板栗黃酒發(fā)酵工藝的研究

胡美怡，陳穎，楊曉寬

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

板栗，隸屬于板栗屬和殼斗科，又叫中國板栗、栗子等。板栗最早起源于中國，是我國重要的經(jīng)濟果樹，《論語》中就有“夏后氏以松，殷人以柏，周人以栗”的記載，這就說明了我國板栗的栽培已有4 000 多年的歷史。板栗是眾多經(jīng)濟價值較高的干果之一，它的淀粉含量高，是必需脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素和膳食纖維的良好來源[1]，特別是板栗中的蛋白質(zhì)含量高于稻米，其中的異亮氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和頡氨酸等氨基酸的含量豐富[2]。板栗是一種營養(yǎng)價值較高的藥食同源的植物，明朝的李時珍曾在《本草綱目》中記載“栗治腎虛、腰腿無力，能通腎益氣，厚腸胃也，腎主大便，栗能主腎”[3]。發(fā)酵是廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中的一種技術(shù)，不僅可以改善風(fēng)味，也有助于保存和提高食品的營養(yǎng)價值[4]。黃酒又稱為米酒，是我國傳統(tǒng)的酒精飲料，常以糯米作為原料，由傳統(tǒng)米酒曲經(jīng)有益微生物發(fā)酵而成[5]，它因香氣濃郁、口感柔和、酒精度低、營養(yǎng)價值高而在中國流行了幾千年。

作為板栗種植大國，我國板栗的生產(chǎn)和出口一直位居世界第一。然而，由于缺乏對產(chǎn)品的深加工技術(shù)，板栗通常就只作為原料出口，屬于低附加值產(chǎn)品[6]，而且板栗不耐貯藏，隨著貯藏時間的延長，板栗內(nèi)的營養(yǎng)成分會發(fā)生變化[7]。目前對板栗的深入開發(fā)利用正在逐步開展，例如開發(fā)板栗飲料[8]、板栗清酒[9]和板栗制醬[10]，以及利用納豆芽孢桿菌發(fā)酵板栗，使發(fā)酵后的板栗中總酚、總黃酮和維生素C 的含量顯著提高[11]。淀粉是板栗的主要成分，其含量高達70%，其中支鏈淀粉含量約為50%左右[12]，如果以板栗為原料釀造特種黃酒，板栗中的淀粉和其他營養(yǎng)成分將被充分利用并且能夠改善黃酒的特性。板栗黃酒因其獨特的風(fēng)味和豐富的營養(yǎng)價值而具有較高的經(jīng)濟價值，目前關(guān)于板栗黃酒的研究較少，對于其發(fā)酵工藝并沒有進行系統(tǒng)的優(yōu)化。因此，本文借鑒了傳統(tǒng)的黃酒發(fā)酵技術(shù)對板栗黃酒的發(fā)酵工藝進行系統(tǒng)的優(yōu)化，通過單因素和正交試驗得到其最佳工藝配方，并對其中的游離氨基酸進行測定，這為板栗資源的精深加工開辟了新的方向并奠定了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

早豐板栗：河北遷西縣；糯米：市售；紅曲：浙江麗水生物科技公司；小曲：湖南華偉銘化工科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HL-10D 蒸飯柜：浙江寧波趙記電器有限公司；HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海力辰邦西儀器科技有限公司；FE20 pH 指示計：梅特勒-托利多儀器有限公司；CJM-2474 酒精計：河北省冀州市耀華器械儀表廠；L530 臺式低速離心機：湖南湘儀儀器設(shè)備有限公司；L-8900 型氨基酸自動分析儀：日本日立公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝操作要點

1.3.2.1 原料的選擇

篩選出大小均勻，顆粒飽滿的糯米。挑選出無腐爛變質(zhì)的板栗。

1.3.2.2 原料的預(yù)處理

板栗去皮后清洗干凈，隨后將板栗仁切碎直至無大顆粒。糯米經(jīng)清洗后，在室溫16 ℃～18 ℃下浸泡16 h后撈取瀝干。將板栗與糯米按比例放入蒸飯柜中，在100 ℃下蒸45 min。將紅曲和小曲分別在22 ℃適量的水中浸泡2h。

1.3.2.3 冷卻攪拌

將蒸熟后的板栗和糯米立即取出放在無菌紗布上，用冷水將其淋冷至30 ℃左右為止。將板栗和糯米按比例與浸泡好的紅曲和小曲一起攪拌至均勻。

1.3.2.4 糖化和主發(fā)酵

將攪拌均勻后的板栗和糯米放入陶罐中搭窩，再用3 層無菌紗布覆蓋，在20 ℃下恒溫培養(yǎng)96 h 后再加入1.5 倍體積的水沖缸進行主發(fā)酵，并且每隔8 h 進行1 次攪拌。

1.3.2.5 陳釀

經(jīng)過主發(fā)酵的板栗黃酒，用無菌紗布進行粗過濾，過濾后的酒在15 ℃低溫下進行陳釀，促進酒體的澄清和穩(wěn)定。

1.3.2.6 煎酒

煎酒的目的就是為了滅菌，將陳釀后的板栗黃酒在65 ℃的條件下煎酒20 min 再進行裝瓶。

1.3.3 單因素試驗

在經(jīng)過預(yù)試驗的基礎(chǔ)上，將板栗黃酒發(fā)酵的初始條件設(shè)為：主發(fā)酵溫度為20 ℃、小曲添加量為0.7%、紅曲添加量為13%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為8 d。為了優(yōu)化板栗黃酒的發(fā)酵工藝，按照上述的工藝流程，首先對主發(fā)酵溫度（16、18、20、22、24 ℃）、小曲的添加量（0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%）、紅曲的添加量（10%、11%、12%、13%、14%）、糯米/板栗質(zhì)量比（4 ∶6、5 ∶5、6 ∶4、7 ∶3、8 ∶2）和主發(fā)酵時間（6、7、8、9、10 d）進行單因素試驗，以感官評分為評價指標篩選出影響顯著的因素。

1.3.4 正交優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，篩選出影響顯著因素進行L9（34）的正交試驗，并以感官評分為評價指標獲得板栗黃酒的最佳發(fā)酵條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation condition optimization

1.3.5 感官評價

評價小組由10 名專業(yè)人員（5 男，5 女）組成，每個指標分別評分，所有指標綜合作為總分。要求評價小組成員每天對板栗黃酒進行評分，以評價小組評分的平均值作為評價結(jié)果，板栗黃酒的評分規(guī)則見表2。

1.3.6 理化指標的測定

酒精度、總糖、總酸、氨基酸態(tài)氮和pH 值參照國家標準GB/T 13662—2018《黃酒》中的方法進行測定[13]。酒精度：蒸餾法；總糖：亞鐵氰化鉀滴定法；總酸：電位滴定法；氨基酸態(tài)氮：甲醛滴定法。

表2 板栗黃酒的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of chestnut rice wine

1.3.7 游離氨基酸的測定

板栗黃酒中的游離氨基酸參照國家標準GB 5009.124—2016《食品安全國家標準食品中氨基酸的測定》中的方法進行測定[14]。取10 mL 酒樣于30 mL 的水解管中，加入15 mL 6 mol/L 的鹽酸溶液，隨后冷凍5 min 再抽真空后充入氮氣封口。水解管放入電熱鼓風(fēng)恒溫箱中水解22 h 后冷卻至室溫16 ℃～18℃，水解液隨后過濾到50 mL 容量瓶中并用蒸餾水定容至刻度線處。取1 mL 濾液于15 mL 的試管中，用平行蒸發(fā)儀減壓干燥至蒸干狀態(tài)，隨后加入2 mL pH2.2 檸檬酸鈉緩沖溶液到試管中，振蕩搖勻后，吸取溶液通過0.22 μm 的濾膜再移至氨基酸自動分析儀的進樣瓶中進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 主發(fā)酵溫度的確定

在小曲添加量為0.7%、紅曲添加量為13%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為8 d 的條件下，考察主發(fā)酵溫度在16 ℃～24 ℃范圍內(nèi)對感官評分的影響，結(jié)果見圖1。

溫度最主要是通過作用在微生物生長代謝的酶系從而影響發(fā)酵的進行。發(fā)酵溫度在一定的時間段內(nèi)越高，糖化、發(fā)酵速度就會越快，發(fā)酵的時間也就會相應(yīng)的縮短，從而導(dǎo)致在較短的時間內(nèi)發(fā)酵液中的總糖和酒精就會得到大量的積累[15]。由圖1 可知，隨著發(fā)酵時間的增加，感官評分也在逐漸增加，并在不同的溫度下在第7 天達到最大值。由于低溫發(fā)酵不僅可以減少香氣的損失，還可以提高酒精的產(chǎn)量，因此本試驗選擇16、18、20、22、24 ℃。在相同的試驗條件下，在不同溫度下發(fā)酵的板栗黃酒，自第7 天后，其感官評分趨于相同。因此，這說明主發(fā)酵溫度對于板栗黃酒的發(fā)酵來說，不是顯著的影響因素。

圖1 不同主發(fā)酵溫度對發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of different main fermentation temperature on fermentation

2.1.2 小曲添加量的確定

在主發(fā)酵溫度為20 ℃、紅曲添加量為13%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為8 d 的條件下，考察小曲添加量在0.5%～0.9%范圍內(nèi)對感官評分的影響，結(jié)果見圖2。

曲，是利用微生物的發(fā)酵作用，將小麥、大米、豆類等分解成食品原料的制品[16]。而小曲是使用米粉、米糠等材料，有的還添加了一些中草藥，再接入種曲，加入適量的水并在合適的溫度、濕度下培養(yǎng)而成[17]。由圖2 可知，在不同小曲的添加量中，0.8%和0.9%的發(fā)酵體系，由于初始小曲含量較高，產(chǎn)生的酒精和香氣等成分越來越多，其感官評分在最初階段分數(shù)較高。但是隨著后期酵母菌早衰發(fā)生自溶現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)酵提前終止，酒精的生成量就會減少，感官評分就會變低。因此，當小曲添加量為0.7%時，更利于板栗黃酒的發(fā)酵。

圖2 不同小曲添加量對發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of different Xiao Qu content on fermentation

2.1.3 紅曲添加量的確定

在主發(fā)酵溫度為20 ℃、小曲添加量為0.7%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為8 d 的條件下，考察紅曲添加量在10%～14%范圍內(nèi)對感官評分的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 不同紅曲添加量對發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of different Hong Qu content on fermentation

由圖3 可知，在最初發(fā)酵的時間里，紅曲的含量越高，酒體的香氣和酒精產(chǎn)生的越多，但隨著發(fā)酵時間的延長，不同紅曲添加量的感官評分在第7 天都達到了最大值。由于過多的紅曲在發(fā)酵的后期可能會產(chǎn)生一些抑菌生理活性物質(zhì)，進而就會抑制酵母的生長發(fā)酵，最終會導(dǎo)致發(fā)酵后期酒體的感官評分降低[18]。不同的紅曲添加量對板栗黃酒的發(fā)酵時間有影響，但在發(fā)酵結(jié)束后，板栗黃酒的風(fēng)味差異不大，因此，當紅曲的添加量為12%時，更利于板栗黃酒的發(fā)酵。

2.1.4 糯米/板栗質(zhì)量比的確定

在主發(fā)酵溫度為20 ℃、小曲添加量為0.7%、紅曲添加量為13%、主發(fā)酵時間為8 d 的條件下，考察糯米/板栗質(zhì)量比在4 ∶6～8 ∶2 的范圍內(nèi)對感官評分的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 不同糯米/板栗質(zhì)量比對發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of different glutinous rice/chestnut quality ratio on fermentation

糯米與板栗淀粉中的支鏈淀粉含量較高，這就在蒸煮的過程易于糊化，并且會使酒的風(fēng)味增加醇厚感。但由于板栗中的蛋白質(zhì)和脂肪的含量較為豐富[19]，應(yīng)將板栗和糯米按比例配比，再用于釀酒原料中。由圖4 可知，在糯米/板栗質(zhì)量比例在4 ∶6、5 ∶5 和6 ∶4時，由于存在蛋白質(zhì)的含量較高，這就會導(dǎo)致原料的消化性變?nèi)?、細菌會過度繁殖產(chǎn)酸，并且還會導(dǎo)致酒體渾濁，進而導(dǎo)致其感官評分顯著低于糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3 和8 ∶2 的酒。但當酒中的糯米含量較高時候，整體就會缺乏板栗黃酒特有的板栗香氣和甘甜風(fēng)味，所以糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3 時的感官評分最高。

2.1.5 主發(fā)酵時間的確定

在主發(fā)酵溫度為20 ℃、小曲添加量為0.7%、紅曲添加量為13%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3 的條件下，考察主發(fā)酵時間在6 d～10 d 范圍內(nèi)對感官評分的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 不同主發(fā)酵時間對發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of different main fermentation time on fermentation

在板栗黃酒發(fā)酵前期，發(fā)酵液中的糖含量較低，酵母菌也未大量繁殖，故導(dǎo)致酒精和風(fēng)味物質(zhì)形成較少。在上述其他因素對感官評分的影響再結(jié)合圖5 可知，隨著主發(fā)酵時間的增加，感官評分呈先升高后降低的趨勢，不同主發(fā)酵時間之間的感官評分差距明顯。主發(fā)酵時間較短，發(fā)酵不完全，原料的利用率和酒體的風(fēng)味也較低；但主發(fā)酵時間較長，酵母的活力就會衰退，霉菌會因繁殖過量而導(dǎo)致它自身的衰落并自溶，這就會使酒的酸味和苦味明顯[20]，導(dǎo)致感官評分較低。因此，板栗黃酒的主發(fā)酵時間為7 d 時的感官評分最高。

2.2 正交試驗的結(jié)果與分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，篩選出的3 個顯著影響因素進行正交試驗，以優(yōu)化板栗黃酒的最佳配方。正交試驗的結(jié)果見表3，方差分析見表4。

表3 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果Table 3 Orthogonal test results of fermentation process optimization

表4 方差結(jié)果分析Table 4 Analysis of variance results

由表3 和表4 可知，因素A、B、C 均是顯著影響因素，影響板栗黃酒感官評分的最主要因素是小曲的添加量，其次是糯米/板栗質(zhì)量比和主發(fā)酵時間。通過比較3 個因素的k1、k2和k3值，確定了以A2B3C2為最佳組合，即板栗黃酒發(fā)酵工藝的最佳條件為小曲添加量為0.7%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為7 d。

2.3 正交試驗結(jié)果驗證試驗

對優(yōu)化后的板栗黃酒發(fā)酵工藝進行驗證試驗，工藝參數(shù)以主發(fā)酵溫度20 ℃、小曲添加量0.7%、紅曲添加量13%、糯米/板栗質(zhì)量比7 ∶3、主發(fā)酵時間7 d，設(shè)計3 組平行試驗，對發(fā)酵結(jié)束后的酒樣進行感官評分的測定，其結(jié)果見表5，驗證試驗中的3 組實測值與預(yù)測值之間的相對偏差均小于5%，得到平均感官評分為92.53，符合正交試驗的結(jié)果，并且各指標均好于基礎(chǔ)試驗。

表5 正交試驗的驗證結(jié)果Table 5 Verification results of orthogonal test

2.4 理化指標

板栗黃酒的理化指標見表6。

表6 板栗黃酒的理化指標Table 6 Physical and chemical indexes of chestnut rice wine

由表6 可知，根據(jù)板栗黃酒的最佳發(fā)酵條件釀造出的黃酒，各項理化指標均符合國家標準。

2.5 氨基酸分析

板栗黃酒中游離氨基酸分析結(jié)果見表7。

表7 板栗黃酒中游離氨基酸分析結(jié)果Table 7 Free amino acid analysis results of chestnut rice wine

氨基酸在黃酒中不僅充當營養(yǎng)成分，它還可以作為香氣化合物的前體，直接促進了黃酒的風(fēng)味[21]。由表7 可知，在板栗黃酒中共測出16 種氨基酸，總含量為0.573 g/100 g。其中必需氨基酸共有6 種，含量為0.187 g/100 g，占總含量的32.64%；非必需氨基酸共10 種，含量為0.388 g/100 g，占總含量的67.71%。與市售陳釀5年的干型黃酒中的氨基酸含量0.404 g/100 g 相比，板栗黃酒的氨基酸含量明顯高于傳統(tǒng)黃酒，其中必需氨基酸含量約是普通黃酒的1.4 倍。特別是，板栗黃酒中的天冬氨酸和谷氨酸分別是普通黃酒的3.5、4 倍。

3 結(jié)論

本文以感官評價分數(shù)為指標，在單因素的基礎(chǔ)上，篩選出的影響顯著因素進一步優(yōu)化板栗黃酒發(fā)酵工藝，得到的最佳條件：主發(fā)酵溫度為20 ℃、小曲的添加量為0.7%、紅曲的添加量為13%、糯米/板栗質(zhì)量比為7 ∶3、主發(fā)酵時間為7 d。按照此工藝釀造的板栗黃酒的實際感官評分為92.53，與預(yù)測值相比，相對偏差小于5%，并且其各理化指標符合國家標準，口感醇厚、風(fēng)味獨特，營養(yǎng)成分豐富，氨基酸含量明顯高于傳統(tǒng)黃酒。