艾草对米酒品质的影响研究和艾草米酒发酵工艺优化

黄瑶雁,叶婉琳,林继辉,唐 恩

(闽南科技学院 生命科学与化学学院,福建 南安 362332)

中国米酒采用发酵米工艺生产,其因含丰富氨基酸及微量元素[1-2],酒精度低等特点,成为中国最受欢迎的酒精饮料之一.适量饮用米酒可促进血液循环,提高免疫力和延长寿命的作用[3-4].

随着生活水平的提高,人们越来越关注自身的营养和健康,以及其对身体正常功能的影响意识亦日益增强,这鼓励食品制造商需研发安全且可促进健康成分的产品.目前,市面上售卖的米酒种类比较单一,因此,越来越多的研究学者开始研究独特且营养丰富的米酒[5-7],但目前国内外关于艾草米酒的研究鲜见报道.

艾草是一种非常重要的野生功能性植物,含倍半萜烯内酯,木质素和类黄酮等活性物质[8-9],具有止血、去湿、消炎、抗过敏、抗菌、抗癌等作用[10-11],同时还有较强的抗氧化能力[12].艾草营养价值多样化,既可食用也可药用,是现今食品和医药工业研究的热点之一.因此,试验在米酒发酵过程中添加艾草,分析艾草对米酒中的酒精度、总糖、氨基酸等影响,并采用响应面法对艾草米酒生产制备工艺进行优化,得出艾草米酒的最佳生产工艺,为艾草米酒的生产制备提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

艾草、糯米(南安市康美镇农贸市场);甜酒曲(苏州粮油食品有限公司);其它化学试剂为国药集团化学试剂有限公司.

1.2 仪器与设备

PB-10酸度计(北京赛多利斯科学仪器有限公司);紫外可见分光光度计、高效液相色谱(美国安捷伦科技公司).

1.3 试验方法

1.3.1 艾草米酒生产工艺

米酒制备工艺参见文献[13],其工艺流程如图1所示.

艾草提取液：用 200 g 艾草加至 1 000 mL 超净水中煮沸,过滤后,根据需要制备成不同浓度的艾草提取液.

图1 米酒制备工艺流程图

用不同质量浓度的艾草提取液(0.04、0.08、0.12、0.16和 0.20 g/mL)替代超净水,制得艾草米酒(1)(2)(3)(4)(5).

1.3.2 单因素与响应面实验

根据预试验,初步确定艾草添加量 0.1 g/mL,酒曲添加量 2 g,发酵时间 40 h,发酵温度 30 ℃.在此基础上,改变不同艾草提取液配比(0.04、0.08、0.12、0.16和 0.20 g/mL);改变发酵时间(30、35、40、45和 50 h);改变酒曲添加量(1、1.5、2、2.5和 3 g)来探究米酒抗氧性.

通过单因素实验来确定各个因素的显著影响范围,用艾草提取液添加量(A)、发酵时间(B)、酒曲添加量(C)为考察因素,以米酒抗氧化评分为响应值,根据表1设计出响应面试验.

表1 艾草米酒酿造工艺优化响应面试验因素与水平表

1.3.3 测定方法

1) 理化指标

pH的测定 参照文献[14]直接采用pH测定酒液.

酒精度参考《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》(GB5009.225—2016)中酒精计法测定.

含糖度的测定 参照文献[15]通过DNS比色法检测酒中的总糖含量.准确吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 的 1.0 mg/mL 葡萄糖标准溶液,分别置于7支具塞刻度管中,并补蒸馏水至 2 mL,加入 2 mL DNS溶液,摇匀,水浴加热 5 min,冷却至室温,用蒸馏水稀释到 10 mL,以0号作空白,在 540 nm 波长处测定光吸收值,绘制标准曲线.

取糯米酒发酵液 1 mL 定容至 10 mL,取艾草米酒发酵液 1 mL 定容至 50 mL.

总糖的测定 取稀释后发酵液 1.0 mL,加入 6 mol/L HCL溶液 0.75 mL,沸水浴 20 min(保证水解完毕),冷却至室温,加入 1 d 酚酞指示剂,加入 6 mol/L NaOH溶液中和至微碱性,后加入DNS 2 mL,水浴加热 5 min,冷却至室温,用蒸馏水稀释到 10 mL,在 540 nm 波长处测定光吸收值.根据标准曲线算出总糖含量.

2) 艾草米酒氨基酸成分检测

参照文献[16]利用高效液相检测艾草米酒氨基酸含量,样品需水解和衍生.色谱条件为色谱柱：ODS-4;流动相：乙酸钠(0.02 mol/L);流速：1.0 mL/L;进样量：10 μL;波长：254 nm.

3) 抗氧化性测试

抗氧化性大小通过清除羟基自由基(·OH)的能力来表征,羟基自由基(·OH)清除步骤参照文献[17],并适当修改.将样品稀释10倍,取稀释后酒样 1 mL,分别加入 1 mL 6 mmol/L 硫酸亚铁溶液,1 mL 6 mmol/L 双氧水溶液,静置 10 min 后,最后加入 1 mL 6 mmol/L 水杨酸,混匀后 37 ℃ 水浴反应 30 min,在 510 nm 处测定吸光度,羟基自由基率按式(1)计算.

(1)

式中：Ai为样品的吸光值;Ai0为不加显色剂的吸光值;A0为空白组吸光值.

1.3.4 数据分析

采用Design-Expert 8进行响应面实验设计与分析,采用Excel 2007进行数据处理和图表制作.

2 结果与分析

2.1 艾草添加对酒品质的影响

添加艾草后,米酒的色度随加入艾草浓度的变化而呈现出诱人的淡黄色和淡绿色,同时酒香具有独特的米酒香和艾草香味.文献[9]报道自制米酒酒精度一般偏低,艾草米酒的酒精度也不高,与文献[18]报道的米酒类似,且艾草的加入对酒精度的影响不大.在普通发酵米酒中,米酒酸度约为2.8～4.0.加入艾草后,其米酒酸度与未加艾草米酒无明显变化.米酒中的糖主要来自由酶催化水解米中的碳水化合物,是影响米酒口味的重要物质之一[19-20].试验制备的纯米酒含糖量为 14.4 g/L,与文献[21]发酵米酒的总糖(14 g/L)含量基本一致.试验制备的米酒和艾草米酒均属于在国家标准GB13662—2000中半干型(15.1 g/L<总糖<40 g/L)的黄酒,说明添加艾草发酵不会影响酒的含糖量.米酒的抗氧化性随着艾草添加浓度的增加而增加,而抗氧化性的提高有利于增强人体的抗病能力.以上几个指标说明了添加艾草发酵后提高了米酒的品质,对人体的健康有利.

表2 艾草增加量对米酒品质的影响

2.2 米酒氨基酸成分检测

氨基酸不仅是蛋白质的必需成分,而且在能量代谢,神经传递和脂质转运中也很重要[22].米酒中氨基酸主要来自蛋白质的水解反应和发酵过程中形成的.从表3中看出添加艾草提取液进行发酵,没有改变米酒中氨基酸的含量,而且在艾草发酵酒中甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸这些必需氨基酸的含量有所提高.

表3 艾草米酒中氨基酸成分

2.3 单因素分析与响应面优化实验

2.3.1 单因素实验

发酵时间在30～35 h 间,抗氧化率有一个明显的升高,之后随发酵时间的增加,抗氧化率反而降低.可能原因是随着发酵时间的增加,米酒中还原性物质增多,对自由基捕获能力增强,时抗氧化率提高;由于随着发酵时间的进行,溶液的温度升高,导致溶液中活性性物质的自然降解速度加快,从而导致抗氧化性降低(见图2a).

当酒曲添加量升高至 1.5 g 左右,抗氧化率达到最高,随之抗氧化率降低.可能原因是当酒曲添加量<1.5 g 时,糖化速度较慢,酵母生长速度受到限制,不易形成生长优势,引起杂菌污染,从而导致抗氧化率较低;当酒曲添加量>1.5 g 时,会使酵母繁殖旺盛,发酵过于剧烈,产生大量的CO2和热量,引起发酵温度上升,使酒精产量减少,副产物增加,从而导致抗氧化性降低[23](见图2b).

艾草浓度添加量在0～0.12 g/mL 间,随着浓度的升高,抗氧化率大幅提高.在浓度0.12～0.20 g/mL 间,抗氧化率上升幅度逐渐缓慢.可能原因是随着艾草提取液添加量的增加,提取液中半萜烯内酯、木质素和类黄酮等活性物质也相应增多[24],加之在发酵过程还原性糖类及氨基酸的产生,增强了米酒的抗氧化能力,因此随着艾草提取液含量的增加,米酒的抗氧化率也随之增加(见图2c).

图2 各因素对艾草米酒抗氧化率影响

2.3.2 响应面实验设计与结果

根据单因素的试验结果,确定 30 ℃ 发酵,以抗氧化性为响应值,以艾草提取液(A)、发酵时间(B)酒曲添加量(C)为考察因素,进行响应面试验,试验设计与结果见表4,方差分析见表5.

表4 艾草米酒酿造工艺优化响应面试验设计及结果

表5 回归模型方差分析

分析实验多个变量间的回归关系,得出二次回归方程为：

Y=53.12+4.19A-0.31B-3.00C+1.49AB+2.96AC+5.24BC-13.48A2-3.81B2-9.70C2

从表5中可解释模型响应中的变异极显著(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),说明所得模型拟合度符合标准.相关系数R2=0.9728,调整相关系数R2=0.9483,说明此模型准确、真实,能够模拟预测出艾草米酒的发酵工艺条件.在该模型中,A、C、AC、BC、A2、B2、C2对艾草米酒抗氧化评分的影响有很好的显著作用(P<0.05),其他因素对抗氧化评分的影响不显著(P>0.05).

根据F值大小可知,各因素对艾草米酒抗氧化评分影响次序为：A(艾草提取液)>C(酒曲添加量)>B(发酵时间).

图3 三因素交互影响抗氧化性的响应面及等高线图

从图3中可直观看出各个因素之间的相互关系对艾草米酒抗氧化指标的影响,曲线越陡,表明该因素对艾草米酒抗氧化评分的影响越大,与方差分析结果一致.通过软件分析,以抗氧化作为指标,艾草米酒最佳酿造工艺为艾草提取液 0.17 g/mL、酒曲接种量 1.41 g、发酵时间 34.34 h.在此工艺条件下,艾草米酒的抗氧化性为53.67%,根据实际情况,将工艺修正为艾草提取液 0.17 g/mL、酒曲接种量 1.41 g、发酵时间 34 h,得到米酒的抗氧化性为53.58%,与理论值53.17%接近且RSD为0.77%,说明响应面优化艾草米酒发酵工艺条件是可行的,该模型有一定的应用价值.

3 结语

试验以艾草、糯米为原料开发研制艾草米酒,通过pH、总糖、抗氧性等对比米酒与艾草米酒之间的品质.试验结果表明相对于普通米酒,艾草米酒的pH值不变,抗氧化性大大提高,普通米酒和艾草米酒中总氨基酸含量相差不大,但是艾草米酒中必需氨基酸含量提高.以上结果表明通过在原料中添加艾草发酵米酒,不但保持了米酒的独特风味,还增加对人体健康有益的抗氧化性,对促进人体健康有重要意义.