艾草對(duì)米酒品質(zhì)的影響研究和艾草米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

黃瑤雁,葉婉琳,林繼輝,唐 恩

(閩南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院,福建 南安 362332)

中國(guó)米酒采用發(fā)酵米工藝生產(chǎn),其因含豐富氨基酸及微量元素[1-2],酒精度低等特點(diǎn),成為中國(guó)最受歡迎的酒精飲料之一.適量飲用米酒可促進(jìn)血液循環(huán),提高免疫力和延長(zhǎng)壽命的作用[3-4].

隨著生活水平的提高,人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自身的營(yíng)養(yǎng)和健康,以及其對(duì)身體正常功能的影響意識(shí)亦日益增強(qiáng),這鼓勵(lì)食品制造商需研發(fā)安全且可促進(jìn)健康成分的產(chǎn)品.目前,市面上售賣的米酒種類比較單一,因此,越來(lái)越多的研究學(xué)者開(kāi)始研究獨(dú)特且營(yíng)養(yǎng)豐富的米酒[5-7],但目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于艾草米酒的研究鮮見(jiàn)報(bào)道.

艾草是一種非常重要的野生功能性植物,含倍半萜烯內(nèi)酯,木質(zhì)素和類黃酮等活性物質(zhì)[8-9],具有止血、去濕、消炎、抗過(guò)敏、抗菌、抗癌等作用[10-11],同時(shí)還有較強(qiáng)的抗氧化能力[12].艾草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值多樣化,既可食用也可藥用,是現(xiàn)今食品和醫(yī)藥工業(yè)研究的熱點(diǎn)之一.因此,試驗(yàn)在米酒發(fā)酵過(guò)程中添加艾草,分析艾草對(duì)米酒中的酒精度、總糖、氨基酸等影響,并采用響應(yīng)面法對(duì)艾草米酒生產(chǎn)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,得出艾草米酒的最佳生產(chǎn)工藝,為艾草米酒的生產(chǎn)制備提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

艾草、糯米(南安市康美鎮(zhèn)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng));甜酒曲(蘇州糧油食品有限公司);其它化學(xué)試劑為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

PB-10酸度計(jì)(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司);紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、高效液相色譜(美國(guó)安捷倫科技公司).

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 艾草米酒生產(chǎn)工藝

米酒制備工藝參見(jiàn)文獻(xiàn)[13],其工藝流程如圖1所示.

艾草提取液：用 200 g 艾草加至 1 000 mL 超凈水中煮沸,過(guò)濾后,根據(jù)需要制備成不同濃度的艾草提取液.

圖1 米酒制備工藝流程圖

用不同質(zhì)量濃度的艾草提取液(0.04、0.08、0.12、0.16和 0.20 g/mL)替代超凈水,制得艾草米酒(1)(2)(3)(4)(5).

1.3.2 單因素與響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn),初步確定艾草添加量 0.1 g/mL,酒曲添加量 2 g,發(fā)酵時(shí)間 40 h,發(fā)酵溫度 30 ℃.在此基礎(chǔ)上,改變不同艾草提取液配比(0.04、0.08、0.12、0.16和 0.20 g/mL);改變發(fā)酵時(shí)間(30、35、40、45和 50 h);改變酒曲添加量(1、1.5、2、2.5和 3 g)來(lái)探究米酒抗氧性.

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)來(lái)確定各個(gè)因素的顯著影響范圍,用艾草提取液添加量(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)、酒曲添加量(C)為考察因素,以米酒抗氧化評(píng)分為響應(yīng)值,根據(jù)表1設(shè)計(jì)出響應(yīng)面試驗(yàn).

表1 艾草米酒釀造工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表

1.3.3 測(cè)定方法

1) 理化指標(biāo)

pH的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[14]直接采用pH測(cè)定酒液.

酒精度參考《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》(GB5009.225—2016)中酒精計(jì)法測(cè)定.

含糖度的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[15]通過(guò)DNS比色法檢測(cè)酒中的總糖含量.準(zhǔn)確吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 的 1.0 mg/mL 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別置于7支具塞刻度管中,并補(bǔ)蒸餾水至 2 mL,加入 2 mL DNS溶液,搖勻,水浴加熱 5 min,冷卻至室溫,用蒸餾水稀釋到 10 mL,以0號(hào)作空白,在 540 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定光吸收值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.

取糯米酒發(fā)酵液 1 mL 定容至 10 mL,取艾草米酒發(fā)酵液 1 mL 定容至 50 mL.

總糖的測(cè)定 取稀釋后發(fā)酵液 1.0 mL,加入 6 mol/L HCL溶液 0.75 mL,沸水浴 20 min(保證水解完畢),冷卻至室溫,加入 1 d 酚酞指示劑,加入 6 mol/L NaOH溶液中和至微堿性,后加入DNS 2 mL,水浴加熱 5 min,冷卻至室溫,用蒸餾水稀釋到 10 mL,在 540 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定光吸收值.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出總糖含量.

2) 艾草米酒氨基酸成分檢測(cè)

參照文獻(xiàn)[16]利用高效液相檢測(cè)艾草米酒氨基酸含量,樣品需水解和衍生.色譜條件為色譜柱：ODS-4;流動(dòng)相：乙酸鈉(0.02 mol/L);流速：1.0 mL/L;進(jìn)樣量：10 μL;波長(zhǎng)：254 nm.

3) 抗氧化性測(cè)試

抗氧化性大小通過(guò)清除羥基自由基(·OH)的能力來(lái)表征,羥基自由基(·OH)清除步驟參照文獻(xiàn)[17],并適當(dāng)修改.將樣品稀釋10倍,取稀釋后酒樣 1 mL,分別加入 1 mL 6 mmol/L 硫酸亞鐵溶液,1 mL 6 mmol/L 雙氧水溶液,靜置 10 min 后,最后加入 1 mL 6 mmol/L 水楊酸,混勻后 37 ℃ 水浴反應(yīng) 30 min,在 510 nm 處測(cè)定吸光度,羥基自由基率按式(1)計(jì)算.

(1)

式中：Ai為樣品的吸光值;Ai0為不加顯色劑的吸光值;A0為空白組吸光值.

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

采用Design-Expert 8進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析,采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作.

2 結(jié)果與分析

2.1 艾草添加對(duì)酒品質(zhì)的影響

添加艾草后,米酒的色度隨加入艾草濃度的變化而呈現(xiàn)出誘人的淡黃色和淡綠色,同時(shí)酒香具有獨(dú)特的米酒香和艾草香味.文獻(xiàn)[9]報(bào)道自制米酒酒精度一般偏低,艾草米酒的酒精度也不高,與文獻(xiàn)[18]報(bào)道的米酒類似,且艾草的加入對(duì)酒精度的影響不大.在普通發(fā)酵米酒中,米酒酸度約為2.8～4.0.加入艾草后,其米酒酸度與未加艾草米酒無(wú)明顯變化.米酒中的糖主要來(lái)自由酶催化水解米中的碳水化合物,是影響米酒口味的重要物質(zhì)之一[19-20].試驗(yàn)制備的純米酒含糖量為 14.4 g/L,與文獻(xiàn)[21]發(fā)酵米酒的總糖(14 g/L)含量基本一致.試驗(yàn)制備的米酒和艾草米酒均屬于在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13662—2000中半干型(15.1 g/L<總糖<40 g/L)的黃酒,說(shuō)明添加艾草發(fā)酵不會(huì)影響酒的含糖量.米酒的抗氧化性隨著艾草添加濃度的增加而增加,而抗氧化性的提高有利于增強(qiáng)人體的抗病能力.以上幾個(gè)指標(biāo)說(shuō)明了添加艾草發(fā)酵后提高了米酒的品質(zhì),對(duì)人體的健康有利.

表2 艾草增加量對(duì)米酒品質(zhì)的影響

2.2 米酒氨基酸成分檢測(cè)

氨基酸不僅是蛋白質(zhì)的必需成分,而且在能量代謝,神經(jīng)傳遞和脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中也很重要[22].米酒中氨基酸主要來(lái)自蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)和發(fā)酵過(guò)程中形成的.從表3中看出添加艾草提取液進(jìn)行發(fā)酵,沒(méi)有改變米酒中氨基酸的含量,而且在艾草發(fā)酵酒中甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸這些必需氨基酸的含量有所提高.

表3 艾草米酒中氨基酸成分

2.3 單因素分析與響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

發(fā)酵時(shí)間在30～35 h 間,抗氧化率有一個(gè)明顯的升高,之后隨發(fā)酵時(shí)間的增加,抗氧化率反而降低.可能原因是隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,米酒中還原性物質(zhì)增多,對(duì)自由基捕獲能力增強(qiáng),時(shí)抗氧化率提高;由于隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)行,溶液的溫度升高,導(dǎo)致溶液中活性性物質(zhì)的自然降解速度加快,從而導(dǎo)致抗氧化性降低(見(jiàn)圖2a).

當(dāng)酒曲添加量升高至 1.5 g 左右,抗氧化率達(dá)到最高,隨之抗氧化率降低.可能原因是當(dāng)酒曲添加量<1.5 g 時(shí),糖化速度較慢,酵母生長(zhǎng)速度受到限制,不易形成生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),引起雜菌污染,從而導(dǎo)致抗氧化率較低;當(dāng)酒曲添加量>1.5 g 時(shí),會(huì)使酵母繁殖旺盛,發(fā)酵過(guò)于劇烈,產(chǎn)生大量的CO2和熱量,引起發(fā)酵溫度上升,使酒精產(chǎn)量減少,副產(chǎn)物增加,從而導(dǎo)致抗氧化性降低[23](見(jiàn)圖2b).

艾草濃度添加量在0～0.12 g/mL 間,隨著濃度的升高,抗氧化率大幅提高.在濃度0.12～0.20 g/mL 間,抗氧化率上升幅度逐漸緩慢.可能原因是隨著艾草提取液添加量的增加,提取液中半萜烯內(nèi)酯、木質(zhì)素和類黃酮等活性物質(zhì)也相應(yīng)增多[24],加之在發(fā)酵過(guò)程還原性糖類及氨基酸的產(chǎn)生,增強(qiáng)了米酒的抗氧化能力,因此隨著艾草提取液含量的增加,米酒的抗氧化率也隨之增加(見(jiàn)圖2c).

圖2 各因素對(duì)艾草米酒抗氧化率影響

2.3.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,確定 30 ℃ 發(fā)酵,以抗氧化性為響應(yīng)值,以艾草提取液(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)酒曲添加量(C)為考察因素,進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表4,方差分析見(jiàn)表5.

表4 艾草米酒釀造工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 回歸模型方差分析

分析實(shí)驗(yàn)多個(gè)變量間的回歸關(guān)系,得出二次回歸方程為：

Y=53.12+4.19A-0.31B-3.00C+1.49AB+2.96AC+5.24BC-13.48A2-3.81B2-9.70C2

從表5中可解釋模型響應(yīng)中的變異極顯著(P<0.01),失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05),說(shuō)明所得模型擬合度符合標(biāo)準(zhǔn).相關(guān)系數(shù)R2=0.9728,調(diào)整相關(guān)系數(shù)R2=0.9483,說(shuō)明此模型準(zhǔn)確、真實(shí),能夠模擬預(yù)測(cè)出艾草米酒的發(fā)酵工藝條件.在該模型中,A、C、AC、BC、A2、B2、C2對(duì)艾草米酒抗氧化評(píng)分的影響有很好的顯著作用(P<0.05),其他因素對(duì)抗氧化評(píng)分的影響不顯著(P>0.05).

根據(jù)F值大小可知,各因素對(duì)艾草米酒抗氧化評(píng)分影響次序?yàn)椋篈(艾草提取液)>C(酒曲添加量)>B(發(fā)酵時(shí)間).

圖3 三因素交互影響抗氧化性的響應(yīng)面及等高線圖

從圖3中可直觀看出各個(gè)因素之間的相互關(guān)系對(duì)艾草米酒抗氧化指標(biāo)的影響,曲線越陡,表明該因素對(duì)艾草米酒抗氧化評(píng)分的影響越大,與方差分析結(jié)果一致.通過(guò)軟件分析,以抗氧化作為指標(biāo),艾草米酒最佳釀造工藝為艾草提取液 0.17 g/mL、酒曲接種量 1.41 g、發(fā)酵時(shí)間 34.34 h.在此工藝條件下,艾草米酒的抗氧化性為53.67%,根據(jù)實(shí)際情況,將工藝修正為艾草提取液 0.17 g/mL、酒曲接種量 1.41 g、發(fā)酵時(shí)間 34 h,得到米酒的抗氧化性為53.58%,與理論值53.17%接近且RSD為0.77%,說(shuō)明響應(yīng)面優(yōu)化艾草米酒發(fā)酵工藝條件是可行的,該模型有一定的應(yīng)用價(jià)值.

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)以艾草、糯米為原料開(kāi)發(fā)研制艾草米酒,通過(guò)pH、總糖、抗氧性等對(duì)比米酒與艾草米酒之間的品質(zhì).試驗(yàn)結(jié)果表明相對(duì)于普通米酒,艾草米酒的pH值不變,抗氧化性大大提高,普通米酒和艾草米酒中總氨基酸含量相差不大,但是艾草米酒中必需氨基酸含量提高.以上結(jié)果表明通過(guò)在原料中添加艾草發(fā)酵米酒,不但保持了米酒的獨(dú)特風(fēng)味,還增加對(duì)人體健康有益的抗氧化性,對(duì)促進(jìn)人體健康有重要意義.