尾穗莧粒發(fā)酵小曲清香型白酒的研究

肖榮飛，陳旭峰，郭 婭，黃曉潤(rùn)，吳擁軍*

（貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

白酒是聞名于世界的蒸餾酒，在中國(guó)人的日常生活與生活中扮演著極其重要的角色[1]。清香型白酒是我國(guó)千百年來(lái)形成的具有獨(dú)特風(fēng)味的傳統(tǒng)釀酒工藝的一種產(chǎn)品[2]，盛產(chǎn)于我國(guó)華北，其中以汾酒作為清香型白酒的典型代表。近年來(lái)國(guó)內(nèi)白酒年產(chǎn)量持續(xù)不斷增加，目前已經(jīng)超過(guò)一千萬(wàn)t[3]。白酒通常是以谷物（主要是高粱）作為釀造原料，通過(guò)浸泡、蒸煮、發(fā)酵以及蒸餾等工藝釀制。但由于高粱蛋白含量低，用于制曲不能滿(mǎn)足糖化劑生產(chǎn)菌和酵母生長(zhǎng)的需要，會(huì)影響糖化酶產(chǎn)量、酵母活性，進(jìn)而影響酒精出率。同時(shí)高粱含有過(guò)多果膠質(zhì)和單寧，液態(tài)發(fā)酵時(shí)可能會(huì)影響酵母的正常酒精發(fā)酵，進(jìn)而影響高粱出酒率和白酒的品質(zhì)[4]。

莧菜（Amaranthus tricolor）又名莧，是石竹目莧科莧屬一年生草本植物，莖粗壯，綠色或紅色，常分枝。按照不同的功能劃分莧菜又被分成兩大類(lèi)，一類(lèi)用作食材的蔬菜莧，另一類(lèi)則主要是收獲種子的籽粒莧，原產(chǎn)于中美洲或南美洲。籽粒莧是莧科莧屬一年生草本植物的總稱(chēng)，籽粒莧莧粒直徑較小，每顆尾穗能結(jié)5～6萬(wàn)余粒莧粒，包括籽粒莧（Amaranthus hypochondricus）、繁穗莧（Amaranthus paniculatus）、尾穗莧（Amaranthus caudatus）、綠穗莧（Amaranthus hybriaus）等品種[5]。研究發(fā)現(xiàn)，尾穗莧粒中含有15%～22%的蛋白質(zhì)，淀粉含量達(dá)到67%，其中支鏈淀粉約76%，直鏈淀粉約23%[6]。莧粒中的總淀粉含量越高，其支鏈淀粉與直鏈淀粉比重就越大，這有利于提高出酒率和清香型白酒的香味物質(zhì)含量及白酒質(zhì)量[7]。莧粒中含有極少量果膠質(zhì)成分，它是白酒有害雜質(zhì)甲醇的主要來(lái)源[8]。莧粒單寧質(zhì)含量極少，遠(yuǎn)低于高粱等作物含有較多的單寧質(zhì)，由于單寧自身含有苦澀味，遇到鐵呈現(xiàn)藍(lán)黑色，誘使蛋白質(zhì)凝固故而對(duì)糖化菌和酵母均具有破壞作用。

尾穗莧粒在民間主要用作生產(chǎn)米花糖，其葉莖可作為家畜飼料，葉片食用具有良好的口感，未見(jiàn)釀造白酒。由于尾穗莧?？偟矸酆枯^高，工廠采用傳統(tǒng)的固態(tài)白酒發(fā)酵法，其較高的支鏈淀粉含量會(huì)使蒸煮后尾穗莧粒黏度增加[9]，對(duì)酵母菌生長(zhǎng)繁殖和發(fā)酵白酒產(chǎn)生不利影響，降低出酒率，而且莧粒之間黏度增加會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)中增加操作難度，因此探究液態(tài)發(fā)酵小曲清香型白酒的釀造工藝，提高莧粒發(fā)酵清香型白酒出酒率[10]。本研究通過(guò)膨化尾穗莧粒，糖化水解膨化后的尾穗莧粒，降低蒸煮后籽粒之間的黏度，選用適宜的酒曲、提高尾穗莧粒淀粉的利用率等方法，開(kāi)發(fā)適宜的釀造工藝對(duì)增加尾穗莧粒的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，提高農(nóng)民收益意義重大。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

尾蕙莧成熟莧粒：貴州省威寧縣種植；糖化酶（50000U/g）：湖南省津市市新型發(fā)酵有限責(zé)任公司；宇豐牌生熟兩用酒曲（小曲酒曲）：昆明宇豐生物科技有限公司；純種根霉曲Q303（5 500～6 200 U/g）：貴州立高輕工科技發(fā)展有限公司；湖南臭曲：市售。

1.2 設(shè)備與儀器

WYT型手持糖度計(jì)：成都光學(xué)儀器廠；Acculab電子分析天平：北京賽多利斯有限公司；GZX-GF101-3-BS-II電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；DH6000Ⅱ電熱恒溫培養(yǎng)箱：天津泰斯特儀器設(shè)備有限公司；DHG-9141A電熱恒溫干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；GR60DA高壓滅菌器：致微廈門(mén)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 清香型白酒釀制工藝流程

（1）固態(tài)發(fā)酵

（2）液態(tài)發(fā)酵

莧粒除雜→莧粒膨化→篩除碎皮和雜物→加水浸泡→糖化水解→滅菌→冷卻→接種酒曲→發(fā)酵→蒸餾→成品

1.3.2 釀制工藝要點(diǎn)

（1）液態(tài)發(fā)酵：

選料：選取色澤亮麗，無(wú)病蟲(chóng)害的尾穗莧粒，去除碎石和塵土；

膨化：將去雜的尾穗莧莧粒，在180～200℃條件下干炒，當(dāng)尾穗莧粒膨脹泛白并產(chǎn)生一種類(lèi)似爆米花的香味即可；

過(guò)篩：將炒好的尾穗莧粒用16～20目竹篩除去碎皮和雜物；

糖化：向過(guò)篩后的尾穗莧粒中添加3倍的純凈水?dāng)嚢杈鶆?，再加?.20%～0.40%活力為50 000 U/g的糖化酶，攪拌均勻后置于罐子中在56～60℃條件下糖化酶解2 h；

滅菌：將糖化好的尾穗莧粒放入滅菌鍋中121℃殺菌20 min；攤涼：將糖化后的尾穗莧粒置于涼堂內(nèi)攤涼至室溫[11]；發(fā)酵：加入0.60%酒曲后置于發(fā)酵缸并進(jìn)行密封發(fā)酵10 d，發(fā)酵溫度為30℃；

蒸餾：將發(fā)酵好的酒醪取出均勻撒在蒸餾甑中，調(diào)整溫度90～120℃，掐頭摘尾，收集中間餾液[12-13]；蒸餾后白酒經(jīng)勾兌其酒精度為55%vol的白酒。

（2）固態(tài)發(fā)酵：

蒸煮：尾穗莧粒放入蒸鍋中蒸煮2 h，在蒸煮的同時(shí)也能使莧粒殺菌，高溫能使尾穗莧粒中的淀粉變性，酵母菌能充分地利用糖類(lèi)物質(zhì)生長(zhǎng)繁殖和發(fā)酵產(chǎn)生酒精，提高白酒出酒率；

攤涼：將糖化后的尾穗莧粒置于涼堂內(nèi)攤涼至室溫；

發(fā)酵：加入0.60%酒曲后置于發(fā)酵缸并進(jìn)行密封發(fā)酵10 d，發(fā)酵溫度為30℃；

蒸餾：將發(fā)酵好的酒醪取出均勻撒在蒸餾甑中，調(diào)整溫度90～120℃，掐頭摘尾，收集中間餾液[12-13]；蒸餾后白酒經(jīng)勾兌其酒精度為55%vol的白酒。

1.3.3 分析檢測(cè)

（1）感官指標(biāo)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的方法評(píng)價(jià)。

（2）理化指標(biāo)

酒精度、總酸、總酯和甲醇含量的測(cè)定分別采用國(guó)標(biāo)GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的分析方法的酒精計(jì)法、中和滴定法、中和滴定（指示）法、品紅亞硫酸比色法進(jìn)行測(cè)定[14]。

1.3.4 釀造工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

酒曲分別選擇湖南臭曲、貴州輕工所Q303、宇豐牌生熟兩用酒曲，加入酒曲量為0.60%；釀制方式：液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵；糖化溫度分別為54℃、56℃、58℃、60℃；糖化酶用量分別為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%；糖化時(shí)間分別為1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h；采用單一變量的試驗(yàn)原理，蒸餾結(jié)束后對(duì)各瓶清香型白酒進(jìn)行出酒率測(cè)量[14]。出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率計(jì)算公式如下：

1.3.5 糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

莧粒發(fā)酵小曲清香型白酒選擇液態(tài)白酒發(fā)酵法，采用宇豐牌生熟兩用酒曲，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取糖化溫度（A）、糖化酶用量（B）、糖化時(shí)間（C）作為影響因素，以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇L9（33）正交試驗(yàn)優(yōu)化糖化工藝，正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 清香型白酒糖化工藝正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for saccharification process optimization of Fen-flavorBaijiu

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 酒曲的種類(lèi)對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響

以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇固態(tài)發(fā)酵方式，酒曲用量0.60%，發(fā)酵溫度30℃，發(fā)酵時(shí)間10 d，探究不同品牌的酒曲對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 酒曲種類(lèi)對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effects of distiller's yeast species on fermentation of Fen-flavorBaijiu

蒸煮后的莧粒黏度增加，莧粒之間相互黏在一起，不利于酵母生長(zhǎng)和酒精發(fā)酵。由圖1可知，在同等條件下，宇豐牌酒曲中酵母發(fā)酵較平穩(wěn)且徹底，淀粉利用率最高為49.6%，出酒率也是最高為36.6%。因此，選擇宇豐牌酒曲作為發(fā)酵酒曲進(jìn)行后續(xù)研究。

2.1.2 釀制方式對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響

采用宇豐牌酒曲，以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，酒曲用量0.60%，發(fā)酵時(shí)間10 d，發(fā)酵溫度30℃，探究不同釀酒方式（固態(tài)發(fā)酵及液態(tài)發(fā)酵）對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，固態(tài)發(fā)酵時(shí)莧粒沒(méi)有經(jīng)過(guò)膨化工藝導(dǎo)致蒸煮后的莧粒黏度增加，莧粒之間相互黏在一起，不利于酵母菌生長(zhǎng)和發(fā)酵，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率分別為35.1%、47.6%。液態(tài)發(fā)酵時(shí)莧粒經(jīng)過(guò)膨化處理，蒸煮后莧粒之間不會(huì)黏連在一起，同時(shí)發(fā)酵時(shí)有黃水產(chǎn)生也會(huì)使莧粒相互分開(kāi)不會(huì)黏在一起，有利于酵母生長(zhǎng)繁殖和發(fā)酵，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率分別為40.0%、54.2%。因此，選擇液態(tài)發(fā)酵為莧粒發(fā)酵清香型白酒的最佳釀制方式。

圖2 釀制方式對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響Fig.2 Effects of brewing methods on fermentation of Fen-flavorBaijiu

2.1.3 糖化溫度對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響

以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在液態(tài)發(fā)酵條件下，糖化時(shí)間2 h，糖化酶用量0.10%，加水量3倍，酒曲用量0.60%，發(fā)酵時(shí)間10 d，探究不同糖化溫度對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 糖化溫度對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effects of saccharification temperature on fermentation of Fen-flavorBaijiu

由圖3可知，隨著糖化溫度在56～60℃范圍升高，蒸餾出的清香型白酒出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率先增加后降低。當(dāng)糖化溫度為54℃時(shí)，糖化酶活性下降，不利于水解淀粉，影響酵母生長(zhǎng)繁殖，出酒率為40.1%，淀粉轉(zhuǎn)化率為54.4%；當(dāng)糖化溫度為58℃時(shí)，出酒率最高為41.5%，淀粉轉(zhuǎn)化率最高為56.2%；當(dāng)糖化溫度高于58℃之后，糖化酶活性下降，不利于水解淀粉，影響酵母生長(zhǎng)繁殖。因此，選擇58℃作為最佳的糖化溫度。

2.1.4 糖化酶用量對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響

以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在液態(tài)發(fā)酵條件下，糖化時(shí)間2.0 h，糖化溫度58℃，加水量3倍，酒曲用量0.60%，發(fā)酵時(shí)間10 d，探究不同糖化酶用量對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著糖化酶用量在0.20%～0.30%范圍增加，水解淀粉的速率加快，單糖物質(zhì)越多，酵母也越容易生長(zhǎng)和繁殖；當(dāng)糖化酶用量為0.30%時(shí)，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率分別為42.3%、57.3%；當(dāng)糖化酶用量＞0.30%之后，清香型白酒的出酒率增長(zhǎng)率減?。ㄇ逑阈桶拙频某鼍坡首兓坑?.10%降低為0.30%）。綜合生產(chǎn)成本考慮，最終選擇糖化酶用量為0.30%。

圖4 糖化酶用量對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響Fig.4 Effects of glucoamylase addition on fermentation of Fen-flavorBaijiu

2.1.5 糖化時(shí)間對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響

以出酒率和淀粉轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在液態(tài)發(fā)酵條件下，糖化溫度58℃，加水量3倍，酒曲用量0.60%，糖化酶用量0.30%，發(fā)酵時(shí)間10 d，探究不同糖化時(shí)間對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 糖化時(shí)間對(duì)清香型白酒發(fā)酵的影響Fig.5 Effects of saccharification time on fermentation of Fen-flavorBaijiu

由圖5可知，糖化時(shí)間在0.5～1.5 h范圍內(nèi)，隨著糖化時(shí)間延長(zhǎng)，單糖物質(zhì)越多，酵母也越容易生長(zhǎng)和繁殖，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率先增高后穩(wěn)定；最高達(dá)到42.2%；當(dāng)糖化時(shí)間為2.0h時(shí)，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率最高，分別為42.2%、57.1%；當(dāng)糖化時(shí)間＞2.0 h后，出酒率及淀粉轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定。因此，最適糖化時(shí)間為2.0 h。

2.2 尾穗莧粒發(fā)酵清香型白酒糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

在各單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定糖化溫度（A）、糖化酶用量（B）及糖化時(shí)間（C）為影響因素，以出酒率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9（33）正交試驗(yàn)，結(jié)果和分析見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

表2 清香型白酒糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)與結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for saccharification process optimization of Fen-flavorBaijiu

由表2可知，影響莧粒發(fā)酵小曲清香型白酒的糖化工藝的因素順序?yàn)锳＞B＞C，即糖化溫度＞糖化酶用量＞糖化時(shí)間。從k值大小可知，最佳工藝條件組合為A2B3C3，即糖化溫度58℃，糖化酶用量0.40%，糖化時(shí)間2.5h。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，清香型白酒的出酒率為47.6%，淀粉轉(zhuǎn)化率為65.9%。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3可知，糖化溫度、糖化酶用量及糖化時(shí)間均對(duì)尾穗莧粒發(fā)酵清香型白酒結(jié)果影響顯著（P＜0.05）。

2.3 質(zhì)量指標(biāo)

2.3.1 感官指標(biāo)

色澤：清澈透亮，無(wú)懸浮物，無(wú)沉淀；

香氣：清香雅郁，具有典型的以乙酸乙酯為主體的清雅協(xié)調(diào)的復(fù)合香氣；

口味：綿甜醇和，香味協(xié)調(diào)，回味悠長(zhǎng)，具有清香型白酒風(fēng)格[15]。

2.3.2 理化指標(biāo)

表4 產(chǎn)品理化指標(biāo)Table 4 Physical and chemical indicators of the product

由表4可知，產(chǎn)品的理化指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)GB/T10781.2—2006《清香型白酒》中的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

采用傳統(tǒng)的固態(tài)白酒發(fā)酵法制備清香型白酒，但蒸煮后發(fā)現(xiàn)尾穗莧粒的粘度增加不利于后期酵母發(fā)酵酒精，出酒率低。本研究采用液態(tài)白酒發(fā)酵法，通過(guò)膨化尾穗莧粒，糖化水解膨化后的尾穗莧粒，降低蒸煮后籽粒相互之間的黏度，使酵母菌能充分地利用尾穗莧粒高淀粉含量特性發(fā)酵制備清香型白酒從而提高清香型白酒出酒率。通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)，確定了清香型白酒糖化工藝參數(shù)為0.40%糖化酶，58℃條件下糖化2.5 h。180～200℃膨化莧粒、加入3倍體積的水糖化后，接種0.60%小曲酒曲30℃發(fā)酵10 d，在此釀造工藝條件下，蒸餾出的清香型白酒出酒率為47.6%，淀粉轉(zhuǎn)化率為65.9%，總酯含量（以乙酸乙酯為計(jì)）≥0.60g/L，總酸（以乙酸為計(jì)）≥0.30g/L，甲醇≤0.60g/L，符合GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的各項(xiàng)指標(biāo)要求，具有清香型白酒的風(fēng)格特征，清亮透明，清香純正，酒體柔和協(xié)調(diào)，口感綿柔，余味爽凈。