杜康酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃水料酒的制備及成分分析

李晨晨，古紹彬，吳影，趙麗娜，馬金亮

(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471000)

黃水又名黃漿水,是固態(tài)發(fā)酵法白酒生產(chǎn)過程中主要的副產(chǎn)物之一,含有大量的含氮化合物、還原糖及醇類、醛類、酸類、酯類等香味物質(zhì),同時(shí)黃水的pH值為3.0～3.5,CODcr 為25 000～40 000 mg/L,BOD值為25 000～40 000 mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家允許的排放標(biāo)準(zhǔn),直接排放將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

傳統(tǒng)研究中對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的黃水通常拌糟回窯進(jìn)行再次發(fā)酵或加拌優(yōu)質(zhì)黃泥進(jìn)行養(yǎng)窖護(hù)窖;或加入到蒸酒所用的鍋底水中進(jìn)行串蒸，生產(chǎn)“丟糟黃水酒”[1-3],造成黃水的利用率不高,對于釀酒過程中副產(chǎn)物的相關(guān)綜合利用研究報(bào)道較少。自20世紀(jì)90年代,研究者們開始聚焦于白酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃漿水中的有機(jī)酸，將其酯化為酯類物質(zhì)，酯化液用于串蒸能更好地提高白酒的品質(zhì)[4]。近年來,對于黃漿水的利用多為新產(chǎn)品的開發(fā)方面,張立強(qiáng)等[5]用食用酒精和黃漿水,采用液態(tài)發(fā)酵法釀制白醋;吳亞楠等[6]采用生物轉(zhuǎn)化、多菌種協(xié)同發(fā)酵等手段制取黃漿水醋飲;文獻(xiàn)[7]以黃水為培養(yǎng)基生產(chǎn)細(xì)菌纖維素等。本研究利用先酯化提香后蒸餾制備調(diào)香液,并將蒸餾剩余物進(jìn)行科學(xué)降酸、調(diào)配制得富含氨基酸和香味物質(zhì)的新型料酒,為釀造工藝的優(yōu)化及副產(chǎn)物的綜合利用奠定了重要基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與主要試劑

黃水:洛陽杜康控股有限公司汝陽生產(chǎn)基地;酯化紅曲霉:武漢佳成生物制品有限公司;氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；磺基水楊酸(10%)：上海源葉生物科技有限公司;香辛料(香葉、草果、陳皮、花椒、丁香)、鮮姜、魚肉、料酒和小蔥:洛陽大張超市。

1.2 儀器與設(shè)備

PH400 pH 計(jì) 安萊立思儀器科技(上海)有限公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;TGL-16M高速冷凍離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司;K9840自動(dòng)凱氏定氮儀 山東歐萊德儀器有限公司;A300全自動(dòng)氨基酸分析儀 德國曼默博爾公司;TSQ9000氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀 賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 理化組分含量的測定

總氮含量的測定：凱氏定氮法[8];總酸含量的測定:NaOH 滴定法;pH值的測定:pH 計(jì)法;可溶性固形物含量的測定:手持糖度計(jì)法[9]。

1.3.2 氨基酸的測定

采用磺基水楊酸法對黃水中游離氨基酸進(jìn)行樣品處理:將樣品經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾后于試管中按照樣品和磺基水楊酸(10%)的比例為4∶1混合均勻,置于冰箱中2～8 ℃冷藏60 min,冷藏后以轉(zhuǎn)速10 000 r/min離心10 min,取離心后的上清液再以轉(zhuǎn)速12 000 r/min離心5 min,將上清液用樣品稀釋液稀釋5倍,將稀釋好的待測液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后進(jìn)行上機(jī)分析[10-12]。

1.3.3 主要香味物質(zhì)的測定

采用頂空氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HS-GC-MS),頂空進(jìn)樣:加熱溫度60 ℃,六通閥溫度85 ℃,傳輸線溫度110 ℃,間隔1 min,平衡 20 min,加壓 0.2 min,排空0.2 min,進(jìn)樣0.5 min,反吹0.2 min;色譜柱:AT.LZP-930白酒分析專用柱(30 m×0.32 mm, 0.1 μm),進(jìn)樣口溫度250 ℃,恒流2 mL/min,吹掃流量3 mL/min,分流流量4 mL/min,分流比10∶1;升溫程序:初始溫度35 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升到100 ℃,以5 ℃/min升到150 ℃,再以10 ℃/min升到200 ℃,保持5 min。MS條件:MS傳輸線溫度230 ℃,離子源溫度280 ℃[13-15]。

1.3.4 酯化反應(yīng)

取靜置24 h的黃水上清液150 mL于錐形瓶中,加入酯化紅曲霉在搖床上進(jìn)行酯化反應(yīng)。通過正交實(shí)驗(yàn)確定酯化時(shí)間、酯化溫度和酯化酶用量分別是120 h、26 ℃和4%。

1.3.5 蒸餾

將酯化液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)行蒸餾,蒸餾液用于調(diào)配蒸餾酒,剩余蒸餾母液用于調(diào)味品的制作。以蒸餾母液的酒精濃度達(dá)到12%為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而確定蒸餾條件是80 ℃蒸餾14 min。

1.3.6 香辛料水提液的制備

香辛料(香葉、草果、陳皮、花椒、丁香)各取5 g于100 mL蒸餾水中,在60 ℃條件下水浴60 min浸提香味物質(zhì),然后加入新鮮蔥汁、姜汁各5 mL。

1.3.7 料酒制備

不同澄清劑(殼聚糖、硅藻土、明膠、PVP(聚乙烯吡咯烷酮))和果膠酶分別稱量5,5,4,2,1 g溶于100 mL蒸餾母液中,統(tǒng)一處理后以吸光度為檢測標(biāo)準(zhǔn);添加碳酸鈣進(jìn)行降酸處理和添加香辛料水提液進(jìn)行配制料酒。

1.3.8 感官評定

感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 黃水料酒感官評定指標(biāo)Table 1 The sensory evaluation indexes of yellow serofluid cooking wine

除腥實(shí)驗(yàn):取被檢肉樣20 g,用玻璃棒搗碎,加入70 mL水,移入三角瓶中,加入20%的三氯乙酸10 mL,振搖、沉淀蛋白后再進(jìn)行過濾,過濾后的濾液即可供測定用,參考高玲等[16]和許龍福等[17]測定三甲胺的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜康酒發(fā)酵黃漿水理化成分分析和主要風(fēng)味化合物

表2 黃水的理化特征Table 2 The physicochemical properties of yellow serofluid

由表2可知，不同產(chǎn)地、不同香型、不同酒廠所產(chǎn)生的黃漿水理化成分差異極大,經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn),杜康酒發(fā)酵完成的黃水pH 為3.61,符合濃香型白酒黃水的一般特性?？扇苄怨绦挝锖枯^高,達(dá)到了12.1 g/dL,是造成黃水液體不清澈的原因,淀粉和還原糖含量分別達(dá)到了1.7%和1.5%,使黃水呈現(xiàn)一定的黏稠性,酒精濃度較高為制備料酒提供了良好的基礎(chǔ)。

表3 黃水中主要氨基酸及含量Table 3 The main amino acids and their content in yellow serofluid

氨基酸是人體必需的元素之一,由表3可知,杜康酒發(fā)酵完成時(shí)黃水中主要游離氨基酸有23種,人體必需氨基酸6種,其中纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸的含量分別達(dá)到212.14,146.64,231.81 mg/L,為制備富含氨基酸的新型料酒提供了基礎(chǔ)。

表4 黃水中主要香味物質(zhì)及含量Table 4 The main aromatic substances and their content in yellow serofluid

由表4可知,酯類物質(zhì)是黃水中的主要呈香物質(zhì),杜康酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃水中有7種主要酯類呈香物質(zhì),其中乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯的含量分別為7.87,4.89,39.02 mg/dL,表明黃水中呈香物質(zhì)含量較高,回收利用價(jià)值較高。

2.2 黃水的酯化與蒸餾

在1.3.4條件下酯化的黃水酯化液與原黃水的主要香味物質(zhì)含量總和見圖1。

圖1 黃水酯化前后主要香味物質(zhì)Fig.1 The main aromatic substances before and after esterification of yellow serofluid

由圖1可知,酯化前主要香味物質(zhì)含量為82.09 mg/dL,酯化后主要香味物質(zhì)含量為112.73 mg/dL,較酯化前每升增加了3.064 g,相對提高了37.32%。由表4可知,黃水主要香味物質(zhì)種類和含量均較高,可進(jìn)行前期處理后再進(jìn)行料酒制備,以蒸餾溫度80 ℃蒸餾10 min的方式對酯化后的黃水進(jìn)行主要香味物質(zhì)的提取。提取部分香味物質(zhì)作為白酒調(diào)香液,酯化后產(chǎn)物經(jīng)蒸餾每升回收得到84.15 g調(diào)香液。

2.3 黃水料酒的制備及主要特征

2.3.1 料酒制備前的澄清與降酸

2.3.1.1 黃水的澄清

由于蒸餾剩余物含有大量氨基酸,還有可溶性固形物等,因此制備料酒前必須采用添加澄清劑的方法進(jìn)行處理來降低黃水的黏度,以除去其中的可溶性固形物等,使黃水獲得良好的品質(zhì)。本研究使用殼聚糖和硅藻土等5種不同的澄清劑對蒸餾剩余物進(jìn)行澄清。

圖2 5種不同澄清劑對蒸餾剩余物的澄清效果Fig.2 The clarification effect of five different clarifying agents on residues after distillation

由圖2可知,殼聚糖、硅藻土和果膠酶對蒸餾剩余物的澄清作用較好,為便于工業(yè)生產(chǎn),選擇殼聚糖和硅藻土2種澄清劑合并優(yōu)化,結(jié)果見圖3。

圖3 不同澄清劑比例對蒸餾剩余物的澄清效果Fig.3 The clarification effect of different clarifying agent ratios on residues after distillation

由圖3可知,當(dāng)殼聚糖與硅藻土的添加比例為4∶1時(shí)蒸餾剩余物的吸光度最低,液體清澈透明。

2.3.1.2 黃水的降酸

蒸餾剩余物總酸濃度高達(dá)24 g/L,根據(jù)SB/T10416-2007《調(diào)味料酒》的要求,遠(yuǎn)高于行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。因此,必須采用合適的降酸工藝,目前化學(xué)降酸是果酒降酸的主要方法之一,其中碳酸鈣降酸是最常用的方法,而且產(chǎn)生的有機(jī)酸鈣還可作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑被人體吸收利用。該實(shí)驗(yàn)采用添加不同濃度的碳酸鈣對蒸餾剩余物進(jìn)行處理，結(jié)果見圖4。

圖4 不同碳酸鈣添加量的降酸效果Fig.4 The acid reduction effect of different addition amounts of calcium carbonate

由圖4可知,碳酸鈣的添加量為0.4 g/dL時(shí)蒸餾剩余物的總酸濃度為4.6 g/L,符合SB/T 10416-2007《調(diào)味料酒》的要求。

2.3.2 料酒的制備及主要特征

對降酸后的蒸餾剩余物添加香辛料水提液等進(jìn)行調(diào)配，制備料酒,正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表5,對料酒的添加指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果見表6。

表5 不同香辛料添加量因素水平Table 5 Factors and levels of different addition amounts of spices

表6 不同香辛料添加量對料酒的影響Table 6 The effect of different addition amounts of spices on cooking wine

由表6可知,香辛料水提液的R值最大,表明該因素對指標(biāo)的影響最大。感官影響因素依次為香辛料水提液> 食鹽>糖。最佳添加量為香辛料水提液5 mL/dL,食鹽0.3 g/dL,糖1 g/dL。

2.3.3 料酒除腥效果評價(jià)

除腥效果是評價(jià)料酒品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),魚類等動(dòng)物性原料均有一種“腥臭味”,其主要成分是一種叫三甲胺的揮發(fā)性物質(zhì),本實(shí)驗(yàn)以魚肉為原材料,市售料酒為對照進(jìn)行除腥。

圖5 不同料酒的除腥效果Fig.5 The deodorization effect of different kinds of cooking wine注：A、B、C、D表示4種市售料酒：A-X花、B-X順、C-X和、D-X天。

由圖5可知,黃水料酒與市售料酒的除腥效果幾乎相當(dāng)，均表現(xiàn)出了較好的除腥效果。

3 結(jié)論

本研究在明確杜康酒黃漿水基本組成及理化特征的基礎(chǔ)上,通過酯化工藝進(jìn)行提酯增香,并采用減壓蒸餾方式回收獲得可用于白酒調(diào)制的調(diào)香液;對于蒸餾剩余物,基于其組分特點(diǎn),通過碳酸鈣化學(xué)降酸形式將其降低至料酒基本水平,然后通過添加由適量的香葉、草果、陳皮、花椒、丁香等組成的復(fù)合香辛料水提液,制備出除腥效果良好且富含纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸等氨基酸的料酒。該研究為黃水的高值化利用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。