玉竹薏米酒的酿造工艺研究

刘 露, 蒲 根, 罗 丽, 韦全想, 吴文睿,高纬光, 吴方林, 夏 文, 杨静怡, 徐 瑞

(1.亳州学院 生物与食品工程系,安徽 亳州 236800;2.养生型配制酒亳州市重点实验室,安徽 亳州 236800)

玉竹,别名葳蕤、铃铛菜,多年生草本植物。关于玉竹的记载最早出自《神农本草经》,将其奉为上品,味甘平,主中风暴热,不能动摇,跌筋结肉,诸不足,久服,去面黑,好颜色润泽,轻身不老。玉竹的主要成分是多糖、黄酮、苷类等。玉竹多糖大部分为中型多糖,小部分为酸性多糖,中性多糖的相对分子量平均为1.21×106D。玉竹含有7种人体必需氨基酸。此外,玉竹中还含有β-谷甾醇、二十八碳酸等化合物。本研究主要提取玉竹中的多糖类物质,进行薏米酒的配制,以发挥多糖类物质的滋阴益气、生津止渴、延缓衰老的功效[1-5]。

糯米具有补中益气、健脾养胃等功效。薏米,味甘淡微甜,营养丰富,有利水消肿、健脾祛湿、美白滋润等功效,富含优质蛋白、多种氨基酸、维生素及矿物元素,还含有薏苡酯、薏苡素、谷甾醇和生物碱等药效成分。薏米中维生素E可清除自由基、延缓衰老与美容养颜,薏米中所含的薏苡仁酯,不仅具有滋补作用,而且还是一种抗癌剂,能抑制艾氏腹水癌细胞,可用于治疗胃癌及子宫颈癌。薏米中薏苡素可以抑制横纹肌收缩,是天然的养颜去皱佳品[6-8]。

姜晓坤[9]通过正交实验优化了玉竹发酵酒的工艺参数,在最佳工艺参数下得到了有玉竹特有清香的发酵酒。王含等[10]以薏米糯米为原料进行发酵工艺研究,最终确定薏米添加量为20%,甜酒酒曲添加量为1.2%,发酵时间为60 h,薏米糯米酒质量最优。郭克娜等[11]以薏米为原料进行发酵酒研究,得到料水比为1∶4、酵母菌接种量为2.2%、发酵温度为30 ℃、发酵初始pH为5.1,薏米酒综合评价最优。目前大多数研究主要为单独薏米酒或玉竹酒的工艺开发,并无玉竹薏米酒的酿造工艺相关研究。

本研究以超声波辅助水提取法对玉竹多糖进行提取,采用单因素及响应面试验,以薏米和糯米比例、料水比、酵母添加量等为影响因素,以发酵酒的感官评价、多糖含量和酒精体积分数为响应值,进行响应面分析,开发一款玉竹薏米酒。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉竹,市售,60 ℃干燥,在高速粉碎机中粉碎,过0.67 mm筛,备用。薏米、糯米均市售,高速粉碎机中粉碎后过0.425 mm筛,备用。

耐高温α-淀粉酶(酶活力≥15万U/mL,宁夏夏盛实业集团有限公司);葡萄糖淀粉酶(酶活力≥24万U/mL,宁夏夏盛实业集团有限公司);安琪黄酒用酿酒高活性干酵母(安琪酵母股份有限公司);其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JA2003电子天平(上海衡平仪器仪表厂);BGZ-140电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂);722N紫外可见光光度计(上海菁华科技仪器有限公司);L600高速台式离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司);DE-200g多功能高速粉碎机(浙江红景天工贸有限公司);WB400US数控超声波清洗器(上海王标仪器有限公司);HH-3A单列单控三孔水浴锅(常州国宇仪器制造有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 玉竹多糖超声波辅助提取方法 称取预处理后的玉竹粉末样品,按料液比1∶25、超声功率400 W、超声时间12 min、超声温度55 ℃条件进行超声波辅助提取,然后离心(4 000 r/min,5 min)、过滤、浓缩(70 ℃)、醇沉(95%乙醇,体积比4∶1),最后将得到的样品冷冻干燥研磨成粉[12]。

1.3.2 薏米酒发酵流程 称取定量薏米/糯米样品进行粉碎处理,加入相应比例水混合均匀,向混合样品内加入1.5 mL耐高温α-淀粉酶,109 ℃保持30 min进行糊化及液化,糊化液化完成后加入葡糖淀粉酶1.5 mL保持109 ℃糖化1 h,糖化结束后121 ℃灭菌30 min,静止冷却,接种相应比例的活化后酵母,在30 ℃条件下发酵后,离心,过滤,得到成品[13-17]。

1.3.3 理化指标测定方法 酒精体积分数测定采用酒精计法;多糖测定采用苯酚-硫酸法[18-20]。

1.3.4 感官评价方法 选取10人,根据酒体颜色、澄清度、滋味和典型特征进行感官评价[21],评价标准见表1。

表1 薏米酒感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria of job's tears wine

1.3.5 酵母菌的活化方法 将安琪黄酒酵母加入50 g/L的无菌葡萄糖水中,在35 ℃下搅拌活化30 min,直至出现大量气泡为止。

1.4 薏米酒发酵工艺条件

1.4.1 薏米酒单因素试验 按照上述工艺流程研制纯薏米及薏米与糯米混合发酵酒。纯薏米发酵组试验的影响因素分别为料水比(1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5 g/mL),酵母添加量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%),发酵时间(48、64、72、84、96 h),其余因素不变;薏米与糯米混合发酵组试验影响因素分别为薏米与糯米质量比例(5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1),料水比(1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5 g/mL),酵母添加量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%),30 ℃条件下发酵84 h。在以上条件下考察纯薏米发酵组料水比、酵母添加量、发酵时间,以及薏米与糯米混合发酵组薏米和糯米添加比例、料水比、酵母添加量对发酵酒液中的酒精度、多糖含量、感官评价的影响。

1.4.2 响应面法优化发酵工艺 根据Box-Behnken中心组合实验设计原理,结合单因素试验分析,薏米发酵组以料水比、酵母添加量、发酵时间为试验因素,薏米与糯米发酵组以薏米和糯米添加比例、料水比、酵母添加量为试验因素,同时以酒精度、感官得分、多糖含量为响应值,设计三因素三水平响应面分析试验。

2 结果与分析

2.1 纯薏米发酵组单因素试验

由表2可知,随着料水比的增加,酒精度整体上呈减小趋势,料水比对酒精度有显著影响,而多糖含量及感官得分是衡量其发酵效果的重要指标,料水比1∶2.5时,多糖含量和酒精度分别为31.07 g/L、11%vol,均较高,因此较佳料水比为1∶2.5;随着酵母添加量的增加,酒精度整体上呈增大趋势,但增大趋势不明显。酵母添加量对酒样口感有较大影响,随着酵母添加量的增大,酒样酵母气味越发明显,酒样感官得分减少,接种量1.5%的酒中多糖含量及感官得分分别为35.25 g/L、77.4分,均较高,因此较佳酵母添加量为1.5%;随着发酵时间的增加,多糖整体上呈增大趋势,发酵时间为84 h的酒中多糖含量及感官得分分别为42.3 g/L、85.2,均为最高,较佳发酵时间为84 h。

表2 纯薏米发酵组单因素试验Table 2 Single factor experimental data of pure job's tears fermentation group

2.2 薏米与糯米混合发酵组单因素试验

由表3可知,薏米与糯米比例为9∶1时,发酵酒样口感偏酸,说明发酵并没有进行完全,发酵原料成分没有充分利用;当比例为7∶3时,酒精度、感官得分均为最高,多糖含量也为较优,分别为11.9%vol、72.4分、32.08 g/L,因此较佳薏米与糯米比例为7∶3。料水比对发酵效果的影响：料水比过大,酒精体积分数低,风味较差,料水比为1∶2时,其酒精度、感官得分,多糖含量均为最高,分别为12.8%vol、75.8分、39.5 g/L,因此较佳料水比为1∶2。酵母添加量对发酵效果的影响：酵母添加量为3.0%时,多糖含量为最高,但酒精度最低,感官得分不高,因为在糖源一定量的情况下,过量酵母会对发酵产乙醇及酒口感产生不利影响。酵母添加量为2.0%时,多糖含量及酒精度适中,感官得分最高,分别为34.6 g/L、8.8%vol、83.1分,因此较佳酵母添加量为2.0%。

表3 薏米与糯米混合发酵组单因素试验Table 3 Single factor experimental data of job's tears and glutinous rice mixed fermentation group

2.3 响应面法优化发酵工艺

本研究将各指标均标准化为0～1的归一值。采用Hassan方法,分别进行转换,求得其归一值。公式如下：Dmax=(di-dmin)/(dmax-dmin)。由单因素结果可知各组酒精度差距较小,以对酒整体风格影响较大的感官得分和多糖含量作为权重重点,得酒精度、感官得分和多糖含量的权重值分别为0.15、0.4、0.45,计算得到该样品综合值(Y),公式如下：综合值(Y)=酒精度归一值×0.15+感官得分归一值×0.4+多糖含量归一值×0.45,结果如表4所示。

使用Design Expetr11.0软件对表4进行数据处理,得到有关响应面试验的数据分析结果(表5～6),并得到薏米发酵组二次多元回归模型为综合值：Y=-3.351+4.202 42A+3.661 75B-0.097 715C-0.44AB-0.006 958AC-0.021 125BC-0.641 333A2-0.227 333B2+0.000 895C2;薏米加糯米发酵组二次多元回归模型为综合值：Y=-3.323 04+0.090 708A+0.240 917B+0.336 417C+0.025 4AB+0.002 7AC+0.235BC-0.001 005A2-0.631 167B2-0.251 167C2。

表5 纯薏米发酵组响应面试验数据分析Table 5 Analysis of response surface experimental data of pure job's tears fermentation group

根据表5可知,模型F为5.50,P小于0.050 0,表示模型项显著,因此A、C、A2、B2、C2为重要的模型项。P大于0.100 0,表示模型对于提取率影响效果较低。其中,因素A(液料比,P=0.014 8)对纯薏米发酵酒的影响比较大,二项BC(P=0.046 6)对纯薏米发酵酒也有较大影响,A2(P=0.024 1)二次项对纯薏米发酵酒也有较大影响。由方差分析可知,R2=0.908 3,大于0.9,说明模型相关性好;表5中模型失拟项的P=0.133 9,大于0.05,模型的失拟项不显著,说明模型选择合适,试验误差小,用此模型对纯薏米发酵组的三因素进行优化是可行的。利用响应面模型进行分析与预测,在料水比为1∶2.2、酵母添加量为2.0%、发酵时间为72 h的条件下,预测出综合值最大为0.725的结果最优。

由表6可知,模型F为5.12,P小于0.050 0,表示模型项显著,因此A、C、A2、B2、C2为重要的模型项。P大于0.100 0,表示模型对于提取率影响效果较低。其中,因素A(薏米添加量,P=0.060 9)在三因素里对薏米加糯米发酵酒的影响比较大,在二项三因素里AB(P=0.016 9)对薏米与糯米混合发酵酒也有较大影响,A2(P=0.044 0),B2(P=0.008 5)二次项对薏米加糯米发酵酒也有较大影响。由方差分析可知,R2=0.902 2,大于0.9,说明模型相关性好;其中模型失拟项P=0.229 1,大于0.05,表示模型的失拟项不显著,说明模型选择合适,试验误差小,用此模型对薏米与糯米混合发酵组的三因素进行优化是可行的。利用响应面模型进行分析与预测,在薏米与糯米比例为7.4∶2.6(薏米添加量为74 g)、料水比为1∶2.1 g/mL、酵母添加量为2.0%的条件下,预测出综合值最大为0.610的结果最优。

表6 薏米与糯米混合发酵组响应面试验数据分析Table 6 Response surface experimental data analysis of job's tears and glutinous rice mixed fermentation group

图1 纯薏米发酵组综合值的响应面图Fig.1 Response surface diagram of comprehensive value of pure job's tears fermentation group

图2 薏米与糯米混合发酵组综合值的响应面图Fig.2 Response surface diagram of comprehensive value of job's tears and glutinous rice mixed fermentation group

2.4 响应面验证性试验及玉竹薏米酒基酒筛选

按照响应面优化的条件进行验证性试验,平行3次,得纯薏米发酵组平均多糖含量、感官评价、酒精度分别为33.3 g/L、84.0分、9.7%vol;薏米与糯米混合发酵组平均多糖含量、感评价分、酒精度分别为36.6 g/L、89.2分、10.9%vol,预测值基本接近,说明所建模型拟合良好且可靠。由于糯米的加入会增加其糖度,致使发酵酒精度提高,而糯米在酿酒过程中还有增香的功效,改善酒体口感,影响感官得分。综上,选取发酵结果较好的薏米和糯米混合发酵酒作为玉竹薏米酒成品酒的基酒。

2.5 玉竹薏米酒成品酒的调配

把玉竹多糖提取物通过冷冻干燥后磨成粉状加入薏米酒中。由预试验确定玉竹多糖的添加比例分别为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%,调配基酒为薏米糯米发酵酒,以感官评价、多糖含量选定最终玉竹多糖添加比例,调配玉竹薏米酒成品酒,结果如表7所示。

表7 玉竹薏米酒理化指标数据Table 7 physical and chemical index data of Yuzhu job's tears wine

玉竹多糖添加量为3.0%时,感官评价为85.5分,多糖含量为42.2 g/L,均为最高,确定玉竹多糖最佳添加量为3.0%。

2.6 玉竹薏米酒功效评价

由表7可知,玉竹薏米酒中多糖含量为42.2 g/L,根据中国绿色食品配制酒标准规定多糖含量≤200 g/L,符合功效要求。

3 结论

本试验对玉竹薏米酒的酿造工艺进行研究,以超声波提取法对玉竹多糖进行提取,通过单因素和响应面试验得到玉竹薏米酒最优的发酵工艺条件为：薏米与糯米比例为7.4∶2.6、料水比为1∶2.1 (m/V)、酵母菌接种量为2.0%、玉竹多糖的添加比例为3.0%。在此条件下玉竹薏米酒感官评价、多糖含量和酒精体积分数分别为85.5分、42.2 g/L、10.9 %vol,玉竹薏米酒改善了传统黄酒的口感,又有玉竹的淡雅清香,为女性低度消费酒的开发提供了理论依据,符合当前女性低度消费酒的发展趋势,具有良好的开发前景。