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        米糠酒的發(fā)酵工藝優(yōu)化研究

        2019-03-08 05:57:36繆園欣廖明星孫愛紅
        中國(guó)釀造 2019年2期
        關(guān)鍵詞:米糠酒精度酵母菌

        繆園欣,廖明星,孫愛紅

        (1.荊楚理工學(xué)院 生物工程學(xué)院,湖北 荊門448000;2.湖北省荊門市畜牧獸醫(yī)局,湖北 荊門448000)

        米糠是稻谷精加工過程中的副產(chǎn)物,主要由種皮、果皮、糊粉層、外胚乳和胚的混合物組成,約占稻谷質(zhì)量的5%~6%[1-2]。我國(guó)米糠資源豐富,年產(chǎn)近1 200萬t,但綜合利用率低,僅為15%左右,主要用于飼料加工和生產(chǎn)米糠油[3-5]。米糠全身是寶,含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維等,對(duì)其活性成分進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)米糠含有米糠蛋白、米糠油、米糠多糖等多種活性成分[6-9]。米糠蛋白主要包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白等營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可與雞蛋、牛乳相媲美的蛋白;且這些蛋白具有低過敏性,因此米糠蛋白適用于開發(fā)嬰幼兒及特殊人群的功能性食品[10-12]。米糠多糖是米糠的主要活性成分之一,主要由葡聚糖、阿拉伯木聚糖、鼠李糖等組成,具有抗腫瘤、降血糖、降膽固醇等功能[13];將米糠多糖與氯化鐵反應(yīng)能夠制備米糠多糖鐵,從而促進(jìn)鐵的吸收、減少對(duì)胃腸黏膜的損害[14]。米糠油包括維生素E、角鯊烯、植物甾醇等活性物質(zhì),能夠改善氧化損傷、預(yù)防疾病發(fā)生等[15]。

        目前,關(guān)于米糠的研究主要集中在功能性成分的提取工藝及其優(yōu)化,我國(guó)米糠應(yīng)用仍處于研究階段,深入開發(fā)研究米糠具有廣闊前景[16-17]。2017年《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革大力發(fā)展糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的意見》(國(guó)辦發(fā)〔2017〕78號(hào))中明確提出要大力開展米糠、碎米、麥麩等副產(chǎn)物綜合利用,因此開發(fā)米糠可食化配料及其相關(guān)產(chǎn)品顯得尤為重要[18]。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展,通過發(fā)酵技術(shù)開發(fā)米糠資源已成為有效途徑[19]。

        本試驗(yàn)以膨化米糠為原料,以酒精度、可溶固形物和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)依據(jù),探索料水比、酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠發(fā)酵釀酒工藝的影響,在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn),得到最佳發(fā)酵工藝參數(shù),為米糠的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        米糠:湖北金龍泉股份有限公司;釀酒高活性干酵母(黃酒專用):湖北安琪酵母股份有限公司;殼聚糖:國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

        1.2 儀器與設(shè)備

        PH20恒溫培養(yǎng)箱:天津市泰斯儀器有限公司;LB10T手持式折光儀、3255酒精度測(cè)量?jī)x:天津市吉星儀表廠;JY1002型電子天平:上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 米糠酒釀造工藝流程

        1.3.2 操作要點(diǎn)

        浸漬、蒸煮、淋水:將膨化后的米糠[20-21]用清水浸漬24 h,常壓蒸煮25 min,蒸煮完畢后進(jìn)行淋水降溫,使溫度降至30 ℃左右。

        接種:待米糠冷卻后,接種活化后的活性干酵母,將瓶口用8層紗布扎緊,置于恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

        過濾、澄清、滅菌:用4層紗布過濾,再加0.1 g/L殼聚糖進(jìn)行澄清處理,過濾后再于70 ℃恒溫10 min。

        1.3.3 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

        (1)料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        取蒸煮好的米糠,分別按1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0(g∶mL)的料水比加水,接種0.3%的酵母菌,在32 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后,測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

        (2)酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        取蒸煮好的米糠,按1∶2.0(g∶mL)的比例加水,分別接種0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的酵母菌,在32 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后,測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。(3)發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        取蒸煮好的米糠,按1∶2.0(g∶mL)的比例加水,接種0.4%的酵母菌,分別在28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后,測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

        (4)發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        取蒸煮好的米糠,按1∶2.0(g∶mL)的比例加水,接種0.4%的酵母菌,在32 ℃條件下發(fā)酵6 d、8 d、10 d、12 d、14 d。發(fā)酵結(jié)束后,測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

        1.3.4 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

        在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)料水比(A)、酵母菌接種量(B)、發(fā)酵溫度(C)、發(fā)酵時(shí)間(D)4個(gè)因素在3個(gè)不同水平上進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn),以酒精度和感官評(píng)分為考察指標(biāo),對(duì)米糠酒發(fā)酵工藝條件進(jìn)行L(934)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

        表1 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for rice bran wine fermentation conditions optimization

        1.3.5 指標(biāo)檢測(cè)方法

        酒精度測(cè)定:蒸餾比重法[22];可溶固形物測(cè)定:手持折光儀。米糠酒的風(fēng)味、色澤等采用感官評(píng)定法分析。每次10位成員(5男5女)分別進(jìn)行品評(píng)記分,按照設(shè)計(jì)的米糠酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表2)打分(滿分100分),取10位成員評(píng)分的平均值為最終得分。

        表2 米糠酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of rice bran wine

        2 結(jié)果與分析

        2.1 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1.1 料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖1。按照不同的料水比配制成米糠液后,對(duì)米糠液的可溶固形物含量進(jìn)行測(cè)定,含量分別為12.4°Bé、11.9°Bé、11.1°Bé、10.7°Bé、9.8°Bé,隨著料水比逐漸減小,可溶固形物含量逐漸降低。由圖1可知,料水比在1∶1.0~1∶3.0(g∶mL)范圍內(nèi),由于加水量逐漸增加,米糠酒的可溶性固形物含量逐漸降低。料水比在1∶1.0~1∶2.0(g∶mL)范圍內(nèi),由于適量的水利于酵母發(fā)酵作用,米糠酒的酒精度增加;此后,繼續(xù)增加加水量,發(fā)酵液逐漸稀釋,酒精度降低,同時(shí)過量的水使酒液色澤寡淡、香味不足。因此,米糠酒的最佳料水比為1∶2.0(g∶mL),此時(shí)米糠酒色澤金黃透亮,兼具米糠和酒的香味。

        圖1 料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 1 Effect of solid-liquid ratio on rice bran wine fermentation

        2.1.2 酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖2。由圖2可知,酵母菌接種量在0.1%~0.4%范圍內(nèi),隨著酵母菌接種量的增加,米糠酒的酒精度逐漸增加,可溶性固形物含量逐漸降低;酵母菌接種量<0.4%之前,酵母不足導(dǎo)致發(fā)酵效率低,產(chǎn)酒量不足;當(dāng)酵母菌接種量>0.4%時(shí),酵母間相互競(jìng)爭(zhēng)激烈,發(fā)酵液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足,發(fā)酵代謝產(chǎn)物多,酒精度、可溶固形物無顯著變化,米糠酒口感酸澀。因此,酵母菌接種量選擇0.4%較為適宜,該條件下米糠酒發(fā)酵完全,金黃透明、酒香濃郁。

        圖2 酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 2 Effect of inoculum on rice bran wine fermentation

        2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖3。由圖3可知,隨著發(fā)酵溫度的升高,米糠酒酒精度呈先升高后下降的趨勢(shì),可溶固形物呈先降低后升高趨勢(shì),32 ℃時(shí)酒精度最高,可溶固形物含量最低。發(fā)酵溫度較低時(shí),菌種生長(zhǎng)緩慢,發(fā)酵速度慢,發(fā)酵周期長(zhǎng),同時(shí)酵母菌自身生長(zhǎng)耗糖量增加,使米糠酒酒精度偏低;發(fā)酵溫度過高時(shí),菌種衰老加快,酒精轉(zhuǎn)化效率低,發(fā)酵不徹底,影響酒的品質(zhì)[23]。因此,應(yīng)選32 ℃為最佳發(fā)酵溫度。

        圖3 發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 3 Effect of fermentation temperature on rice bran wine fermentation

        2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

        發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖4。由圖4可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),酒精度呈先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì),可溶固形物呈先降低后平穩(wěn)的趨勢(shì)。感官評(píng)定發(fā)現(xiàn),發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響米糠酒的風(fēng)味。發(fā)酵12 d時(shí)米糠酒酒精度達(dá)到9.3%vol,具有米糠香氣,口感醇厚,酒體協(xié)調(diào);發(fā)酵14 d時(shí)米糠酒酒精度變化不顯著,口感較醇厚,略有澀味。發(fā)酵時(shí)間較短,米糠酒發(fā)酵不充分,酒精度較低,影響風(fēng)味;發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng),代謝產(chǎn)物積累,抑制菌種生長(zhǎng),同時(shí)對(duì)米糠酒風(fēng)味產(chǎn)生影響。因此,選擇12 d為最佳發(fā)酵時(shí)間。

        圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 4 Effect of fermentation time on rice bran wine fermentation

        2.2 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

        為確定最佳發(fā)酵條件,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究料水比、酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響,以酒精度和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)結(jié)果見表3,方差分析結(jié)果見表4、表5。

        表3 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for rice bran fermentation conditions optimization

        表4 以酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments results using alcohol content as evaluation index

        表5 以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results using sensory score as evaluation index

        通過表3中酒精度和感官評(píng)分的極差分析結(jié)果可知,影響酒精度和感官評(píng)分的各因素主次順序?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間>料水比>發(fā)酵溫度>酵母菌接種量。從k值得出使米糠酒精度最佳的工藝條件為A2B2C3D3,在此條件下發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為10.3%vol,可溶固形物含量為1.8°Bé,感官評(píng)分為92分;從k值得出使米糠酒感官評(píng)分最佳的工藝條件為A2B1C3D3,在此條件下發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為9.8%vol,可溶固形物為2.0°Bé,感官評(píng)分為91分。綜合分析得出最佳的工藝條件為A2B2C3D3,即料水比1∶2.0(g∶mL),酵母菌接種量0.4%,發(fā)酵溫度34 ℃,發(fā)酵時(shí)間12 d,在此優(yōu)化條件下,發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為10.3%vol,可溶固形物含量為1.8°Bé,酒體清澈透亮有光澤,具有米糠和酒的香味,口感醇香濃郁,感官評(píng)分最佳。由表4、表5方差分析結(jié)果可知,因素A、C、D對(duì)米糠酒酒精度均有極顯著影響(P<0.01),因素A、B、C、D對(duì)米糠酒感官評(píng)分均有極顯著影響(P<0.01),影響發(fā)酵因素的主次順序?yàn)镈>A>C>B,即發(fā)酵時(shí)間>料水比>發(fā)酵溫度>酵母菌接種量,與直觀分析結(jié)果一致。

        3 結(jié)論

        本研究以米糠為原料發(fā)酵釀制米糠酒,結(jié)果表明,影響米糠酒發(fā)酵的各因素的主次順序?yàn)椋喊l(fā)酵時(shí)間>料水比>發(fā)酵溫度>酵母菌接種量。通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定米糠酒發(fā)酵最佳工藝條件:料水比1∶2.0(g∶mL),酵母菌接種量0.4%,發(fā)酵溫度34 ℃,發(fā)酵時(shí)間12 d。在此優(yōu)化條件下,米糠酒酒精度為10.3%vol,可溶固形物含量為1.8°Bé,米糠酒酒體清澈透亮有光澤,具有米糠和酒的香味,口感醇香濃郁。這為米糠的深入研究及新產(chǎn)品開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

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