米酒發(fā)酵工藝條件對(duì)香氣成分的影響

韓建春，魏 婧，姜 帆，孫英杰，郭榮佳

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

米酒是一種低度飲料酒，其酒精含量一般在3%～14%，屬于低酒精發(fā)酵酒。現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)認(rèn)為米酒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值在于酒液中除水和乙醇外，還含有糖分、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。糖分是由大米中淀粉分解產(chǎn)生的，主要是葡萄糖、果糖等；有機(jī)酸主要有乳酸、乙酸、檸檬酸等，大部分有機(jī)酸是大米淀粉在發(fā)酵過(guò)程中根霉發(fā)酵產(chǎn)生，對(duì)于提高米酒口味以及刺激消化液分泌有重要作用；大米中的大部分蛋白質(zhì)不溶于水，發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)被分解成溶于水的游離氨基酸和多肽類物質(zhì)；大米本身含有維生素和礦物質(zhì)，根霉在發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的維生素主要有VB，VE。適量飲用米酒，有助于血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，并能補(bǔ)血養(yǎng)顏，舒筋活血，健身強(qiáng)心，延年益壽[2]。市售米酒產(chǎn)品口感差，且質(zhì)量不穩(wěn)定；米酒生產(chǎn)的具體工藝條件研究不足，產(chǎn)品苦味較重。米酒生產(chǎn)沒(méi)有工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是米酒質(zhì)量不穩(wěn)定原因。因此，本試驗(yàn)對(duì)發(fā)酵工藝中關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行深入研究，以確保米酒產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良、穩(wěn)定。對(duì)采用GC/MS測(cè)定揮發(fā)性香氣成分優(yōu)化米酒，為米酒制造、質(zhì)量評(píng)價(jià)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 原料

大米（市售）。

1.1.2 輔料

蒸餾水，安琪甜酒曲（安琪酵母股份有限公司），酵母（由上海杰兔公司提供），碳酸鈣、蔗糖、硫酸、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、葡萄糖、酚酞、次甲基藍(lán)均為分析純：由天津市永大化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心提供。

1.1.3 主要儀器和設(shè)備

101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）；PYX-DHS型隔水式培養(yǎng)箱（上海一恒科技有限公司）；LD4-2A型高速離心機(jī)（北京醫(yī)用離心機(jī)廠）；恒溫水浴鍋（余姚市東方電工儀器廠）；電子天平（上海梅特勒一托利多儀器廠）；分析天平（北京塞多利斯系統(tǒng)有限公司）；酒精蒸餾裝置（無(wú)錫市寶德金工程設(shè)備廠）；6890-5973氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，頂空固相微萃取裝置（美國(guó)Agilent公司）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

結(jié)果見(jiàn)圖1。

1.2.2 操作要點(diǎn)

①洗米與浸米：以大米為原料，篩選除去碎米與雜質(zhì)進(jìn)行洗米，用水清洗至水無(wú)白濁為止，然后浸米一段時(shí)間，目的是使米粒中的淀粉吸水膨潤(rùn)，為大米蒸煮時(shí)的淀粉糊化提供必要條件。浸米程度為米粒保持完整，捏米呈粉狀為宜。浸米時(shí)間與浸米溫度的關(guān)系[3]，見(jiàn)表1。

②蒸飯：將浸泡后的大米瀝干水分，常壓下蒸煮至米飯熟透為止。

蒸煮要求達(dá)到飯粒外硬內(nèi)軟，透而不爛，熟而不黏。一般大米蒸煮時(shí)間為26～27 min，悶蓋時(shí)間為 5～6 min[4]。

圖1 米酒發(fā)酵工藝流程Fig.1 Rice wine fermentation process flow

③拌加曲和酵母：米飯蒸煮后用冷開(kāi)水淋飯至30～32℃，轉(zhuǎn)移到發(fā)酵罐內(nèi)，添加酒曲和酵母，攪拌均勻。

④糖化：米飯入罐后，在飯中央挖井搭窩，在30℃下糖化。

⑤發(fā)酵：在糖化好的米中加入原料米質(zhì)量的1.5倍的消毒蒸餾水，在30℃下發(fā)酵。

⑥滅菌：根據(jù)巴氏殺菌法，采取65℃殺菌30 min。

1.2.3 分析方法

還原糖、總糖：斐林試劑反滴定法[5]；

乙醇含量：蒸餾法[6]；

總酸：NaOH滴定法[5]；

氨基酸態(tài)氮[7]；

米酒的感官評(píng)定：目前還沒(méi)有米酒的感官評(píng)定方法，本試驗(yàn)根據(jù)國(guó)標(biāo)中黃酒的感官評(píng)定方法，并參考文獻(xiàn)[7]米酒的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定小組由本實(shí)驗(yàn)室10人組成，主要針對(duì)米酒的外觀、香氣、滋味、整體協(xié)調(diào)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)定方法[7]和標(biāo)準(zhǔn)分別見(jiàn)表2。

表1 浸米時(shí)間與浸米溫度的關(guān)系Table1 Rice steeping time during different tempreture

揮發(fā)成分：固相微萃取氣相色譜法。

①色譜條件：程序升溫條件：初始溫度80℃，保持5 min；以5℃·min-1，升溫至270℃；總分析時(shí)間為43 min；色譜柱：DB-5（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；Agillent 6890-5973 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；進(jìn)樣口250℃；離子源：EI；四級(jí)桿溫度150℃；離子源溫度230℃；傳輸線溫度250℃；載氣He；進(jìn)樣模式splitless；流速1 mL·min-1；電離方式EI，70 eV；質(zhì)量掃描范圍50～550 amu。

②樣品分析：SPME探針類型PDMS 100 μm；樣品體積40 mL（置于50 mL樣品瓶中）；水浴溫度60℃；吸附平衡時(shí)間40 min；探針凈化時(shí)間30 min；進(jìn)樣分析解析時(shí)間1.5 min。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table2 Sensory evaluation standard

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 加曲量確定

不同的加曲量會(huì)使米酒發(fā)酵速度與成分有所不同，對(duì)氨基酸態(tài)氮及口感的影響較為明顯。有研究表明，加曲量過(guò)多，酒的苦澀味相應(yīng)加重；但加曲量過(guò)少，酒的苦澀味也較重，因此應(yīng)對(duì)加曲量適當(dāng)進(jìn)行控制[8]。為研究加曲量對(duì)米酒品質(zhì)的影響，按照1.2.1中米酒釀造的方法，加曲量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，加水比為1∶1.5，于30℃下糖化發(fā)酵48 h。

由圖2可以看出，在酒曲用量在0.2%～0.6%時(shí)還原糖含量隨酒曲用量的增加而增加，在酒曲用量在0.2%～0.4%時(shí)還原糖含量上升最快；在酒曲用量在0.6%～1.0%時(shí)還原糖含量隨其用量的增加而減少，在酒曲用量在0.8%～1.0%時(shí)還原糖含量下降最快；在酒曲用量為0.4%時(shí)還原糖含量最高，其最高值為5.0%。從表3可以看出，隨加曲量增大，酒精度先升后降，而對(duì)總酸的影響不明顯，氨基酸態(tài)氮隨加曲量的增大而降低。這是由于加曲量增大，米酒中總蛋白酶活較大，導(dǎo)致米酒含氮化合物增多，因此米酒中的氨基酸態(tài)氮隨著加曲量增加而減少。通過(guò)品嘗得知，加曲量為0.8%時(shí)，米酒口感比例適中，米香、酒香濃郁；加曲量超過(guò)0.8%后，米酒的苦澀味加重，因此最適加曲量為0.8%。

2.1.2 糖化時(shí)間確定

在加曲量確定的前提下，為操作方便，控制糖化溫度為30℃，加曲量為0.8%，加水比為1:1.5，按照1.2.1中米酒釀造方法，通過(guò)控制糖化時(shí)間來(lái)控制糖化程度。通過(guò)研究發(fā)酵過(guò)程中還原糖的變化及發(fā)酵酒的質(zhì)量，確定最佳的糖化時(shí)間。

由圖3可以看出，糖化時(shí)間在12～48 h情況下還原糖含量隨糖化時(shí)間的增加而增加，在糖化時(shí)間在12～24 h情況下還原糖含量上升最快；在糖化時(shí)間在48～72 h情況下還原糖含量隨糖化時(shí)間的增加而減少；在糖化時(shí)間為48h情況下還原糖含量最高，最高值為4.8%。

圖2 酒曲用量與還原糖的關(guān)系Fig.2 Effect of yeast content on reducing sugar changes

米酒糖化過(guò)程主要靠酒曲中根霉產(chǎn)生的糖化酶，糖化酶可以將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，糖化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，都會(huì)對(duì)根霉的繁殖產(chǎn)生不利影響，而影響糖化程度。糖化程度過(guò)低或過(guò)度都會(huì)導(dǎo)致出酒率的降低。糖化程度過(guò)低，淀粉糖化不完全，導(dǎo)致出酒率降低；糖化程度過(guò)大，發(fā)酵時(shí)滲透壓過(guò)高，不利于酵母發(fā)酵，也會(huì)降低出酒率[9]。再者，酵母從繁殖到發(fā)酵需要一定時(shí)間，若米酒中糖度過(guò)高，可能會(huì)繁殖雜菌，而且易污染產(chǎn)酸菌，致使米酒酸度過(guò)高，從而產(chǎn)生尖酸感[10]。米酒的釀造過(guò)程是邊糖化邊發(fā)酵，糖化程度過(guò)大，可能發(fā)酵開(kāi)始時(shí)促使酵母大量繁殖，發(fā)酵劇烈進(jìn)行，過(guò)早耗盡營(yíng)養(yǎng)，酵母過(guò)早進(jìn)入衰亡期，且發(fā)酵過(guò)于劇烈，會(huì)給米酒帶來(lái)不良口感，所以應(yīng)該控制好糖化程度。

圖3 加曲量與糖化時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Effect of yeast content on sacchuarfication time changes

表3 加曲量對(duì)米酒品質(zhì)的影響Table3 Effect of distillers yeast content on brown rice wine

2.1.3 酵母用量確定

由圖4可以看出，在酵母用量在0.2‰～0.4‰情況下酒精度隨酵母用量的增加而增加；在酵母用量在0.8‰～1.0‰時(shí)酒精度隨酵母用量的增加而減少；在酵母用量為0.4‰情況下酒精度最高，最高值為3.00%。

從表4可以看出，酵母量增大，對(duì)總酸的影響不明顯，氨基酸態(tài)氮隨酵母含量增加而減少，由于酵母含量增多，酵母生長(zhǎng)旺盛，導(dǎo)致發(fā)酵醪中含氮化合物的增多，因此酒中的氨基氮隨著酵母用量增加而減少。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間確定

發(fā)酵時(shí)間對(duì)米酒酒度、酸度影響較為明顯，按照1.2.1中米酒釀造方法，按照加曲量為0.8%，加水比為1∶1.5，糖化溫度為28℃，糖化48 h，測(cè)定不同發(fā)酵時(shí)間時(shí)，米酒的酒精度和總酸含量。

由圖5可以看出，酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的關(guān)系，在發(fā)酵時(shí)間在24～48 h情況下酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，在發(fā)酵時(shí)間在24～36 h情況下酒精度上升最快；在發(fā)酵時(shí)間在48～72 h情況下酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的增加而減少；在發(fā)酵時(shí)間為48 h情況下酒精度最高，最高值為8%。

圖4 酵母用量的確定Fig.4 Diffrent yeast content on the effects of rice wine

圖5 發(fā)酵時(shí)間與酒精度的關(guān)系Fig.5 Effect of fermentation time on alcohol content

表4 酵母量對(duì)米酒品質(zhì)的影響Table4 Effect of yeast content on rice wine

圖6 發(fā)酵時(shí)間與總酸的關(guān)系Fig.6 Effect of fermentation time on total acid

隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，總酸逐漸增加，其中發(fā)酵時(shí)間在12～48 h內(nèi)，總酸增加最大。48 h以后，總酸基本穩(wěn)定，這是由于米酒發(fā)酵過(guò)程中一部分乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜?，使總酸上升緩慢[11]。一般而言，米酒以產(chǎn)酸低者為佳[12]，米酒發(fā)酵前期如果總酸增加過(guò)快，會(huì)對(duì)酵母的生長(zhǎng)造成不良影響，還有可能引起其他雜菌的生長(zhǎng)繁殖，從而使米酒的品種造成不良影響。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

由表5可以看出，酒曲用量、酵母用量、糖化時(shí)間、發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的口感的影響，影響順序依次是糖化時(shí)間＞酒曲用量＞酵母用量＞發(fā)酵時(shí)間。最佳配比組合為在酒曲用量為8‰，酵母用量為0.6‰，糖化時(shí)間為24 h，發(fā)酵時(shí)間為24 h，糖化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品口感影響非常明顯。

2.3 優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒揮發(fā)性香氣成分GC/MS分析

2.3.1 優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒香氣成分質(zhì)譜分析總離子色譜

圖7、8中分別為優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒會(huì)發(fā)性香氣成分分析，兩種酒樣共檢出50種揮發(fā)性香氣成分，這些成分包括醇、酸、酯、烷烴4類化合物。其中從優(yōu)化米酒中檢測(cè)出50種香氣成分，傳統(tǒng)米酒中檢測(cè)出30種香氣成分。

2.3.2 優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒香氣成分及其相對(duì)含量分析

從表6可以看出，通過(guò)揮發(fā)性香氣成分檢測(cè)出優(yōu)化米酒和傳統(tǒng)米酒的香氣成分大多為醇類、酸類、酯類、烷烴類化合物。在優(yōu)化米酒中醇類、酸類、酯類、烷烴類化合物分別為5種、2種、27種、16種，含量分別占香氣含量的10%、4%、54%、32%；傳統(tǒng)米酒中醇類、酸類、酯類、烷烴類化合物分別為4種、1種、24種、1種，含量分別占13%、3.5%、80%、3.5%。且優(yōu)化米酒中的酯類種類、含量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)米酒。優(yōu)化米酒烷烴類物質(zhì)較高，這些物質(zhì)都有利于米酒的風(fēng)味質(zhì)量。

表5 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table5 Orthogonal experimental results

圖7 優(yōu)化米酒揮發(fā)性香氣成分GC/MSFig.7 GC-MS total ion chromatogram of flavor components in optimization rice wine

圖8 傳統(tǒng)米酒揮發(fā)性香氣成分GC/MSFig.8 GC-MS total ion chromatogram of flavor components in traditional rice wine

表6 優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒香氣成分組成及其相對(duì)含量Table6 Optimization rice wine and traditional rice wine aroma compositions and relative content

2.3.4 優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒中重要化合物分析

2.3.4.1 醇類

醇類物質(zhì)可以賦予酒的典型香味，大多數(shù)的醇類物質(zhì)是酵母發(fā)酵的副產(chǎn)物。優(yōu)化米酒與傳統(tǒng)米酒中醇類物質(zhì)的種類相同，但傳統(tǒng)米酒醇類相對(duì)含量高于優(yōu)化米酒，其中相對(duì)含量相差最大的是苯乙基醇，相對(duì)含量分別為0.74%、0.06%。高級(jí)醇是米酒中重要的香氣成分，由于閾值低，較低含量的化合物對(duì)香氣也有貢獻(xiàn)，優(yōu)化米酒中3-甲基丁醇、2-甲基丁醇和杜香醇相對(duì)含量均高于傳統(tǒng)米酒。

2.3.4.2 酸類

酸在發(fā)酵酒中是重要的呈味物質(zhì)，與醇類、酯類共同構(gòu)成了米酒特有的芳香味。酒中酸含量少，酒體不協(xié)調(diào)；酸含量多又會(huì)影響酒整體風(fēng)味。優(yōu)化米酒和傳統(tǒng)米酒分別檢出酸類物質(zhì)2種、1種，且分別占香氣成分的4%、3.5%；其中優(yōu)化米酒和傳統(tǒng)米酒都含有3-甲基丁酸，相對(duì)含量分別為0.45%和1.34%。

2.3.4.3 脂類

優(yōu)化米酒和傳統(tǒng)米酒酯類化合物種類相差不大，但酯類相對(duì)含量不相同，傳統(tǒng)米酒中酯類含量最高的為棕櫚酸乙酯18.62%，其次是癸酸乙酯17.61%、月桂酸乙酯8.67%、辛酸乙酯7.76%；優(yōu)化米酒中酯類含量最高的為棕櫚酸乙酯18.32%，其次是亞油酸乙酯18.09%，油酸乙酯12.17%，甲酸異戊酯7.12%。

2.3.4.4 烷烴類

烷烴類化合物是米酒中重要的香氣組分，含量很少，但在香氣形成中也具有不可忽視的作用，在優(yōu)化米酒和傳統(tǒng)米酒中含量分別為32%，6%。這些化合物有利于酒的特殊風(fēng)味。

3 討論與結(jié)論

單因素中加曲量、糖化時(shí)間、糖化溫度都對(duì)米酒糖化力有重要影響，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)酒的發(fā)酵速度，酒味產(chǎn)生影響；加水比的確定對(duì)酒發(fā)酵起到至關(guān)重要的作用，并對(duì)酒的風(fēng)味也有很大影響；酵母用量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間是米酒發(fā)酵的關(guān)鍵，與酒中可溶性糖轉(zhuǎn)化為酒精、有機(jī)酸及風(fēng)味物質(zhì)有關(guān)。

米酒發(fā)酵時(shí)通過(guò)酯化反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等一系列化學(xué)變化，最終使酒體中的醇類物質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為脂類、酮類、醛類等物質(zhì)。酒體中醇類物質(zhì)所占比例減小，脂類、酮類、醛類等所占比例增大，可以使酒體香氣濃郁，風(fēng)味獨(dú)特，最終得到風(fēng)味質(zhì)量較高的優(yōu)化米酒產(chǎn)品。

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，確定米酒釀釀造的最佳條件為:酒曲用量0.8%，糖化溫度28℃，酵母用量0.6‰，糖化時(shí)間 24 h，加水比 1∶1，發(fā)酵溫度28℃，發(fā)酵時(shí)間24 h。得到的米酒酒度為5.0%（V/V），消除了米酒中的苦澀味。優(yōu)化米酒烷烴類物質(zhì)較高，酯類種類、含量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)米酒，這些物質(zhì)均有利于米酒風(fēng)味質(zhì)量的提高。

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