紫薯糯米酒釀制工藝優化及其品質分析

吳海霞， 馬國剛

（ 運城學院 生命科學系 特色農產品加工山西省重點實驗室， 山西 運城 044000）

0 引言

紫薯（Ipomoea batatas Poir） 又名紫甘薯， 不僅富含淀粉， 還含有豐富的對人體具有保健功效的硒元素及花青素， 食用價值、 藥用價值較高， 是一種純天然保健食品[1-2]。 由于紫薯特殊的營養組成， 使其成為釀酒的絕佳原料來源之一[3-5]。 糯米富含淀粉，尤以支鏈淀粉含量為高， 是米酒釀制的主要原料，我國用優質糙糯米釀酒， 已有1 000 年以上的悠久歷史， 米酒也已成為農家的日常飲品， 有關糯米酒釀制的研究報道也有很多[6-8]。 紫薯糯米酒即是以紫薯和糯米為主要原料混合發酵而成的低度保健酒[9-11]，其顏色鮮艷、 酒精度低、 醇香可口， 可滿足消費者對酒類低度、 營養、 保健的需求， 也與當下人們日益普及的養生意識相契合。 目前， 以紫薯為主要原料 進 行 發 酵 工 藝 探 討[3，8]和 香 氣 成 分 分 析[9-10，12]的 相 關研究報道。 在探討紫薯糯米酒發酵工藝的基礎上，進一步對所得成品酒的品質進行分析， 為紫薯糯米酒的釀制及消費提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、 試劑與設備

原料： 紫薯， 濟薯18 號； 糯米（ 江米） ， 蘇北糧倉專營店提供。

酒曲1 號： 蘇州蜜蜂甜酒曲； 酒曲2 號： 四川大竹醪糟甜酒曲； 酒曲3 號： 安琪甜酒曲；

收稿日期： 2021-06-21

基金項目： 山西省高等學校科技創新項目（2019L0865） ； 運城學院院級科研項目（CY-2020030， CY-2018017） ； 山西省“ 1331” 工程重點學科項目（098-091704） ； 運城學院學科群學科研究項目（XK-2018001， XK-2019034） 。

作者簡介： 吳海霞（1980— ） ， 女， 博士， 副教授， 研究方向為雜糧食品開發及植物活性成分。

酵母1 號： 帝伯仕果酒專用酵母； 酵母2 號： 安琪果酒專用酵母； 酵母3 號： 拉曼德EC1118 酵母。

試劑： 硫酸銅、 亞甲基藍、 酒石酸鉀鈉、 氫氧化鈉、 亞鐵氰化鉀、 葡萄糖、 鹽酸、 無水乙醇、 二氯甲烷、 無水硫酸鈉等， 均為分析純。

儀器與設備： PHS-3C 型酸度計、 TDL6M 型低溫高速離心機、 SHP-250 型生化（ 恒溫） 培養箱、RE52CS 型旋轉蒸發儀、 Agilent7890-5975C GCMS5975C 型氣質聯用儀等。

1.2 紫薯糯米酒釀制工藝流程

1.3 單因素試驗

1.3.1 酒曲的篩選及添加量的確定

糯 米 經 糊 化 后， 分 別 添 加1、 2、 3 號 酒 曲1.25 g/100 g 干米， 于28 ℃恒溫箱中糖化48 h， 通過測定酒醪中還原糖的含量， 確定糖化用酒曲； 分別改變酒曲添加量為0.25%， 0.75%， 1.25%， 1.75%，2.25%， 確定合適的酒曲添加量。

1.3.2 米薯配比的確定

分別按米薯配比10∶3， 10∶4， 10∶5 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合， 添加0.03%的安琪果酒專用酵母， 同時按料液比1∶1 補充涼白開水， 于25 ℃下發酵6 d， 以酒精度及花色苷含量為指標確定米薯配比。

1.3.3 酵母的篩選及添加量的確定

按照米薯配比10∶4 將糯米糖化醪與紫薯糖化醪混合， 分別添加0.03%的1、 2、 3 號酵母， 同1.3.1 操作選擇發酵用酵母； 改變安琪果酒專用酵母添加量為0.01%， 0.02%， 0.03%， 0.04%， 0.05%， 同上操作確定合適的酵母添加量[11-12]。

1.3.4 發酵溫度及發酵時間的確定

向糖化醪中添加0.04%安琪果酒專用酵母， 分別于18， 21， 24， 27， 30 ℃下發酵6 d， 確定合適的發酵溫度； 同上， 添加酵母后于25 ℃下分別發酵4，5， 6， 7， 8 d， 確定發酵時間[11-12]。

1.4 響應面優化試驗設計

Box-behnken 試驗設計因素與水平設計見表1。

表1 Box-behnken 試驗設計因素與水平設計

1.5 紫薯糯米酒感官評定標準

感官評定標準[8]見表2。

表2 感官評定標準

1.6 紫薯糯米酒品質分析指標

分別測定成品酒的酒精度、 還原糖、 總酸、 花色苷等含量[13-14]， 并對其香氣成分進行分析。

香氣成分分析： 以二氯甲烷為萃取劑， 采用液-液萃取法提取香氣物質。 色譜條件： 非極性色譜柱（ HP-5MS） （ 30 m×0.25 mm×0.25 μm） 彈性石英毛細管柱； 溶劑延遲時間4 min， 程序升溫50 ℃，保持5 min， 以5 ℃/min 升至200 ℃， 保持15 min，再以10 ℃/min 升至250 ℃， 保持5 min； 進樣口250 ℃； 傳輸線250 ℃； 載氣為He， 流速1 mL/min；分流比為50∶1。 質譜條件： 電離方式EI， 70 eV；離子源溫度230 ℃， 質量掃描范圍50～550 AMU。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 酒曲的篩選及添加量的確定

酒曲的選擇見圖1， 酒曲添加量的確定見圖2。

由圖1 可知， 3 種酒曲在相同條件下糖化所得糖化醪中， 以1 號（ 蘇州蜜蜂牌甜酒曲） 所含的還原糖含量最高， 糖化效果最好， 其次為3 號（ 安琪甜酒曲） ， 而2 號（ 大竹柳百醪糟酒釀甜酒曲） 所得還原糖含量最低， 糖化較不徹底， 所以選用蘇州蜜蜂牌甜酒曲進行前期糖化。 由圖2 可知， 酒曲添加量為1.25%時， 還原糖含量最高， 為6.2 g/L， 同時感官評價表明酒曲添加量過多， 所得酒醪的苦澀味較為明顯。 因此， 選擇酒曲添加量1.25%進行后續試驗。

圖1 酒曲的選擇

圖2 酒曲添加量的確定

2.1.2 米薯混合配比的確定

米薯混合配比見圖3。

圖3 米薯混合配比

紫薯糯米酒最重要的特色之一就是其中含有一定量的花色苷， 增加了酒的保健功效。 紫薯中的花色苷主要為矢車菊色素-3- 葡萄糖和芍藥色素-3-葡萄糖， 其性質較不穩定， 在發酵過程中容易被破壞， 為保證成品中花色苷的含量及酒的品質， 紫薯添加量需要適宜。 試驗選擇10∶3， 10∶4， 10∶5米薯比進行發酵， 并通過測定酒液酒精度和花色苷含量， 選擇適宜的米薯比例。 由圖3 可知， 隨著紫薯占比增加， 酒精度略有降低， 花色苷含量持續上升， 同時結合感官評定， 發現米薯配比為10∶3 時，所得紫薯糯米酒色澤偏淡， 且缺少紫薯香氣。 因此，選擇米薯配比為10∶4 進行后續試驗。

2.1.3 酵母的篩選及添加量的確定

酵母種類的選擇見圖4， 酵母添加量的確定見圖5。

圖4 酵母種類的選擇

圖5 酵母添加量的確定

由圖4 可知， 在相同發酵條件下， 2 號酵母（ 安琪果酒專用酵母） 發酵所得米酒的酒精度為11.45%Vol， 較1 號酵母（ 帝伯仕果酒專用酵母） 和3 號酵母（拉曼德EC1118 酵母） 的發酵能力更強， 所以選用安琪果酒專用酵母作為試驗發酵劑。 同時， 對酵母添加量進行單因素試驗， 由圖5 可知， 隨著酵母添加量增加酒精度隨之升高， 增至0.04%以后趨于平緩， 結合感官評定， 酵母添加量過高酒會出現明顯的酵母味。 因此， 確定酵母添加量為0.04%進行后續試驗。

2.1.4 發酵溫度和發酵時間對酒精度的影響

發酵溫度對酒精度的影響見圖6， 發酵時間對酒精度的影響見圖7。

圖6 發酵溫度對酒精度的影響

溫度對酵母的活力影響較大， 分別于18， 21，24， 27， 30 ℃下進行同步發酵， 由圖6 可知， 在18 ℃下所制得的紫薯糯米酒的酒精度低于10%Vol， 24 ℃發酵所得紫薯糯米酒的酒精度最高， 為11.43%Vol，所以選擇24 ℃進行后續發酵試驗。 結合發酵時間試驗結果， 由圖7 可知， 在前述所選較佳的發酵條件下， 4～8 d 的發酵時間內， 發酵時間越長， 酒精度越高， 發酵6 d 以后變化趨勢減慢， 且發酵時間過長酒體略顯渾濁、 光澤較暗。

圖7 發酵時間對酒精度的影響

2.2 響應面優化試驗結果及分析

2.2.1 試驗結果

根據單因素試驗結果， 以感官評分為指標， 選擇對發酵酒品質影響較大的4 個因素即酒曲添加量、 發酵時間、 發酵溫度及米薯配比進行響應面優化試驗。

響應面試驗結果見表3。

2.2.2 數學建模及顯著性分析

利用軟件Design Expert.V8.0 對表3 數據進行分析， 得回歸方程： 感官評分=87.80-1.00A+0.50B+1.50C+1.17D+3.50AB+1.50AC+1.00AD-2.75BC+1.25BD+0.25CD-0.025A2-7.77B2-1.53C2-1.03D2， 相 關 系 數R2=0.743 2。

采用方差分析對回歸模型進行顯著性分析（ 表4） ， 可知此模型p 值=0.028 0＜0.050 0， 回型模型具有顯著性， 說明此模型能較好地擬合紫薯糯米酒的發酵工藝， 相關系數是0.743 2， 說明回歸方程可以較好地描述各個因子和響應值之間的關系。 失擬項p=0.194 5＞0.05， 表明此模型與實際試驗擬合較好[15]。

運用所得模型， 得到紫薯糯米酒釀制最優條件為酒曲添加量1.30%， 發酵時間7.18 d， 發酵溫度24.91 ℃， 米薯配比10∶4.9， 在此條件下， 模型預測所得紫薯糯米酒的感官評分為89.96 分。 結合實際情況， 將發酵條件調整為酒曲添加量1.30%， 米薯配比10∶5（ 即2∶1） ， 25 ℃下發酵7 d， 在此條件下進行驗證試驗， 所得紫薯糯米酒品質較好。

方差分析見表4。

表4 方差分析

2.3 紫薯糯米酒品質分析

2.3.1 組成成分測定結果

在最佳工藝條件下釀制紫薯糯米原酒， 并對其中的組成成分進行測定， 結果表明酒精度11.44%Vol， 還原糖含量3.7 g/L， 總酸含量6.0 g/L， 花色苷含量30.26 μg/mL， 其酒體澄清、 顏色紫紅， 適口性較好。

2.3.2 香氣成分的測定結果及呈香特性分析

根據GC-MS 分析， 得出紫薯糯米酒中各種香氣成分的相對含量。

紫薯糯米酒香氣成分分析見表5。

由表5 可知， 紫薯糯米酒中主要包含16 種香氣成分， 主要為脂肪醇、 脂肪酸、 芳香醇、 脂肪酮、烷烴類等， 其中含量較高的有丙三醇（ 56.01%） 、2,3- 丁 二 醇（ 12.02%） 、 苯 乙 醇（ 7.13%） 、 乙 酸（6.90%） 、 1,3- 丙二醇（3.62%） 、 4- 羥基-2- 丁酮（3.26%）、 3- 羥基-2- 丁酮（2.93%） 等。

表5 紫薯糯米酒香氣成分分析

所有香氣成分中， 醇類化合物是含量最大的一類物質， 占總成分84.44%， 其主要來源于氨基酸的轉化、 發酵及亞麻酸降解物的氧化[15-16]。 其中， 丙三醇相對含量最大， 其次是2,3- 丁二醇， 再次是苯乙醇。 苯乙醇的香味獨特， 具有玫瑰香、 紫羅蘭香、香料辛辣香、 茉莉香、 回芹香、 丁香味、 果味等多樣風味， 是構成紫薯糯米酒主要特征香氣的組分。酸類化合物占總成分的7.74%， 僅次于醇類化合物，其產生于脂質β - 氧化的降解脂肪酸合成酶的合成。 此次檢出的乙酸和新癸酸， 對紫薯糯米酒香氣的整體結構具有重要作用。 其中， 乙酸具有揮發酸味、 醋味、 干酪味、 墨水味、 油脂味等令人不愉快的風味[10]。 相對含量排在第3 位的為酮類化合物， 占總成分6.19%， 其中的3- 羥基-2- 丁酮具有強烈的奶油、 脂肪、 白脫樣香氣， 有令人愉快的奶香氣[15-16]，使得紫薯糯米酒的香氣更加飽和。 香氣成分中較為特殊的是二甘醇胺， 其相對含量為0.46%， 保留時間最長。 二甘醇胺是一種重要的溶劑和有機原料， 能溶于水， 能溶解芳烴和吸收酸性氣體， 主要被用作酸性氣體的吸收劑。

3 結論

以酒曲種類、 酒曲添加量、 酵母種類、 發酵溫度、 發酵時間和米薯比例進行紫薯糯米酒釀制單因素試驗， 并在此基礎上以感官評分為響應值， 以酒曲添加量、 發酵時間、 發酵溫度和米薯配比為影響因子， 進行響應面優化試驗并建立回歸模型， 獲得紫薯糯米酒釀制的最佳工藝條件。 經分析可知， 發酵溫度對紫薯糯米酒品質的影響最顯著， 米薯配比和酒曲添加量對紫薯糯米酒品質影響較顯著， 交互項中酒曲添加量和發酵時間的影響較顯著。 紫薯糯米酒最佳釀制條件為， 添加1.30%蘇州蜜蜂牌甜酒曲作為糖化劑進行糯米糖化， 米薯糖化醪2∶1 混合后， 添加0.04%安琪果酒專用酵母于25 ℃下發酵7 d 得成品酒。 在此釀制條件下所得紫薯糯米酒酒精度為11.44%Vol， 還原糖含量為3.7 g/L， 總酸含量為6.0 g/L， 花色苷含量為30.26 μg/mL。

紫薯糯米酒的香氣成分中相對含量最高的是醇類化合物， 占總成分的84.44%； 其次是酸類化合物和酮類化合物， 其中以丙三醇、 2,3- 丁二醇、 苯乙醇、 乙酸、 新癸酸和3- 羥基-2- 丁酮為主要香氣成分， 所得紫薯糯米酒酒體柔和、 顏色鮮亮， 且具有紫薯特有香味。