艾草對米酒品質的影響研究和艾草米酒發酵工藝優化

黃瑤雁,葉婉琳,林繼輝,唐 恩

(閩南科技學院 生命科學與化學學院,福建 南安 362332)

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

隨著生活水平的提高,人們越來越關注自身的營養和健康,以及其對身體正常功能的影響意識亦日益增強,這鼓勵食品制造商需研發安全且可促進健康成分的產品.目前,市面上售賣的米酒種類比較單一,因此,越來越多的研究學者開始研究獨特且營養豐富的米酒[5-7],但目前國內外關于艾草米酒的研究鮮見報道.

艾草是一種非常重要的野生功能性植物,含倍半萜烯內酯,木質素和類黃酮等活性物質[8-9],具有止血、去濕、消炎、抗過敏、抗菌、抗癌等作用[10-11],同時還有較強的抗氧化能力[12].艾草營養價值多樣化,既可食用也可藥用,是現今食品和醫藥工業研究的熱點之一.因此,試驗在米酒發酵過程中添加艾草,分析艾草對米酒中的酒精度、總糖、氨基酸等影響,并采用響應面法對艾草米酒生產制備工藝進行優化,得出艾草米酒的最佳生產工藝,為艾草米酒的生產制備提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

艾草、糯米(南安市康美鎮農貿市場);甜酒曲(蘇州糧油食品有限公司);其它化學試劑為國藥集團化學試劑有限公司.

1.2 儀器與設備

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

1.3 試驗方法

1.3.1 艾草米酒生產工藝

米酒制備工藝參見文獻[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,過濾后,根據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 單因素與響應面實驗

根據預試驗,初步確定艾草添加量 0.1 g/mL,酒曲添加量 2 g,發酵時間 40 h,發酵溫度 30 ℃.在此基礎上,改變不同艾草提取液配比(0.04、0.08、0.12、0.16和 0.20 g/mL);改變發酵時間(30、35、40、45和 50 h);改變酒曲添加量(1、1.5、2、2.5和 3 g)來探究米酒抗氧性.

通過單因素實驗來確定各個因素的顯著影響范圍,用艾草提取液添加量(A)、發酵時間(B)、酒曲添加量(C)為考察因素,以米酒抗氧化評分為響應值,根據表1設計出響應面試驗.

表1 艾草米酒釀造工藝優化響應面試驗因素與水平表

1.3.3 測定方法

1) 理化指標

pH的測定 參照文獻[14]直接采用pH測定酒液.

酒精度參考《食品安全國家標準酒中乙醇濃度的測定》(GB5009.225—2016)中酒精計法測定.

含糖度的測定 參照文獻[15]通過DNS比色法檢測酒中的總糖含量.準確吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 的 1.0 mg/mL 葡萄糖標準溶液,分別置于7支具塞刻度管中,并補蒸餾水至 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號作空白,在 540 nm 波長處測定光吸收值,繪制標準曲線.

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

總糖的測定 取稀釋后發酵液 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 波長處測定光吸收值.根據標準曲線算出總糖含量.

2) 艾草米酒氨基酸成分檢測

參照文獻[16]利用高效液相檢測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;流動相：乙酸鈉(0.02 mol/L);流速：1.0 mL/L;進樣量：10 μL;波長：254 nm.

3) 抗氧化性測試

抗氧化性大小通過清除羥基自由基(·OH)的能力來表征,羥基自由基(·OH)清除步驟參照文獻[17],并適當修改.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 30 min,在 510 nm 處測定吸光度,羥基自由基率按式(1)計算.

(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 數據分析

采用Design-Expert 8進行響應面實驗設計與分析,采用Excel 2007進行數據處理和圖表制作.

2 結果與分析

2.1 艾草添加對酒品質的影響

添加艾草后,米酒的色度隨加入艾草濃度的變化而呈現出誘人的淡黃色和淡綠色,同時酒香具有獨特的米酒香和艾草香味.文獻[9]報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[18]報道的米酒類似,且艾草的加入對酒精度的影響不大.在普通發酵米酒中,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明顯變化.米酒中的糖主要來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之一[19-20].試驗制備的純米酒含糖量為 14.4 g/L,與文獻[21]發酵米酒的總糖(14 g/L)含量基本一致.試驗制備的米酒和艾草米酒均屬于在國家標準GB13662—2000中半干型(15.1 g/L<總糖<40 g/L)的黃酒,說明添加艾草發酵不會影響酒的含糖量.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人體的抗病能力.以上幾個指標說明了添加艾草發酵后提高了米酒的品質,對人體的健康有利.

表2 艾草增加量對米酒品質的影響

2.2 米酒氨基酸成分檢測

氨基酸不僅是蛋白質的必需成分,而且在能量代謝,神經傳遞和脂質轉運中也很重要[22].米酒中氨基酸主要來自蛋白質的水解反應和發酵過程中形成的.從表3中看出添加艾草提取液進行發酵,沒有改變米酒中氨基酸的含量,而且在艾草發酵酒中甲硫氨酸、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 單因素分析與響應面優化實驗

2.3.1 單因素實驗

發酵時間在30～35 h 間,抗氧化率有一個明顯的升高,之后隨發酵時間的增加,抗氧化率反而降低.可能原因是隨著發酵時間的增加,米酒中還原性物質增多,對自由基捕獲能力增強,時抗氧化率提高;由于隨著發酵時間的進行,溶液的溫度升高,導致溶液中活性性物質的自然降解速度加快,從而導致抗氧化性降低(見圖2a).

當酒曲添加量升高至 1.5 g 左右,抗氧化率達到最高,隨之抗氧化率降低.可能原因是當酒曲添加量<1.5 g 時,糖化速度較慢,酵母生長速度受到限制,不易形成生長優勢,引起雜菌污染,從而導致抗氧化率較低;當酒曲添加量>1.5 g 時,會使酵母繁殖旺盛,發酵過于劇烈,產生大量的CO2和熱量,引起發酵溫度上升,使酒精產量減少,副產物增加,從而導致抗氧化性降低[23](見圖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,提取液中半萜烯內酯、木質素和類黃酮等活性物質也相應增多[24],加之在發酵過程還原性糖類及氨基酸的產生,增強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(見圖2c).

圖2 各因素對艾草米酒抗氧化率影響

2.3.2 響應面實驗設計與結果

根據單因素的試驗結果,確定 30 ℃ 發酵,以抗氧化性為響應值,以艾草提取液(A)、發酵時間(B)酒曲添加量(C)為考察因素,進行響應面試驗,試驗設計與結果見表4,方差分析見表5.

表4 艾草米酒釀造工藝優化響應面試驗設計及結果

表5 回歸模型方差分析

分析實驗多個變量間的回歸關系,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中可解釋模型響應中的變異極顯著(P<0.01),失擬項不顯著(P>0.05),說明所得模型擬合度符合標準.相關系數R2=0.9728,調整相關系數R2=0.9483,說明此模型準確、真實,能夠模擬預測出艾草米酒的發酵工藝條件.在該模型中,A、C、AC、BC、A2、B2、C2對艾草米酒抗氧化評分的影響有很好的顯著作用(P<0.05),其他因素對抗氧化評分的影響不顯著(P>0.05).

根據F值大小可知,各因素對艾草米酒抗氧化評分影響次序為：A(艾草提取液)>C(酒曲添加量)>B(發酵時間).

圖3 三因素交互影響抗氧化性的響應面及等高線圖

從圖3中可直觀看出各個因素之間的相互關系對艾草米酒抗氧化指標的影響,曲線越陡,表明該因素對艾草米酒抗氧化評分的影響越大,與方差分析結果一致.通過軟件分析,以抗氧化作為指標,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、發酵時間 34.34 h.在此工藝條件下,艾草米酒的抗氧化性為53.67%,根據實際情況,將工藝修正為艾草提取液 0.17 g/mL、酒曲接種量 1.41 g、發酵時間 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%,說明響應面優化艾草米酒發酵工藝條件是可行的,該模型有一定的應用價值.

3 結語

試驗以艾草、糯米為原料開發研制艾草米酒,通過pH、總糖、抗氧性等對比米酒與艾草米酒之間的品質.試驗結果表明相對于普通米酒,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.以上結果表明通過在原料中添加艾草發酵米酒,不但保持了米酒的獨特風味,還增加對人體健康有益的抗氧化性,對促進人體健康有重要意義.