花椒酒固態發酵工藝研究

董思楊,袁永俊,張 琪,王艷麗,陳海風,豆劍偉,程小雪

(西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039)

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花椒酒固態發酵工藝研究

董思楊,袁永俊*,張 琪,王艷麗,陳海風,豆劍偉,程小雪

(西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039)

以檸檬烯含量、芳樟醇含量和感官評分為指標,對花椒酒的固態發酵工藝進行研究,采用正交實驗優化了工藝條件,并利用氣相色譜-質譜法(GC-MS)進一步對花椒酒的風味成分進行分析鑒定。結果表明:紅花椒適于花椒酒釀制,最佳釀造工藝條件為花椒用量0.4%、花椒粉碎度60目、釀造時間9 d,所得花椒酒中檸檬烯和芳樟醇分別為45.4 mg/L和39.8 mg/L,感官評分90分。檸檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉葉油醇、α-松油醇等與乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、異丁醇、異戊醇、乙縮醛等共同構成了花椒酒的典型風味。

花椒酒,固態發酵,檸檬烯,芳樟醇,風味成分

花椒(Zanthoxylumbungeanum)屬蕓香科花椒屬植物的果皮,在我國資源豐富,其種植面積和產量均居世界首位。花椒是食藥兩用原料,具有殺蟲抑菌、保肝健胃、除濕止痛、抗腫瘤、抗氧化、降壓等功效[1],同時也因其特殊而強烈的芳香味、持久的辛麻味而被人們作為常用的香辛調味料,享有“八大調味品”之一的美譽。研究發現,花椒的化學成分主要包括揮發油、生物堿、酰胺類物質、香豆素等[2],其中花椒的香味特點主要由揮發油的組成決定,麻味特征則主要由酰胺類物質組成決定,揮發油和酰胺類化合物是反映花椒內在品質的主要指標[3]。

國內外廣泛開展了花椒中風味物質的提取、分析、花椒功能等方面的研究[4-9],開發了花椒粉、花椒醬、花椒調味油、花椒復合調味料、花椒油樹脂等產品。我國民間有花椒酒的制作方法,是用白酒直接浸提花椒和側柏葉中的可溶性成分,屬露酒的加工方法,通過這種方法制備的花椒酒存在著風味不協調、麻味過于突出的缺陷。而采用發酵的方法制備花椒白酒卻未見報道。由于檸檬烯和芳樟醇是花椒中含量最高的揮發性風味物質,因此,本文以檸檬烯、芳樟醇和感官評分為指標,對花椒酒的釀造工藝進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青花椒、紅花椒 四川漢源;高粱 市售;酒曲 彭州市華西酒曲廠;檸檬烯、芳樟醇標準品 成都西亞試劑公司。

QP2010-PLUS氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司產品;GC-2010氣相色譜儀 日本島津公司產品;多功能粉碎機 上海市浦恒信息科技有限公司;SGSP-02電熱恒溫隔水式培養箱 黃石市恒豐醫療器械有限公司;烤酒裝置 實驗室自制。

1.2 實驗方法

1.2.1 花椒酒的釀造 參照文獻[10]的方法,稱取500 g的高粱原料,用80～90 ℃熱水浸泡(水位高于原料表面20 cm左右)10 h后,紗布過濾。初蒸(20 min)、悶水(10 min)、復蒸(80 min),待糧食開花率達90%左右時,攤涼(糧食溫度冷卻至40 ℃左右)后,加入0.3%酒曲粉,于30 ℃的恒溫培養24 h,加入花椒拌勻后于30 ℃固態密封發酵7 d,最后用實驗室自制烤酒裝置經固態蒸餾,收集酒精度大于50o(v)的餾分,將酒精度標準化為52°(v),即得花椒白酒。

1.2.2 單因素實驗 采用1.2.1的條件釀造花椒酒,固定釀造條件為花椒用量0.6%,整粒添加,發酵7 d,考察不同花椒種類(紅花椒和青花椒)對花椒酒酒質的影響;固定反應條件為添加整粒紅花椒,發酵7 d,考察不同花椒用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)對花椒酒酒質的影響;固定釀造條件為添加紅花椒,添加量0.4%,發酵7 d,考察不同花椒粉碎度(20、40、60、80、100目)對花椒酒酒質的影響;固定釀造條件為添加紅花椒,添加量0.4%,粉碎度40目,考察不同釀造時間(7、9、11、13、15 d)對花椒酒酒質的影響。

1.2.3 正交實驗 在單因素實驗的基礎上,以感官評分為評價指標,選用L9(34)正交表對花椒用量、花椒粉碎度、釀造時間進行優化。正交實驗的因素水平設置如表1所示。

表1 花椒酒釀造的正交實驗因素與水平

1.2.4 分析方法

1.2.4.1 檸檬烯、芳樟醇定量檢測 采用氣相色譜法[11]。色譜柱:Rtx-1石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:60 ℃,保持1 min,以4 ℃/min升溫至120 ℃,保持5 min,然后以5 ℃/min升溫至160 ℃,保持2 min;載氣(N2)流速1 mL/min,分流比為5∶1,進樣口溫度為230 ℃,檢測器:FID檢測器,250 ℃;氫氣流速:30 mL/min,空氣流速:400 mL/min;直接進樣,進樣量1 μL。

1.2.4.2 花椒酒成分分析 采用氣相色譜-質譜法(GC-MS)[12-14],色譜柱:Rtx-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升溫,柱溫60 ℃,保持1 min,以8 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,再以8 ℃/min升至230 ℃,保持10 min;載氣(He),柱流量1.00 mL/min,進樣口溫度250 ℃,分流比15∶1,接口溫度280 ℃,溶劑延遲時間5 min;用固相微萃取自動進樣器萃取樣品后直接進樣。

質譜條件:EI電子源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,掃描范圍35～450 m/z。

定性及定量分析:獲取的質譜數據是經標準圖庫NIST08和NIST05檢索,同時結合相關文獻采取人工譜圖解析,確定花椒酒的各個化學成分,采用峰面積歸一化法進行定量分析,分別求得各化學成分在花椒酒中的相對百分含量。

1.2.5 感官評定 參照文獻[15],根據花椒酒的特點,感官評定指標設定如表2所示。感官評定由10名具有品評經驗的人員組成,各自獨立按照色、香、味、格分別評分,最后取加權平均,得樣品的最終感官評分。

表2 花椒酒感官評價標準

1.3 數據處理

實驗數據均為三次實驗數據的平均值,采用Origin 8.5軟件作圖,SPSS 19.0軟件作方差分析。

2 結果與分析

2.1 花椒品種對花椒酒質量的影響

由表3可知,雖然紅花椒與青花椒的關鍵風味化合物種類相同,但各自的含量不同而致紅花椒、青花椒呈現不同的風味特點,例如青花椒中月桂烯、檜烯含量較高[16-17]。由表3可知,紅花椒酒中檸檬烯、芳樟醇含量均高于青花椒酒,其感官評分高于青花椒酒,因此,選擇用紅花椒來釀造花椒酒。

表3 花椒品種對花椒酒酒質的影響

2.2 花椒酒發酵條件篩選

2.2.1 花椒用量對花椒酒質量的影響 由圖1可知,隨著花椒用量的增加,花椒酒中的檸檬烯和芳樟醇含量逐漸增加,花椒酒的感官評分也逐漸增加,當花椒用量0.4%時花椒酒的感官評分最高,此時酒中檸檬烯和芳樟醇的含量分別為42.3 mg/L和31.7 mg/L,之后盡管檸檬烯和芳樟醇含量繼續增加,但感官評分逐漸降低,這是由于當花椒用量大于0.4%時,花椒酒中過多的檸檬烯和芳樟醇等掩蓋了白酒香味,使得白酒的香味協調性變差,同時由于較多的麻味物質進入花椒酒中導致花椒酒的麻味過重。因此,確定適宜的花椒用量為0.4%。

圖1 花椒用量對花椒酒酒質的影響Fig.1 Effects of dosage on quality of Z. bungeanum liquor

2.2.2 花椒粉碎度對花椒酒質量的影響 隨著粉碎度的增加,接觸表面積增加,有利于花椒中檸檬烯、芳樟醇等有益揮發性風味物質的溶出而賦予花椒酒的典型風格,另一方面在花椒中有益揮發性風味物質溶出的同時,花椒的麻味物質也會較多溶出而影響花椒酒質量,同時溶出的揮發性風味物質如檸檬烯和芳樟醇等在發酵過程中被降解[18-19]也會弱化花椒酒的風格。由圖2可知,隨著花椒粉碎度的增加,花椒酒中的檸檬烯、芳樟醇含量和感官評分均呈先增加后降低的變化,粉碎度40目時所得花椒酒的感官評分最高,此時酒中檸檬烯和芳樟醇含量分別為45.3 mg/L和38.3 mg/L,之后感官評分、檸檬烯含量和芳樟醇含量均隨粉碎度增加而逐漸降低,因此確定花椒適宜的粒度為40目。

圖2 花椒粉碎度對花椒酒酒質的影響Fig.2 Effects of granularity on quality of Z. bungeanum liquor

圖3 釀造時間對花椒酒酒質的影響Fig.3 Effects of brewing time on quality of Z. bungeanum liquor

2.2.3 釀造時間對花椒酒質量的影響 由圖3可知,隨著釀造時間的增加,花椒酒的感官評分和其中的檸檬烯、芳樟醇含量均呈先增后降的變化趨勢,釀造時間為9 d時,感官評分最高,此時花椒酒中檸檬烯和芳樟醇含量分別為44.8 mg/L和36.6 mg/L,之后感官評分、檸檬烯含量、芳樟醇含量則均隨時間逐漸下降,因此確定適宜的發酵時間為9 d。

2.3 花椒酒釀造的正交實驗

正交實驗結果與方差分析如表4、表5所示。

表4 花椒酒釀造正交實驗結果與分析

表5 方差分析結果

注:F0.05(2,6)=5.14,F0.01(2,6)=10.92,**表示影響高度顯著。

表6 花椒酒的GC-MS結果

由表4、表5可知,影響花椒酒釀造的因素主次順序為:花椒用量>釀造時間>花椒粉碎度,其中花椒用量對花椒酒感官評價有顯著影響,最佳工藝條件為A2B3C2,即花椒用量為0.4%、花椒粉碎度為60目、釀造時間為9 d。此條件下所得花椒酒的感官評分為90分,高于正交實驗中評分最高的組合,此時花椒酒中檸檬烯和芳樟醇的含量分別為45.4 mg/L和39.8 mg/L。

對比圖1、圖2、圖3和正交實驗的實驗結果可以發現,盡管檸檬烯、芳樟醇含量與花椒酒質量有密切關系,但在一定濃度范圍內其對花椒酒質量的影響是有限的,因此花椒中還有其它風味物質在賦予花椒酒特有風格。

2.4 花椒酒化學成分分析

將優化條件下所得的花椒酒通過GC-MS進行分析,實驗結果如圖4和表6所示。由表6可知,從花椒酒中共鑒定出21種化合物,占總量的84.56%,其中相對含量大于1%的化合物17種,占總量的83.02%;相對含量小于1%的化合物4種,占總量的1.54%。21種化合物中,由高粱原料經微生物發酵而得的化合物有乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、異丁醇、異丙醇、異戊醇、乙縮醛共8種,來源于花椒原料的化合物共有檸檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、萜品醇、桉葉油醇、α-松油醇等13種,少于文獻[16]報道的化合物種類,具體原因還有待深入研究。從花椒酒中鑒定出21種化合物的結果可表明，構成花椒酒特有的香、味、格是由來源于花椒原料的檸檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉葉油醇、α-松油醇等，與來源于高粱原料經微生物發酵而得的乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、異丁醇、異丙醇、異戊醇、乙縮醛等共同構成。

圖4 花椒酒的總離子流圖Fig.4 Total icon current chart of Z. bungeanum liquor

3 結論

紅花椒適于花椒酒釀造,釀造過程中各因素對花椒酒品質影響的主次關系為:花椒用量>釀造時間>花椒粉碎度,花椒用量對花椒酒質量具有顯著影響,最佳工藝參數為:花椒用量0.4%、花椒粉碎度60目、釀造時間9 d。此條件下所得花椒酒中的感官評分為90分,其中檸檬烯和芳樟醇的含量分別為45.4 mg/L和39.8 mg/L。

從花椒酒中定性了21種風味成分,來源于花椒原料的檸檬烯、芳樟醇、月桂烯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、桉葉油醇、α-松油醇等與來源于高粱原料經微生物發酵所得的乙醇、正丙醇、叔丁醇、乙酸乙酯、異丁醇、異戊醇、乙縮醛等共同賦予了花椒酒特有的香味、口感和風格。

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Research of solid fermentation technology ofZanthoxylumbungeanumliquor

DONG Si-yang,YUAN Yong-jun*,ZHANG Qi,WANG Yan-li, CHEN Hai-feng,DOU Jian-wei,CHENG Xiao-xue

(School of Food and Bioengineering of Xihua University,Chengdu 610039,China)

The content of limonene and linalool,sensory evaluation as indexes,the brew technology ofZanthoxylumbungeanumliquor by solid fermentation was researched and the orthogonal test was designed to optimize the brew technology. The flavor compounds ofZ.bungeanumliquor were further analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). The results indicated that redZ.bungeanumwas suitable for brewingZ.bungeanumliquor,the optimum process conditions wereZ.bungeanumcontent 0.4%,particle size 60-mesh,brewage time 9 days. Under the optimum condition,limonene was 45.4 mg/L,linalool was 39.8 mg/L in theZ.bungeanumliquor,sensory evaluation was 90.Zanthoxylumbungeanumcontributed to limonene,linalool,linalyl acetate,(-)-4-terpineol,cineole,etc and ethanol,1-propanol,tert-butanol,ethyl acetate,2-methyl-1-propanol,acetal,etc were fermented by microorganism. These compounds constituted typical flavor ofZ.bungeanumliquor.

Zanthoxylumbungeanumliquor;solid fermentation;limonene;linalool;flavor compounds

2016-04-11

董思楊(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：食品發酵理論及技術，E-mail：nickdxg@163.com。

*通訊作者:袁永俊(1967-)，男，教授，主要從事食品生物技術及發酵工程方面的研究，E-mail：yyja9791@sina.com。

西華大學研究生創新基金(ycjj2015144)。

TS261.4

A

1002-0306(2016)22-0240-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.038