宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

吳芳芳,彭　博,宮　號,吳彩娥,*,范龔健,李婷婷

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,江蘇南京 210037;2.南京林業(yè)大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210037)

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宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

吳芳芳1,2,彭博2,宮號2,吳彩娥1,2,*,范龔健2,李婷婷2

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,江蘇南京 210037;2.南京林業(yè)大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210037)

本研究以宣木瓜和糯米為主要原料,采用補(bǔ)料發(fā)酵工藝釀造宣木瓜糯米酒。篩選合適的酒曲和酵母,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)優(yōu)化宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝條件,考察發(fā)酵溫度、酵母添加量和初始pH對宣木瓜糯米酒酒精度和出酒率的影響。結(jié)果表明,酒曲3號適用于糯米糖化,獲得的還原糖含量和糖化酶活力較高;酵母2號適用于宣木瓜糯米酒的發(fā)酵,其出酒率達(dá)到32.8%。經(jīng)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到的宣木瓜糯米酒最適發(fā)酵條件為:發(fā)酵溫度17.9 ℃,發(fā)酵pH為4.50,酵母添加量為0.22 g/kg,在此條件下宣木瓜糯米酒酒精度為19.6%vol,出酒率可達(dá)45.3%。

宣木瓜糯米酒,發(fā)酵工藝,優(yōu)化

宣木瓜,學(xué)名為貼梗海棠,屬薔薇科木瓜屬植物,主要產(chǎn)于安徽、四川、湖北和云南等地,其中以安徽省宣城市新田鎮(zhèn)宣木瓜最為有名[1]。宣木瓜因其富含齊墩果酸、熊果酸等活性成分而被廣泛研究[2]。國內(nèi)對宣木瓜的加工利用也有較多報(bào)道,馮麗麗等人[3]通過實(shí)驗(yàn)宣木瓜和鮮牛乳的比例配方,摸索出宣木瓜酸奶的生產(chǎn)工藝,得到口感純正和風(fēng)味獨(dú)特的功能性飲品;汪雪麗等人[4]以宣木瓜干為原料,經(jīng)過酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵生產(chǎn)出果香突出,口味柔和協(xié)調(diào)的宣木瓜果醋。目前還未見宣木瓜糯米酒的研究報(bào)道。本文以宣木瓜和糯米為主要原料,采用補(bǔ)料發(fā)酵工藝釀造宣木瓜糯米酒,篩選合適的酒曲和酵母,優(yōu)化發(fā)酵工藝條件,為宣木瓜的開發(fā)利用提供新的途徑。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

宣木瓜產(chǎn)于安徽宣城,購自廣德縣宣木瓜農(nóng)莊;糯米蘇墾糯米香糯米,江蘇省農(nóng)墾米業(yè)集團(tuán)有限公司;酒曲1號安琪甜酒曲,安琪酵母股份有限公司;酒曲2號大竹柳百醪糟酒釀甜酒曲,四川省大竹縣東柳鎮(zhèn);酒曲3號蘇州蜜蜂牌甜酒曲,蘇州糧油食品有限公司;酵母1號安琪葡萄酒果酒專用酵母,安琪酵母股份有限公司;酵母2號帝伯仕果酒酵母,煙臺(tái)帝伯仕貿(mào)易有限公司;酵母3號法國進(jìn)口葡萄酒酵母紅酒水果酒專用酵母K1果酒酵母。3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、苯酚、偏重亞硫酸鈉、葡萄糖、可溶性淀粉、檸檬酸、檸檬酸納均為分析純。

DKZ-2型電熱恒溫振蕩水槽上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;GRP-9270型隔水式恒溫培養(yǎng)箱上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;DS-1高速組織搗碎機(jī)上海標(biāo)本模型廠制造;800B臺(tái)式離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠制造;UV-2802紫外可見分光光度計(jì)美國優(yōu)尼柯公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1宣木瓜糯米酒制作工藝流程

1.2.2酒曲種類的篩選稱取1200 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成3份,分別添加3.0 g酒曲1號、酒曲2號、酒曲3號。于28 ℃恒溫箱糖化2 d,測定糖化酒醪還原糖含量和糖化酶活力。

1.2.3酒曲添加量的確定稱取2000 g糯米清洗、浸泡、蒸煮并平均分成5份,加入1.2.2中的最適酒曲,添加量分別為1.00、3.00、5.00、7.00、9.00 g,拌勻后于28 ℃恒溫箱糖化2 d,測定糖化酒醪還原糖含量和糖化酶活力。

1.2.4酵母種類的選擇根據(jù)1.2.2和1.2.3的結(jié)果制備糯米酒醪3份,分別添加1號、2號和3號酵母,添加量為0.4 g/kg,同時(shí)按1∶1.5(料水比)補(bǔ)充涼開水,于18 ℃恒溫箱發(fā)酵2 d,重復(fù)糯米糖化過程進(jìn)行補(bǔ)料后再發(fā)酵7 d,測定酒液中還原糖含量、酒精度以及出酒率等指標(biāo)。

1.2.5宣木瓜糯米酒發(fā)酵條件優(yōu)化在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取發(fā)酵溫度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作為實(shí)驗(yàn)因素,以酒精度和出酒率為衡量指標(biāo),采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),將各因素按其水平及取值范圍進(jìn)行編碼,得因素水平編碼表,如表1所示。結(jié)合響應(yīng)面分析法,進(jìn)行回歸方程擬合度檢驗(yàn)和顯著性檢驗(yàn),建立宣木瓜糯米酒發(fā)酵過程的回歸模型,根據(jù)擬合模型繪制的響應(yīng)曲面和等高線圖,分析各實(shí)驗(yàn)因素及交互作用對酒精度和出酒率的影響。

1.2.6宣木瓜與糯米比例的確定根據(jù)1.2.5獲得最優(yōu)條件下,將宣木瓜與糯米比例設(shè)置為0%、25%、50%、75%、100%,于18 ℃恒溫箱發(fā)酵2 d,補(bǔ)料后再發(fā)酵7 d,測定酒液的酒精度、出酒率,并進(jìn)行感官評分。

表1　響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表Table 1　Factors and levels of response surface experiments

1.2.7測定指標(biāo)與方法酒精度測定:蒸餾法[5];還原糖測定:3,5-二硝基水楊酸比色法;酶活力測定:DNS試劑比色法[6],出酒率:定義為每100 g糯米所得酒精的體積百分?jǐn)?shù)。感官品質(zhì)評價(jià):模糊數(shù)學(xué)方法[7]。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪制圖表,用Design Expert8.0進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2　結(jié)果與分析

2.1糖化酒曲種類的篩選

酒曲的主要功能是糖化發(fā)酵,酒曲中的α-淀粉酶首先作用于原料淀粉,再釋放糖化酶進(jìn)一步作用,最終將淀粉盡可能多的轉(zhuǎn)變?yōu)榻湍缚衫玫钠咸烟?從而最大限度的將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物酒[8-9]。由圖1和圖2可知,3種酒曲糖化后酒醪還原糖含量和糖化酶的活性有很大的差別。酒曲3號糖化的樣品,其還原糖含量和糖化酶活力最高,分別為276.76 g/L和5.93 U。糖化酶活性越高,糖化越徹底[10]，還原糖含量越高,越有利于酒精的形成。因此,結(jié)合還原糖含量和糖化酶活力兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)選擇酒曲3號即蘇州蜜蜂牌甜酒曲作為糖化曲。

圖1　不同酒曲糖化的樣品還原糖含量Fig.1　Influence of rice leaven on reducing sugar content

圖2　不同酒曲的糖化酶活力Fig.2　Comparison of glucoamylase activity on different rice leavenes

2.2糖化酒曲添加量的確定

由圖3可知,隨著酒曲加入量的增加,還原糖含量也在不斷發(fā)生變化。當(dāng)酒曲添加量達(dá)到17.5 g/kg時(shí),還原糖含量降低。當(dāng)添加量為7.5 g/kg時(shí),還原糖含量較高,繼續(xù)增加糖化曲添加量,還原糖含量增加差異不顯著(p>0.05)。由圖4可以看出,隨著酒曲添加量的增加,酶活性逐漸增加,需要產(chǎn)生更多的酶分解淀粉,來得到更多還原糖進(jìn)行生長繁殖[11]。產(chǎn)酶需要能量,而一部分能量由還原糖提供,所以隨著酶活的增加,還原糖含量并未增加。相比于酶活,還原糖的含量對以后的發(fā)酵產(chǎn)生酒精有更大的影響作用,綜合考慮成本等各因素,最終選擇酒曲添加量為7.5 g/kg。

圖3　酒曲3號添加量對酒醪還原糖含量影響Fig.3　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on reducing sugar content

圖4　酒曲3號添加量對糖化酶活力的影響Fig.4　Influence of rice leaven Ⅲ additive amount on saccharifying enzyme activity

2.3酵母種類的篩選

酵母是影響發(fā)酵宣木瓜糯米酒質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,酵母性狀的好壞直接影響酒液的口感和風(fēng)味[12]。由表2可知,酵母3號的還原糖含量最低為8.4 g/L;酵母2號的酒精度最高為19.3% vol;酵母2號的岀酒率也最高為32.8%。隨著酵母的生長繁殖,酵母將還原糖轉(zhuǎn)化成二氧化碳和酒精,所以還原糖的含量相比于發(fā)酵前有明顯的降低[13]。理論上講,同一種酵母,其還原糖含量越低,酒精度越高,但由于不同的酵母對還原糖的利用效率不一樣,所以本研究應(yīng)考慮在還原糖消耗較低的情況下,能產(chǎn)生更高酒精度以及更多酒液的酵母。綜上,酵母2號的酒精度最高且岀酒率最高,所以選擇酵母2號即帝伯仕果酒酵母用于宣木瓜糯米酒的發(fā)酵。

表2　酵母種類對宣木瓜糯米酒還原糖、 酒精度、出酒率的影響Table 2　Influence of yeast species on reducing sugar, alcohol content and liquor yield

注:表中不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

2.4宣木瓜糯米酒發(fā)酵條件優(yōu)化

2.4.1Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取發(fā)酵溫度(A),酵母添加量(B)和初始pH(C)作為實(shí)驗(yàn)因素,確定三水平,以酒精度和出酒率為響應(yīng)值,采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。

表3　Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3　Results and experimental design of Box-Behnken

2.4.2Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析利用Design expert軟件對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到響應(yīng)值Y1(酒精度)對影響宣木瓜糯米酒發(fā)酵的關(guān)鍵因素(A、B、C)的二次多項(xiàng)回歸模型為:

Y1=17.07-0.80A+1.22B+4.18C-0.80AB+0.65BC-2.96A2-1.61B2-1.71C2

表4　酒精度回歸模型方差分析Table 4　Analysis results of alcohol content regression and variance

注:**表示極顯著(p<0.01),*表示顯著(0.01

表5　出酒率回歸模型方差分析Table 5　Analysis results of liquor yield regression and variance

回歸方程模型p<0.0001,回歸是極顯著的;失擬項(xiàng)p=0.6553>0.05,不顯著;復(fù)相關(guān)指數(shù)R2為0.9950,表明約有99.50%宣木瓜糯米酒酒精度變化可以用模型解釋[14]。各因素對宣木瓜糯米酒酒精度的影響順序?yàn)?初始pH>酵母添加量>發(fā)酵溫度。發(fā)酵溫度和酵母添加量的交互作用對宣木瓜糯米酒酒精度的影響顯著(p=0.0085<0.01);酵母添加量和初始pH的交互作用對宣木瓜糯米酒酒精度的影響顯著(p=0.0204<0.05)。

利用Design expert軟件對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到響應(yīng)值Y2(出酒率)對影響宣木瓜糯米酒發(fā)酵的關(guān)鍵因素(A、B、C)的二次多項(xiàng)回歸模型為:

Y2=40.36-6.13A-0.40B+6.73C-2.73AB+2.50BC-6.25A2-7.89B2-3.73C2

回歸方程模型p<0.0001,回歸是極顯著的;失擬項(xiàng)p=0.7425>0.05,不顯著;復(fù)相關(guān)指數(shù)R2為0.9841,表明約有98.4%宣木瓜糯米酒出酒率變化可以用模型解釋。各因素對宣木瓜糯米酒出酒率的影響順序?yàn)?初始pH>發(fā)酵溫度>酵母添加量。發(fā)酵溫度和酵母添加量的交互作用對宣木瓜糯米酒出酒率的影響顯著(p=0.0191<0.05);酵母添加量和初始pH的交互作用對宣木瓜糯米酒出酒率的影響顯著(p=0.0270<0.05)。

2.4.3響應(yīng)面因素的效應(yīng)分析及優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用Design Expert 8.06軟件,對表3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析,各因素對宣木瓜糯米酒酒精度的影響如圖5、圖6所示。

由圖5可知,發(fā)酵溫度和酵母添加量交互作用影響宣木瓜糯米酒的酒精度。初始pH為4.50時(shí),發(fā)酵溫度一定時(shí),隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢;酵母添加量一定時(shí),隨著發(fā)酵溫度的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。這表明在本實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi),保持最適溫度、提高酵母添加量,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。發(fā)酵溫度和酵母添加量對宣木瓜糯米酒的酒精度的影響呈拋物線型關(guān)系,且均有一個(gè)極大值點(diǎn)。從宣木瓜糯米酒的酒精度的變化速率顯示,酵母添加量的主效應(yīng)略大于發(fā)酵溫度。

圖5　發(fā)酵溫度和酵母添加量對酒精度影響的響應(yīng)面圖Fig.5　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the alcohol content

由圖6可知,酵母添加量和pH交互作用影響宣木瓜糯米酒的酒精度。發(fā)酵溫度為17.9 ℃時(shí),pH一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢;酵母添加量一定時(shí),隨著pH的增大,宣木瓜糯米酒的酒精度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。這表明在本實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi),保持最適酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的酒精度。酵母添加量和pH對宣木瓜糯米酒的酒精度的影響呈拋物線型關(guān)系,且均有一個(gè)極大值點(diǎn)。從宣木瓜糯米酒的酒精度的變化速率顯示,pH的主效應(yīng)略大于酵母添加量。

圖6　酵母添加量和初始pH對酒精度影響的響應(yīng)面圖Fig.6　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the alcohol content

由圖7可知,發(fā)酵溫度和酵母添加量交互作用影響宣木瓜糯米酒的出酒率。初始pH為4.50時(shí),當(dāng)發(fā)酵溫度一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;酵母添加量一定時(shí),隨著發(fā)酵溫度的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這表明在本實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi),保持最適酵母添加量、降低發(fā)酵溫度,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。從宣木瓜糯米酒的出酒率的變化速率顯示,發(fā)酵溫度的主效應(yīng)略大于酵母添加量。

圖7　發(fā)酵溫度和酵母添加量對出酒率影響的響應(yīng)面圖Fig.7　Response surface of fermentation temperature and yeast additive amount on the liquor yield

由圖8可知,酵母添加量和pH交互作用影響宣木瓜糯米酒的出酒率。溫度為17.9 ℃時(shí),pH一定,隨著酵母添加量的增加,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢;酵母添加量一定時(shí),隨著pH的增大,宣木瓜糯米酒的出酒率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。這表明在本實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi),保持最適酵母添加量、提高pH,可提高宣木瓜糯米酒的出酒率。從宣木瓜糯米酒的出酒率的變化速率顯示,pH的主效應(yīng)略大于酵母添加量。

圖8　接種量和初始pH對出酒率影響的響應(yīng)面圖Fig.8　Response surface of yeast additive amount and The initial pH value on the liquor yield

由軟件分析得到宣木瓜糯米酒發(fā)酵最優(yōu)工藝條件為:發(fā)酵溫度17.9 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.22 g/kg,在此條件下宣木瓜糯米酒酒精度為19.6%vol,出酒率可達(dá)45.3%。綜合考慮實(shí)際可操作性,將宣木瓜糯米酒發(fā)酵的最優(yōu)工藝條件修正為:發(fā)酵溫度18 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.20 g/kg。為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性,采用上述優(yōu)化發(fā)酵工藝條件進(jìn)行宣木瓜糯米酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn),3 組平行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果酒精度分別為18.9%vol;19.5%vol;19.8%vol,平均值為19.4%vol,與理論預(yù)測值僅相差1.0%,因此,采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的宣木瓜糯米酒發(fā)酵工藝條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠,具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3　結(jié)論

糖化是宣木瓜糯米酒制作的基礎(chǔ)階段。還原糖含量越高能給發(fā)酵過程中的酵母提供更多的營養(yǎng)物質(zhì),有利于產(chǎn)酒精,糖化酶活性越高,糖化越徹底[10]。本研究結(jié)合還原糖含量和糖化酶活力兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇蘇州蜜蜂牌甜酒曲為最佳糖化曲。酒曲添加量對糖化結(jié)果也有很大的影響,當(dāng)添加量為7.5 g/kg時(shí),還原糖含量較高且顯著性較好(p<0.05)。

發(fā)酵是整個(gè)宣木瓜糯米酒生產(chǎn)工藝的核心,帝伯仕果酒酵母在還原糖消耗較低的情況下,能產(chǎn)生更高酒精度以及更多酒液的酵母,其酒精度為19.3%vol,出酒率為32.8%。采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),通過響應(yīng)面對因素的效應(yīng)分析及優(yōu)化結(jié)果得到發(fā)酵階段最佳工藝條件:發(fā)酵溫度18 ℃,初始pH為4.50,酵母添加量為0.20 g/kg。

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Optimization of fermentation process ofChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine

WU Fang-fang1,2,PENG Bo2,GONG Hao2,WU Cai-e1,2,*,FAN Gong-jian2,LI Ting-ting2

(1.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.College of Light Industry Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

Chaenomelessinensisglutinous rice wine was brewed by fed-fermentation usingChaenomelessinensisand glutinous rice as raw materials. The optimal koji and yeast were prepared by screening. Based on this, the fermentation process ofChaenomelessinensisglutinous rice wine was optimized by Box-Behnen. The effects of temperature,additive amount of yeast and initial pH on alcoholic strength and distillation yield were determined. The results showed that koji 3 was suitable for glutinous rice saccharification,and the higher contents of reducing sugar and saccharifying enzyme can be obtained. Yeast 2 was suitable for the fermentation ofChaenomelessinensisglutinous rice wine,and the alcoholic strength reached 32.8%. The fermentation conditions ofChaenomelessinensisglutinous rice wine were as follows:fermentation temperature:17.9 ℃,initial pH:4.50,yeast dosage:0.22 g/kg. Under this condition,the alcohol arrived at 19.6%vol and the liquor yield was up to 45.3%.

ChaenomelessinensisGlutinous Rice Wine;fermentation process;optimization

2015-04-13

吳芳芳(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：森林可食用資源加工與利用，E-mail:675658596@qq.com。

吳彩娥(1963-)，女，博士，教授，主要從事森林可食用資源加工與利用研究，E-mail:wucaie@njfu.edu.cn。

國家級大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(編號201410298094X)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)。

TS262.4

B

1002-0306(2016)05-0227-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.036