米糠酒的發(fā)酵工藝優(yōu)化研究

繆園欣，廖明星，孫愛紅

（1.荊楚理工學(xué)院 生物工程學(xué)院，湖北 荊門448000；2.湖北省荊門市畜牧獸醫(yī)局，湖北 荊門448000）

米糠是稻谷精加工過(guò)程中的副產(chǎn)物，主要由種皮、果皮、糊粉層、外胚乳和胚的混合物組成，約占稻谷質(zhì)量的5%～6%[1-2]。我國(guó)米糠資源豐富，年產(chǎn)近1 200萬(wàn)t，但綜合利用率低，僅為15%左右，主要用于飼料加工和生產(chǎn)米糠油[3-5]。米糠全身是寶，含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維等，對(duì)其活性成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)米糠含有米糠蛋白、米糠油、米糠多糖等多種活性成分[6-9]。米糠蛋白主要包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白等營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可與雞蛋、牛乳相媲美的蛋白；且這些蛋白具有低過(guò)敏性，因此米糠蛋白適用于開發(fā)嬰幼兒及特殊人群的功能性食品[10-12]。米糠多糖是米糠的主要活性成分之一，主要由葡聚糖、阿拉伯木聚糖、鼠李糖等組成，具有抗腫瘤、降血糖、降膽固醇等功能[13]；將米糠多糖與氯化鐵反應(yīng)能夠制備米糠多糖鐵，從而促進(jìn)鐵的吸收、減少對(duì)胃腸黏膜的損害[14]。米糠油包括維生素E、角鯊烯、植物甾醇等活性物質(zhì)，能夠改善氧化損傷、預(yù)防疾病發(fā)生等[15]。

目前，關(guān)于米糠的研究主要集中在功能性成分的提取工藝及其優(yōu)化，我國(guó)米糠應(yīng)用仍處于研究階段，深入開發(fā)研究米糠具有廣闊前景[16-17]。2017年《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革大力發(fā)展糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的意見》（國(guó)辦發(fā)〔2017〕78號(hào)）中明確提出要大力開展米糠、碎米、麥麩等副產(chǎn)物綜合利用，因此開發(fā)米糠可食化配料及其相關(guān)產(chǎn)品顯得尤為重要[18]。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)發(fā)酵技術(shù)開發(fā)米糠資源已成為有效途徑[19]。

本試驗(yàn)以膨化米糠為原料，以酒精度、可溶固形物和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)依據(jù)，探索料水比、酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠發(fā)酵釀酒工藝的影響，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過(guò)正交試驗(yàn)，得到最佳發(fā)酵工藝參數(shù)，為米糠的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米糠：湖北金龍泉股份有限公司；釀酒高活性干酵母（黃酒專用）：湖北安琪酵母股份有限公司；殼聚糖：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

PH20恒溫培養(yǎng)箱：天津市泰斯儀器有限公司；LB10T手持式折光儀、3255酒精度測(cè)量?jī)x：天津市吉星儀表廠；JY1002型電子天平：上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠酒釀造工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

浸漬、蒸煮、淋水：將膨化后的米糠[20-21]用清水浸漬24 h，常壓蒸煮25 min，蒸煮完畢后進(jìn)行淋水降溫，使溫度降至30 ℃左右。

接種：待米糠冷卻后，接種活化后的活性干酵母，將瓶口用8層紗布扎緊，置于恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

過(guò)濾、澄清、滅菌：用4層紗布過(guò)濾，再加0.1 g/L殼聚糖進(jìn)行澄清處理，過(guò)濾后再于70 ℃恒溫10 min。

1.3.3 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

（1）料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

取蒸煮好的米糠，分別按1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0（g∶mL）的料水比加水，接種0.3%的酵母菌，在32 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后，測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

（2）酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

取蒸煮好的米糠，按1∶2.0（g∶mL）的比例加水，分別接種0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的酵母菌，在32 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后，測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。（3）發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

取蒸煮好的米糠，按1∶2.0（g∶mL）的比例加水，接種0.4%的酵母菌，分別在28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃條件下發(fā)酵10 d。發(fā)酵結(jié)束后，測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

（4）發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

取蒸煮好的米糠，按1∶2.0（g∶mL）的比例加水，接種0.4%的酵母菌，在32 ℃條件下發(fā)酵6 d、8 d、10 d、12 d、14 d。發(fā)酵結(jié)束后，測(cè)定酒精度和可溶固形物含量。

1.3.4 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)料水比（A）、酵母菌接種量（B）、發(fā)酵溫度（C）、發(fā)酵時(shí)間（D）4個(gè)因素在3個(gè)不同水平上進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，以酒精度和感官評(píng)分為考察指標(biāo)，對(duì)米糠酒發(fā)酵工藝條件進(jìn)行L（934）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for rice bran wine fermentation conditions optimization

1.3.5 指標(biāo)檢測(cè)方法

酒精度測(cè)定：蒸餾比重法[22]；可溶固形物測(cè)定：手持折光儀。米糠酒的風(fēng)味、色澤等采用感官評(píng)定法分析。每次10位成員（5男5女）分別進(jìn)行品評(píng)記分，按照設(shè)計(jì)的米糠酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（見表2）打分（滿分100分），取10位成員評(píng)分的平均值為最終得分。

表2 米糠酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of rice bran wine

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖1。按照不同的料水比配制成米糠液后，對(duì)米糠液的可溶固形物含量進(jìn)行測(cè)定，含量分別為12.4°Bé、11.9°Bé、11.1°Bé、10.7°Bé、9.8°Bé，隨著料水比逐漸減小，可溶固形物含量逐漸降低。由圖1可知，料水比在1∶1.0～1∶3.0（g∶mL）范圍內(nèi)，由于加水量逐漸增加，米糠酒的可溶性固形物含量逐漸降低。料水比在1∶1.0～1∶2.0（g∶mL）范圍內(nèi)，由于適量的水利于酵母發(fā)酵作用，米糠酒的酒精度增加；此后，繼續(xù)增加加水量，發(fā)酵液逐漸稀釋，酒精度降低，同時(shí)過(guò)量的水使酒液色澤寡淡、香味不足。因此，米糠酒的最佳料水比為1∶2.0（g∶mL），此時(shí)米糠酒色澤金黃透亮，兼具米糠和酒的香味。

圖1 料水比對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 1 Effect of solid-liquid ratio on rice bran wine fermentation

2.1.2 酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖2。由圖2可知，酵母菌接種量在0.1%～0.4%范圍內(nèi)，隨著酵母菌接種量的增加，米糠酒的酒精度逐漸增加，可溶性固形物含量逐漸降低；酵母菌接種量＜0.4%之前，酵母不足導(dǎo)致發(fā)酵效率低，產(chǎn)酒量不足；當(dāng)酵母菌接種量＞0.4%時(shí)，酵母間相互競(jìng)爭(zhēng)激烈，發(fā)酵液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，發(fā)酵代謝產(chǎn)物多，酒精度、可溶固形物無(wú)顯著變化，米糠酒口感酸澀。因此，酵母菌接種量選擇0.4%較為適宜，該條件下米糠酒發(fā)酵完全，金黃透明、酒香濃郁。

圖2 酵母菌接種量對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 2 Effect of inoculum on rice bran wine fermentation

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖3。由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，米糠酒酒精度呈先升高后下降的趨勢(shì)，可溶固形物呈先降低后升高趨勢(shì)，32 ℃時(shí)酒精度最高，可溶固形物含量最低。發(fā)酵溫度較低時(shí)，菌種生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵速度慢，發(fā)酵周期長(zhǎng)，同時(shí)酵母菌自身生長(zhǎng)耗糖量增加，使米糠酒酒精度偏低；發(fā)酵溫度過(guò)高時(shí)，菌種衰老加快，酒精轉(zhuǎn)化效率低，發(fā)酵不徹底，影響酒的品質(zhì)[23]。因此，應(yīng)選32 ℃為最佳發(fā)酵溫度。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 3 Effect of fermentation temperature on rice bran wine fermentation

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響見圖4。由圖4可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酒精度呈先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)，可溶固形物呈先降低后平穩(wěn)的趨勢(shì)。感官評(píng)定發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響米糠酒的風(fēng)味。發(fā)酵12 d時(shí)米糠酒酒精度達(dá)到9.3%vol，具有米糠香氣，口感醇厚，酒體協(xié)調(diào)；發(fā)酵14 d時(shí)米糠酒酒精度變化不顯著，口感較醇厚，略有澀味。發(fā)酵時(shí)間較短，米糠酒發(fā)酵不充分，酒精度較低，影響風(fēng)味；發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，代謝產(chǎn)物積累，抑制菌種生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)米糠酒風(fēng)味產(chǎn)生影響。因此，選擇12 d為最佳發(fā)酵時(shí)間。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響Fig. 4 Effect of fermentation time on rice bran wine fermentation

2.2 米糠酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

為確定最佳發(fā)酵條件，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究料水比、酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠酒發(fā)酵的影響，以酒精度和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4、表5。

表3 米糠酒發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for rice bran fermentation conditions optimization

表4 以酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments results using alcohol content as evaluation index

表5 以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results using sensory score as evaluation index

通過(guò)表3中酒精度和感官評(píng)分的極差分析結(jié)果可知，影響酒精度和感官評(píng)分的各因素主次順序?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間＞料水比＞發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量。從k值得出使米糠酒精度最佳的工藝條件為A2B2C3D3，在此條件下發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為10.3%vol，可溶固形物含量為1.8°Bé，感官評(píng)分為92分；從k值得出使米糠酒感官評(píng)分最佳的工藝條件為A2B1C3D3，在此條件下發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為9.8%vol，可溶固形物為2.0°Bé，感官評(píng)分為91分。綜合分析得出最佳的工藝條件為A2B2C3D3，即料水比1∶2.0（g∶mL），酵母菌接種量0.4%，發(fā)酵溫度34 ℃，發(fā)酵時(shí)間12 d，在此優(yōu)化條件下，發(fā)酵得到的米糠酒酒精度為10.3%vol，可溶固形物含量為1.8°Bé，酒體清澈透亮有光澤，具有米糠和酒的香味，口感醇香濃郁，感官評(píng)分最佳。由表4、表5方差分析結(jié)果可知，因素A、C、D對(duì)米糠酒酒精度均有極顯著影響（P＜0.01），因素A、B、C、D對(duì)米糠酒感官評(píng)分均有極顯著影響（P＜0.01），影響發(fā)酵因素的主次順序?yàn)镈＞A＞C＞B，即發(fā)酵時(shí)間＞料水比＞發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量，與直觀分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本研究以米糠為原料發(fā)酵釀制米糠酒，結(jié)果表明，影響米糠酒發(fā)酵的各因素的主次順序?yàn)椋喊l(fā)酵時(shí)間＞料水比＞發(fā)酵溫度＞酵母菌接種量。通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定米糠酒發(fā)酵最佳工藝條件：料水比1∶2.0（g∶mL），酵母菌接種量0.4%，發(fā)酵溫度34 ℃，發(fā)酵時(shí)間12 d。在此優(yōu)化條件下，米糠酒酒精度為10.3%vol，可溶固形物含量為1.8°Bé，米糠酒酒體清澈透亮有光澤，具有米糠和酒的香味，口感醇香濃郁。這為米糠的深入研究及新產(chǎn)品開發(fā)利用提供理論依據(jù)。