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      景芝濃香大曲隨儲存期延長的變化規(guī)律

      2018-04-04 03:30:30曹建全楊愛華張學梅
      釀酒科技 2018年3期
      關鍵詞:大曲霉菌糖化

      劉 雪 ,曹建全 ,李 霞 ,楊愛華 ,張學梅

      (1.山東景芝酒業(yè)股份有限公司,山東景芝 262119; 2.山東省釀造食品生物發(fā)酵技術重點實驗室,山東景芝 262119)

      大曲是我國古老的曲種,根據(jù)大曲在發(fā)酵中的作用也可將其稱為糖化發(fā)酵劑[1],它巧妙地將野生菌進行人工自然培養(yǎng),選育有益菌種,積蓄酶及發(fā)酵前體物質(zhì),并為發(fā)酵提供營養(yǎng)物質(zhì)。

      利用大曲生產(chǎn)的白酒稱為大曲酒,一般來說大曲酒比小曲酒、麩曲酒質(zhì)量好。俗話說“曲乃酒之骨[2]”,這充分說明了曲在白酒中的重要作用。大曲的主要原料是小麥,把小麥制成大曲的過程是一個培菌的過程,整個制曲工藝過程中有眾多種類的微生物先后交替、共同作用,關系極為復雜。簡單來說,大曲中的有益微生物將小麥等原料中的蛋白質(zhì)轉化為氨基酸、酚類化合物等香味成分,使其產(chǎn)生曲

      香氣味,成為大曲酒微量香味成分的主要來源[3]。大曲除了是重要的糖化發(fā)酵劑和生香劑以外,還能夠富集各種微生物,整個制曲過程和儲存過程都是在開放性環(huán)境中進行的,大曲制作發(fā)酵完成后必須經(jīng)過適當?shù)膬Υ娌拍芡度肷a(chǎn)使用,適當?shù)膬Υ鎸τ诖笄馁|(zhì)量提升有著極其重要的作用。因此,本研究對不同儲存時間的中溫大曲和高溫大曲進行分析,主要從大曲理化指標變化和微生物的種類演變、數(shù)量變化規(guī)律方面進行研究,為合理設定大曲儲存時間提供一定的理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料、儀器

      樣品:景芝新出房中溫曲、新出房高溫曲、外購高溫曲(儲存3個月以上),裝袋后儲存,每隔1個月分析1次。

      培養(yǎng)基:細菌及芽孢桿菌培養(yǎng)基:PCA培養(yǎng)基;霉菌和酵母培養(yǎng)基:PDA培養(yǎng)基;乳酸菌培養(yǎng)基:MRS培養(yǎng)基,均購自北京奧博星生物技術有限公司。

      儀器設備:MLS-3751-PC高壓蒸汽滅菌鍋,日本松下公司;DNP型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海精宏實驗設備有限公司;5804R臺式高速冷凍離心機,德國Eppendorf公司;厭氧培養(yǎng)盒,日本三菱公司;SW-CJ-2FD超凈工作臺,蘇州凈化設備有限公司;JY10002電子天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;恒溫雙層振蕩培養(yǎng)箱,太倉實驗儀器廠。

      1.2 實驗流程(圖1)

      圖1 實驗流程圖

      1.3 實驗方法

      (1)大曲理化指標分析采用釀酒大曲通用分析方法QB/T 4257—2011。

      (2)細菌總數(shù)計數(shù)采用GB 47892—2010食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定法;其中芽孢桿菌計數(shù)采用80℃加熱15 min后涂平板,培養(yǎng)24 h后計數(shù);霉菌和酵母檢測采用GB4789.15—2010食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數(shù)法;乳酸菌檢測采用GB 4789.35—2010食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗法。

      2 結果與分析

      2.1 理化指標隨儲存期的變化

      2.1.1 大曲水分、酸度的變化情況(表1)

      表1中的分析數(shù)據(jù)顯示,在大曲儲存的5個月期間,水分和酸度兩項理化指標未隨儲存期的延長而發(fā)生變化。不同的大曲之間,水分差別不大,但高溫曲的酸度比中溫曲高。眾所周知,水分受環(huán)境的影響較大,由于樣品的儲存環(huán)境相對穩(wěn)定,因此水分未出現(xiàn)明顯變化規(guī)律。據(jù)報道,大曲中的酸有兩大來源,最主要的是由醋酸菌和乳酸菌代謝產(chǎn)生的醋酸和乳酸,其次就是原料中的脂肪、淀粉和蛋白酶發(fā)生降解而產(chǎn)酸[4]。據(jù)此分析酸度變化不大的原因主要是在制曲過程中微生物繁殖,引起了酸度的增加,制曲結束后,雖然生酸菌減少,但由微生物代謝產(chǎn)生的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等開始水解淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪產(chǎn)酸,因此使得大曲的酸度維持在一個相對穩(wěn)定的水平。

      2.1.2 糖化力的變化情況(圖2)

      圖2 大曲在不同儲存時間糖化力的變化情況

      糖化力高可以提高出酒率,但不利于酒的質(zhì)量提高,而糖化力太低又不利于發(fā)酵,因此合適的糖化力水平對于白酒生產(chǎn)十分重要。由圖2可知,隨著儲存期的延長,大曲的糖化力均呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的趨勢。主要是由于進入儲存期后溫度降低,霉菌等產(chǎn)糖化酶的微生物開始繁殖,糖化力會

      表1 中高溫大曲的水分和酸度隨儲存期延長的變化情況

      出現(xiàn)一個短暫的上升期,隨著儲存時間的繼續(xù)延長(3個月后),糖化力便開始下降直到穩(wěn)定,這一點在霉菌的變化規(guī)律中也可以證實(圖7)。另外還可以看出,中溫大曲的糖化力較高,平均在1015葡萄糖mg/g·h左右,而高溫大曲的糖化力普遍低于中溫曲,平均約820葡萄糖mg/g·h,外購高溫曲1和景芝高溫曲糖化力基本接近,外購高溫曲2糖化力較低,處于300~500葡萄糖mg/g·h之間,是高溫曲較為理想的水平。中溫曲儲存至5個月時糖化力為960葡萄糖mg/g·h,仍然較高,因此實際應用時還要進一步延長儲存期或調(diào)整制曲工藝,將大曲的糖化力降到合適的水平。

      2.1.3 液化力的變化情況(圖3)

      圖3 大曲在不同儲存時間液化力的變化情況

      糧食中的淀粉首先是轉變成糊精,然后再進一步轉化成糖,這一過程我們稱作液化,而液化力指的是微生物酶將淀粉轉化成糖的能力。由圖3可知,大曲儲存0~2個月時,液化力處于下降的趨勢,而3個月之后液化力開始逐步升高。這說明大曲在儲存過程中微生物酶的含量和活性也在發(fā)生變化,儲存3個月以上的大曲中微生物酶活力較高,因此液化力會有所提高。另外還可以看出高溫曲的液化力明顯低于中溫曲。

      2.1.4 發(fā)酵力的變化情況(圖4)

      圖4 大曲在不同儲存期發(fā)酵力變化情況

      大曲的發(fā)酵力是反映大曲產(chǎn)酒能力的重要指標之一。發(fā)酵力與大曲中的酵母菌有關,它可以將酒醅中的糖分轉化為乙醇[5]。由圖4可知,大曲儲存前期,發(fā)酵力迅速下降,而3個月后發(fā)酵力趨于穩(wěn)定。因此一般大曲儲存滿3個月使用時,發(fā)酵力已經(jīng)處于較為理想的平穩(wěn)狀態(tài)。

      圖5 細菌總數(shù)隨儲存時間的變化情況

      2.2 儲存過程中微生物的消長情況(圖5—圖9)

      大曲中的細菌主要包含芽孢桿菌、乳酸菌、醋酸菌等[6],種類多,分布廣,生長快,是大曲產(chǎn)酸、分解蛋白質(zhì)的重要來源[7],在大曲儲存過程中,細菌的變化趨勢如圖5所示,由圖5可知,大曲出房時細菌總數(shù)達到最高值,其中中溫曲為1.45×107cfu/g、高溫曲為3.7×105cfu/g,外購高溫曲1為1.6×105cfu/g,外購高溫曲2為2.8×104cfu/g,進入儲存期后,由于儲存環(huán)境干燥,不利于細菌的富集,菌數(shù)便逐漸下降。儲存至5個月時,中溫曲中細菌總數(shù)下降至2.23×106cfu/g,降低了84.6%,高溫曲由于制曲溫度較高,出房時細菌中的芽孢桿菌居多,能適應極端環(huán)境而不易死亡,因此儲存時下降幅度比中溫曲要小一點,儲存至5個月時細菌總數(shù)下降了20.8%,為2.93×105cfu/g。外購高溫曲1和高溫曲2也都有所下降。

      圖6 芽孢桿菌總數(shù)隨儲存時間的變化情況

      圖7 霉菌數(shù)量隨儲存時間的變化情況

      芽孢桿菌在白酒釀造中具有非常重要的作用,能夠產(chǎn)生吡嗪類、揮發(fā)性酸、芳香類以及酚類物質(zhì)[8-9],還能強化美拉德反應[10],是影響白酒口感的重要菌株。據(jù)報道[11],隨著儲存期的延長,細菌的種類趨于單一,芽孢桿菌成為優(yōu)勢菌種。由圖6可知,芽孢桿菌數(shù)量隨著儲存期的延長而明顯升高,在出房時中溫大曲芽孢桿菌的數(shù)量為8.97×104cfu/g,儲存3個月后開始明顯增多,儲存5個月時芽孢桿菌數(shù)增加到6.82×105cfu/g;高溫大曲芽孢桿菌數(shù)由剛出房的5.6×103cfu/g,增長到2.87×104cfu/g,提高了約4倍。結合細菌總數(shù)的變化趨勢(圖5)可以看出,細菌中芽孢桿菌所占的比例明顯上升,這說明雖然中溫曲儲存過程中細菌總數(shù)在降低,但芽孢桿菌數(shù)量并未下降,其減少的大部分都是雜菌,因此可以說大曲儲存的過程也是優(yōu)勢菌群自然篩選富集的過程。

      圖8 酵母菌隨著儲存時間的變化情況

      圖9 乳酸菌隨著儲存時間的變化情況

      霉菌是大曲中主要的微生物,含有多種產(chǎn)糖化酶的菌種,與大曲的糖化力和液化力息息相關[12]。由圖7可知,外購高溫曲1霉菌的數(shù)量在3個月之后還持續(xù)上升,除此之外,其他大曲霉菌的數(shù)量整體都隨著儲存時間的延長而下降,分析原因可能是由于制曲過程中的溫度較高,不利于霉菌的繁殖,進入儲存階段,隨著溫度下降,霉菌便得以繁殖。具體來看,中溫曲中的霉菌先上升后持續(xù)下降,最高時達到1.1×106cfu/g,儲存至5個月時中溫曲的霉菌數(shù)量降低至5.58×105cfu/g,與糖化力的變化趨勢(圖2)相吻合,說明儲存期糖化力的高低與霉菌的數(shù)量呈正相關。高溫曲的霉菌數(shù)量最高為1.35×105cfu/g,經(jīng)過5個月儲存后降至5.75×104cfu/g。由圖2可知,外購高溫曲2的糖化力處于較為理想水平,據(jù)此可初步將高溫大曲霉菌的數(shù)量定為不超過2.1×105cfu/g即可。

      大曲中含有的酵母種類和數(shù)量都很多,其中釀酒酵母是白酒發(fā)酵過程中的優(yōu)勢菌株,是酒精發(fā)酵的主要動力[13],另外還包括很多產(chǎn)酯酵母、產(chǎn)香酵母等等。大曲在儲存時期的酵母數(shù)量變化情況如圖8所示,由圖8可知,在大曲儲存的前期酵母數(shù)量有小幅度的上升,在隨后的儲存過程中,隨著儲存期的延長,其酵母菌的數(shù)量開始下降,且下降趨勢越來越明顯,外購高溫曲在儲存期達到7個月時,僅檢測到少量酵母的存在,結合大曲發(fā)酵力變化趨勢(圖4)可以看出,隨著儲存期延長,大曲的酵母數(shù)量及酶活力均有下降趨勢,導致發(fā)酵力也隨之下降。

      乳酸菌的代謝產(chǎn)物主要是乳酸,乳酸和乙醇進一步酯化可生成乳酸乙酯,乳酸乙酯是白酒中四大酯類物質(zhì)之一,因此乳酸菌也是白酒釀造過程中非常重要的一種微生物。白酒釀造過程中存在適宜的乳酸菌有利于維護釀酒環(huán)境、促進釀酒發(fā)酵、促進美拉德反應等作用[14],但乳酸菌數(shù)量過多或者過少都對白酒的釀造不利,影響白酒口感。中高溫大曲在儲存過程中乳酸菌的變化情況如圖9所示,由圖9可知,在大曲的儲存階段,乳酸菌數(shù)量隨著儲存時間的延長呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,尤其在儲存的前2個月下降幅度很大。這表明實際儲存時,至少要超過2個月的儲存期,才可獲得相對穩(wěn)定的乳酸菌數(shù)量。外購高溫大曲1和高溫大曲2由于儲存時間超過3個月,前期變化情況無法獲知,且由于檢測到的菌數(shù)較少,導致誤差較大,但仍能反映出變化規(guī)律,即儲存3個月后乳酸菌數(shù)量仍有下降趨勢。

      3 結論

      為研究大曲隨著儲存時間延長的變化規(guī)律,將新出房的中溫曲和高溫曲進行儲存,每月跟蹤分析其理化指標和可培養(yǎng)微生物變化情況,發(fā)現(xiàn)隨著儲存時間的延長,大曲水分酸度變化不大,進一步對可培養(yǎng)微生物種類進行分析發(fā)現(xiàn),隨著儲存期的延長,細菌數(shù)量逐漸減少而芽孢桿菌的占有率逐步上升;霉菌、酵母菌、乳酸菌都隨著儲存期的延長而下降,糖化力指標也呈先升高后緩慢降低趨勢,液化力在前2個月時迅速降低,3個月后有所升高,然后趨于平穩(wěn);酵母菌在初期出現(xiàn)小幅上升后也緩慢降低,相應的發(fā)酵力在前3個月時急劇下降,之后也趨于平穩(wěn);各類微生物和理化指標變化情況在儲存3個月以后變化緩慢,并逐步趨于平穩(wěn)。

      綜合考慮以上各項指標在儲存過程中的變化情況,結合大曲在白酒釀造中的作用,實際生產(chǎn)中應當注意制曲溫度和糖化力的關系,不能片面追求高糖化力,而是要求菌系、物系和酶系的平衡與協(xié)調(diào)。本研究發(fā)現(xiàn)大曲從剛出房至儲存的前兩個月過程中,各項理化指標和微生物指標都處在不穩(wěn)定的狀態(tài),3個月之后才逐步趨于穩(wěn)定,且儲存期延長細菌等生酸菌逐漸減少,芽孢桿菌等有益微生物還在增加,生物酶也在不斷累積,這些都更利于白酒生產(chǎn)。據(jù)報道[15],儲存3~4個月的大曲,其纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、酯化酶的活力均達到最佳狀態(tài)。綜合考慮所有影響因素,建議大曲最短要儲存3個月才可投入生產(chǎn)使用,其中中溫曲最好儲存超過5個月才可使用,這并不意味著大曲儲存時間越長越好。眾所周知,儲存期在12個月之內(nèi),對出酒率影響不大,且儲存期長者,曲香好,酒質(zhì)口感更醇和。超過12個月以上的陳年老曲,曲蟲會很多,這會造成大曲淀粉的流失,甚至破壞大曲的微生物群落結構和酶系,使大曲質(zhì)量變差,嚴重影響窖內(nèi)發(fā)酵,出酒率明顯下降。且曲塊儲存期越長,其損耗越大,加之庫存占用也大,會擠壓大量資金。所以,從經(jīng)濟效益、曲塊的微生物數(shù)量及生化性能變化、釀造效果等幾個方面綜合考慮,并結合大生產(chǎn)的實踐經(jīng)驗,建議高溫大曲儲存3個月以上,中溫大曲儲存期以5個月以上為好,最長不宜超過12個月,特別是一些大曲儲存條件差的酒廠,更不宜久貯。另外,由于大曲貯存過程中各項指標(糖化力、液化力、發(fā)酵力、微生物種類及數(shù)量等等)消長不一致,故可采取不同貯存期的大曲相互搭配調(diào)節(jié)使用的方式。

      值得注意的是本研究采用的是傳統(tǒng)的稀釋平板法測定大曲中微生物的數(shù)量,這種方法受到很多因素的影響,如溫度、濕度,另外還存在樣品均勻度差異和操作人員差異等因素,故計數(shù)的重復性較差,雖不能精確反映微生物在大曲中的數(shù)量,但卻可以大致反映大曲儲存過程中微生物的生長趨勢和規(guī)律。隨著現(xiàn)代分子生物學技術的發(fā)展,我們將采用高通量測序以及熒光定量的方法對微生物數(shù)量和種類進行更準確的研究,這也是我們今后的研究方向之一。

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