張建萍,巫永華,蔣力源,劉恩岐
(徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州221111)
紫甘薯系旋花科番薯屬植物,是一種高色素紫皮紫心甘薯新品種。紫甘薯塊根含有普通甘薯的所有營養(yǎng)物質(zhì)[1],貯藏有豐富的碳水化合物(主要是淀粉),且富含花色苷等生物活性成分[2],色澤棕紅鮮艷并具有一定的保健功能,因此紫甘薯是一種釀制營養(yǎng)保健型發(fā)酵酒的良好原料[3]。據(jù)Suda I等[4]報(bào)道,日本利用紫甘薯釀成的發(fā)酵酒已成功走向市場。Saigusa等[5]研究發(fā)現(xiàn),紫甘薯制作的酒精發(fā)酵飲料清除DPPH自由基的能力較強(qiáng),具有抗氧化、抗疲勞等作用。國內(nèi)韓曉鵬等[6]、張曉蓮等[7]、李甜等[8]、胡惠茗[9]研究探討了紫甘薯酒釀制的發(fā)酵條件及品質(zhì)特征,紫甘薯色素在釀酒過程中保留在酒液中,形成漂亮的紫紅色,研制出的紫甘薯酒色澤鮮艷,酒香突出,口感醇正,營養(yǎng)豐富,為紫甘薯的加工利用提供了理論技術(shù)依據(jù)。本試驗(yàn)以高花青素型紫甘薯為原料,經(jīng)蒸煮打漿、液化糖化、酒精發(fā)酵和巴氏殺菌制備紫甘薯酒,通過紫甘薯酒釀造過程中主要成分及品質(zhì)的變化分析,采用單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化紫甘薯酒主發(fā)酵的工藝條件,并對(duì)其后發(fā)酵條件進(jìn)行初步探討,以期為紫甘薯酒釀造的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。
紫甘薯:徐紫薯8號(hào)(高花青素型品種),花青素含量達(dá)90 mg/100 g鮮薯,干物質(zhì)率31.8%,可溶性糖6%以上,徐州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供;α-淀粉酶(4 000 u/g)、糖化酶(10 0000 u/g):上海鼓臣生物技術(shù)有限公司;釀酒高活性干酵母:安琪酵母有限公司;沒食子酸(標(biāo)品級(jí)):上海源葉生物科技有限公司;福林酚試劑:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
DH3600AB型恒溫培養(yǎng)箱:天津泰斯特儀器有限公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋:常州國華電器有限公司;JJ-2型組織破碎機(jī):金壇市國旺試驗(yàn)儀器廠;pHS-3C精密pH計(jì):上海世義精密儀器有限公司;TU-1810紫外分光光度計(jì):北京普析通用有限公司;WAY-2W阿貝折光儀:上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司;LM79-J10酒精計(jì):北京普特壓力溫度儀表廠。
1.2.1 紫甘薯酒釀制工藝
紫甘薯→清洗切塊→蒸煮糊化→打漿→液化→糖化→調(diào)整糖分→接種酵母→主發(fā)酵→過濾去渣→后發(fā)酵→澄清過濾→巴氏殺菌→裝瓶→成品酒
將新鮮紫甘薯洗凈,切成3 cm~5 cm大小的薯丁,加入3倍的純水后,于100℃條件下保溫20 min,隨后轉(zhuǎn)移至組織破碎機(jī)中打漿制成紫甘薯漿液。加入0.1%的α-淀粉酶,調(diào)節(jié)pH值至6.0,于85℃條件下,液化60 min,液化后淀粉水解程度DE值(葡萄糖值)為18%。液化后加入0.15%的糖化酶,調(diào)節(jié)pH值至4.5,于55℃條件下糖化150 min,最終淀粉水解程度DE值為70%。液化、糖化后的紫甘薯液中可溶性固形物含量為9.1%,總酚含量為508.2 mg/L,花色苷含量為302.6 mg/L。接種釀酒酵母,控制主發(fā)酵時(shí)間10 d,當(dāng)發(fā)酵液中不再產(chǎn)生氣泡時(shí)終止發(fā)酵。過濾去渣,倒罐,進(jìn)入后發(fā)酵,時(shí)間30 d。后發(fā)酵處理后澄清過濾,于60℃條件下巴氏殺菌30 min,裝瓶即為成品。
1.2.2 紫甘薯酒釀制主發(fā)酵單因素試驗(yàn)
1.2.2.1 初始糖度的選擇
設(shè)定酵母接種量0.5%,發(fā)酵溫度24℃,初始pH值4.0,測定分析紫甘薯液初始糖度(可溶性固形物含量)為12%、16%、20%、24%對(duì)紫甘薯酒酒精度等主要成分及感官品質(zhì)的影響。
1.2.2.2 酵母接種量的選擇
設(shè)定初始糖度20%,發(fā)酵溫度24℃,初始pH值4.0,測定分析酵母接種量為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%對(duì)紫甘薯酒酒精度等主要成分及感官品質(zhì)的影響。
1.2.2.3 發(fā)酵溫度的選擇
設(shè)定初始糖度20%,酵母接種量0.5%,初始pH值 4.0,測定分析發(fā)酵溫度為 16、20、24、28 ℃對(duì)紫甘薯酒酒精度等主要成分及感官品質(zhì)的影響。
1.2.2.4 初始pH值的選擇
設(shè)定初始糖度20%,酵母接種量0.5%,發(fā)酵溫度24℃,測定分析紫甘薯液初始pH值為3.2、3.6、4.0、4.4對(duì)紫甘薯酒酒精度等主要成分及感官品質(zhì)的影響。
1.2.3 紫甘薯酒釀制主發(fā)酵正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以酒精度為指標(biāo),采用L9(34)正交表按表1進(jìn)行正交試驗(yàn),對(duì)紫甘薯酒釀制主發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。
表1 紫甘薯酒主發(fā)酵正交試驗(yàn)因素與水平表Table 1 The factors and level of orthogonal test
1.2.4 紫甘薯酒釀制后發(fā)酵試驗(yàn)
按正交試驗(yàn)優(yōu)化確定的主發(fā)酵最佳工藝條件釀制的紫甘薯原酒,在12、15、18℃條件下后發(fā)酵30 d,測定分析不同后發(fā)酵溫度對(duì)紫甘薯酒酒精度等主要成分及感官品質(zhì)的影響。
1.2.5 指標(biāo)測定方法
1.2.5.1 紫薯液化、糖化處理淀粉水解程度DE值和可溶性固形物的測定
采用GB 5009.7-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測定》直接滴定法測定還原糖含量,按紫甘薯液化液、糖化液中的還原糖含量(以葡萄糖計(jì))占紫甘薯液中淀粉干物質(zhì)的百分率計(jì)算葡萄糖值(DE值)[10]。采用GB/T12143-2008《飲料通用分析方法》(折光計(jì)法)測定液化、糖化處理后紫甘薯液中可溶性固形物的含量(%)[11]。
1.2.5.2 紫甘薯酒理化指標(biāo)的測定和感官評(píng)價(jià)
采用GB/T15038-2006《葡萄酒、果酒通用的分析方法》[12]測定紫甘薯酒的酒精度(以體積分?jǐn)?shù)“%vol”表示)、總酸、揮發(fā)酸、總糖和干浸出物,參照NY/T1508-2017《綠色食品果酒》[13]和劉靜娜等[14]報(bào)道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行紫甘薯酒的感官評(píng)定。
1.2.5.3 紫甘薯酒總酚與花色苷含量的測定
采用改進(jìn)的福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑比色法測定總酚含量[15-16]。稱取1.0 mg的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品,用蒸餾水溶解定容至100 mL,得到濃度為0.01 mg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液,分別吸取 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL置于 10 mL 的容量瓶中,分別加入 1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5 mL的蒸餾水,搖勻;加入0.5 mL福林試劑,充分搖勻,在1 min后加入20%的Na2CO3溶液1.5 mL,混勻后用蒸餾水定容至10.0 mL,70℃水浴加熱10 min,冷卻后于765 nm條件下測定吸光度(OD值)。以沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品濃度為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo),繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。
圖1 總酚標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of gallic acid
擬合的回歸方程為y=104.23x+0.003 8,相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7。將樣品按上述方法處理測得吸光度代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,計(jì)算紫甘薯酒發(fā)酵及貯存后熟過程中的總酚含量。結(jié)果表示為g沒食子酸/L紫甘薯酒。
采用pH示差法測定花色苷含量[17]。當(dāng)緩沖液pH值為1.0時(shí),花色苷在520 nm處有最大光吸收,當(dāng)緩沖液pH值為4.5時(shí),花色苷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o色查爾酮形式,在520 nm處無吸收。取1.0 mL樣液兩份,分別用pH1.0和pH4.5的緩沖液稀釋定容至10 mL,分別在520 nm和700 nm處測吸光度,按式(1)計(jì)算吸光度,按式(2)計(jì)算花色苷含量。
式中:A520為pH 1.0時(shí)520 nm處測得的吸光值;A700為pH 1.0時(shí)700 nm處測得的吸光值;A′520為pH 4.5時(shí)520nm處測得的吸光值;A′700為pH4.5時(shí)700nm處測得的吸光值。
式中:MW為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾分子質(zhì)量,449.2mg/mmol;10為樣液稀釋倍數(shù);ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù),26 900 mL/(mmol·cm);1為光程的厘米數(shù),cm;V為樣液的體積,mL。
2.1.1 初始糖度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響
主發(fā)酵的初始糖度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。
由表2可知,隨著初始糖度的增加,酒精度和總糖相應(yīng)增加,總酸變化較小,由于發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酒精對(duì)酚類物質(zhì)有促溶作用,總酚和花色苷也隨之增加,當(dāng)初始糖度>20%時(shí),總酚和花色苷增加不明顯,當(dāng)初始糖度<20%時(shí),紫甘薯酒酒味淡薄,口感不柔和,酒體不協(xié)調(diào)。因此,選擇初始糖度20%~24%進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。
表2 初始糖度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響Table 2 Effects of initial sugar addition on main components and quality of purple sweet potato wine
2.1.2 酵母接種量對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響
主發(fā)酵的酵母接種量對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。
由表3可知,當(dāng)酵母接種量<0.5%時(shí),酒精度隨著接種量的增加逐漸上升且趨于穩(wěn)定,當(dāng)接種量達(dá)0.7%時(shí),由于過多的酵母菌消耗發(fā)酵液中的糖用于菌體自身的生長繁殖[18],酒精度反而降低;隨著酵母接種量的增加,總糖逐漸降低,總酸逐漸上升,當(dāng)接種量達(dá)0.7%時(shí),總糖降低幅度和總酸上升幅度較大,酸味較重,這可能也是過多的酵母菌生長繁殖代謝的結(jié)果[19];當(dāng)酵母接種量為0.3%~0.5%時(shí),酒精度、總酚和花色苷含量較高,紫甘薯酒酒味較醇厚,酸味較輕,酒體較協(xié)調(diào)。因此,選擇酵母接種量0.3%~0.5%進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。
表3 酵母接種量對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響Table 3 Effects of yeast inoculation on main components and quality of purple sweet potato wine
2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響
主發(fā)酵的發(fā)酵溫度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果見表4所示。
表4 發(fā)酵溫度對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響Table 4 Effects of fermentation temperature on main components and quality of purple sweet potato wine
由表4可知,當(dāng)發(fā)酵溫度<24℃時(shí),酒精度隨著溫度的增加逐漸上升且趨于穩(wěn)定,當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)28℃時(shí),由于溫度過高、發(fā)酵劇烈,加快了酵母生長老化速度[20],酒精度反而降低;隨著發(fā)酵溫度的升高,總糖逐漸降低,總酸逐漸上升,當(dāng)溫度達(dá)28℃時(shí),總糖降低幅度和總酸上升幅度較大,這可能也是過高的發(fā)酵溫度、酵母菌生長繁殖代謝加快的結(jié)果;當(dāng)發(fā)酵溫度為20℃~24℃時(shí),酒精度、總酚和花色苷含量較高,紫甘薯酒酒味較醇厚,酸味較輕,酒體較協(xié)調(diào)。因此,選擇發(fā)酵溫度20℃~24℃進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。
2.1.4 初始pH值對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響
主發(fā)酵的pH值對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。
由表5可知,當(dāng)紫甘薯液初始pH值<4.0時(shí),酒精度隨著pH值的升高明顯上升,當(dāng)pH值達(dá)4.4時(shí),酒精度明顯下降;pH值為3.6~4.0時(shí),總糖和總酸變化很小,pH值為3.2或4.0時(shí),總糖較高,總酸較低,這是由于pH值較低或較高時(shí)酵母菌生長代謝慢、消耗糖少且生成酸少;當(dāng)pH值為3.6~4.0時(shí),總酚和花色苷含量較高,pH4.4時(shí),總酚和花色苷含量較低,這是因?yàn)榉宇愇镔|(zhì)及花色苷在酸性條件下保留量較高,在中性及弱酸性條件下花色苷不穩(wěn)定[21],pH3.2時(shí),總酚和花色苷含量較低,這可能是由于酒精度較低造成酚類物質(zhì)及花色苷的溶出率較低;綜合分析表明,pH值3.6~4.0時(shí),紫甘薯酒酒精度、總酚和花色苷含量較高,酒味較醇厚,口感較柔和,酒體較協(xié)調(diào)。因此,選擇紫甘薯液初始pH值3.6~4.0進(jìn)行下一步正交試驗(yàn)。
表5 初始pH值對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響Table 5 Effects of initial pH value on main components and quality of purple sweet potato wine
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,采用L9(34)正交表按表1進(jìn)行3次重復(fù)正交試驗(yàn),以各組原酒的酒精度為指標(biāo),試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表6。
表6 紫甘薯酒主發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of orthogonal test
各因素作用的主次順序是發(fā)酵溫度(C)>酵母接種量(B)>初始 pH 值(D)>初始糖度(A),紫甘薯酒主發(fā)酵的適宜工藝條件為A2B1C2D2。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),平行試驗(yàn)3次,測得紫甘薯酒的酒精度為12.5%,高于正交試驗(yàn)表中最佳組合第4號(hào)(12.1%),因此確定紫甘薯酒主發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為A2B1C2D2,即初始糖度22%、酵母接種量0.3%、發(fā)酵溫度22℃、初始pH值3.8。
試驗(yàn)考查了12、15℃和18℃下,后發(fā)酵30 d內(nèi)紫薯酒中總酚和花色苷的變化,試驗(yàn)結(jié)果見圖2、圖3所示。
圖2 不同后酵溫度下紫甘薯酒中總酚的變化Fig.2 Evolution of total phenols in purple sweet potato wine at different post-fermentation temperatures
圖3 不同后酵溫度下紫甘薯酒中花色苷的變化Fig.3 Evolution of anthocyanins in purple sweet potato wine at different post-fermentation temperatures
由圖2和圖3可知,紫甘薯酒的總酚和花色苷在后發(fā)酵過程中呈明顯下降趨勢,12℃和15℃條件下發(fā)酵的紫甘薯酒的總酚和花色苷保留率相對(duì)較高且差別不大,而18℃條件下發(fā)酵的紫甘薯酒的總酚和花色苷保留率明顯減少,這可能是由于后酵溫度較高、酵母菌繁殖代謝快,釋放較多的次級(jí)代謝產(chǎn)物如丙酮酸、乙醛等,與花色苷等多酚類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成一些大分子衍生物而沉淀的原因[21]。
不同溫度下后發(fā)酵30 d對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果見表7所示。
表7 后發(fā)酵對(duì)紫甘薯酒主要成分及品質(zhì)的影響Table 7 Effects of post-fermentation on main components and quality of purple sweet potato wine
由表7可知,紫甘薯酒于12℃和15℃條件下經(jīng)過30 d的后發(fā)酵,酒精度略有升高,總糖和總酸明顯下降,感官品質(zhì)明顯改善,但18℃條件下后發(fā)酵的紫甘薯酒的總酸下降不太明顯,酒精味較重,有酸澀味,口感不圓潤,這可能是由于后酵溫度較高酵母菌生長代謝產(chǎn)酒精、產(chǎn)酸較多的原因。綜合分析比較表明,15℃條件下后發(fā)酵的降糖、降酸作用明顯,紫甘薯酒酒味醇厚,酸澀味較輕,口感柔和圓潤,酒體協(xié)調(diào)豐滿,且與12℃條件下后發(fā)酵紫甘薯酒的總酚和花色苷含量基本接近,總酚和花色苷保留率相對(duì)較高,分別為59.5%和49.4%。因此,選擇后發(fā)酵條件為:溫度15℃,時(shí)間30d。
參照NY/T1508-2017《綠色食品果酒》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)采用試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵條件下釀造的紫甘薯酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和理化指標(biāo)分析,結(jié)果見表8和表9。
表8 紫甘薯酒感官指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 The results of sensory evaluation of purple sweet potato wine
表9 紫甘薯酒理化指標(biāo)分析結(jié)果Table 9 The results of physicochemical indexes of purple sweet potato wine
通過感官評(píng)價(jià)和理化指標(biāo)分析表明,按照試驗(yàn)確定的發(fā)酵條件釀造的紫甘薯酒符合NY/T1508-2017果酒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的感官和理化指標(biāo)要求。
以高花青素型紫甘薯為原料,經(jīng)蒸煮打漿、液化糖化、酒精發(fā)酵和巴氏殺菌釀制紫甘薯酒,通過主發(fā)酵條件單因素和正交試驗(yàn)及不同溫度后發(fā)酵試驗(yàn)確定了紫甘薯酒釀造的最佳工藝條件:主發(fā)酵初始糖度22%、酵母接種量0.3%、發(fā)酵溫度22℃、初始pH值3.8、時(shí)間10 d,后發(fā)酵溫度15℃、時(shí)間30 d。采用該發(fā)酵工藝條件釀造的紫甘薯酒外觀呈鮮艷的紫紅色,酒液清亮,具有紫薯特有的香氣,酒味醇厚,酸味柔和,酒體協(xié)調(diào),總酚和花色苷等生物活性成分保留率較高,分別為59.5%和49.4%,具有較好的工業(yè)化開發(fā)生產(chǎn)發(fā)展前景。