利用大米制備黃酒生料的研究

利用大米制備黃酒生料的研究

在中國(guó)，生物發(fā)酵技術(shù)在酒精生產(chǎn)領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，新的生物糖化微生物菌的培養(yǎng)、各種生物曲回到生物發(fā)酵過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用[1.4]。而作為三大發(fā)酵酒之一的黃酒,生料發(fā)酵是否可行?我們?cè)诖俗髁艘恍┨接?。生料發(fā)酵生產(chǎn)黃酒要解決的兩個(gè)主要問(wèn)題是:首先要保證發(fā)酵能安全進(jìn)行,尤其是長(zhǎng)達(dá)20d左右的長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵;另一個(gè)是作為飲料酒要保持傳統(tǒng)黃酒的特有風(fēng)味,不能有太大的變化。傳統(tǒng)的黃酒發(fā)酵工藝具有以下特點(diǎn):即敞口式發(fā)酵;典型的邊糖化邊發(fā)酵即雙邊發(fā)酵;濃醪的高濃度發(fā)酵;低溫長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)酵。這種獨(dú)特的工藝,使黃酒中不僅含有一定量的酒精,而且含有各種高級(jí)醇、有機(jī)酸、酯類、醛類以及豐富的氨基酸,從而形成了黃酒獨(dú)特的風(fēng)味并含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此工藝的關(guān)鍵是使淀粉糖化和酒精發(fā)酵巧妙配合,相互協(xié)調(diào),保持雙邊發(fā)酵的平衡進(jìn)行,從而在敞口式發(fā)酵時(shí),有效抑制有害菌的繁殖,在高濃條件下消除高滲透壓對(duì)酵母代謝活動(dòng)的抑制,形成酒精含量高于15%的所有釀造酒中酒精含量最高的發(fā)酵醪,使之在低溫條件下,能進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的后發(fā)酵過(guò)程,在此過(guò)程中,各種生物酶的繼續(xù)作用,各種發(fā)酵產(chǎn)物之間進(jìn)行的各種生化反應(yīng)所產(chǎn)生的產(chǎn)物,形成了黃酒的特有風(fēng)味。所以,為保證黃酒的基本風(fēng)味不產(chǎn)生大的變化,在采用生料發(fā)酵生產(chǎn)時(shí),必須保持傳統(tǒng)工藝的優(yōu)點(diǎn),不作大的改變。另一方面,生料發(fā)酵的一個(gè)重要特點(diǎn)就是糖化速度較熟料發(fā)酵要慢,生料中所帶雜菌多,不適合于先糖化后發(fā)酵的工藝,而與傳統(tǒng)黃酒的雙邊發(fā)酵工藝相結(jié)合,則能揚(yáng)長(zhǎng)避短,生淀粉水解酶水解淀粉所產(chǎn)生的葡萄糖,能迅速被發(fā)酵醪中占優(yōu)勢(shì)的酵母所消耗,從而抑制雜菌的繁殖,保證發(fā)酵的正常進(jìn)行。而從原料選擇來(lái)說(shuō),生淀粉水解酶水解淀粉的速率依次為大米>小麥>玉米>高粱>木薯>甘薯>馬鈴薯,就是說(shuō)黃酒發(fā)酵所用的原料大米正是水解速度最快的,適合生料發(fā)酵。因此可以認(rèn)為只要工藝設(shè)計(jì)能保持雙邊發(fā)酵的平衡,就解決了發(fā)酵安全問(wèn)題。基于此,我們采用了一種新型的生淀粉水解酶結(jié)合黃酒麥曲來(lái)完成大米淀粉水解成葡萄糖的過(guò)程,而保留了大部分傳統(tǒng)黃酒發(fā)酵工藝,將現(xiàn)代酶技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合,來(lái)進(jìn)行生料發(fā)酵生產(chǎn)黃酒。1材料和方法1.1水解酶活力測(cè)定大米:粳米,江西產(chǎn),標(biāo)一,水分含量為13.9%,淀粉含量為71.2%。麥曲:本廠自產(chǎn),糖化力為800u/g,水分為25.6%。淀粉水解酶:酶活力為456GSHU/g,杰能科丹尼斯克。干酵母:黃酒專用,湖北安琪酵母有限公司。1.2醫(yī)療器械及酸度計(jì)電熱桓溫培養(yǎng)箱:HH-B11型,上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;酸度計(jì):PHS-2C型,上海偉業(yè)儀器廠;磨口蒸餾燒瓶:500mL,蜀牛牌,四川蜀玻集團(tuán);常規(guī)分析玻璃儀器。1.3方法1.3.1流程和操作要點(diǎn)1.3.1.1.流程大米→加水調(diào)漿→加入麥曲、淀粉水解酶、干酵母活化液→保溫前發(fā)酵→后發(fā)酵→過(guò)濾→滅菌→成品1.3.1.攪拌和后發(fā)酵稱取大米800g置于3L三角瓶中,加入32~33℃的溫水調(diào)漿,用食用乳酸調(diào)節(jié)pH,加入麥曲、淀粉水解酶和黃酒專用干酵母(干酵母按說(shuō)明書方法復(fù)水活化),充分?jǐn)嚢?控制醪液起始發(fā)酵溫度28~29℃,用4層紗布封口,放入30℃恒溫培養(yǎng)箱中,進(jìn)行主發(fā)酵。按4h、8h、12h各振蕩攪拌1次,以后每隔8h攪拌1次,36h后則每12h攪拌1次,72h后關(guān)閉培養(yǎng)箱的溫控,停止攪拌,常溫下進(jìn)行后發(fā)酵,15d后過(guò)濾,裝瓶,85℃、20min滅菌。生米直接投料,因未經(jīng)浸潤(rùn)和蒸煮,很快沉降,故在4h即開(kāi)始第一次攪拌,使醪液均勻。4h后,隨著米粒吸水浸潤(rùn)和淀粉水解酶的作用,淀粉逐漸被水解,酵母也不斷繁殖,外觀可見(jiàn)發(fā)酵跡象,米粒層中有氣泡逸出。12h,進(jìn)入主發(fā)酵期,醪液呈豆?jié){狀,內(nèi)有大量細(xì)小氣泡快速上升。主發(fā)酵期內(nèi)醪液可自行翻動(dòng),相對(duì)均勻,攪拌是為了排去發(fā)酵醪中積聚的CO2,增加溶氧,同時(shí)攪拌可促進(jìn)米粒的破碎,有利于酶和酵母的進(jìn)一步作用。48h后,發(fā)酵逐漸趨緩,醪液中氣泡逐漸減少,醪液又慢慢分層,到后酵結(jié)束,醪液上層呈淡黃色清亮液體,底部是米渣,與開(kāi)始時(shí)沉降的米粒層相比,體積明顯減少。1.3.2酸度、糖酸等指標(biāo)測(cè)定方法發(fā)酵醪處理:紗布過(guò)濾,一部分濾液測(cè)酒精度,另一部分再用濾紙過(guò)濾,取濾清液測(cè)酸度、糖分等指標(biāo)。測(cè)定方法:酒精度:酒精計(jì)法;酸度:酸度計(jì)法;糖份:菲林法;非糖固形物:烘干法;pH:酸度計(jì)法;氨基酸態(tài)氮:甲醛法。2結(jié)果與分析2.1發(fā)酵結(jié)果分析大米800g,麥曲64g,干酵母添加量1.6g,工藝總控制量340%,起始pH自然,起始發(fā)酵溫度28.5℃,淀粉水解酶用量分別為0.8g(1.0‰)、1.6g(2.0‰)、2.0g(2.5‰)、2.4g(3.0‰),發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可看出,隨著淀粉水解酶用量的增加,發(fā)酵最終酒精度隨之增加。在添加量為1.0‰時(shí),發(fā)酵遲緩,主發(fā)酵期發(fā)酵不旺盛,最終酒精度低且酸度很高,作為黃酒發(fā)酵來(lái)說(shuō)屬非正常發(fā)酵即酸敗。在2.0‰~3.0‰的添加量范圍內(nèi),雙邊發(fā)酵能平衡進(jìn)行。綜合考慮發(fā)酵安全和生產(chǎn)成本,淀粉水解酶的適宜添加量為2.5‰。2.2調(diào)整發(fā)酵中的ph值取大米800g,麥曲64g,淀粉水解酶2.0g,干酵母1.6g,工藝總控制量340%,起始發(fā)酵溫度28.5℃,分別用食用乳酸調(diào)節(jié)發(fā)酵醪液pH4.0、4.5、5.0和自然pH(約6.2),發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)圖2。生料發(fā)酵的要點(diǎn)之一是控制發(fā)酵醪的酸度,尤其是黃酒發(fā)酵,要充分考慮產(chǎn)品的感官指標(biāo),要符合國(guó)標(biāo)要求和飲用要求。與原蒸煮工藝相比,生料發(fā)酵的原料未經(jīng)高溫滅菌,給發(fā)酵醪帶來(lái)的雜菌數(shù)量大大增加,其中的乳酸菌、醋酸菌等如果大量繁殖產(chǎn)酸,就會(huì)造成發(fā)酵醪酸敗。黃酒生產(chǎn)是敞開(kāi)式發(fā)酵,原工藝也存在這個(gè)問(wèn)題,所以就有了“以酸制酸”的工藝,即調(diào)節(jié)發(fā)酵醪起始pH4.0左右,在此條件下,有害細(xì)菌受到抑制,而酵母菌則處于最適環(huán)境,能迅速繁殖生長(zhǎng)。紹興黃酒傳統(tǒng)工藝中的“三漿四水”就是古人調(diào)節(jié)pH,達(dá)到“以酸制酸”目的的巧妙方法。但從圖2來(lái)看,利用淀粉水解酶生料發(fā)酵過(guò)程中,調(diào)節(jié)發(fā)酵醪起始pH對(duì)發(fā)酵有影響但并不明顯,在起始pH未經(jīng)調(diào)節(jié)的情況下,發(fā)酵仍能正常進(jìn)行,酸度未見(jiàn)明顯升高。究其原因,可能是發(fā)酵開(kāi)始時(shí),生料淀粉水解速度較慢,發(fā)酵醪中不會(huì)積聚大量的可發(fā)酵性糖,同時(shí)干酵母的添加量較大,一開(kāi)始酵母即占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),水解淀粉產(chǎn)生的糖分被酵母迅速利用,從而抑制了有害菌的生長(zhǎng)。而在后發(fā)酵期,發(fā)酵醪中高達(dá)17%vol以上的酒精含量起到了抑制雜菌的作用,保證了后發(fā)酵的正常進(jìn)行。從整個(gè)發(fā)酵過(guò)程來(lái)看,發(fā)酵醪的pH值變化情況為:發(fā)酵初期快速下降至4.0以下,隨后隨酒精和氨基酸含量的增加而上升,然后處于一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài),到發(fā)酵末期又稍有升高(見(jiàn)表1)。這與傳統(tǒng)蒸煮工藝的發(fā)酵過(guò)程中pH的變化基本一致。2.3原料煤調(diào)濕處理工藝和生料發(fā)酵工藝發(fā)酵母量的測(cè)定大米800g,麥曲64g,淀粉水解酶2.0g,起始pH自然,工藝總控制量340%,干酵母添加量分別為0.8g(1.0‰)、1.2g(1.5‰)、1.6g(2.0‰)、2.0g(2.5‰),發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)表2。相對(duì)于原料蒸煮處理工藝,生料發(fā)酵所添加的干酵母量要大得多,以2.0‰為下限,而原工藝的添加量一般為0.8‰~1.0‰。這與生料工藝發(fā)酵醪中生原料帶來(lái)的雜菌較多有關(guān),必須有一定的酵母接種量,才能起到優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)的作用而抑制遲滯期內(nèi)雜菌的生長(zhǎng)。然而,過(guò)大的接種量,除增加成本,也可能因生料糖化相對(duì)緩慢而造成雙邊發(fā)酵不平衡,酵母易老化從而造成后發(fā)酵期殘?zhí)沁^(guò)高而產(chǎn)酸,所以選擇ADY添加量為2.0‰。2.43原工藝與生料發(fā)酵的比較在小試基礎(chǔ)上,采用麥曲添加量8%,淀粉水解酶添加量2.5‰,干酵母添加量2.0‰,工藝總控制量為340%,起始pH自然的工藝,用3m3酒母罐代替發(fā)酵罐進(jìn)行了生料發(fā)酵生產(chǎn)黃酒的中試,過(guò)程如下:(1)將發(fā)酵罐、管道沖洗干凈,用二氧化氯消毒液消毒,發(fā)酵罐再用甲醛熏蒸1次。(2)將水加入到發(fā)酵罐中,通蒸汽加熱至34℃,攪拌狀態(tài)下倒入大米,加入淀粉水解酶,加入麥曲、干酵母活化液,通入壓縮空氣攪拌均勻,投料結(jié)束,開(kāi)始發(fā)酵,起始溫度28~29℃。(3)30min后,麥曲上浮,在表面形成麥曲層;4h用壓縮空氣開(kāi)耙,可以感覺(jué)罐底米層較厚實(shí);之后麥曲層表面可見(jiàn)大泡冒出;12h,麥曲層表面的氣泡變小變多,罐口的CO2很嗆人,溫度達(dá)到32℃,已進(jìn)入主發(fā)酵期,開(kāi)始開(kāi)冷卻水控溫;20h開(kāi)耙時(shí)已感覺(jué)不到底部的米粒沉淀。但表層仍由麥曲層覆蓋,發(fā)酵醪自身形不成大的上下翻動(dòng)的效果,無(wú)法沖開(kāi)麥曲層,這是由于大米畢竟未經(jīng)蒸煮,其吸水浸潤(rùn)后的膨脹程度與蒸煮后的米飯相比仍相差很多,發(fā)酵產(chǎn)生的氣體能將其帶起上升但形不成大的沖擊力所致。40h后,品溫開(kāi)始下降,至72h,麥曲層變薄,表面只可見(jiàn)少量氣泡冒出,主發(fā)酵期結(jié)束。(4)6d,一部分麥曲下沉,表面只有薄薄一層,可見(jiàn)下面的發(fā)酵醪呈豆?jié){狀渾濁,溫度降至27℃。在以后的后酵期內(nèi),品溫逐漸下降,發(fā)酵醪逐漸變清。至20d發(fā)酵結(jié)束。(5)由于投料量較少,用傳統(tǒng)的木榨來(lái)榨酒,榨出的酒經(jīng)硅藻土過(guò)濾,然后煎酒、灌裝入壇,陳化。發(fā)酵過(guò)程中酒精度、酸度、pH、氨基酸態(tài)氮的變化情況見(jiàn)表3,成品酒的檢測(cè)結(jié)果及與原工藝生產(chǎn)成品酒檢測(cè)結(jié)果的比較見(jiàn)表4。從表3、表4可以看出,生料發(fā)酵的發(fā)酵進(jìn)程正常,并未出現(xiàn)有些用生料曲進(jìn)行發(fā)酵所報(bào)道的發(fā)起遲緩的情況,這可能與本試驗(yàn)所使用的淀粉水解酶的分解生淀粉的能力較強(qiáng)有關(guān)。同時(shí)可以看到,生料發(fā)酵所產(chǎn)的黃酒中氨基酸態(tài)氮和無(wú)糖固形物相當(dāng)高,分別達(dá)到了1.52g/L、29.8g/L,而這2個(gè)指標(biāo)在原生產(chǎn)工藝中一般為0.9g/L和20.0g/L左右,提高的幅度相當(dāng)大,這與生料發(fā)酵工藝的原料未經(jīng)高溫加熱,其中的蛋白質(zhì)未受熱變性,容易被酶分解有關(guān)。作為發(fā)酵是否安全的另一個(gè)重要指標(biāo)酸度,生料發(fā)酵生產(chǎn)的成品酒要高于原料蒸煮工藝所產(chǎn)的酒,但從感官品評(píng)后發(fā)現(xiàn),其酸感并未明顯增強(qiáng),即感官上并未體現(xiàn)出酸度增加,這可能與不同的工藝造成產(chǎn)品中所含各種酸的成分和比例不同有關(guān),值得進(jìn)一步探討。3工藝條件設(shè)定3.1采用淀粉水解酶,結(jié)合黃酒麥曲,使用黃酒專用干酵母發(fā)酵生料生產(chǎn)黃酒在工藝上是可行的,工藝條件為:大米不經(jīng)浸漬直接投料,溫水調(diào)溫,麥曲添加量8%,淀粉水解酶添加量2.5‰,ADY添加量2.0‰,工藝總控制量340%,發(fā)酵起始pH自然。此工藝經(jīng)過(guò)3m3發(fā)酵罐的中試驗(yàn)證,但未經(jīng)優(yōu)化,尚可進(jìn)一步探討。3.2與傳統(tǒng)的生產(chǎn)