杜康酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃水料酒的制備及成分分析

李晨晨，古紹彬，吳影，趙麗娜，馬金亮

(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471000)

黃水又名黃漿水,是固態(tài)發(fā)酵法白酒生產(chǎn)過程中主要的副產(chǎn)物之一,含有大量的含氮化合物、還原糖及醇類、醛類、酸類、酯類等香味物質(zhì),同時黃水的pH值為3.0～3.5,CODcr 為25 000～40 000 mg/L,BOD值為25 000～40 000 mg/L,遠遠超過國家允許的排放標準,直接排放將導(dǎo)致嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。

傳統(tǒng)研究中對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的黃水通常拌糟回窯進行再次發(fā)酵或加拌優(yōu)質(zhì)黃泥進行養(yǎng)窖護窖;或加入到蒸酒所用的鍋底水中進行串蒸，生產(chǎn)“丟糟黃水酒”[1-3],造成黃水的利用率不高,對于釀酒過程中副產(chǎn)物的相關(guān)綜合利用研究報道較少。自20世紀90年代,研究者們開始聚焦于白酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃漿水中的有機酸，將其酯化為酯類物質(zhì)，酯化液用于串蒸能更好地提高白酒的品質(zhì)[4]。近年來,對于黃漿水的利用多為新產(chǎn)品的開發(fā)方面,張立強等[5]用食用酒精和黃漿水,采用液態(tài)發(fā)酵法釀制白醋;吳亞楠等[6]采用生物轉(zhuǎn)化、多菌種協(xié)同發(fā)酵等手段制取黃漿水醋飲;文獻[7]以黃水為培養(yǎng)基生產(chǎn)細菌纖維素等。本研究利用先酯化提香后蒸餾制備調(diào)香液,并將蒸餾剩余物進行科學(xué)降酸、調(diào)配制得富含氨基酸和香味物質(zhì)的新型料酒,為釀造工藝的優(yōu)化及副產(chǎn)物的綜合利用奠定了重要基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與主要試劑

黃水:洛陽杜康控股有限公司汝陽生產(chǎn)基地;酯化紅曲霉:武漢佳成生物制品有限公司;氫氧化鈉標準溶液：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；磺基水楊酸(10%)：上海源葉生物科技有限公司;香辛料(香葉、草果、陳皮、花椒、丁香)、鮮姜、魚肉、料酒和小蔥:洛陽大張超市。

1.2 儀器與設(shè)備

PH400 pH 計 安萊立思儀器科技(上海)有限公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;TGL-16M高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司;K9840自動凱氏定氮儀 山東歐萊德儀器有限公司;A300全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾公司;TSQ9000氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀 賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 理化組分含量的測定

總氮含量的測定：凱氏定氮法[8];總酸含量的測定:NaOH 滴定法;pH值的測定:pH 計法;可溶性固形物含量的測定:手持糖度計法[9]。

1.3.2 氨基酸的測定

采用磺基水楊酸法對黃水中游離氨基酸進行樣品處理:將樣品經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾后于試管中按照樣品和磺基水楊酸(10%)的比例為4∶1混合均勻,置于冰箱中2～8 ℃冷藏60 min,冷藏后以轉(zhuǎn)速10 000 r/min離心10 min,取離心后的上清液再以轉(zhuǎn)速12 000 r/min離心5 min,將上清液用樣品稀釋液稀釋5倍,將稀釋好的待測液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后進行上機分析[10-12]。

1.3.3 主要香味物質(zhì)的測定

采用頂空氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HS-GC-MS),頂空進樣:加熱溫度60 ℃,六通閥溫度85 ℃,傳輸線溫度110 ℃,間隔1 min,平衡 20 min,加壓 0.2 min,排空0.2 min,進樣0.5 min,反吹0.2 min;色譜柱:AT.LZP-930白酒分析專用柱(30 m×0.32 mm, 0.1 μm),進樣口溫度250 ℃,恒流2 mL/min,吹掃流量3 mL/min,分流流量4 mL/min,分流比10∶1;升溫程序:初始溫度35 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升到100 ℃,以5 ℃/min升到150 ℃,再以10 ℃/min升到200 ℃,保持5 min。MS條件:MS傳輸線溫度230 ℃,離子源溫度280 ℃[13-15]。

1.3.4 酯化反應(yīng)

取靜置24 h的黃水上清液150 mL于錐形瓶中,加入酯化紅曲霉在搖床上進行酯化反應(yīng)。通過正交實驗確定酯化時間、酯化溫度和酯化酶用量分別是120 h、26 ℃和4%。

1.3.5 蒸餾

將酯化液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進行蒸餾,蒸餾液用于調(diào)配蒸餾酒,剩余蒸餾母液用于調(diào)味品的制作。以蒸餾母液的酒精濃度達到12%為標準進而確定蒸餾條件是80 ℃蒸餾14 min。

1.3.6 香辛料水提液的制備

香辛料(香葉、草果、陳皮、花椒、丁香)各取5 g于100 mL蒸餾水中,在60 ℃條件下水浴60 min浸提香味物質(zhì),然后加入新鮮蔥汁、姜汁各5 mL。

1.3.7 料酒制備

不同澄清劑(殼聚糖、硅藻土、明膠、PVP(聚乙烯吡咯烷酮))和果膠酶分別稱量5,5,4,2,1 g溶于100 mL蒸餾母液中,統(tǒng)一處理后以吸光度為檢測標準;添加碳酸鈣進行降酸處理和添加香辛料水提液進行配制料酒。

1.3.8 感官評定

感官評定標準見表1。

表1 黃水料酒感官評定指標Table 1 The sensory evaluation indexes of yellow serofluid cooking wine

除腥實驗:取被檢肉樣20 g,用玻璃棒搗碎,加入70 mL水,移入三角瓶中,加入20%的三氯乙酸10 mL,振搖、沉淀蛋白后再進行過濾,過濾后的濾液即可供測定用,參考高玲等[16]和許龍福等[17]測定三甲胺的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜康酒發(fā)酵黃漿水理化成分分析和主要風(fēng)味化合物

表2 黃水的理化特征Table 2 The physicochemical properties of yellow serofluid

由表2可知，不同產(chǎn)地、不同香型、不同酒廠所產(chǎn)生的黃漿水理化成分差異極大,經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn),杜康酒發(fā)酵完成的黃水pH 為3.61,符合濃香型白酒黃水的一般特性。可溶性固形物含量較高,達到了12.1 g/dL,是造成黃水液體不清澈的原因,淀粉和還原糖含量分別達到了1.7%和1.5%,使黃水呈現(xiàn)一定的黏稠性,酒精濃度較高為制備料酒提供了良好的基礎(chǔ)。

表3 黃水中主要氨基酸及含量Table 3 The main amino acids and their content in yellow serofluid

氨基酸是人體必需的元素之一,由表3可知,杜康酒發(fā)酵完成時黃水中主要游離氨基酸有23種,人體必需氨基酸6種,其中纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸的含量分別達到212.14,146.64,231.81 mg/L,為制備富含氨基酸的新型料酒提供了基礎(chǔ)。

表4 黃水中主要香味物質(zhì)及含量Table 4 The main aromatic substances and their content in yellow serofluid

由表4可知,酯類物質(zhì)是黃水中的主要呈香物質(zhì),杜康酒發(fā)酵副產(chǎn)物黃水中有7種主要酯類呈香物質(zhì),其中乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯的含量分別為7.87,4.89,39.02 mg/dL,表明黃水中呈香物質(zhì)含量較高,回收利用價值較高。

2.2 黃水的酯化與蒸餾

在1.3.4條件下酯化的黃水酯化液與原黃水的主要香味物質(zhì)含量總和見圖1。

圖1 黃水酯化前后主要香味物質(zhì)Fig.1 The main aromatic substances before and after esterification of yellow serofluid

由圖1可知,酯化前主要香味物質(zhì)含量為82.09 mg/dL,酯化后主要香味物質(zhì)含量為112.73 mg/dL,較酯化前每升增加了3.064 g,相對提高了37.32%。由表4可知,黃水主要香味物質(zhì)種類和含量均較高,可進行前期處理后再進行料酒制備,以蒸餾溫度80 ℃蒸餾10 min的方式對酯化后的黃水進行主要香味物質(zhì)的提取。提取部分香味物質(zhì)作為白酒調(diào)香液,酯化后產(chǎn)物經(jīng)蒸餾每升回收得到84.15 g調(diào)香液。

2.3 黃水料酒的制備及主要特征

2.3.1 料酒制備前的澄清與降酸

2.3.1.1 黃水的澄清

由于蒸餾剩余物含有大量氨基酸,還有可溶性固形物等,因此制備料酒前必須采用添加澄清劑的方法進行處理來降低黃水的黏度,以除去其中的可溶性固形物等,使黃水獲得良好的品質(zhì)。本研究使用殼聚糖和硅藻土等5種不同的澄清劑對蒸餾剩余物進行澄清。

圖2 5種不同澄清劑對蒸餾剩余物的澄清效果Fig.2 The clarification effect of five different clarifying agents on residues after distillation

由圖2可知,殼聚糖、硅藻土和果膠酶對蒸餾剩余物的澄清作用較好,為便于工業(yè)生產(chǎn),選擇殼聚糖和硅藻土2種澄清劑合并優(yōu)化,結(jié)果見圖3。

圖3 不同澄清劑比例對蒸餾剩余物的澄清效果Fig.3 The clarification effect of different clarifying agent ratios on residues after distillation

由圖3可知,當(dāng)殼聚糖與硅藻土的添加比例為4∶1時蒸餾剩余物的吸光度最低,液體清澈透明。

2.3.1.2 黃水的降酸

蒸餾剩余物總酸濃度高達24 g/L,根據(jù)SB/T10416-2007《調(diào)味料酒》的要求,遠高于行業(yè)推薦標準。因此,必須采用合適的降酸工藝,目前化學(xué)降酸是果酒降酸的主要方法之一,其中碳酸鈣降酸是最常用的方法,而且產(chǎn)生的有機酸鈣還可作為營養(yǎng)強化劑被人體吸收利用。該實驗采用添加不同濃度的碳酸鈣對蒸餾剩余物進行處理，結(jié)果見圖4。

圖4 不同碳酸鈣添加量的降酸效果Fig.4 The acid reduction effect of different addition amounts of calcium carbonate

由圖4可知,碳酸鈣的添加量為0.4 g/dL時蒸餾剩余物的總酸濃度為4.6 g/L,符合SB/T 10416-2007《調(diào)味料酒》的要求。

2.3.2 料酒的制備及主要特征

對降酸后的蒸餾剩余物添加香辛料水提液等進行調(diào)配，制備料酒,正交實驗設(shè)計見表5,對料酒的添加指標進行優(yōu)化,結(jié)果見表6。

表5 不同香辛料添加量因素水平Table 5 Factors and levels of different addition amounts of spices

表6 不同香辛料添加量對料酒的影響Table 6 The effect of different addition amounts of spices on cooking wine

由表6可知,香辛料水提液的R值最大,表明該因素對指標的影響最大。感官影響因素依次為香辛料水提液> 食鹽>糖。最佳添加量為香辛料水提液5 mL/dL,食鹽0.3 g/dL,糖1 g/dL。

2.3.3 料酒除腥效果評價

除腥效果是評價料酒品質(zhì)的一個重要指標,魚類等動物性原料均有一種“腥臭味”,其主要成分是一種叫三甲胺的揮發(fā)性物質(zhì),本實驗以魚肉為原材料,市售料酒為對照進行除腥。

圖5 不同料酒的除腥效果Fig.5 The deodorization effect of different kinds of cooking wine注：A、B、C、D表示4種市售料酒：A-X花、B-X順、C-X和、D-X天。

由圖5可知,黃水料酒與市售料酒的除腥效果幾乎相當(dāng)，均表現(xiàn)出了較好的除腥效果。

3 結(jié)論

本研究在明確杜康酒黃漿水基本組成及理化特征的基礎(chǔ)上,通過酯化工藝進行提酯增香,并采用減壓蒸餾方式回收獲得可用于白酒調(diào)制的調(diào)香液;對于蒸餾剩余物,基于其組分特點,通過碳酸鈣化學(xué)降酸形式將其降低至料酒基本水平,然后通過添加由適量的香葉、草果、陳皮、花椒、丁香等組成的復(fù)合香辛料水提液,制備出除腥效果良好且富含纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸等氨基酸的料酒。該研究為黃水的高值化利用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。