百合多糧白酒半固態(tài)法釀造工藝及風(fēng)味研究

游湘淘 余 佶 張 敏 張 斌 麻成金,

(1. 吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 張家界 427000；2. 食藥兩用資源研究與高值化利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 吉首 416000;3. 吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000)

百合(Liliumbrowniivar.viridulumBaker)為百合科植物卷丹的干燥肉質(zhì)鱗葉，是中國(guó)衛(wèi)健委首批通過(guò)的藥食兩用植物。百合富含淀粉、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分[1]，還含有生物堿、黃酮類、多酚、皂苷等活性成分[2]，具有較高的保健功能價(jià)值；其淀粉含量在70%以上[3]，且保留百合大部分原本的生物活性成分，具有抗氧化、降血糖、消炎等功效[4]，可以添加至其他產(chǎn)品中提高產(chǎn)品附加值。目前，百合發(fā)酵類產(chǎn)品的研究已有百合發(fā)酵醋[5]、百合發(fā)酵酒[6]、百合酵素[7]、百合發(fā)酵乳[8]等。

中國(guó)白酒歷史悠遠(yuǎn)，生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)品風(fēng)格的獨(dú)特性，在國(guó)內(nèi)外都享盛譽(yù)[9]。中國(guó)白酒常用的釀造方法主要有固態(tài)法、半固態(tài)法、液態(tài)法等，其中半固態(tài)法釀造技術(shù)也即固液結(jié)合法釀酒技術(shù)，由于生產(chǎn)周期較短、產(chǎn)量大，加工成本低，受到白酒生產(chǎn)企業(yè)的青睞。目前，高粱、玉米、大米、小麥等為白酒常用釀造原料，以單一糧食或多糧混合的原料形式進(jìn)行發(fā)酵是主要傳統(tǒng)釀酒方法[10]，近年來(lái)，多糧混合釀造白酒相關(guān)研究逐漸增多[11-15]，但未見(jiàn)以百合為原料的多糧白酒研究報(bào)道。

研究擬以百合、高粱為主要原料，輔以大米和玉米，小曲為糖化發(fā)酵劑，采用半固態(tài)法釀造百合多糧白酒，應(yīng)用正交試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化釀造工藝參數(shù)，并分析其風(fēng)味物質(zhì)成分，旨在為百合相關(guān)深加工產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用提供實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

百合干片：湖南省龍山縣百合基地；

紅高粱、大米、玉米：吉首市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；

小曲、白酒曲：湖北安琪酵母股份有限公司；

硫酸、鹽酸、冰乙酸、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、硫酸銅、乙酸鋅、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、亞甲藍(lán)、酚酞等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

恒溫水浴鍋：HH-S2X型，金壇市成輝儀器廠；

組合式震蕩培養(yǎng)箱：QH2-123A型，常州市國(guó)旺儀器有限公司；

蒸煮鍋：CFXB型，廣東紅三角電器實(shí)業(yè)有限公司；

電子天平：FA2004型，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-0/1/2型，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890A-5975C型，美國(guó)Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料(百合、高粱、大米、玉米)→原料預(yù)處理→潤(rùn)料→預(yù)蒸煮→混合蒸煮→攤涼→培菌糖化→補(bǔ)水→酒精發(fā)酵→蒸餾→陳釀→勾調(diào)→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

(1) 原料預(yù)處理：在相關(guān)文獻(xiàn)[16]的基礎(chǔ)上，進(jìn)行前期預(yù)試驗(yàn)，選擇原料配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以干重計(jì))為百合25%、高粱35%、大米30%和玉米10%。百合干片破碎至0.2～0.5 cm大小，玉米破碎至0.1～0.2 cm大小，高粱、大米為整粒。

(2) 潤(rùn)料與蒸煮：按原料配方稱取原料，60 ℃熱水浸泡高粱12 h；百合、大米、玉米常溫浸泡2 h，至原料充分吸水；清洗1次，瀝干、蒸煮；高粱上大汽后蒸煮2 h，潑灑涼水，補(bǔ)充水分，繼續(xù)蒸煮1 h，然后加入百合、大米、玉米浸泡料混合蒸煮40～50 min，至原料充分熟透，內(nèi)無(wú)生心。

(3) 固態(tài)糖化：原料蒸煮完成后迅速冷卻至30 ℃，加入小曲進(jìn)行固態(tài)糖化。

(4) 酒精發(fā)酵：在糖化完成后，按設(shè)定料水比進(jìn)行補(bǔ)水，加入白酒曲進(jìn)行酒精發(fā)酵。

(5) 蒸餾接酒與陳釀：采取掐頭去尾的方法進(jìn)行酒醅蒸餾接酒，蒸餾前期約50 mL所接酒為酒頭，當(dāng)所接酒酒度低于40%Vol時(shí)停止接酒(剩余餾出酒為酒尾)，酒尾可在下次蒸餾接酒時(shí)倒入待蒸餾發(fā)酵醅中；自然陳釀90 d 以上，勾調(diào)后灌裝即得成品。

1.2.3 糖化階段單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 初始含水率：固定糖化溫度28 ℃，糖化時(shí)間16 h，糖化曲用量0.5%，以不同初始含水率(45%，50%，55%，60%，65%)為變量，以總酸含量及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2) 糖化溫度：固定初始含水率55%，糖化時(shí)間16 h，糖化曲用量0.5%，以不同糖化溫度(20，24，28，32，36 ℃)為變量，以總酸含量及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(3) 糖化時(shí)間：固定初始含水率55%，糖化溫度28 ℃，糖化曲用量0.5%，以不同糖化時(shí)間(12，14，16，18，20 h)為變量，以總酸含量及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(4) 糖化曲用量：固定初始含水率55%，糖化溫度28 ℃，糖化時(shí)間16 h，以不同糖化曲用量(0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%)為變量，以總酸含量及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.4 糖化階段正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，以初始含水量、糖化溫度、糖化時(shí)間、糖化曲用量為變量因素，感官評(píng)分及總酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，優(yōu)化糖化工藝參數(shù)。

1.2.5 酒精發(fā)酵階段單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 發(fā)酵溫度：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，發(fā)酵時(shí)間8 d，發(fā)酵曲用量1.0%，以不同發(fā)酵溫度(24，26，28，30，32 ℃)為變量，以總酯含量及酒醅酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2) 發(fā)酵時(shí)間：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，發(fā)酵溫度28 ℃，發(fā)酵曲用量1.0%，以不同發(fā)酵時(shí)間(6，7，8，9，10 d)為變量，以總酯含量及酒醅酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(3) 發(fā)酵曲用量：固定料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)，發(fā)酵溫度28 ℃，發(fā)酵時(shí)間8 d，以發(fā)酵曲用量(0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%)為變量，以總酯含量及酒醅酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(4) 料液比：固定發(fā)酵溫度28 ℃，發(fā)酵時(shí)間8 d，發(fā)酵曲用量1.0%，以料液比[m糖化料∶V水分別為1.0∶1.0，1.0∶1.5，1.0∶2.0，1.0∶2.5，1.0∶3.0，1.0∶3.5 (g/mL)]為變量，以總酯含量及酒醅酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.6 發(fā)酵階段響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用固定的料液比，選定發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵曲用量作為考察因子，以酒醅所含酒精度為試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判的響應(yīng)值，進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得到酒精發(fā)酵階段優(yōu)化的工藝條件參數(shù)。

1.2.7 風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析

(1) 樣品處理：經(jīng)蒸餾后的基礎(chǔ)酒，調(diào)整酒度為60%Vol，直接進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL。

(2) GC條件[17-18]：AgilentHP-5MS毛細(xì)管色譜柱，升溫程序?yàn)槌跏紲囟?5 ℃，以5 ℃/min升至80 ℃，再以8 ℃/min升至230 ℃，維持時(shí)間5 min。進(jìn)樣口溫度230 ℃，載氣為氦氣，分流比15∶1。

(3) MS條件[17-18]：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級(jí)桿溫度140 ℃，質(zhì)量掃描范圍為m/z35～500，采集方式：全掃描模式。定性和定量分析：使用NIST2011數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行譜圖分析，對(duì)檢測(cè)出的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，各檢出組分的相對(duì)含量采用峰面積歸一化法進(jìn)行計(jì)算。

1.2.8 指標(biāo)測(cè)定方法

(1) 酒精度：按GB/T 5009.225—2016第二法執(zhí)行。

(2) 總酸(以乙酸計(jì))、總酯(以乙酸乙酯計(jì))：按GB/T 10345—2007執(zhí)行。

(3) 還原糖測(cè)定：按GB 5009.7—2016執(zhí)行。

(4) 出酒率計(jì)算[19]：

(1)

式中：

Y——原料出酒率，%；

s——原酒精度數(shù)，%Vol；

V——原酒精體積，mL；

M——原糧質(zhì)量，g；

50——以酒精度50%Vol計(jì)。

1.2.9 糖化料感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn) 百合多糧白酒采用先糖化后發(fā)酵方式進(jìn)行釀造，參照GB/T 33404—2016及GB/T 33405—2016建立糖化料感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。參加評(píng)定人員為10名(5男、5女)經(jīng)過(guò)白酒品評(píng)訓(xùn)練的食品科學(xué)與工程專業(yè)大四學(xué)生，均有參加中國(guó)大學(xué)生品酒大賽的經(jīng)驗(yàn)。采取打分制原則進(jìn)行感官品評(píng)，滿分為100分。

1.2.10 白酒感官定量描述分析 參照GB/T 33404—2016白酒感官定量描述分析方法，采用白酒風(fēng)味輪定性產(chǎn)品特征，采用數(shù)字標(biāo)度定量特征強(qiáng)度或滯留度。通過(guò)九點(diǎn)標(biāo)度對(duì)白酒進(jìn)行香氣及口味口感分析，并建立香氣特征柱形圖和口味口感特征剖面圖。

表1 百合多糧白酒糖化料感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.11 數(shù)據(jù)處理 所有試驗(yàn)均重測(cè)3次，數(shù)據(jù)用平均值表示，運(yùn)用Excel 2007、Origin 9.0 以及Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖以及統(tǒng)計(jì)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 糖化工藝優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇初始含水率55%，糖化溫度28 ℃，糖化時(shí)間18 h，糖化曲用量0.6%進(jìn)行糖化階段正交試驗(yàn)，各因素水平取值見(jiàn)表2，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，4個(gè)因素對(duì)感官得分影響效果依次為a>b>c>d，c項(xiàng)的影響最小，優(yōu)化組合為a2b2c2d2；4個(gè)因素對(duì)總酸含量影響效果依次為a>b>c>d，d項(xiàng)的影響最小，優(yōu)化組合為a2b2c1d1。感官評(píng)分更能全面地衡量糖化效果，因此，綜合考慮選擇a2b2c1d2，即初始含水量55%，糖化溫度28 ℃，糖化時(shí)間16 h，糖化曲用量0.6%。對(duì)最優(yōu)工藝條件進(jìn)行3組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，感官得分平均為84.72分，總酸含量0.32 g/L，還原糖含量為4.87 g/100 g。

2.2 發(fā)酵工藝優(yōu)化

2.2.1 單因素試驗(yàn) 發(fā)酵階段發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵曲用量、料液比等因素對(duì)酒精度及總酯影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，在釀造用水添加量與原料比值(m糖化料∶V水)為1∶2 (g/mL)時(shí)，酒精度與總酯均為最高，繼續(xù)增加釀造用水酒精度出現(xiàn)下降；發(fā)酵溫度為28 ℃時(shí)，酒精度達(dá)到最高，發(fā)酵溫度過(guò)低時(shí)，菌種生產(chǎn)緩慢，發(fā)酵不完全，不利于產(chǎn)酒，酒精度較低；當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)高時(shí)，菌種生長(zhǎng)旺盛，會(huì)造成發(fā)酵速度過(guò)快，并產(chǎn)生大量氣泡，因此發(fā)酵結(jié)束早，不利于產(chǎn)酯增香，因此選擇發(fā)酵溫度為28 ℃進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)；發(fā)酵時(shí)間的控制對(duì)酒的釀造有很大影響，隨發(fā)酵的進(jìn)行，前期產(chǎn)酒速度較快，發(fā)酵后期酒精濃度過(guò)高，對(duì)菌種的生長(zhǎng)存在一定的抑制作用，因此呈先增加后平緩的趨勢(shì)。發(fā)酵曲用量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵不完全，酒精濃度較低，用量過(guò)高時(shí)，則會(huì)消耗過(guò)多底物，同樣不利于產(chǎn)酒，選擇發(fā)酵曲用量1.2%進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

表2 正交設(shè)計(jì)因素水平表

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果及直觀分析表

圖1 發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵曲用量和料液比對(duì)百合多糧白酒酒精度及總酯的影響Figure 1 Effects of fermentation temperature, fermentation time, fermentation Jiuqu dosage and different ratio of material to water on alcohol content and total ester of lily multi-grain liquor

2.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果 在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，固定料液比(m糖化料∶V水)為1∶2 (g/mL)，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵曲用量為變量因素，酒醅所含酒精度為響應(yīng)值，進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)。因素及水平表見(jiàn)表4，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表5。

2.2.3 模型建立及顯著性檢驗(yàn) Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析見(jiàn)表6。采用Design Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得回歸方程：

Y=14.39+0.19A+0.064B+0.32C+0.37AB+0.35AC+0.22BC-1.31A2-1.58B2-0.41C2。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及編碼水平設(shè)計(jì)表

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

(2)

2.2.4 響應(yīng)面分析及最優(yōu)條件的確定 3個(gè)因素交互項(xiàng)AB、AC、BC交互效應(yīng)的響應(yīng)面圖及等高線圖見(jiàn)圖2。3個(gè)因素之間均存在一定的交互作用，且影響顯著。圖3(a)和圖3(b)顯示發(fā)酵曲用量為0水平時(shí)，隨著發(fā)酵溫度從26 ℃升至30 ℃，發(fā)酵時(shí)間從8 d延長(zhǎng)至10 d，酒精含量先增加后下降。圖3(c)及圖3(d)顯示，隨發(fā)酵溫度和發(fā)酵用曲量的升高，在發(fā)酵曲用量和發(fā)酵溫度的交互作用中，發(fā)酵溫度對(duì)產(chǎn)酒的影響更為明顯，可能原因是適宜的溫度有力于菌種的生長(zhǎng)代謝。圖3(e)和圖3(f)響應(yīng)面圖存在一定的曲面，表明發(fā)酵時(shí)間與發(fā)酵用曲量存在交互作用。

表6 回歸方程方差分析表?

圖2 酒精發(fā)酵階段三因素交互作用等高線圖及響應(yīng)面圖Figure 2 Contour map and response surface map of three factors interaction in alcohol fermentation stage

采用Design-Expert 8.0.6 軟件優(yōu)化，得到百合多糧白酒發(fā)酵的優(yōu)化工藝條件參數(shù)為：發(fā)酵溫度28.29 ℃，發(fā)酵時(shí)間9.07 d、發(fā)酵曲用量1.39%。從實(shí)際操作出發(fā)，調(diào)整工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度28 ℃，發(fā)酵時(shí)間9 d，發(fā)酵曲用量1.4%。以優(yōu)化條件開(kāi)展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得酒醅所含酒精度的平均值為14.15%Vol，與模型的預(yù)測(cè)值14.48%Vol相比較誤差為2.28%，表明該模型可較好地預(yù)測(cè)發(fā)酵階段工藝條件參數(shù)與響應(yīng)值酒精度之間的關(guān)系。

2.3 百合多糧白酒風(fēng)味物質(zhì)分析

2.3.1 百合多糧白酒總酸和總酯含量 按上述工藝條件釀造的百合多糧白酒(新酒)。經(jīng)蒸餾后，出酒率為(43.57±0.58)%(以酒精度50%Vol計(jì))；經(jīng)測(cè)定，總酸含量(0.61±0.28) g/L，總酯含量(2.83±0.64) g/L。

2.3.2 百合多糧白酒基礎(chǔ)酒微量成分GC-MS分析 從GC-MS直接進(jìn)樣及NIST數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定結(jié)果(表7)和物質(zhì)保留指數(shù)分析可知，鑒定出百合多糧白酒中32種主要風(fēng)味物質(zhì)，主要包括醇類、醛類、酸類、酯類4大類風(fēng)味物質(zhì)。由表7可知，在微量成分含量上，酯類>醇類>酸類>醛類，其中酯類相對(duì)含量為46.33%，乙酸乙酯為主體成分，乙酸乙酯主要呈水果香，帶給酒體清香感，使百合多糧白酒具有清香型白酒的基本風(fēng)格特征。醇類化合物相對(duì)含量為37.16%，主體成分為異丁醇和異戊醇；酸類物質(zhì)相對(duì)含量為5.69%，主體成分為乙酸；醛類物質(zhì)相對(duì)含量為5.68%，主體成分為乙縮醛。酯類物質(zhì)是酒體中主要的呈香物質(zhì)，較高的酯含量賦予酒體濃郁的酒香，乙酸乙酯主要呈水果香，帶給酒體清香感，有助于提升酒的品質(zhì)。高級(jí)醇也是白酒重要的呈香、呈味物質(zhì)，適當(dāng)?shù)暮磕軌蚪o予酒體醇甜的口感，而含量過(guò)高則容易帶給酒體雜醇油氣味，應(yīng)在后續(xù)試驗(yàn)中，盡量降低異戊醇含量。

2.3.3 百合多糧白酒感官定量描述分析結(jié)果 根據(jù)GB/T 33404—2016《白酒感官品評(píng)導(dǎo)則》對(duì)百合多糧白酒進(jìn)行香氣、口味口感描述分析，結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。由圖3、圖4可知，百合多糧白酒以發(fā)酵香和糧香為主，陳香則需陳釀后才會(huì)產(chǎn)生?？诟型怀鎏鹞?，一定的酸感有利于增強(qiáng)酒體的協(xié)調(diào)感，苦味不明顯?？诟幸约儍舳鹊梅肿罡?，持久度有所欠缺，柔和度及協(xié)調(diào)度略低，新酒經(jīng)陳釀后將有助于提升柔和度及協(xié)調(diào)度。

綜合感官評(píng)語(yǔ)為：無(wú)色，無(wú)沉淀物和懸浮物，清亮透明；香氣自然，較純正清雅；酒體較柔和、凈爽；具有百合多糧的特征風(fēng)格。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以半固態(tài)法釀造百合多糧白酒為目標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)、響應(yīng)面試驗(yàn)分別優(yōu)化糖化階段和發(fā)酵階段工藝條件參數(shù)，確定糖化優(yōu)化條件為物料初始含水量55%、糖化曲用量0.6%、糖化溫度28 ℃、糖化時(shí)間16 h；發(fā)酵條件為料液比(m糖化料∶V水)1∶2 (g/mL)、發(fā)酵溫度28 ℃、發(fā)酵時(shí)間9 d、發(fā)酵曲用量1.4%。經(jīng)蒸餾后得到一款香氣以發(fā)酵香和糧香為主，口感綿甜，爽凈的基礎(chǔ)酒。試驗(yàn)探索利用百合作為主要原料之一釀造多糧白酒，可為百合的精深加工提供新產(chǎn)品，進(jìn)而拓寬百合綜合利用的途徑。試驗(yàn)僅以釀造工藝研究為主，未對(duì)釀造機(jī)理進(jìn)行深入探討，可對(duì)此進(jìn)行后續(xù)研究。此外，白酒釀造較為復(fù)雜，新釀造白酒需陳釀勾調(diào)后才能使酒體更加豐滿協(xié)調(diào)，后續(xù)需陳釀勾兌后才可得成品。

表7 百合多糧白酒主要風(fēng)味物質(zhì)鑒定結(jié)果

圖3 百合多糧白酒香氣特征柱形圖Figure 3 Bar chart of aroma characteristics of lily multi-grain liquor

圖4 百合多糧白酒口味口感特征剖面圖Figure 4 Profile of taste characteristics of lily multi-grain liquor