié)果如圖5所示。

圖5 發(fā)酵時間對出酒率和感官得分的影響

由圖5可知，隨著發(fā)酵時間的延長，出酒率開始增加，在第9天附近達到峰值，然后出現(xiàn)下降現(xiàn)象，這可能是由于隨著發(fā)酵進行，乙醇代謝逐漸增加，使得出酒率增加，當達到峰值后，酵母開始利用乙醇，造成出酒率下降現(xiàn)象。蒸餾酒液的感官得分隨著發(fā)酵進行呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，在發(fā)酵達到峰值前，酒液的感官變化并不顯著，隨著發(fā)酵繼續(xù)進行，酵母菌乙醇生成代謝停止，開始產(chǎn)生其他風味物質(zhì)，使得酒液的口味提高，感官得分增加。

2.5正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，對麥汁比例、接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間進行正交試驗，選擇L16(45)進行正交試驗，其中第一列為空列，各因素取3個水平，分別考察出酒率(換算成40 %vol)順序和感官評價得分。試驗結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3和表4。

由正交試驗的極差分析結(jié)果可知，出酒率的影響因素順序為發(fā)酵溫度>發(fā)酵時間>接種量>麥汁比例，感官得分的影響因素順序為發(fā)酵溫度>接種量>發(fā)酵時間>麥汁比例；可見發(fā)酵溫度對出酒率和感官得分的影響都較明顯，從方差分析結(jié)果知，其影響均極顯著；而麥汁比例對于出酒率和感官得分的影響最弱，從方差分析結(jié)果知，其影響顯著。

由正交試驗的極差分析結(jié)果可知，最大出酒率的條件為麥汁添加比例為20%，添加1.0%的酵母在20 ℃條件下發(fā)酵11 d，該條件未在正交試驗中出現(xiàn)，進行驗證試驗，得到出酒率為10.48%，超過試驗最大值。感官得分的最適條件為麥汁添加比例為25%，添加0.8%的酵母在16 ℃條件下發(fā)酵15 d，該條件也未在正交試驗中出現(xiàn)，進行驗證試驗，得到感官得分為32.44，超過試驗最大值。見出酒率的最適條件和感官得分的最適條件不一致，可其主要原因是由于酒類的風味不是由酒精決定，而是由酒中其他風味物質(zhì)組成及含量決定，出酒率主要考察的是酒精的生成量，而感官得分考察的是整體的綜合組成；酒類飲料中很多風味物質(zhì)都是在發(fā)酵過程中微生物代謝產(chǎn)生，并且往往是以乙醇代謝過程的中間產(chǎn)物或者乙醇為底物產(chǎn)生，因此風味物質(zhì)的產(chǎn)生往往落后于乙醇的產(chǎn)生，并且會消耗乙醇，造成風味滯后于乙醇峰值；增加酵母的添加量和提高發(fā)酵溫度會增加發(fā)酵速度，但也會加速一些雜味物質(zhì)的產(chǎn)生，降低口感。

表2 玉米威士忌生產(chǎn)工藝正交試驗結(jié)果

表3 出酒率方差分析結(jié)果

注：R2=0.991(調(diào)整R2=0.953)，*為p<0.05，**為p<0.01。

表4 感官得分方差分析結(jié)果

注：R2=0.994(調(diào)整R2=0.972)，*為p<0.05，**為p<0.01。

3 結(jié)束語

以出酒率和感官得分為評價指標，采用單因素試驗和正交試驗方法，考察了麥汁比例、酵母接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間四個因素的影響，并進行了數(shù)學分析。方差分析結(jié)果顯示各因素與出酒率和感官得分關(guān)系均顯著，出酒率的影響因素順序為發(fā)酵溫度>發(fā)酵時間>接種量>麥汁比例，感官得分的影響因素順序為發(fā)酵溫度>接種量>發(fā)酵時間>麥汁比例；最大出酒率的條件為麥汁添加比例為20%，添加1.0%的酵母在20 ℃條件下發(fā)酵11 d；感官得分的最適條件為麥汁添加比例為25%，添加0.8%的酵母在16 ℃條件下發(fā)酵15 d。后續(xù)研究將深入探索最適條件，并對得到的樣品進行成分分析。

[1] 沈怡方.白酒生產(chǎn)技術(shù)全書[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2007.

[2] ERIKSSON O,JONSSON D,HILLMAN K.Life cycle assessment of Swedish single malt whisky[J].Journal of Cleaner Production,2016,112(s1):229-237.

[3] 曾玩嫻,熊含鴻.烈酒分析儀在快速鑒定干邑白蘭地、威士忌真假的應用[J].釀酒,2013,40(5):91-93.

[4] LINTON J D.Teaching innovation to technologists (non-business people) and non-technologists (business people):Scotch Whisky as an exemplar of process changing product an alternative to traditional lectures[J].Technological Forecasting and Social Change,2015,100:39-43.

[5] HAN J,MA C,WANG B,et al.A Hypothesis-Free Sensor Array Discriminates Whiskies for Brand,Age,and Taste[J].Chem,2017,2(6):817-824.

[6] SITTIKRUEAR S,BANGVIWAT A.Energy Efficiency Improvement in Community-Scale Whisky Factories of Thailand by Various Multi-criteria Decision Making Methods[J].Energy Procedia,2014,52:173-178.

[7] KESHRI P,ROTELLO V M.Array-Based Sensing of Whisky:A Whiff of the Spirit World[J].Chem,2017,2(6):755-756.

[8] SHAND C A,WENDLER R,DAWSON L,et al.Multivariate analysis of Scotch whisky by total reflection x-ray fluorescence and chemometric methods:A potential tool in the identification of counterfeits[J].Analytica Chimica Acta,2017,976:14-24.

[9] 利奧·劉易斯.中國游客為什么要去日本尋覓威士忌[N].消費日報,2016-9-22(A02).

[10] MACLEAN C.World Whiskey[M].New York:Dorling Kindersley Limited,2009.

[11] 陳曉陽.玉米雄性不育基因IPE1克隆與功能分析[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學,2017.

[12] 張強,劉飛,紀磊,等.銻脅迫對玉米生物量、光合特性及銻積累的影響[J].核農(nóng)學報,2017(8):1633-1639.

[13] 宗緒巖.啤酒工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2016.

[14] 李麗,宗緒巖,張靜,等.啤酒糟復合即食營養(yǎng)糊的研制[J].釀酒科技,2013(11):92-97.

[15] 秦獻泉,李鴻莉,李冬波,等.基于模糊綜合評判法的荔枝酒感官評價研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報,2016,29(6):1443-1447.

[16] 劉文麗,孫舒揚,貢漢生,等.不同釀酒酵母發(fā)酵的干紅櫻桃酒酒體成分及感官質(zhì)量分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(1):157-166.

StudyontheProcessofCornWhisky

ZONGXuyan,LILi,DIAOChong,WANGFei

(School of Biotechnology Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China)

For reducing costs and improving taste, the factors such as wort ratio, yeast inoculation, fermentation temperature and fermentation time were studied to make whisky with corn. The results showed that the factors influencing the liquor yield were the fermentation temperature > fermentation time > inoculation amount > wort ratio. The factors of sensory score were fermentation temperature > inoculation amount > fermentation time > wort ratio. The maximum liquor yield was 20% wort and 1% yeast fermented at 20°C for 11days. The optimum condition of sensory score was 25% wort and 0.8% yeast fermented at 16°C for 15days.

corn; whiskey; senses; liquor yield

TS261.4

A

2017-07-17

釀酒生物技術(shù)及應用四川省重點實驗室開放基金項目(NJ2012-09);固態(tài)釀造關(guān)鍵技術(shù)研究四川省院士(專家)工作站基金項目(GY2014-01);釀酒生物技術(shù)及應用四川省重點實驗室開放基金項目(NJ2014-07)

宗緒巖(1976-)，男，黑龍江方正縣人，副教授，博士，主要從事發(fā)酵過程控制與監(jiān)測及食品生物化學方面的研究，(E-mail)suse62651@139.com

李 麗(1982-)，女，遼寧北票人，副教授，博士，主要從事食品生物技術(shù)方面的研究，(E-mail)kokonice@139.com

1673-1549(2017)05-0014-06

10.11863/j.suse.2017.05.03