黑米酒酿造工艺优化研究

张文，廖静，徐梓焓

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

黑米别名紫米，血米，自古以来就有“贡米”、“世界米中之王”之美称，营养丰富，具备极高的食用价值和药用价值。其中，蛋白质的含量比一般大米含量高出20%以上，特别是8 种必需氨基酸含量，比常见谷类食物高出25%以上[1]。然而，尽管拥有如此多的先天优势，黑米酒所占市场份额却较小，销售量较低，市场份额远远不如烈酒和啤酒行业[2-3]。

随着最近这几年国家政策的调整、消费者的变化再加上本身的不断努力，黑米酒市场已经展现出良好的发展前景[4-6]。消费人口增多且年轻化，同时随着消费者的生活水平不断提高，身体的健康和生活的质量成为人们首要看重的事情，黑米酒作为一种拥有超高营养价值和药用价值的低度酒，即将成为人们日常饮酒的最佳选择之一。

尽管目前的黑米酒占有市场比例较小，但前景广阔，发展空间巨大。因此，本研究以黑米酒为研究对象，以酒精度、总糖度、氨基酸态氮含量和感官评价为多评价指标，研究蒸煮时间、酒曲添加量、发酵温度和发酵时间对黑米酒品质的影响，并通过正交试验和综合平衡法得出最优黑米酒制作工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑米：当地农贸市场；甜酒曲：安琪酵母股份有限公司；氢氧化钠、甲醛、95%乙醇：均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂；酚酞、邻苯二甲酸氢钾：均为分析纯，成都金山化学试剂有限公司。其它试剂均为国产分析纯。

MS205DU 电子天平：瑞士 Mettler-Toledo 公司；雷磁phs-3c 台式酸度计：上海仪电科学仪器股份有限公司；HC-01 手持糖度计：杭州三永德仪器仪表有限公司；IH16E8-210 电磁炉：浙江苏泊尔股份有限公司；DZTW 300W 调温电加热套：力辰科技有限公司；BLUE PARD 生化培养箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

拣选→淘洗→浸泡→蒸饭→冷却→拌曲→糖化→加水→发酵→过滤→澄清→灌装→成品。

拣选与淘洗：精选优质黑米，去除其中的杂质、碎米和尘土颗粒，将黑米淘洗2 次～3 次。

浸泡：用40 ℃的水浸泡黑米，同时液位高于米面10 cm，浸泡48 h，收集浸泡水。收集浸泡水的目的是在蒸饭、凉饭和拌曲加水等工序时加入一定量的澄清浸泡水可补回部分黑色素，增加黑米酒的保健功能。

蒸饭：把浸泡沥干后的黑米进行蒸煮30 min～40 min。

冷却：将置凉的净化浸泡水或者凉白开从黑米饭上面淋下，使饭温冷却为28 ℃～30 ℃。淋米操作要迅速，不可将米饭暴露于空气中太长时间，避免杂菌污染[7]。

拌曲、糖化：在已冷却好的米饭中加入试验设计所需量的甜酒曲，充分拌匀，在装入已灭菌的容器中，30 ℃恒温条件下糖化48 h。

加水：糖化后，用已灭菌的量筒向玻璃瓶中加入黑米重1.5 倍的蒸馏水。

发酵：根据试验设计将分装的黑米酒置于不同的温度条件下放置发酵不同的时间。

灌装：用已灭菌的4 层纱布将成品压榨过滤，静置一段时间使滤液澄清，灌装入已灭菌的玻璃瓶中，再用保鲜膜密封住瓶口。

1.2.2 单因素试验

以酒精度、总糖和氨基酸态氮含量为评价指标，分别选择蒸煮时间、酒曲添加量、发酵温度和发酵时间4 个因素进行单因素试验。研究不同的蒸煮时间（29、32、35、38、41 min）、酒曲添加量（0.6 %、0.8 %、1.0%、1.2%、1.4%）、发酵时间（36、48、60、72、84 h）和发酵温度（26、28、30、32、34 ℃）对黑米酒品质的影响。

1.2.3 工艺优化正交试验

根据单因素试验结果，选取合适的试验因素和水平进行正交试验。以酒精度、总糖度、氨基酸态氮含量以及感官评价分数为指标，通过极差分析法和综合平衡法来分析所得数据，从而确定黑米酒酿造的最佳工艺参数[8-10]。本研究选择酒曲添加量、发酵温度和发酵时间为研究因素，按照L9（34）正交表进行正交试验，正交试验因素水平设计如表1 所示。

表1 正交试验因素及水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.2.4 黑米酒理化指标检测

对选取的各理化指标检测按照下列选取的方法进行测定。酒精度的测定：GB 5009.225-2016《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》中的酒精计法；总糖的测定：手持糖度计；氨基酸态氮测定：酸度计电位滴定法[11]。

1.2.5 黑米酒的感官评定

参考许明明等[12]和魏永义等[13]方法，评定小组由12 名成员组成，分别对黑米酒的外观、香气、口感三方面按照GB/T 13662-2018《黄酒》中的清爽型黄酒感官评价的要求和感官检查的要求进行感官评价。评价标准见表2。

表2 黑米酒感官评价标准表Table 2 Standards for black rice wine sensory evaluation

续表2 黑米酒感官评价标准表Continue table 2 Standards for black rice wine sensory evaluation

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

蒸煮时间对黑米酒品质的影响如图1 所示。

图1 蒸煮时间对黑米酒检测指标的影响Fig.1 Effect of steam time on detection indices of black rice wine

当蒸煮时间较少时，酒样的总糖度、酒精度和氨基酸态氮含量都较低。这是因为蒸煮时间短，黑米未熟透，糊化不彻底，从而导致糖化发酵比较困难，进程缓慢，各指标含量较低。随着蒸煮时间的增加，米饭逐渐熟透，酒曲中的微生物可充分作用于糖类及其降解物，使得酒样糖度、酒精度和氨基酸态氮含量随之增加[14]。当蒸煮时间超过32 min 时，黑米酒样各指标随蒸煮时间的增加变化不大，说明蒸煮时间在32 min～40 min 内，黑米酒品质变化较小。

酒曲添加量对黑米酒品质的影响如图2 所示。

图2 酒曲添加量对黑米酒检测指标的影响Fig.2 Effect of yeast addition on detection indices of black rice wine

当酒曲添加量为0.6%时，黑米酒样中的总糖度、酒精度以及氨基酸态氮测量值都较低，此时的黑米酒甜度和酒味欠佳。这是由于当酒曲添加量过少时，微生物含量较少，糖化发酵迟缓甚至困难。微生物活动性低，使得酒样发酵体系温度偏低，酒样在发酵过程中容易感染杂菌，使米酒中混有怪味。随着酒曲的投入量增加，酒样中的总糖度、氨基酸态氮和酒精度值随之增加，投曲量达到1%时，各指标达到最高。当投曲量超过1%时，随着投曲量增加，酒样各指标测值随之下降，黑米酒入口有苦涩感，口感明显变糟。这是因为当酒曲添加量过大时，酵母菌大量繁殖消耗掉大部分的发酵性糖，酒精发酵进程变缓，发酵体系升温迅速从而失去平衡。在发酵后期，大量酵母菌自溶产生酪醇，黑米酒酸度增加，苦涩味加重，刺激感强烈。因此，1%为较优酒曲添加量。

发酵时间对黑米酒品质的影响如图3 所示。

图3 发酵时间对黑米酒检测指标的影响Fig.3 Effect of fermentation time on detection indices of black rice wine

当发酵时间为36 h 时，酒样中的糖度为最大值，酒精度与氨基酸态氮为最小值。随着发酵时间增加，总糖度逐渐下降，而酒精度和氨基酸态氮含量逐渐上升。这是因为，当发酵时间少时，酒样正处于发酵前期，酒曲中的酵母正处于生长繁殖阶段，发酵作用不彻底，发酵液中仍含有较高糖量。随着发酵时间的增加，作为供给酵母菌生长繁殖的能量和发酵原料的糖不断消耗而含量逐渐下降，酒精度和氨基酸态氮含量不断上升。在发酵过程中部分乙醇转变为乙酸，蛋白质在蛋白酶作用下被降解为多肽及氨基酸，使得酒样酸度逐渐升高[15]，酒味刺激性变大，黑米酒口感下降。根据试验结果，确定72 h 为较优发酵时间。

发酵温度对黑米酒品质的影响如图4 所示。

图4 发酵温度对黑米酒检测指标的影响曲线Fig.4 Effect of fermentation temperature on detection indices of black rice wine

当黑米酒的发酵温度为26 ℃时，酒样中各项指标都偏低。这是因为当温度较低时，酶活性较低，酵母菌生长繁殖缓慢，最终导致发酵不充分[16]。此时的黑米酒寡淡无味，口感不好。当发酵温度为28 ℃时，温度的升高使得糖化速度和酵母菌的生长繁殖速度加快，微生物代谢旺盛，发酵效率升高，使得酒样中总糖度、氨基酸态氮和酒精度值明显上升。当发酵温度为30 ℃时，酒精度、氨基酸态氮含量达到最高，而总糖含量开始下降，说明此时酒曲中的酵母菌利用糖进行代谢发酵效率最高。然而当发酵温度大30 ℃并随着温度的升高，总糖、酒精度和氨基酸态氮含量持续下降。这是因为温度过高，微生物生长繁殖过于旺盛，不仅造成酵母菌早衰，还易使杂菌生长，酒样酸败[17-18]。当温度升高到发酵的临界温度附近时，菌体的生长与代谢受到抑制，酵母菌生存困难，出现衰亡现象，使得发酵产酒阶段难以进行，酒精度大幅下降，余糖开始堆积，导致总糖的下降变缓，酒样口感拙劣。根据试验结果，确定较优发酵温度为30 ℃。

2.2 正交试验结果与分析

单因素方差分析表明发酵时间、酒曲添加量和发酵温度对黑米酒品质影响显著，因此选择此3 个因素，按照L9（34）正交表进行正交试验。正交试验及结果见表3。

表3 正交试验结果Table 3 Orthogonal test results

从表3 中得出，对于各个检测指标得出的最佳方案各不相同，所以需要对各指标进行极差分析和综合平衡来确定最佳方案。由极差分析可得对总糖度、氨基酸态氮、酒精度和感官评价的最优工艺组合分别为A1C1B1、A2B2C2、A3B2C3和 A3B3C3。不同检测指标所选择的最优方案各不相同，选择综合平衡法对各指标所得的最优组合通过各因素的主次顺序、水平优劣进行综合平衡，从而确定整体的最优方案。

因素A 在总糖度中是最主要的因素，在感官评价和酒精度这两个指标中是最次要因素，因此根据总糖度确定最优水平。在总糖度指标中，第一水平为最佳，因此选取A1为最佳水平，即酒曲添加量0.8%。因素B在酒精度和感官评价这两个指标中是第二主要的因素，分别选取的B2、B3，在总糖度和氨基酸态氮这两个指标中是次要因素，分别选取的是B1、B2。对于感官评价指标来说，B3、B2影响程度接近，所以根据多数倾向，选取B2为最佳水平，即发酵温度30 ℃。因素C 在氨基酸态氮、酒精度和感官评价3 个指标中是最主要的因素，分别选取的C2、C3、C3。对于氨基酸态氮指标来说，C2、C3影响程度接近，因此综合分析可得选取C3为最佳水平，即发酵时间为84 h。综上所述，黑米酒酿造工艺最优方案为A1B2C3，即酒曲添加量为0.8%、发酵的温度为30 ℃、发酵的时间为84 h。

2.3 最优工艺的验证及相关指标检测

按照正交试验得到的最优结果进行验证试验，此时黑米酒感官评价分数为93 分，具有独特的黑米米香和酒香；其色鲜红均匀，富有光泽；酒体协调且余味绵长。检测得到理化指标如表4 所示，黑米酒各理化指标符合GB/T 13662-2018《黄酒》中清爽型干黄酒理化要求。

表4 黑米酒理化指标Table 4 Physicochemical indexes of black rice wine

3 结论

本研究探明了蒸煮时间、酒曲添加量、发酵温度和发酵时间4 个因素对黑米酒品质的影响并进行了工艺组合优化。研究结果表明：酒曲添加量主要影响黑米酒的总糖含量，对氨基酸态氮含量也具有一定影响；发酵时间对黑米酒的氨基酸态氮、酒精度含量影响最大；发酵温度对黑米酒的糖度、酒精度、氨基酸态氮和感官品评都有一定影响。通过正交试验得到黑米酒酿造工艺优化最佳方案为酒曲添加量0.8%、发酵的为温度30 ℃和发酵的时间为84 h。在此酿造条件下酿造的黑米酒各检测值较优，感官评价最好。此时的黑米酒呈现的紫红色均匀，散发的酒香中带有黑米特有的米香，甜度与酒精度协调，入口清醇绵长，有良好的后劲。