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        紫薯糯米酒釀制工藝優(yōu)化及其品質(zhì)分析

        2021-11-25 07:21:18吳海霞馬國剛
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2021年20期

        吳海霞, 馬國剛

        ( 運城學(xué)院 生命科學(xué)系 特色農(nóng)產(chǎn)品加工山西省重點實驗室, 山西 運城 044000)

        0 引言

        紫薯(Ipomoea batatas Poir) 又名紫甘薯, 不僅富含淀粉, 還含有豐富的對人體具有保健功效的硒元素及花青素, 食用價值、 藥用價值較高, 是一種純天然保健食品[1-2]。 由于紫薯特殊的營養(yǎng)組成, 使其成為釀酒的絕佳原料來源之一[3-5]。 糯米富含淀粉,尤以支鏈淀粉含量為高, 是米酒釀制的主要原料,我國用優(yōu)質(zhì)糙糯米釀酒, 已有1 000 年以上的悠久歷史, 米酒也已成為農(nóng)家的日常飲品, 有關(guān)糯米酒釀制的研究報道也有很多[6-8]。 紫薯糯米酒即是以紫薯和糯米為主要原料混合發(fā)酵而成的低度保健酒[9-11],其顏色鮮艷、 酒精度低、 醇香可口, 可滿足消費者對酒類低度、 營養(yǎng)、 保健的需求, 也與當(dāng)下人們?nèi)找嫫占暗酿B(yǎng)生意識相契合。 目前, 以紫薯為主要原料 進 行 發(fā) 酵 工 藝 探 討[3,8]和 香 氣 成 分 分 析[9-10,12]的 相 關(guān)研究報道。 在探討紫薯糯米酒發(fā)酵工藝的基礎(chǔ)上,進一步對所得成品酒的品質(zhì)進行分析, 為紫薯糯米酒的釀制及消費提供一定參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料、 試劑與設(shè)備

        原料: 紫薯, 濟薯18 號; 糯米( 江米) , 蘇北糧倉專營店提供。

        酒曲1 號: 蘇州蜜蜂甜酒曲; 酒曲2 號: 四川大竹醪糟甜酒曲; 酒曲3 號: 安琪甜酒曲;

        收稿日期: 2021-06-21

        基金項目: 山西省高等學(xué)??萍紕?chuàng)新項目(2019L0865) ; 運城學(xué)院院級科研項目(CY-2020030, CY-2018017) ; 山西省“ 1331” 工程重點學(xué)科項目(098-091704) ; 運城學(xué)院學(xué)科群學(xué)科研究項目(XK-2018001, XK-2019034) 。

        作者簡介: 吳海霞(1980— ) , 女, 博士, 副教授, 研究方向為雜糧食品開發(fā)及植物活性成分。

        酵母1 號: 帝伯仕果酒專用酵母; 酵母2 號: 安琪果酒專用酵母; 酵母3 號: 拉曼德EC1118 酵母。

        試劑: 硫酸銅、 亞甲基藍、 酒石酸鉀鈉、 氫氧化鈉、 亞鐵氰化鉀、 葡萄糖、 鹽酸、 無水乙醇、 二氯甲烷、 無水硫酸鈉等, 均為分析純。

        儀器與設(shè)備: PHS-3C 型酸度計、 TDL6M 型低溫高速離心機、 SHP-250 型生化( 恒溫) 培養(yǎng)箱、RE52CS 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、 Agilent7890-5975C GCMS5975C 型氣質(zhì)聯(lián)用儀等。

        1.2 紫薯糯米酒釀制工藝流程

        1.3 單因素試驗

        1.3.1 酒曲的篩選及添加量的確定

        糯 米 經(jīng) 糊 化 后, 分 別 添 加1、 2、 3 號 酒 曲1.25 g/100 g 干米, 于28 ℃恒溫箱中糖化48 h, 通過測定酒醪中還原糖的含量, 確定糖化用酒曲; 分別改變酒曲添加量為0.25%, 0.75%, 1.25%, 1.75%,2.25%, 確定合適的酒曲添加量。

        1.3.2 米薯配比的確定

        分別按米薯配比10∶3, 10∶4, 10∶5 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合, 添加0.03%的安琪果酒專用酵母, 同時按料液比1∶1 補充涼白開水, 于25 ℃下發(fā)酵6 d, 以酒精度及花色苷含量為指標(biāo)確定米薯配比。

        1.3.3 酵母的篩選及添加量的確定

        按照米薯配比10∶4 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合, 分別添加0.03%的1、 2、 3 號酵母, 同1.3.1 操作選擇發(fā)酵用酵母; 改變安琪果酒專用酵母添加量為0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 同上操作確定合適的酵母添加量[11-12]。

        1.3.4 發(fā)酵溫度及發(fā)酵時間的確定

        向糖化醪中添加0.04%安琪果酒專用酵母, 分別于18, 21, 24, 27, 30 ℃下發(fā)酵6 d, 確定合適的發(fā)酵溫度; 同上, 添加酵母后于25 ℃下分別發(fā)酵4,5, 6, 7, 8 d, 確定發(fā)酵時間[11-12]。

        1.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計

        Box-behnken 試驗設(shè)計因素與水平設(shè)計見表1。

        表1 Box-behnken 試驗設(shè)計因素與水平設(shè)計

        1.5 紫薯糯米酒感官評定標(biāo)準(zhǔn)

        感官評定標(biāo)準(zhǔn)[8]見表2。

        表2 感官評定標(biāo)準(zhǔn)

        1.6 紫薯糯米酒品質(zhì)分析指標(biāo)

        分別測定成品酒的酒精度、 還原糖、 總酸、 花色苷等含量[13-14], 并對其香氣成分進行分析。

        香氣成分分析: 以二氯甲烷為萃取劑, 采用液-液萃取法提取香氣物質(zhì)。 色譜條件: 非極性色譜柱( HP-5MS) ( 30 m×0.25 mm×0.25 μm) 彈性石英毛細管柱; 溶劑延遲時間4 min, 程序升溫50 ℃,保持5 min, 以5 ℃/min 升至200 ℃, 保持15 min,再以10 ℃/min 升至250 ℃, 保持5 min; 進樣口250 ℃; 傳輸線250 ℃; 載氣為He, 流速1 mL/min;分流比為50∶1。 質(zhì)譜條件: 電離方式EI, 70 eV;離子源溫度230 ℃, 質(zhì)量掃描范圍50~550 AMU。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

        2.1.1 酒曲的篩選及添加量的確定

        酒曲的選擇見圖1, 酒曲添加量的確定見圖2。

        由圖1 可知, 3 種酒曲在相同條件下糖化所得糖化醪中, 以1 號( 蘇州蜜蜂牌甜酒曲) 所含的還原糖含量最高, 糖化效果最好, 其次為3 號( 安琪甜酒曲) , 而2 號( 大竹柳百醪糟酒釀甜酒曲) 所得還原糖含量最低, 糖化較不徹底, 所以選用蘇州蜜蜂牌甜酒曲進行前期糖化。 由圖2 可知, 酒曲添加量為1.25%時, 還原糖含量最高, 為6.2 g/L, 同時感官評價表明酒曲添加量過多, 所得酒醪的苦澀味較為明顯。 因此, 選擇酒曲添加量1.25%進行后續(xù)試驗。

        圖1 酒曲的選擇

        圖2 酒曲添加量的確定

        2.1.2 米薯混合配比的確定

        米薯混合配比見圖3。

        圖3 米薯混合配比

        紫薯糯米酒最重要的特色之一就是其中含有一定量的花色苷, 增加了酒的保健功效。 紫薯中的花色苷主要為矢車菊色素-3- 葡萄糖和芍藥色素-3-葡萄糖, 其性質(zhì)較不穩(wěn)定, 在發(fā)酵過程中容易被破壞, 為保證成品中花色苷的含量及酒的品質(zhì), 紫薯添加量需要適宜。 試驗選擇10∶3, 10∶4, 10∶5米薯比進行發(fā)酵, 并通過測定酒液酒精度和花色苷含量, 選擇適宜的米薯比例。 由圖3 可知, 隨著紫薯占比增加, 酒精度略有降低, 花色苷含量持續(xù)上升, 同時結(jié)合感官評定, 發(fā)現(xiàn)米薯配比為10∶3 時,所得紫薯糯米酒色澤偏淡, 且缺少紫薯香氣。 因此,選擇米薯配比為10∶4 進行后續(xù)試驗。

        2.1.3 酵母的篩選及添加量的確定

        酵母種類的選擇見圖4, 酵母添加量的確定見圖5。

        圖4 酵母種類的選擇

        圖5 酵母添加量的確定

        由圖4 可知, 在相同發(fā)酵條件下, 2 號酵母( 安琪果酒專用酵母) 發(fā)酵所得米酒的酒精度為11.45%Vol, 較1 號酵母( 帝伯仕果酒專用酵母) 和3 號酵母(拉曼德EC1118 酵母) 的發(fā)酵能力更強, 所以選用安琪果酒專用酵母作為試驗發(fā)酵劑。 同時, 對酵母添加量進行單因素試驗, 由圖5 可知, 隨著酵母添加量增加酒精度隨之升高, 增至0.04%以后趨于平緩, 結(jié)合感官評定, 酵母添加量過高酒會出現(xiàn)明顯的酵母味。 因此, 確定酵母添加量為0.04%進行后續(xù)試驗。

        2.1.4 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間對酒精度的影響

        發(fā)酵溫度對酒精度的影響見圖6, 發(fā)酵時間對酒精度的影響見圖7。

        圖6 發(fā)酵溫度對酒精度的影響

        溫度對酵母的活力影響較大, 分別于18, 21,24, 27, 30 ℃下進行同步發(fā)酵, 由圖6 可知, 在18 ℃下所制得的紫薯糯米酒的酒精度低于10%Vol, 24 ℃發(fā)酵所得紫薯糯米酒的酒精度最高, 為11.43%Vol,所以選擇24 ℃進行后續(xù)發(fā)酵試驗。 結(jié)合發(fā)酵時間試驗結(jié)果, 由圖7 可知, 在前述所選較佳的發(fā)酵條件下, 4~8 d 的發(fā)酵時間內(nèi), 發(fā)酵時間越長, 酒精度越高, 發(fā)酵6 d 以后變化趨勢減慢, 且發(fā)酵時間過長酒體略顯渾濁、 光澤較暗。

        圖7 發(fā)酵時間對酒精度的影響

        2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果及分析

        2.2.1 試驗結(jié)果

        根據(jù)單因素試驗結(jié)果, 以感官評分為指標(biāo), 選擇對發(fā)酵酒品質(zhì)影響較大的4 個因素即酒曲添加量、 發(fā)酵時間、 發(fā)酵溫度及米薯配比進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

        響應(yīng)面試驗結(jié)果見表3。

        2.2.2 數(shù)學(xué)建模及顯著性分析

        利用軟件Design Expert.V8.0 對表3 數(shù)據(jù)進行分析, 得回歸方程: 感官評分=87.80-1.00A+0.50B+1.50C+1.17D+3.50AB+1.50AC+1.00AD-2.75BC+1.25BD+0.25CD-0.025A2-7.77B2-1.53C2-1.03D2, 相 關(guān) 系 數(shù)R2=0.743 2。

        采用方差分析對回歸模型進行顯著性分析( 表4) , 可知此模型p 值=0.028 0<0.050 0, 回型模型具有顯著性, 說明此模型能較好地擬合紫薯糯米酒的發(fā)酵工藝, 相關(guān)系數(shù)是0.743 2, 說明回歸方程可以較好地描述各個因子和響應(yīng)值之間的關(guān)系。 失擬項p=0.194 5>0.05, 表明此模型與實際試驗擬合較好[15]。

        運用所得模型, 得到紫薯糯米酒釀制最優(yōu)條件為酒曲添加量1.30%, 發(fā)酵時間7.18 d, 發(fā)酵溫度24.91 ℃, 米薯配比10∶4.9, 在此條件下, 模型預(yù)測所得紫薯糯米酒的感官評分為89.96 分。 結(jié)合實際情況, 將發(fā)酵條件調(diào)整為酒曲添加量1.30%, 米薯配比10∶5( 即2∶1) , 25 ℃下發(fā)酵7 d, 在此條件下進行驗證試驗, 所得紫薯糯米酒品質(zhì)較好。

        方差分析見表4。

        表4 方差分析

        2.3 紫薯糯米酒品質(zhì)分析

        2.3.1 組成成分測定結(jié)果

        在最佳工藝條件下釀制紫薯糯米原酒, 并對其中的組成成分進行測定, 結(jié)果表明酒精度11.44%Vol, 還原糖含量3.7 g/L, 總酸含量6.0 g/L, 花色苷含量30.26 μg/mL, 其酒體澄清、 顏色紫紅, 適口性較好。

        2.3.2 香氣成分的測定結(jié)果及呈香特性分析

        根據(jù)GC-MS 分析, 得出紫薯糯米酒中各種香氣成分的相對含量。

        紫薯糯米酒香氣成分分析見表5。

        由表5 可知, 紫薯糯米酒中主要包含16 種香氣成分, 主要為脂肪醇、 脂肪酸、 芳香醇、 脂肪酮、烷烴類等, 其中含量較高的有丙三醇( 56.01%) 、2,3- 丁 二 醇( 12.02%) 、 苯 乙 醇( 7.13%) 、 乙 酸(6.90%) 、 1,3- 丙二醇(3.62%) 、 4- 羥基-2- 丁酮(3.26%)、 3- 羥基-2- 丁酮(2.93%) 等。

        表5 紫薯糯米酒香氣成分分析

        所有香氣成分中, 醇類化合物是含量最大的一類物質(zhì), 占總成分84.44%, 其主要來源于氨基酸的轉(zhuǎn)化、 發(fā)酵及亞麻酸降解物的氧化[15-16]。 其中, 丙三醇相對含量最大, 其次是2,3- 丁二醇, 再次是苯乙醇。 苯乙醇的香味獨特, 具有玫瑰香、 紫羅蘭香、香料辛辣香、 茉莉香、 回芹香、 丁香味、 果味等多樣風(fēng)味, 是構(gòu)成紫薯糯米酒主要特征香氣的組分。酸類化合物占總成分的7.74%, 僅次于醇類化合物,其產(chǎn)生于脂質(zhì)β - 氧化的降解脂肪酸合成酶的合成。 此次檢出的乙酸和新癸酸, 對紫薯糯米酒香氣的整體結(jié)構(gòu)具有重要作用。 其中, 乙酸具有揮發(fā)酸味、 醋味、 干酪味、 墨水味、 油脂味等令人不愉快的風(fēng)味[10]。 相對含量排在第3 位的為酮類化合物, 占總成分6.19%, 其中的3- 羥基-2- 丁酮具有強烈的奶油、 脂肪、 白脫樣香氣, 有令人愉快的奶香氣[15-16],使得紫薯糯米酒的香氣更加飽和。 香氣成分中較為特殊的是二甘醇胺, 其相對含量為0.46%, 保留時間最長。 二甘醇胺是一種重要的溶劑和有機原料, 能溶于水, 能溶解芳烴和吸收酸性氣體, 主要被用作酸性氣體的吸收劑。

        3 結(jié)論

        以酒曲種類、 酒曲添加量、 酵母種類、 發(fā)酵溫度、 發(fā)酵時間和米薯比例進行紫薯糯米酒釀制單因素試驗, 并在此基礎(chǔ)上以感官評分為響應(yīng)值, 以酒曲添加量、 發(fā)酵時間、 發(fā)酵溫度和米薯配比為影響因子, 進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗并建立回歸模型, 獲得紫薯糯米酒釀制的最佳工藝條件。 經(jīng)分析可知, 發(fā)酵溫度對紫薯糯米酒品質(zhì)的影響最顯著, 米薯配比和酒曲添加量對紫薯糯米酒品質(zhì)影響較顯著, 交互項中酒曲添加量和發(fā)酵時間的影響較顯著。 紫薯糯米酒最佳釀制條件為, 添加1.30%蘇州蜜蜂牌甜酒曲作為糖化劑進行糯米糖化, 米薯糖化醪2∶1 混合后, 添加0.04%安琪果酒專用酵母于25 ℃下發(fā)酵7 d 得成品酒。 在此釀制條件下所得紫薯糯米酒酒精度為11.44%Vol, 還原糖含量為3.7 g/L, 總酸含量為6.0 g/L, 花色苷含量為30.26 μg/mL。

        紫薯糯米酒的香氣成分中相對含量最高的是醇類化合物, 占總成分的84.44%; 其次是酸類化合物和酮類化合物, 其中以丙三醇、 2,3- 丁二醇、 苯乙醇、 乙酸、 新癸酸和3- 羥基-2- 丁酮為主要香氣成分, 所得紫薯糯米酒酒體柔和、 顏色鮮亮, 且具有紫薯特有香味。

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