黑米酒釀造工藝優(yōu)化研究

張文，廖靜，徐梓焓

（西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng)621010）

黑米別名紫米，血米，自古以來就有“貢米”、“世界米中之王”之美稱，營(yíng)養(yǎng)豐富，具備極高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值。其中，蛋白質(zhì)的含量比一般大米含量高出20%以上，特別是8 種必需氨基酸含量，比常見谷類食物高出25%以上[1]。然而，盡管擁有如此多的先天優(yōu)勢(shì)，黑米酒所占市場(chǎng)份額卻較小，銷售量較低，市場(chǎng)份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如烈酒和啤酒行業(yè)[2-3]。

隨著最近這幾年國(guó)家政策的調(diào)整、消費(fèi)者的變化再加上本身的不斷努力，黑米酒市場(chǎng)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景[4-6]。消費(fèi)人口增多且年輕化，同時(shí)隨著消費(fèi)者的生活水平不斷提高，身體的健康和生活的質(zhì)量成為人們首要看重的事情，黑米酒作為一種擁有超高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值的低度酒，即將成為人們?nèi)粘ｏ嬀频淖罴堰x擇之一。

盡管目前的黑米酒占有市場(chǎng)比例較小，但前景廣闊，發(fā)展空間巨大。因此，本研究以黑米酒為研究對(duì)象，以酒精度、總糖度、氨基酸態(tài)氮含量和感官評(píng)價(jià)為多評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究蒸煮時(shí)間、酒曲添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響，并通過正交試驗(yàn)和綜合平衡法得出最優(yōu)黑米酒制作工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑米：當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；甜酒曲：安琪酵母股份有限公司；氫氧化鈉、甲醛、95%乙醇：均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀：均為分析純，成都金山化學(xué)試劑有限公司。其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

MS205DU 電子天平：瑞士 Mettler-Toledo 公司；雷磁phs-3c 臺(tái)式酸度計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；HC-01 手持糖度計(jì)：杭州三永德儀器儀表有限公司；IH16E8-210 電磁爐：浙江蘇泊爾股份有限公司；DZTW 300W 調(diào)溫電加熱套：力辰科技有限公司；BLUE PARD 生化培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

揀選→淘洗→浸泡→蒸飯→冷卻→拌曲→糖化→加水→發(fā)酵→過濾→澄清→灌裝→成品。

揀選與淘洗：精選優(yōu)質(zhì)黑米，去除其中的雜質(zhì)、碎米和塵土顆粒，將黑米淘洗2 次～3 次。

浸泡：用40 ℃的水浸泡黑米，同時(shí)液位高于米面10 cm，浸泡48 h，收集浸泡水。收集浸泡水的目的是在蒸飯、凉飯和拌曲加水等工序時(shí)加入一定量的澄清浸泡水可補(bǔ)回部分黑色素，增加黑米酒的保健功能。

蒸飯：把浸泡瀝干后的黑米進(jìn)行蒸煮30 min～40 min。

冷卻：將置涼的凈化浸泡水或者涼白開從黑米飯上面淋下，使飯溫冷卻為28 ℃～30 ℃。淋米操作要迅速，不可將米飯暴露于空氣中太長(zhǎng)時(shí)間，避免雜菌污染[7]。

拌曲、糖化：在已冷卻好的米飯中加入試驗(yàn)設(shè)計(jì)所需量的甜酒曲，充分拌勻，在裝入已滅菌的容器中，30 ℃恒溫條件下糖化48 h。

加水：糖化后，用已滅菌的量筒向玻璃瓶中加入黑米重1.5 倍的蒸餾水。

發(fā)酵：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)將分裝的黑米酒置于不同的溫度條件下放置發(fā)酵不同的時(shí)間。

灌裝：用已滅菌的4 層紗布將成品壓榨過濾，靜置一段時(shí)間使濾液澄清，灌裝入已滅菌的玻璃瓶中，再用保鮮膜密封住瓶口。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

以酒精度、總糖和氨基酸態(tài)氮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別選擇蒸煮時(shí)間、酒曲添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。研究不同的蒸煮時(shí)間（29、32、35、38、41 min）、酒曲添加量（0.6 %、0.8 %、1.0%、1.2%、1.4%）、發(fā)酵時(shí)間（36、48、60、72、84 h）和發(fā)酵溫度（26、28、30、32、34 ℃）對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響。

1.2.3 工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的試驗(yàn)因素和水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。以酒精度、總糖度、氨基酸態(tài)氮含量以及感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)為指標(biāo)，通過極差分析法和綜合平衡法來分析所得數(shù)據(jù)，從而確定黑米酒釀造的最佳工藝參數(shù)[8-10]。本研究選擇酒曲添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間為研究因素，按照L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 正交試驗(yàn)因素及水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.2.4 黑米酒理化指標(biāo)檢測(cè)

對(duì)選取的各理化指標(biāo)檢測(cè)按照下列選取的方法進(jìn)行測(cè)定。酒精度的測(cè)定：GB 5009.225-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》中的酒精計(jì)法；總糖的測(cè)定：手持糖度計(jì)；氨基酸態(tài)氮測(cè)定：酸度計(jì)電位滴定法[11]。

1.2.5 黑米酒的感官評(píng)定

參考許明明等[12]和魏永義等[13]方法，評(píng)定小組由12 名成員組成，分別對(duì)黑米酒的外觀、香氣、口感三方面按照GB/T 13662-2018《黃酒》中的清爽型黃酒感官評(píng)價(jià)的要求和感官檢查的要求進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 黑米酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Standards for black rice wine sensory evaluation

續(xù)表2 黑米酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表Continue table 2 Standards for black rice wine sensory evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

蒸煮時(shí)間對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響如圖1 所示。

圖1 蒸煮時(shí)間對(duì)黑米酒檢測(cè)指標(biāo)的影響Fig.1 Effect of steam time on detection indices of black rice wine

當(dāng)蒸煮時(shí)間較少時(shí)，酒樣的總糖度、酒精度和氨基酸態(tài)氮含量都較低。這是因?yàn)檎糁髸r(shí)間短，黑米未熟透，糊化不徹底，從而導(dǎo)致糖化發(fā)酵比較困難，進(jìn)程緩慢，各指標(biāo)含量較低。隨著蒸煮時(shí)間的增加，米飯逐漸熟透，酒曲中的微生物可充分作用于糖類及其降解物，使得酒樣糖度、酒精度和氨基酸態(tài)氮含量隨之增加[14]。當(dāng)蒸煮時(shí)間超過32 min 時(shí)，黑米酒樣各指標(biāo)隨蒸煮時(shí)間的增加變化不大，說明蒸煮時(shí)間在32 min～40 min 內(nèi)，黑米酒品質(zhì)變化較小。

酒曲添加量對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響如圖2 所示。

圖2 酒曲添加量對(duì)黑米酒檢測(cè)指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of yeast addition on detection indices of black rice wine

當(dāng)酒曲添加量為0.6%時(shí)，黑米酒樣中的總糖度、酒精度以及氨基酸態(tài)氮測(cè)量值都較低，此時(shí)的黑米酒甜度和酒味欠佳。這是由于當(dāng)酒曲添加量過少時(shí)，微生物含量較少，糖化發(fā)酵遲緩甚至困難。微生物活動(dòng)性低，使得酒樣發(fā)酵體系溫度偏低，酒樣在發(fā)酵過程中容易感染雜菌，使米酒中混有怪味。隨著酒曲的投入量增加，酒樣中的總糖度、氨基酸態(tài)氮和酒精度值隨之增加，投曲量達(dá)到1%時(shí)，各指標(biāo)達(dá)到最高。當(dāng)投曲量超過1%時(shí)，隨著投曲量增加，酒樣各指標(biāo)測(cè)值隨之下降，黑米酒入口有苦澀感，口感明顯變?cè)恪＿@是因?yàn)楫?dāng)酒曲添加量過大時(shí)，酵母菌大量繁殖消耗掉大部分的發(fā)酵性糖，酒精發(fā)酵進(jìn)程變緩，發(fā)酵體系升溫迅速?gòu)亩テ胶狻Ｔ诎l(fā)酵后期，大量酵母菌自溶產(chǎn)生酪醇，黑米酒酸度增加，苦澀味加重，刺激感強(qiáng)烈。因此，1%為較優(yōu)酒曲添加量。

發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響如圖3 所示。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑米酒檢測(cè)指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of fermentation time on detection indices of black rice wine

當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為36 h 時(shí)，酒樣中的糖度為最大值，酒精度與氨基酸態(tài)氮為最小值。隨著發(fā)酵時(shí)間增加，總糖度逐漸下降，而酒精度和氨基酸態(tài)氮含量逐漸上升。這是因?yàn)椋?dāng)發(fā)酵時(shí)間少時(shí)，酒樣正處于發(fā)酵前期，酒曲中的酵母正處于生長(zhǎng)繁殖階段，發(fā)酵作用不徹底，發(fā)酵液中仍含有較高糖量。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，作為供給酵母菌生長(zhǎng)繁殖的能量和發(fā)酵原料的糖不斷消耗而含量逐漸下降，酒精度和氨基酸態(tài)氮含量不斷上升。在發(fā)酵過程中部分乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜幔鞍踪|(zhì)在蛋白酶作用下被降解為多肽及氨基酸，使得酒樣酸度逐漸升高[15]，酒味刺激性變大，黑米酒口感下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定72 h 為較優(yōu)發(fā)酵時(shí)間。

發(fā)酵溫度對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響如圖4 所示。

圖4 發(fā)酵溫度對(duì)黑米酒檢測(cè)指標(biāo)的影響曲線Fig.4 Effect of fermentation temperature on detection indices of black rice wine

當(dāng)黑米酒的發(fā)酵溫度為26 ℃時(shí)，酒樣中各項(xiàng)指標(biāo)都偏低。這是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，酶活性較低，酵母菌生長(zhǎng)繁殖緩慢，最終導(dǎo)致發(fā)酵不充分[16]。此時(shí)的黑米酒寡淡無味，口感不好。當(dāng)發(fā)酵溫度為28 ℃時(shí)，溫度的升高使得糖化速度和酵母菌的生長(zhǎng)繁殖速度加快，微生物代謝旺盛，發(fā)酵效率升高，使得酒樣中總糖度、氨基酸態(tài)氮和酒精度值明顯上升。當(dāng)發(fā)酵溫度為30 ℃時(shí)，酒精度、氨基酸態(tài)氮含量達(dá)到最高，而總糖含量開始下降，說明此時(shí)酒曲中的酵母菌利用糖進(jìn)行代謝發(fā)酵效率最高。然而當(dāng)發(fā)酵溫度大30 ℃并隨著溫度的升高，總糖、酒精度和氨基酸態(tài)氮含量持續(xù)下降。這是因?yàn)闇囟冗^高，微生物生長(zhǎng)繁殖過于旺盛，不僅造成酵母菌早衰，還易使雜菌生長(zhǎng)，酒樣酸敗[17-18]。當(dāng)溫度升高到發(fā)酵的臨界溫度附近時(shí)，菌體的生長(zhǎng)與代謝受到抑制，酵母菌生存困難，出現(xiàn)衰亡現(xiàn)象，使得發(fā)酵產(chǎn)酒階段難以進(jìn)行，酒精度大幅下降，余糖開始堆積，導(dǎo)致總糖的下降變緩，酒樣口感拙劣。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定較優(yōu)發(fā)酵溫度為30 ℃。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

單因素方差分析表明發(fā)酵時(shí)間、酒曲添加量和發(fā)酵溫度對(duì)黑米酒品質(zhì)影響顯著，因此選擇此3 個(gè)因素，按照L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)及結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results

從表3 中得出，對(duì)于各個(gè)檢測(cè)指標(biāo)得出的最佳方案各不相同，所以需要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行極差分析和綜合平衡來確定最佳方案。由極差分析可得對(duì)總糖度、氨基酸態(tài)氮、酒精度和感官評(píng)價(jià)的最優(yōu)工藝組合分別為A1C1B1、A2B2C2、A3B2C3和 A3B3C3。不同檢測(cè)指標(biāo)所選擇的最優(yōu)方案各不相同，選擇綜合平衡法對(duì)各指標(biāo)所得的最優(yōu)組合通過各因素的主次順序、水平優(yōu)劣進(jìn)行綜合平衡，從而確定整體的最優(yōu)方案。

因素A 在總糖度中是最主要的因素，在感官評(píng)價(jià)和酒精度這兩個(gè)指標(biāo)中是最次要因素，因此根據(jù)總糖度確定最優(yōu)水平。在總糖度指標(biāo)中，第一水平為最佳，因此選取A1為最佳水平，即酒曲添加量0.8%。因素B在酒精度和感官評(píng)價(jià)這兩個(gè)指標(biāo)中是第二主要的因素，分別選取的B2、B3，在總糖度和氨基酸態(tài)氮這兩個(gè)指標(biāo)中是次要因素，分別選取的是B1、B2。對(duì)于感官評(píng)價(jià)指標(biāo)來說，B3、B2影響程度接近，所以根據(jù)多數(shù)傾向，選取B2為最佳水平，即發(fā)酵溫度30 ℃。因素C 在氨基酸態(tài)氮、酒精度和感官評(píng)價(jià)3 個(gè)指標(biāo)中是最主要的因素，分別選取的C2、C3、C3。對(duì)于氨基酸態(tài)氮指標(biāo)來說，C2、C3影響程度接近，因此綜合分析可得選取C3為最佳水平，即發(fā)酵時(shí)間為84 h。綜上所述，黑米酒釀造工藝最優(yōu)方案為A1B2C3，即酒曲添加量為0.8%、發(fā)酵的溫度為30 ℃、發(fā)酵的時(shí)間為84 h。

2.3 最優(yōu)工藝的驗(yàn)證及相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)

按照正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，此時(shí)黑米酒感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)為93 分，具有獨(dú)特的黑米米香和酒香；其色鮮紅均勻，富有光澤；酒體協(xié)調(diào)且余味綿長(zhǎng)。檢測(cè)得到理化指標(biāo)如表4 所示，黑米酒各理化指標(biāo)符合GB/T 13662-2018《黃酒》中清爽型干黃酒理化要求。

表4 黑米酒理化指標(biāo)Table 4 Physicochemical indexes of black rice wine

3 結(jié)論

本研究探明了蒸煮時(shí)間、酒曲添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間4 個(gè)因素對(duì)黑米酒品質(zhì)的影響并進(jìn)行了工藝組合優(yōu)化。研究結(jié)果表明：酒曲添加量主要影響黑米酒的總糖含量，對(duì)氨基酸態(tài)氮含量也具有一定影響；發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑米酒的氨基酸態(tài)氮、酒精度含量影響最大；發(fā)酵溫度對(duì)黑米酒的糖度、酒精度、氨基酸態(tài)氮和感官品評(píng)都有一定影響。通過正交試驗(yàn)得到黑米酒釀造工藝優(yōu)化最佳方案為酒曲添加量0.8%、發(fā)酵的為溫度30 ℃和發(fā)酵的時(shí)間為84 h。在此釀造條件下釀造的黑米酒各檢測(cè)值較優(yōu)，感官評(píng)價(jià)最好。此時(shí)的黑米酒呈現(xiàn)的紫紅色均勻，散發(fā)的酒香中帶有黑米特有的米香，甜度與酒精度協(xié)調(diào)，入口清醇綿長(zhǎng)，有良好的后勁。