混濁型米酒發(fā)酵工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬 夢 晴

(河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

被譽(yù)為“五谷之首”的大米，不僅含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)等基本營養(yǎng)素，還具有健脾養(yǎng)胃、益精強(qiáng)志、聰耳明目、美容養(yǎng)顏等保健功效。我國是全球最大的稻谷生產(chǎn)國。近年來，年產(chǎn)大米穩(wěn)定在約1.8 億噸，高居世界第一位。但是大米深加工和副產(chǎn)品的綜合利用遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，產(chǎn)品附加值低[1]。而米酒作為一種低酒精度的發(fā)酵酒，是我國古老黃酒類的一個(gè)分支，其中酒精的體積分?jǐn)?shù)在0.05～0.14之間(5%～14%,V/V)，一般在0.08～0.12(8%～12%,V/V)[2]?，F(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)認(rèn)為，米酒中含有糖分、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[3]，同時(shí)根霉在發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生對人體有益的維生素B，維生素E[3]。

傳統(tǒng)米酒與市售米酒都屬于清酒類型，即在發(fā)酵過程中大米以米粒形式完整存在，在發(fā)酵完成后通過粗濾、離心分離和超濾得到澄清的酒汁[4]。但是有研究表明，發(fā)酵后的大米直鏈淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.230 8增加到0.248 6。同時(shí)由于浸泡過程中游離脂肪酸的流失和發(fā)酵過程中微生物的作用，使脂肪分解成游離的脂肪酸，致使米粉中脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了28%[5,6]。所以在米酒發(fā)酵完成后繼續(xù)利用大米的營養(yǎng)成分，將大米與酒汁混合均勻，即將發(fā)酵好的米粒進(jìn)行打漿，得到大米細(xì)碎顆粒和發(fā)酵酒液的混合液，呈均勻的混濁狀，即成混濁型米酒，屬于米酒市場上的一種新型產(chǎn)品。與傳統(tǒng)米酒相比，它不僅改善了產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，而且增添了酒類食品市場的花色品種。

本試驗(yàn)控制混濁型米酒中酒精的體積分?jǐn)?shù)大約在0.07，屬于低酒精度、高營養(yǎng)的一種米酒。產(chǎn)品便于消化和食用，更加適用于婦女、老年人和食道病癥患者等特殊人群。因此，需要對其發(fā)酵工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用正交試驗(yàn)方法對加曲量、加水量和糖化時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，得到適宜的口感和風(fēng)味的混濁型米酒。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

市售大米(產(chǎn)地：黑龍江省哈爾濱市方正縣；生產(chǎn)日期：2014年3月；品牌：黑龍江省方正大米；包裝規(guī)格：5 kg/袋)；安琪甜酒曲(安琪酵母股份有限公司生產(chǎn))。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

1 000 mL打漿機(jī)，JOYCE電器廠生產(chǎn)；DHP-420型電熱恒溫培養(yǎng)箱，北京市永光明醫(yī)療儀器廠生產(chǎn)；三支組0%～100%酒精計(jì)，中山市匯寶電子衡器有限公司生產(chǎn)；BS210S分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司生產(chǎn)；0.14～0.165 MPa壓力蒸汽消毒器，北京市永光明醫(yī)療儀器廠生產(chǎn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

酒精度的檢測方法(國標(biāo)法GB/4927-2008)：國標(biāo)法即蒸餾法，取米酒濾出液100 mL，加入50 mL去離子水，混勻。倒入蒸餾燒瓶中，加入幾粒沸石，連接好蒸餾裝置后打開冷凝水進(jìn)行蒸餾。取蒸餾液近100 mL刻度線處以去離子水定容100 mL。用酒精計(jì)測定酒精度，用溫度計(jì)測定溫度。將讀出的酒精度與溫度參考標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為20 ℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)酒精度。

1.4 混濁型米酒感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)根據(jù)黃酒國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 13662-2008)中評酒方法，并參照相關(guān)文獻(xiàn)中米酒的評定方法[7]及米酒評定標(biāo)準(zhǔn)[8]進(jìn)行品評。評定小組30人，教師15人，學(xué)生15人，主要對米酒的外觀、口感、香氣、整體協(xié)調(diào)感進(jìn)行評價(jià)。感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 混濁型米酒的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 混濁型米酒釀造工藝流程

洗米→浸米→蒸飯→冷卻加曲→糖化→發(fā)酵→打漿→除酶滅菌

1.5.1浸米 浸米的目的是使米粒中的淀粉吸水膨潤，淀粉顆粒間變疏松，為蒸煮時(shí)的淀粉糊化創(chuàng)造條件。浸米程度一般要求米粒保持完整，用手指按壓米粒呈粉狀為度，如果米浸得過度而變成粉末，就會造成米粒中的成分大量流失。如果米浸不透，蒸煮時(shí)出現(xiàn)生粒心子，釀酒時(shí)會容易發(fā)生酸敗[9]。另外，浸米時(shí)應(yīng)先加水再放米并拌勻。否則容易拌不勻，使上下層米吸水不均勻，影響蒸飯質(zhì)量。由于米會吸水膨脹，水位要高出米層一定距離，以防雜菌滋長[10]。

1.5.2蒸飯 將浸泡后的大米用清水沖去米漿和灰塵后進(jìn)行蒸煮。蒸煮要求達(dá)到飯粒外硬內(nèi)軟，透而不爛，熟而不黏，以便使甜酒曲繁殖有充分的氧氣供應(yīng)。若蒸煮過度，米易結(jié)團(tuán)，拌料時(shí)與米酒曲混合不均勻，不利于糖化和發(fā)酵；若蒸煮不夠，容易導(dǎo)致糖化不完全，使米酒的酒度降低或酸度增加，造成酒易酸敗[11]。一般大米蒸煮時(shí)間為40 min。

1.5.3冷卻加曲 將米飯冷涼，適當(dāng)?shù)臄嚢瑁姑罪堉g有一定的空隙，顆粒間能分離和通氣。加酒曲時(shí)米飯溫度應(yīng)控制在大約30 ℃，有利于糖化菌的繁殖，同時(shí)不會導(dǎo)致酒曲中的微生物被燙死[7]。加曲后應(yīng)進(jìn)行充分的攪拌，其目的是增加大米與空氣的接觸面積，以利于酒曲的生長繁殖及產(chǎn)酶。

1.5.4發(fā)酵 將糖化好的材料按實(shí)驗(yàn)需要分別加上不同體積的水，于30 ℃恒溫箱中發(fā)酵。

1.5.5打漿及滅菌 將發(fā)酵程度達(dá)到要求的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行打漿粉碎,裝瓶，滅菌。于108 ℃下高壓滅菌20 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸煮時(shí)間對混濁型米酒發(fā)酵速度的影響

浸泡5份250 g的大米,加水量質(zhì)量比為m(大米)∶m(水)=1∶2，加曲量2.0 g，糖化時(shí)間24 h的條件，在恒溫箱30 ℃發(fā)酵下，蒸煮時(shí)間分別為30，35，40，45，50 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蒸煮時(shí)間不同，對酒精體積分?jǐn)?shù)的變化影響微小(圖1)。所以，在正交實(shí)驗(yàn)時(shí)排除蒸煮時(shí)間的影響。

2.2 加曲量對混濁型米酒發(fā)酵速度的影響

浸泡5份250 g的大米，加水量質(zhì)量比為m(大米)∶m(水)=1∶3，糖化24 h，蒸煮時(shí)間為40 min，在恒溫箱30 ℃發(fā)酵下，加曲量以未加水前大米質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，1號加曲量1.0 g，2號加曲量1.5 g，3號加曲量2.0 g，4號加曲量2.5 g，5號加曲量3.0 g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加曲量為1.0 g時(shí)，米酒發(fā)酵酒精的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.07的時(shí)間較快(圖2)。這是因?yàn)榧忧可?，攪拌均勻，甜酒曲可以完全充分和大米接觸，從而加快發(fā)酵速度。隨著加曲量增加，拌曲不均勻、徹底會導(dǎo)致發(fā)酵速度變慢，當(dāng)加曲量超過2.5 g時(shí)，有明顯的發(fā)酵酸味，并且入口帶有苦澀感，酒精的體積分?jǐn)?shù)也開始下降。這是由于加曲量過大，使發(fā)酵體系迅速升溫，引起酸敗，酵母菌大量繁殖，導(dǎo)致發(fā)酵體系失衡。大量的發(fā)酵性糖使二酵母菌繁殖，酒精發(fā)酵變緩。發(fā)酵終了，大量酵母自溶產(chǎn)生酪醇，使酒泛苦[12]。又由于酸度的增加，口感上會更加突出米酒的苦味。另外，由于考慮到加入2.5 g的甜酒曲發(fā)酵時(shí)間稍微長一些會使口感較好，所以正交實(shí)驗(yàn)仍然選擇2.5 g的加曲量。同時(shí)，1.5 g和2.0 g的加曲量用量少而且發(fā)酵時(shí)間快，是較合理的發(fā)酵加曲量。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取1.5，2.0，2.5 g為正交試驗(yàn)適宜加曲量。

圖1 蒸煮時(shí)間與發(fā)酵時(shí)間變化關(guān)系 圖2 加曲量與發(fā)酵時(shí)間變化關(guān)系圖

2.3 加水量對混濁型米酒發(fā)酵速度的影響

浸泡4份250 g的大米，加曲量為2.0 g，糖化時(shí)間24 h，蒸煮時(shí)間為40 min，在恒溫箱30 ℃發(fā)酵下，根據(jù)所需米酒稀稠，m(大米)∶m(水)=1∶1的加水量導(dǎo)致米酒太粘稠不方便打漿及余下的步驟，而1∶4的加水量時(shí)米酒已經(jīng)比較稀釋，所以本次實(shí)驗(yàn)對1∶5的加水量未做展望。加水質(zhì)量比選定為：1號加水量為1∶1，2號加水量為1∶2，3號加水量1∶3，4號加水量1∶4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著加水稀釋，發(fā)酵酒精的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.07的時(shí)間變少(圖3)，這是因?yàn)橄♂尳档土税l(fā)酵體系的糖濃度，從而減少了高糖環(huán)境中高滲透壓對酵母繁殖和發(fā)酵的影響，導(dǎo)致酵母菌數(shù)呈現(xiàn)明顯增加。但由于供給的糖量高于酵母細(xì)胞所能同化的速率，酒精度隨之出現(xiàn)積累。當(dāng)加水量繼續(xù)增加時(shí)，酵母菌濃度降低，總糖含量緩慢下降，說明此時(shí)酵母菌繁殖速度降低，酵母細(xì)胞開始進(jìn)行大量的發(fā)酵代謝[13]。當(dāng)加水量為1∶3時(shí)，酒精的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.07所需時(shí)間最長，這是因?yàn)榻湍妇鷶?shù)和總糖也隨著稀釋的加大持續(xù)下降，此時(shí)米酒糖化與發(fā)酵達(dá)到相對平衡。隨著加水量的持續(xù)增大，使酒精度和口感各指標(biāo)開始大幅下降，過度稀釋使米酒酒感變差，平淡無味。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，正交實(shí)驗(yàn)選擇1∶1，1∶2，1∶3的加水量。

2.4 糖化時(shí)間對混濁型米酒發(fā)酵速度的影響

浸泡5份250 g的大米，1∶2水量浸泡，加曲量2.0 g，加水量750 mL。在恒溫箱30 ℃下發(fā)酵。1號糖化時(shí)間12 h,2號糖化時(shí)間24 h,3號糖化時(shí)間36 h，4號糖化時(shí)間48 h，5號糖化時(shí)間60 h。米酒的糖化與發(fā)酵過程同時(shí)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著糖化時(shí)間的延長，米酒酒精的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到大約0.07的發(fā)酵時(shí)間逐漸增加(圖4)。與此同時(shí)，發(fā)酵液的酸度也在逐漸上升，而凝乳酶的活力則開始下降，這應(yīng)是受到根霉衰減的影響[14]。乳酸菌數(shù)量逐漸下降，是因?yàn)榄h(huán)境對其生長產(chǎn)生抑制。隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)一步延長，總糖呈現(xiàn)明顯下降趨勢，導(dǎo)致酵母菌數(shù)也開始緩慢下降。酒精度和總酸則持續(xù)上升，而乳酸菌與霉菌數(shù)已降至很低，此時(shí)凝乳酶的活力也隨之將至最低。由此看出，發(fā)酵48 h后，整個(gè)發(fā)酵體系中各個(gè)菌種都出現(xiàn)明顯的衰減，代謝過程變緩。發(fā)酵后期，由于發(fā)酵性糖的大量消耗，酵母菌的大量自溶，使米酒味道變得酸澀辣嘴，帶有明顯的苦味[15]。由此，糖化時(shí)間24，36，48 h是最理想的正交實(shí)驗(yàn)糖化時(shí)間。

圖3 加水量與發(fā)酵時(shí)間變化關(guān)系 圖4 糖化時(shí)間與最佳酒精度變化關(guān)系

2.5 混濁型米酒發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)表1米酒的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行感官評價(jià)，評價(jià)結(jié)果取30人的平均值。結(jié)果表明，因素C的影響最明顯，其次是因素B和因素A(表2)。由此得到的最優(yōu)組合為A3B1C1。即糖化時(shí)間48 h，加水量1∶2，加曲量1.5 g。

表2 混濁型米酒感官評價(jià)正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本次實(shí)驗(yàn)全面的從甜酒曲微生物生長代謝角度分析米酒在發(fā)酵不同階段和不同條件下，酒精度變化的原因。發(fā)現(xiàn)甜酒曲中微生物的生長代謝變化，對米酒發(fā)酵的整個(gè)過程起著至關(guān)重要的影響，并且其代謝產(chǎn)物不僅帶來米酒風(fēng)味上的提升，同時(shí)為米酒的多樣化生產(chǎn)以及多途徑利用提供了可能。通過正交試驗(yàn)分析，得出決定米酒風(fēng)味的主要因素及最佳水平為加水量1∶2，糖化時(shí)間48 h，加曲量1.5 g。

通過對正交實(shí)驗(yàn)的感官評價(jià)，得到了最佳的工藝流程和控制條件。米酒中酒精的體積分?jǐn)?shù)在大約0.07不會對身體產(chǎn)生太大的傷害，又能滿足對飲酒的要求。且最佳工藝得到的成品口味極佳，營養(yǎng)豐富，適合各個(gè)年齡段飲用。所以，本次最佳工藝設(shè)計(jì)的米酒發(fā)酵條件適合于大批量生產(chǎn)及銷售。

[1] 肖連冬,臧晉,劉風(fēng)霞.甜米酒制作工藝條件研究及影響其質(zhì)量因素討論[J].釀酒,2000(5):84-85.

[2] 陶華堂.發(fā)酵大米理化特性變化與米粉品質(zhì)形成機(jī)理[D].鄭州：河南工業(yè)大學(xué),2013.

[3] 焦善偉.我國大米加工業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展 后期前景廣闊——國內(nèi)大米加工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].糧油加工,2007(6):38-40.

[4] 杜琨,方多.低度紅棗米酒的研制[J].中國釀造,2006(3):66-67.

[5] 劉炯光.保健酒生產(chǎn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].釀酒科技,2005(6):125-126.

[6] 周顯青，李亞軍，張玉榮.不同微生物發(fā)酵對大米理化特性及米粉食味品質(zhì)的影響[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010,31(1):4-8，13.

[7] 康明官.黃酒和清酒生產(chǎn)問答[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2003.

[8] 李艷霞.糯玉米米酒的研制[D].武漢：湖北中醫(yī)藥大學(xué)，2001.

[9] 蔣世云,黃位明,容元平，等.米甜酒苦味形成機(jī)理的研究[J].釀酒,2002,29(3)：43-45.

[10] 李大和.濃香型大曲酒生產(chǎn)技術(shù)(修訂版)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社, 2011.

[11] 魯永強(qiáng),歪文磊.甜酒釀的制作與發(fā)酵控制[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2007(6):61-64.

[12] 何國慶.食品發(fā)酵與釀造工藝學(xué)(第二版)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2011.

[13] Arimk K,Iwasake K.Milk-clotting enzyme from microorganisms part I screening test and identification of the potent fungus[J].Agricultural and Biological Chemistry,1967,31(5):540-545.

[14] Yanping Wang,Qiaoling Cheng,Zaheer Ahmed,et al.Purification and partial characterization of milk-clotting enzyme extracted from glutinous rice wine mash liquor[J].Korean Journal of Chemical Engineering,2009,26(5):1 313-1 318.

[15] 劉婧競,喬發(fā)東.甜酒曲生長特性研究及米酒生產(chǎn)工藝優(yōu)化[J].中國釀造,2010(12):41-45.