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      響應(yīng)面法優(yōu)化槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝

      2022-09-28 10:30:46
      中國(guó)釀造 2022年9期
      關(guān)鍵詞:酒曲米酒酒精度

      王 鵬

      (威海海洋職業(yè)學(xué)院 食品與藥品系,山東 威海 264300)

      槐花(Sophora japonicaLinn)又名洋槐花,是豆科植物槐樹的花及花蕾,主要分布在中國(guó)北方地區(qū)[1]?;被仁乔逑愀侍鸬拿朗?,又可入藥,屬于藥食同源的一種花卉?;被ǜ缓钚远嗵?、蘆丁、槲皮素等活性成分,以及微量元素、維生素、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2-3],具有降血壓、預(yù)防冠狀動(dòng)脈硬化、保護(hù)心臟、抗氧化、抑菌止血及抗癌的功效[4-6]。枸杞(Lycium chinenseMiller)主要分布在寧夏、新疆、青海、甘肅等西北部省份,是一種藥食同源的保健食品[7],富含蛋白質(zhì)、多糖、多種維生素、生物堿等活性物質(zhì),具有抗疲勞、降三高、提高免疫力、抗癌、延年益壽等保健功效[8-9]。米酒又名酒釀,是以糯米為原料經(jīng)酒曲發(fā)酵而成的低酒精度飲品,在我國(guó)有著悠久的歷史且分布廣泛[10]。米酒色澤大都呈乳白色或淡黃色,香氣獨(dú)特,清甜爽口,含有8種必需氨基酸、維生素、多種礦物質(zhì)元素、有機(jī)酸、低聚糖等營(yíng)養(yǎng)成分[11-12],可以提高人體免疫力、調(diào)理脾胃、抗衰老、預(yù)防老年癡呆癥等保健功能[13-15]。

      目前在米酒中添加一種花卉增強(qiáng)米酒香氣的研究比較常見[16-18],國(guó)內(nèi)外枸杞酒的研究多為浸泡酒和發(fā)酵果酒[19],枸杞米酒的研究相對(duì)較少,秦方園等[20]以枸杞、紅棗和大米為原料,采用酒精度、感官評(píng)分、總酸和總糖度作為考察指標(biāo),制得一款營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官評(píng)分均高的米酒;趙翾等[21]以大米和枸杞為原料,采用感官評(píng)價(jià)作為響應(yīng)值,制得一款低酒精度的保健米酒,更鮮有將花卉與枸杞復(fù)合添加到米酒中的報(bào)道。本研究以鮮槐花、干紅枸杞及糯米為原料,研制一款清香爽口、兼具藥用價(jià)值的復(fù)合米酒。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上考察各因素對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒品質(zhì)的影響,采用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合米酒發(fā)酵工藝?;被ㄨ坭綇?fù)合米酒不僅豐富了米酒的種類,增強(qiáng)了米酒的保健功效,還為槐花、枸杞的深加工和新型米酒開發(fā)提供理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      食用槐花(鮮花)、紅枸杞(干)、糯米:市售;安琪甜酒曲:安琪酵母股份有限公司;濃硫酸(95.5%)、苯酚(均為分析純):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

      1.2 儀器與設(shè)備

      PR224ZH/E電子天平:奧豪斯儀器(上海)有限公司;LRH-150F生化培養(yǎng)箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;HR2826打漿機(jī):荷蘭飛利浦公司;WBG-1板框過濾器:溫州星火食品機(jī)械有限公司;SY-50HC36Q電壓力鍋:浙江蘇泊爾股份有限公司;GC-2014氣相色譜(gas chromatography,GC)儀:日本島津公司;TU-1900紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限公司。

      1.3 方法

      1.3.1 槐花枸杞復(fù)合米酒的制備流程及操作要點(diǎn)

      操作要點(diǎn):

      糯米的處理及浸泡:糯米稱量去雜、淘洗,米水質(zhì)量體積比1∶2(g∶mL),室溫條件下浸泡(10~12 h),浸泡至糯米手捻即碎的程度[22]。

      槐花及枸杞的處理:選擇當(dāng)季鮮槐花、枸杞干果,清洗干凈,混合打漿備用。

      蒸米:將浸泡好的糯米用壓力鍋蒸制15~20 min,使米中淀粉充分糊化,達(dá)到米粒通透不軟爛、米熟無白心、均勻不粘團(tuán)的程度[23]。

      冷卻:將蒸好的糯米放置室溫通風(fēng)處,用少量低溫純凈水淋洗,并不斷翻動(dòng)降溫至30 ℃左右。

      混合、拌曲接種:將糯米和槐花、枸杞漿按比例混合均勻,接種一定量酒曲(以干糯米質(zhì)量計(jì))并攪拌均勻。

      搭窩、發(fā)酵:將發(fā)酵罐中的糯米混合物搭成中間低四周高,呈“倒喇叭”形的凹窩,置于26~34 ℃恒溫條件下發(fā)酵24~72 h。

      過濾、滅菌:將酒液先用無菌紗布初過濾,濾液再經(jīng)板框過濾器得到澄清酒液,灌入磨砂玻璃酒瓶,采用巴氏殺菌法對(duì)酒液進(jìn)行殺菌[24],冷卻后獲得槐花枸杞復(fù)合米酒成品。

      1.3.2 槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

      (1)單因素試驗(yàn)

      分別考察酒曲添加量(0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%)、槐花添加量(1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%)、枸杞添加量(6.0%、8.0%、10.0%、12.0%、14.0%)、發(fā)酵溫度(26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃)對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒酒精度及感官評(píng)分的影響。

      (2)響應(yīng)面試驗(yàn)

      在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,采用4因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn),以酒曲添加量(A)、槐花添加量(B)、枸杞添加量(C)、發(fā)酵溫度(D)為影響因素,以感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值,并進(jìn)行發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化,Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1。

      表1 槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵條件優(yōu)化Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments design for fermentation conditions optimization of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      1.3.3 分析檢測(cè)

      酒精度檢測(cè):參考GB 5009.225—2016《酒中乙醇濃度的測(cè)定》[25];菌落總數(shù)測(cè)定:參考GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》[26];枸杞多糖檢測(cè):采用苯酚-硫酸法[27];芳樟醇測(cè)定:采用氣相色譜法,其色譜條件如下:Rtx-1石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),柱溫80 ℃,流速0.8 mL/min,進(jìn)樣量1.0 μL[28]。

      感官評(píng)分:請(qǐng)15位品酒師參考農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1885—2017《綠色食品 米酒》[29],對(duì)米酒色澤、清澈度、香氣和風(fēng)格、口感方面進(jìn)行綜合評(píng)分,滿分100分,感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

      表2 槐花枸杞復(fù)合米酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      2 結(jié)果與分析

      2.1 槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

      2.1.1 酒曲添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響

      由圖1可知,當(dāng)酒曲添加量為0.4%~0.8%時(shí),復(fù)合米酒酒精度和感官評(píng)分隨酒曲添加量增加而升高,但由于酒曲添加量不足,發(fā)酵產(chǎn)生乙醇能力弱,導(dǎo)致米酒口感寡淡;當(dāng)酒曲添加量為0.8%時(shí),復(fù)合米酒的酒精度、感官評(píng)分最高,分別為5.2%vol、93分;當(dāng)酒曲添加量>0.8%之后,復(fù)合米酒酒精度和感官評(píng)分隨酒曲添加量增加而降低,因?yàn)榫魄枯^高會(huì)增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗[30-31],從而減弱了無氧呼吸產(chǎn)生乙醇的過程,致使酒精度下降,酒體口感不協(xié)調(diào),甚至出現(xiàn)苦澀味。因此,確定復(fù)合米酒最適酒曲添加量為0.8%。

      圖1 酒曲添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of Jiuqu addition on the fermentation of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      2.1.2 槐花添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響

      由圖2可知,隨著槐花添加量的增加,復(fù)合米酒的酒精度基本保持不變,固定酒曲添加量、發(fā)酵溫度、初始糖度等影響乙醇生成的主要因素,槐花添加量對(duì)乙醇的生成沒有影響。當(dāng)槐花添加量為1.0%~3.0%時(shí),感官評(píng)分隨槐花添加量增加而升高,但復(fù)合米酒中花香較弱;當(dāng)槐花添加量為3.0%時(shí),復(fù)合米酒的感官評(píng)分達(dá)到最大值,為92.5分,酒精度為5.1%vol;當(dāng)槐花添加量>3.0%之后,感官評(píng)分有所下降,隨著槐花添加量的增大,槐花的香氣過重,逐漸掩蓋酒體自身的香氣,使得最終復(fù)合米酒中各組分不夠協(xié)調(diào),澀感明顯。因此,確定復(fù)合米酒最適槐花添加量為3.0%。

      圖2 槐花添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of sophora flower addition on the fermentation of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      2.1.3 枸杞添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響

      由圖3可知,隨著枸杞添加量的增加,復(fù)合米酒的酒精度基本保持不變。當(dāng)枸杞添加量為6.0%~10.0%時(shí),感官評(píng)分隨枸杞添加量增加而升高,但復(fù)合米酒中枸杞的香氣和滋味等方面不明顯;當(dāng)枸杞添加量為10.0%時(shí),復(fù)合米酒的感官評(píng)分達(dá)到最大,為93分,酒精度5.2%vol;當(dāng)枸杞添加量>10.0%之后,隨著枸杞添加量的增大,感官評(píng)分有所下降,枸杞味偏重,導(dǎo)致槐花的香氣及復(fù)合米酒本身的風(fēng)味凸顯不出,感官品質(zhì)逐漸下降。因此,確定復(fù)合米酒最適枸杞添加量為10.0%。

      圖3 枸杞添加量對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of wolfberry addition on the fermentation of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      2.1.4 發(fā)酵溫度對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響

      由圖4可知,當(dāng)發(fā)酵溫度為26~30 ℃時(shí),復(fù)合米酒酒精度和感官評(píng)分隨發(fā)溫度的增加而升高,但由于溫度沒有達(dá)到酵母菌生長(zhǎng)最佳溫度,導(dǎo)致其活性不足,發(fā)酵不完全;當(dāng)發(fā)酵溫度為30 ℃時(shí),復(fù)合米酒酒精度、感官評(píng)分最大值分別為5.2%vol、93.5分,此時(shí)米酒呈橙色,清澈透明,酒香醇厚,有典型的香氣;當(dāng)發(fā)酵溫度高于30 ℃之后,復(fù)合米酒酒精度和感官評(píng)分隨發(fā)酵溫度升高而降低,因?yàn)檩^高的溫度抑制了酵母菌的生長(zhǎng),使其產(chǎn)生乙醇能力下降,同時(shí)溫度過高還會(huì)促使乙醇揮發(fā),從而降低了米酒的品質(zhì)[32-33]。因此,確定復(fù)合米酒最適發(fā)酵溫度為30 ℃。

      圖4 發(fā)酵溫度對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on the fermentation of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      2.2 槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

      基于單因素試驗(yàn),選取酒曲添加量(A)、槐花添加量(B)、枸杞添加量(C)、發(fā)酵溫度(D)為4個(gè)評(píng)價(jià)因素,以感官評(píng)分(Y)為考察指標(biāo),采用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化米酒發(fā)酵工藝。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。方差分析結(jié)果見表4。

      表3 槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken tests for fermentation technology optimization of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

      通過Design Expert 10.0.7軟件對(duì)表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元二次回歸擬合,得到以槐花枸杞復(fù)合米酒感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值的多元二次回歸方程模型:Y=93.20-1.91A-2.65B-2.15C-3.65AD-4.28CD-6.86A2-7.15B2-5.18C2-13.61D2。

      由表4可知,回歸模型的P<0.000 1,模型極顯著,失擬項(xiàng)的P=0.162 3>0.05,失擬項(xiàng)不顯著,說明本試驗(yàn)?zāi)P秃蛯?shí)驗(yàn)結(jié)果擬合度好,該模型能夠很好地的確定槐花枸杞復(fù)合米酒的最佳發(fā)酵工藝。由P值可知,一次項(xiàng)B,二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2均對(duì)復(fù)合米酒感官評(píng)分有極顯著影響(P<0.01);一次項(xiàng)A、C,交互項(xiàng)AD、CD均對(duì)復(fù)合米酒感官評(píng)分有顯著影響(P<0.05);一次項(xiàng)D,交互項(xiàng)AB、AC、BC、BD對(duì)結(jié)果無顯著性影響(P>0.05)。由F值可知,各因素對(duì)感官評(píng)分影響順序由大到小為:槐花添加量(B)>枸杞添加量(C)>酒曲添加量(A)>發(fā)酵溫度(D)。

      2.3 各因素間交互作用分析

      各因素間交互作用對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線見圖5。

      由圖5可知,響應(yīng)曲面坡度越陡,等高線越接近橢圓,表明二者交互作用越顯著[34-35]。酒曲添加量和發(fā)酵溫度之間的交互作用對(duì)感官評(píng)分(Y)有顯著的影響,當(dāng)酒曲添加量和發(fā)酵溫度均在0水平即(0.8%)和(30 ℃)范圍內(nèi),兩因子對(duì)感官評(píng)分的影響呈顯著正交互作用;枸杞添加量和發(fā)酵溫度之間的交互作用對(duì)感官評(píng)分(Y)有顯著的影響,當(dāng)酒曲添加量和發(fā)酵溫度均在0水平即(10.0%)和(30 ℃)范圍內(nèi),兩因子對(duì)感官評(píng)分的影響呈顯著正交互作用,與表4方差分析結(jié)果一致。

      圖5 各因素間交互作用對(duì)槐花枸杞復(fù)合米酒感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面與等高線Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on sensory scores of sophora flower and wolfberry compound rice wine

      通過Design-Expert 10.0.7軟件對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化,得到復(fù)合米酒的最佳發(fā)酵工藝條件:酒曲添加量0.690%、槐花添加量2.847%、枸杞添加量9.834%、發(fā)酵溫度30.045 ℃,在此條件下,制得復(fù)合米酒感官評(píng)分理論值為93.684分。為滿足實(shí)際可行性操作,將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為:酒曲添加量0.7%、槐花添加量2.8%、枸杞添加量9.8%、發(fā)酵溫度30 ℃,在最佳工藝參數(shù)下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn),得到復(fù)合米酒感官評(píng)分實(shí)際平均值為93.5分,與理論值的誤差為0.196%,因此該工藝準(zhǔn)確可靠,是可行的。

      2.4 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)結(jié)果

      在最佳工藝條件下制得的槐花枸杞復(fù)合米酒清澈透明、酒香濃郁、酒體醇厚、清爽綿柔、槐花和枸杞風(fēng)格突出;感官評(píng)分93.5分,酒精度5.2%vol,芳樟醇含量為3.67 mg/L,枸杞多糖含量為26.83 mg/100 mL,菌落總數(shù)為27 CFU/mL,大腸菌群<3 MPN/100 mL,達(dá)到商業(yè)無菌,符合米酒的國(guó)標(biāo)NY/T 1885—2017《綠色食品米酒》衛(wèi)生要求。

      3 結(jié)論

      該研究通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)確定了各因素對(duì)米酒發(fā)酵的影響趨勢(shì),并以感官評(píng)分為考察指標(biāo)優(yōu)化槐花枸杞復(fù)合米酒發(fā)酵工藝。結(jié)果表明,最佳發(fā)酵條件為酒曲添加量0.7%、槐花添加量2.8%、枸杞添加量9.8%、發(fā)酵溫度30 ℃。此優(yōu)化條件下,制得槐花枸杞復(fù)合米酒的感官評(píng)分為93.5分,酒精度為5.2%vol,是一款清香爽口,兼具藥用價(jià)值的保健米酒,為我國(guó)新型米酒研發(fā)提供了新的方向。

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