小米黄酒酿造工艺的研制及优化

李安，刘小雨，张惟广

（西南大学食品科学学院，重庆400715）

黄酒主要是以稻米为原料酿造而成的酒精度低、酒性醇和、营养丰富的发酵酒，是国家提倡重点发展的饮料酒之一[1]。谷子（Setaria itatica），属禾本科狗尾草属，具有生育期短、耐干旱、耐贫瘠、耐储存、价格低廉等优点。小米为谷子碾米后的产物，各种营养素含量丰富、比例适宜且消化率高，其中蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等均高于大米和玉米[2]。小米黄色素是小米特有的活性成分，主要为类胡萝卜素类物质，具有保护视觉与上皮细胞、提高人体免疫力、淬灭体内过多自由基等作用[3-4]。采用小米为原料酿制黄酒不仅能提升黄酒营养价值、改善其观感，同时合理利用小米资源，增加其附加值。因此本研究对小米黄酒的酿造工艺进行探究，并通过响应面分析试验进行进一步优化。

酿造工艺条件的控制水平会在很大程度上影响酒液的品质[5-10]，并且通过对酿造工艺的优化能有效控制酒液中有害物质含量[11-13]。本试验以传统黄酒酿造工艺及前人研究作为研究的基础[2，14-15]，重点对小米黄酒酿造中的浸米、糖化、发酵工艺流程展开研究。以小米黄酒的基本理化指标及感官评分为依据对主发酵用酵母菌的种类进行筛选，优化浸米、糖化工艺，并在单因素试验的基础之上，通过响应面试验设计来确定最佳发酵工艺，旨在为工业化生产高质量的小米黄酒提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米：山西东方亮生命科技股份有限公司；安琪酿酒曲（绍酒风味T3）、安琪耐高温高活性干酵母、安琪生香活性干酵母、安琪黄酒高活性干酵母：安琪酵母公司；D254、2323、K1 酵母：烟台帝伯士有限公司；葡萄糖标准品（色谱纯）：美国Sigma-Aldrich 公司；无水乙醇（色谱纯）：成都科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

LHS-150SC 恒温恒湿箱：上海齐欣科学仪器有限公司；PB-10 酸度计：德国赛多利斯集团；UV1000 紫外可见分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；WZS-32 手持式糖度计：上海仪电物理光学仪器有限公司；TGL-16M 台式高速冷冻离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小米黄酒基本酿造工艺流程

选择6 种酿酒酵母（安琪黄酒高活性干酵母、安琪耐高温高活性干酵母、安琪生香活性干酵母、D254 酵母、2323 酵母、K1 酵母）进行小米黄酒的酿造，对酒样的基本理化指标进行测定，并做感官评价，择优选取最适酵母。小米黄酒基本酿造工艺流程：

1.3.2 操作要点

添加小米重量200%的水20 ℃浸米36 h，常压蒸煮50 min（考虑小米特性，蒸煮时间较糯米适当延长[16]）。酒曲添加量0.4%、水添加量50%、30 ℃糖化48 h。酵母添加量 0.2%、35 ℃发酵 5 d（1 L 发酵罐）。

主发酵结束后，密封后于18 ℃陈酿15 d，离心分离酒糟（8 000 r/min，15 min）取上清液。试验平行3 次，各指标取平均值。

1.3.3 小米黄酒浸米工艺条件的确定

1.3.3.1 浸米时间对浸米的影响

浸米时间 12、24、36、48、60、72 h。水添加量 200%、25 ℃浸米，测定小米吸水率及米浆水总酸。吸水率通过对小米浸泡前、后称重进行测定，按如下公式计算：

式中：m0为浸泡前小米质量，g；m1为浸泡后小米质量，g。

1.3.3.2 浸米温度对浸米的影响

浸米温度 15、20、25、30、35 ℃。水添加量 200%、浸米48 h，测定小米吸水率及米浆水总酸。

1.3.3.3 水添加量对浸米的影响

水添加量50%、100%、150%、200%、250%。25 ℃浸米48 h，测定小米吸水率及米浆水总酸。

1.3.4 小米黄酒糖化工艺条件的确定

1.3.4.1 糖化温度对小米糖化的影响

糖化温度 20、25、30、35、40 ℃。酒曲添加量 0.4%、糖化60 h，测定醪液的糖度、总酸。

1.3.4.2 糖化时间对小米糖化的影响

糖化时间24、36、48、60、72、84h。酒曲添加量0.4%、30 ℃糖化，测定醪液的糖度、总酸。

1.3.4.3 酒曲添加量对小米糖化的影响

酒曲添加量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%。30 ℃糖化60 h，测定醪液的糖度、总酸。

1.3.5 小米黄酒发酵工艺的单因素试验

1.3.5.1 发酵温度对小米黄酒的影响

发酵温度 20、25、30、35、40 ℃。酵母添加量 0.20%、发酵5 d，测定出糟率及醪液的理化指标。出糟率为酒糟在分离前发酵体系中的占比，按以下公式计算：

式中：m1为酒糟质量，g；m2为分离前酒糟和醪液总质量，g。

1.3.5.2 发酵时间对小米黄酒的影响

发酵时间 2、3、4、5、6 d。酵母添加量 0.20%、35 ℃发酵，测定出糟率及醪液的理化指标。

1.3.5.3 酵母添加量对小米黄酒的影响

酵母添加量0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。35 ℃发酵5 d，测定出糟率及醪液的理化指标。

1.3.6 小米黄酒发酵工艺优化响应面试验

依据小米黄酒单因素试验的结果以及响应面中Box-Behnken 中心组合设计的原理，选取3 个主要优化因素，将酒精度作为响应值，对小米黄酒的发酵工艺参数进行优化，试验因素水平如表1 所示。

表1 响应面试验因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.7 小米黄酒基本理化指标的测定

pH 值用酸度计直接测定；糖度用糖度仪直接测定；还原糖用二硝基水杨酸（dinitrosalicylic acid，DNS）法测定[17]；酒精度、总酸、残糖按照GB/T 13662-2018《黄酒》测定。试验平行3 次，各指标取平均值。

1.3.8 小米黄酒感官评价方法

选择10 名经培训的人员组成感官品评小组。要求小组成员从小米黄酒的色泽、香气、口感、典型性和组织状态5 个方面进行评分，每个酒样评定3 次，结果取平均值。小米黄酒品质的优劣以综合得分为依据，满分 100 分，59 分及以下为不合格，60 分～79 分为良好，80 分～100 分为优质[18]。

2 结果与分析

2.1 小米黄酒发酵酵母的筛选

6 种酵母菌种发酵的小米黄酒的基本指标见表2。

表2 不同酵母菌种发酵的小米黄酒的基本指标Table 2 Basic indicators of millet wine fermented by different yeasts

由表2 可知，安琪黄酒高活性干酵母发酵的小米黄酒酒精度最高，与其他组有显著性差异（p＜0.05）。在总酸、还原糖、出糟率方面，安琪黄酒高活性干酵母也占较大的优势。感官评价方面，安琪黄酒高活性干酵母与安琪生香活性干酵母均有较优表现。所以从整体上分析，选择安琪黄酒高活性干酵母作为发酵小米黄酒的酵母更为合适。

2.2 小米黄酒浸米工艺条件的确定

2.2.1 浸米时间对浸米效果的影响

浸米时间对小米吸水率及米浆水总酸的影响见图1。

图1 浸米时间对小米黄酒浸米效果的影响Fig.1 Effect of soaking time on soaking process of millet wine

由图1 可知，随着浸米时间增加，小米吸水率迅速升高并在36 h 之后趋于平稳。这主要是因为当浸米时间较短时，水分可迅速进入干燥小米颗粒中，但时间不断增加时，小米中水分逐渐达到饱和，吸水率趋于平稳，吸水速率趋于0。随着浸米时间的增加，浸米米浆水中总酸含量迅速增加并在36 h 后增长趋势变缓，这可能是因为在浸米过程中小米中酸类物质溶出，并且受小米本身存在的微生物（如乳酸链球菌）及酶类的作用，产生乳酸等有机酸，使米浆水总酸含量增加，较传统以大米为原料制作黄酒变化有所提前，但总体趋势一致[19-21]。综合以上分析，且考虑到本文后续酿造工艺中不添加米浆水进行发酵，因此在小米吸水率逐渐趋于平稳的条件下应尽量减少小米营养成分的流失，浸米36 h 时小米吸水率为17.46%，通过SPSS 进行差异显著性分析可知，其与该指标在浸米24 h 时差异显著（p＜0.05）、浸米48 h 时差异不显著，进而确定小米黄酒酿造的较优浸米时间为36 h，这与传统摊饭法酿造黄酒浸米长达15 d 不同[22]。

2.2.2 浸米温度对浸米效果的影响

浸米温度对小米黄酒浸米效果的影响见图2。

图2 浸米温度对小米黄酒浸米效果的影响Fig.2 Effects of temperature on soaking process of millet wine

由图2 可知，在相同浸泡时间下，当浸米温度为20 ℃时，小米的吸水率可以达到最高，为17.77%。当浸米温度在15 ℃～35 ℃时，小米的吸水率随着浸米温度的升高而先升后降。这主要是因为温度的升高能促进水分子进入小米，使得小米吸水率在温度从15 ℃升至20 ℃时迅速升高。但当温度从20 ℃升至35 ℃时，逐渐处于体系中微生物生长繁殖的适宜温度范围，小米中有机物质被分解利用，温度升高对小米吸水的促进作用成为非主要影响因素，进而小米总体质量下降，而吸水率是通过小米重量变化测定的，所以有所下降。在15 ℃～35 ℃，米浆水的总酸含量随浸米温度的升高而增加。这可能是因为温度的升高会促进小米中有机物质的溶出，并且较的高温度可能更适合米浆水中微生物生长繁殖，如30 ℃～35 ℃适宜乳酸菌生长以及大多数霉菌繁殖温度都在25 ℃～30 ℃，微生物代谢活动使米浆水中代谢产物增多，总酸含量上升[23]。综合以上分析，要在达到较高吸水率的同时尽可能保留小米营养物质，通过吸水率差异显著性性分析（p 为0.05），需选取20 ℃为小米黄酒浸米工艺的较适温度。

2.2.3 水添加量对浸米效果的影响

水添加量对小米黄酒浸米效果的影响见图3。

图3 水添加量对小米黄酒浸米效果的影响Fig.3 Effects of water addition proportion on soaking process of millet wine

由图3 可知，当浸米水添加量为150%～200%时，小米吸水率可达到最高。当水添加量低于150%时，小米吸水率随水添加量增加而升高，即在此范围内水添加量增多能促进水分子进入小米。这可能主要是由于水添加量在50%时，小米不能被充分浸没，导致极低的吸水率，之后吸水率随水添加量增多而逐渐升高并在水添加量达到150%时趋于饱和。而当水添加量过高时，可能由于水的密封性在容器中形成了无氧环境，促进了厌氧微生物的生长，代谢分解小米中有机物质，导致小米质量降低，造成吸水率略有下降的现象。而米浆水中总酸含量随水添加量升高而降低主要是由于稀释作用引起。综合以上分析，并通过显著性分析可知，水添加量在150%与100%时吸水率差异显著（p＜0.05），在 150%与 200%时差异不显著（p＞0.05）确定浸米水较适添加量为150%。

2.3 小米黄酒糖化工艺条件的确定

2.3.1 糖化时间对糖化效果的影响

糖化时间对糖化效果的影响见图4。

图4 糖化时间对糖化效果的影响Fig.4 Effects of saccharifying time on saccharifying process of millet wine

在糖化阶段，小米黄酒醪液糖度随时间增加先迅速升高，在60 h 达到最高11.7%，与其他组有显著性差异（p＜0.05），然后有所下降。随着时间增加，酒曲中根霉等微生物迅速生长繁殖，代谢产生还原糖，但到一定时间后醪液中其生长所需营养物质不足代谢停止，并且随着时间增加醪液中存在的其它微生物及酒曲带入的酵母对醪液中还原糖进行利用，代谢转换为其它物质，因此醪液糖度有所下降。随着时间增加，小米黄酒醪液总酸含量也有所增加，这证明产酸微生物在糖化阶段仍然较为活跃，这与崔闯等的研究一致[24]。综合以上考虑，小米黄酒的较适糖化时间为60 h。

2.3.2 糖化温度对糖化效果的影响

糖化温度对糖化效果的影响见图5。

图5 糖化温度对糖化效果的影响Fig.5 Effects of saccharifying temperature on saccharifying process of millet wine

由图5 可知，小米黄酒在糖化阶段醪液糖度随温度升高在30 ℃前迅速增加，30 ℃～40 ℃缓慢增加后有所下降。这表明在低于30 ℃时，温度为影响糖化微生物代谢的主要因素，温度提升能有效提高糖化效率，在30 ℃～35 ℃时，达到根霉等糖化微生物的最适生长温度，其代谢活力趋于平稳，进而糖化效率随温度升高提升缓慢，糖度差异不显著（p＞0.05），温度继续升高，糖化微生物活力降低，醪液糖度又有所降低。随着温度升高，醪液总酸含量有些波动，但总体变化不大。因此综合以上考虑，小米黄酒较佳糖化温度为30 ℃。

2.3.3 酒曲添加量对糖化效果的影响

酒曲添加量对糖化效果的影响见图6。

图6 酒曲添加量对糖化效果的影响Fig.6 Effects of koji addition proportion on saccharifying process of millet wine

由图6 可知，在糖化阶段，小米黄酒醪液的糖度随酒曲添加量的增加先迅速升高，从淀粉到可发酵糖的转化效率显著提升，在酒曲添加量达到0.6%时转化效率逐渐趋于稳定，糖度达到11.3%，之后增加缓慢，变化不显著（p＞0.05）。这主要是由于低酒曲添加量延缓了根霉等微生物的生长繁殖，糖化速率低，进而在相同糖化时间下醪液糖度低。而酒曲添加量对醪液总酸含量的影响较小，醪液总酸含量随着酒曲添加量的变化几乎不会出现显著的变化。因此，综合上述分析，酒曲较适添加量应为0.6%。

2.4 小米黄酒发酵工艺单因素试验

2.4.1 发酵时间对发酵效果的影响

发酵时间对发酵效果的影响见图7。

图7 发酵时间对发酵效果的影响Fig.7 Effects of fermentation time on fermentation efficiency of millet wine

由图7 可知，在主发酵阶段，小米黄酒醪液的酒精度随时间增加先迅速升高，在5 d 达到11.0%vol 后缓慢增长，逐渐趋于稳定，无显著差异（p＞0.05），发酵完全。在发酵过程中，醪液中酿酒酵母迅速生长繁殖，将糖化阶段产生的还原糖转化成乙醇，但随着还原糖逐渐耗尽，酵母代谢减慢，产酒速率下降，所以随着发酵时间继续增加，醪液酒精度增长缓慢。随着发酵时间增加，小米黄酒出糟率显著降低，在4 d 时下降到23.37%，之后缓慢下降。因此综合酒精度及出糟率考虑，小米黄酒较适发酵时间为5 d。

2.4.2 发酵温度对发酵效果的影响

发酵温度对发酵效果的影响见图8。

图8 发酵温度对发酵效果的影响Fig.8 Effects of fermentation temperature on fermentation efficiency of millet wine

由图8 可知，在相同发酵时间下，小米黄酒醪液酒精度随温度升高在30 ℃前迅速增加，在30 ℃～35 ℃达到最高之后下降。这主要是由于在低于30 ℃时，温度低导致酵母代谢活力低产酒速率慢，在相同发酵时间下小米未能发酵完全进而酒精度低，温度的提升能有效提高酵母产酒速率并在30 ℃～35 ℃趋于稳定。当温度高于35 ℃时，温度过高已不适于酵母的生长繁殖，其产酒速率下降，因此在相同发酵时间下，醪液酒精度显著下降（p＜0.05）。随着温度升高，醪液出糟率显著下降，这主要是由于体系中微生物对小米的分解作用，在高于35 ℃时出糟率持续下降，可能是因为温度过高时虽然不适于酵母生长，但发酵体系中存在耐高温微生物仍能进行代谢。因此综合考虑发酵醪液酒精度及出糟率，小米黄酒较适发酵温度在30 ℃～35 ℃。

2.4.3 酵母添加量对发酵效果的影响

酵母添加量对发酵效果的影响见图9。

图9 酵母添加量对发酵效果的影响Fig.9 Effects of yeast addition proportion on fermentation efficiency of millet wine

由图9 可知，在相同发酵时间下，小米黄酒醪液的酒精度随酵母添加量的增加先迅速升高，即酵母添加量的增多能显著提升体系从糖到酒精的转化效率，在酵母添加量达到0.2%时，转化效率增加趋势变缓，酵母添加量达到0.25%后，转化效率逐渐趋于稳定，无显著变化（p＞0.05），酒精度达到 11.2%vol。随着酵母添加量的升高，发酵醪液的出糟率显著下降并且在酵母添加量达到0.2%后下降趋势变缓，即酵母对小米的利用效率在酵母添加量达到0.2%后趋于稳定。因此，综合上述分析，酵母较适添加量应在0.2%～0.25%。

2.5 响应面优化小米黄酒发酵工艺

小米黄酒发酵工艺响应面试验方案及结果见表3。以小米黄酒醪液的酒精度为响应值，依据Box-Behnken 试验设计分析得到醪液酒精度Y 关于发酵时间（A）、发酵温度（B）及酵母添加量（C）编码值的二次多元回归方程：

Y ＝10.70+1.35A+0.025B+0.98C+0.05AB-0.3AC-0.05BC-0.65A2-1.2B2-0.55C2。

响应面分析法对小米黄酒酒精度的方差分析见表4，各因素交互作用及等高线见图10～图12。

表3 小米黄酒发酵工艺响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response interview for fermentation process of millet wine

表4 响应面分析法对小米黄酒酒精度的方差分析Table 4 Response surface analysis for variance analysis of alcohol content of millet wine

图10 发酵时间和温度对酒精度影响的等高线和响应面图Fig.10 Contour and response surface maps of the effects of fermentation time and temperature on alcohol content

图11 发酵时间和酵母添加量对酒精度影响的等高线和响应面图Fig.11 Contour and response surface maps of the effects of fermentation time and yeast addition on alcohol content

图12 发酵温度和酵母添加量对酒精度影响的等高线和响应面图Fig.12 Contour and response surface maps of the effects of fermentation temperature and yeast addition on alcohol content

以小米黄酒醪液的糖度为响应值时，二次方程模型差异显著（F=58.94），受非试验因素影响极小，且适用性良好（R2=0.973 4），即该数学模型能够预测不同发酵条件下所得小米黄酒醪液的酒精度。同时结合图10～图12 可以看出，在该试验中，发酵时间对小米黄酒醪液酒精度的影响最为显著。

利用Design-Export8.0.6 分析并结合实际操作可行性，获得小米黄酒发酵工艺的最优参数：发酵时间5 d、发酵温度32 ℃、酵母添加量0.22%，预测醪液酒精度11.4%。根据以上条件进行小米黄酒发酵试验，实际试验结果为小米黄酒酒精度为11.3%vol，与响应面预测值大体一致。

3 结论

研究根据传统黄酒酿造工艺，对小米黄酒的酿造进行研制及优化。以小米黄酒的基本理化指标及感官评分为依据筛选出最适酵母为安琪黄酒高活性干酵母。通过单因素试验确定了较优的浸米条件：加水量150%、20 ℃浸米36 h；糖化条件：酒曲添加量0.6%、30 ℃糖化60 h。并在通过响应面试验进一步优化发酵工艺条件：安琪黄酒高活性干酵母、酵母添加量0.22%、32 ℃发酵5 d，酒精度达11.3%vol。在最优的工艺条件下酿造的小米黄酒各阶段相应指标与响应面所预测结果基本一致，为获得高品质小米黄酒及其工业化生产提供了一定的参考。