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桑椹酒酿造过程中高级醇生成的影响因素研究



全 文 :中 国 酿 造
2012年 第 31卷 第 5期
总第 242期
高级醇是指除乙醇以外的具有3个碳原子及以上的
一价醇类,包括正丙醇、异丁醇、异戊醇、活性戊醇、β-苯乙
醇等[l]。高级醇是果酒的重要香气成分,对酒质影响较大,
适量的高级醇赋予果酒以醇厚、丰满的口感,增加酒的协
调性,使其典型性突出。但高级醇含量过高或过低都会对
酒的风味产生不良影响,含量过少会使果酒的风味淡薄;
含量过多会给人以辛辣、腐臭感和不愉快的苦涩味。高级
醇在人体内的分解速度较缓慢,停留时间长,饮用一定量
后会使神经系统麻醉,大量饮酒后易引起“上头”[2-5]。我国
GB 2757中规定60%vol蒸馏酒中高级醇(杂醇油)含量不
得高于0.2g/100mL。RAPP A和MANDERY H[6]发现葡萄酒
中高级醇含量达300mg/L时便可产生令人愉快的风味,但
当浓度达到400mg/L以上时会使葡萄酒产生不愉快的风
味,并有刺激的口感。甄会英[7]研究表明葡萄酒中高级醇
含量达368.64mg/L以上后,酒风味不协调,易使人“上头”。
本试验以实验室筛选的低产高级醇酵母菌株为试验对象,
通过对发酵过程中高级醇生成的影响因素进行研究,为调
控桑椹酒中高级醇的生成量提供理论依据,从而能更好的
改善工艺,调控桑椹酒中高级醇的生成量,解决桑椹酒饮
后“上头”和口感粗糙的问题,提高桑椹酒的品质。
1 材料与方法
1.1 试验材料
菌种:四川理工学院酿酒生物技术及应用四川省重点
实验室前期试验筛选的一株低产高级醇酿酒酵母菌种;
样品:桑椹,四川阆州圣果酒业有限公司提供;
试剂:正丙醇、异丁醇、异戊醇、β-苯乙醇、乙醇均为色
谱纯。
1.2 仪器设备
仪器:Agilent 6890N-5975B气相色谱质谱联用仪,美
国Agilent公司;毛细管柱J&W 122-7062 60.0m×0.25mm×
0.25μm,美国Agilent公司;LRH-250生化培养箱,上海齐欣
科学仪器有限公司;200μL、1mL可调式移液器,上海雷勃
分析仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 桑椹酒发酵工艺流程
桑椹→分选→清洗→压榨→调整成分(调整糖度、pH值、添
加 SO2)→摇匀、静置 1h→接种→前发酵→后发酵→过滤→陈酿→
澄清处理
采用一个初始的基本工艺参数:初始糖度22%,SO2添
加量50mg/L,初始pH值自然,前发酵温度28℃,后发酵温
度22℃。在此基础上分别对初始pH值、发酵温度、接种量、
SO2添加量、氮源添加量5个因素设置单因素试验。每个试
验做3个平行,试验结果取平均值,并进行误差分析。
1.3.2 高级醇的测定
收稿日期:2012-01-14
作者简介:罗惠波(1969-),男,教授,主要从事白酒生物技术及应用研究。
桑椹酒酿造过程中高级醇生成的影响因素研究
罗惠波1,2,江文涛1,2,卫春会1,2,徐升东3,李蕊伽1
(1.四川理工学院 生物工程学院,四川 自贡 643000;2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川 自贡 643000;
3.四川省阆州圣果酒业有限公司,四川 阆中 637400)
摘 要:针对桑椹酒中高级醇含量过高的问题,研究了初始pH值、发酵温度、接种量、SO2添加量、氮源添加量等因素对桑椹酒酿造过
程中高级醇生成的影响。试验结果表明:适当增加接种量或降低初始pH值、发酵温度,高级醇生成量明显降低;添加氮源,高级醇生
成量增加;在一定范围内,随SO2含量的增加,高级醇生成量增加,当SO2含量达200.00mg/L时,高级醇的生成受到抑制。
关 键 词:桑椹酒;高级醇;酿造
中图分类号:TS262.7 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2012)05-0131-04
Analysis on factors affected higher alcohols formation during mulberry wine brewing
LUO Huibo1,2, JIANG Wentao1,2, WEI Chunhui1,2, XU Shengdong3, LI Ruijia1
(1.School of Biological Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China;
2.Liquor Making Bio-Technology & Application of Key Laboratory of Sichuan Province, Zigong 643000, China;
3.Sichuan Langzhou Enlightenment Wine Business Co., Ltd., Langzhong 637400, China)
Abstract: Aiming at the problem of high level of higher alcohols in mulberry wines, factors including pH value, temperature, inoculum, addition of
SO2, the amount of nitrogen source, which have impact on the production of higher alcohols during alcoholic fermentation in mulberry wine, were
studied. The results showed that higher alcohols formation was significantly reduced when inoculum increased or pH value and fermentation temper-
ature lowered. Addition of nitrogen source would lead to increased formation of higher alcohols. Within a certain range, higher alcohols formation
increased with levels of SO2, while higher alcohols formation was inhibited when the SO2 content up to 200.00mg/L.
Key words: mulberry wine; higher alcohol; brewing
研究报告 131· ·
China Brewing
2012 Vol.31 No.5
Serial No.242
样品的制备:发酵完成后按GB/T 15038-2006[8]所示方
法蒸馏酒样,4℃保存备用。
分析条件:色谱柱:毛细管柱J&W 122-7062 DB-WAX
60m×0.25mm×0.25μm。
色谱条件:进样口温度250℃,起始温度60℃,保留1min,
以6℃/min升至150℃,不保留,以10℃/min升至200℃,保留
2min,以15℃ /min升至230℃,保留2min,载气He,恒流
1.0mL/min;进样量:2μL。
质谱条件:检测器温度250℃,电离方式EI,电离电压
70eV,MS四级杆150℃,离子源230℃。
绘制标准曲线:
浓缩标准溶液的配制:取色谱纯标准品正丙醇、异丁
醇、异戊醇和β-苯乙醇于(20.0±0.1)℃水浴中保温30min,
用移液枪各取150μL标准品置于100mL容量瓶中,加入
10%vol乙醇水溶液定容。
标准溶液的配制:准确量取浓缩标准溶液0.25mL、
0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL于 10mL容量瓶,用
10%vol乙醇水溶液定容,依次标记为1#、2#、3#、4#、5#、6#,得到
系列浓度的混合标样,实际配制浓度见表1。
样品检测:取1mL样品于色谱进样瓶中,直接自动进
样进行气相色谱质谱联用法测定。
2 结果与分析
2.1 4种主要高级醇的标准曲线
将配制好的混合标样,用气质联用仪进行测定,得到
以峰面积Ai为横坐标,高级醇浓度C为纵坐标的标准曲
线,见图1。
2.2 初始pH值对高级醇生成的影响
发酵前将桑椹汁的初始pH值分别调到3.0、3.5、4.0、
4.5,发酵结束后测定高级醇含量,结果见图2。
不同初始pH值对高级醇生成量的影响试验结果表明,
桑椹汁初始pH值对高级醇生成量影响显著,随桑椹汁初始
pH值的升高,高级醇的生成量显著增加。初始pH值达4.0
以上时,酵母生长代谢旺盛,高级醇的生成量增加明显;
pH值在3.5以下时,酵母的代谢活动受到抑制,其增殖量受
到控制,因而高级醇的生成量明显降低。试验结果表明,适
当降低果汁初始pH值,有利于降低高级醇的生成量。
2.3 发酵温度对高级醇生成的影响
采用控温发酵方式,将发酵温度分别调至15℃、20℃、
25℃、30℃,恒温发酵。不同发酵温度条件下桑椹酒中高级
醇生成量见图3。
试验结果表明,温度对高级醇的生成量影响显著,随
发酵温度的升高,高级醇的生成量明显增加。20℃以下时
高级醇的生成量较低,当温度达25℃以上时,高级醇的生
表1 高级醇标准溶液浓度
Table 1. Concentrations of standard solution of higher alcohols
mg/L
高级醇 1# 2# 3# 4# 5# 6#
正丙醇 30.14 60.27 120.54 180.81 241.08 301.35
异丁醇 30.38 60.75 121.50 182.25 243.00 303.75
异戊醇 30.38 60.75 121.50 182.25 243.00 303.75
β-苯乙醇 38.25 76.50 153.00 229.50 306.00 382.50
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成量显著增加。这是由于发酵温度的升高,酵母的生长及
代谢活动增强,高级醇生成相关转化酶活力提高,因而由
分解代谢及合成代谢途径所产生的高级醇含量就会增
加。若发酵温度过低,酵母的代谢活动相对较弱,发酵变
得缓慢,发酵周期延长,不利于发酵。因此,适当的降低发
酵温度有利于控制高级醇的生成。
2.4 接种量对高级醇生成的影响
不同接种量条件下,桑椹酒中高级醇生成量见图4。
由图4可知,不同酵母接种量条件下高级醇的生成量
有明显差异。随着酵母接种量的增加高级醇生成量增加,
当接种量达4.0×106cell/mL时高级醇含量达最大,然后随酵
母接种量的增加高级醇生成量降低。适当的增加酵母的
接种量,可控制酵母的增殖倍数,从而合成途径中产生的
高级醇含量降低,因此高级醇的生成量降低。
2.5 SO2添加量对高级醇生成的影响
不同SO2添加量对高级醇生成的影响试验结果见图5。
由图5可知,不同的SO2添加量对高级醇的生成量有影
响。SO2添加量在120mg/L以下时,高级醇的生成量无明显
变化。当SO2添加量达160mg/L时,高级醇的生成量明显增
高,然后随SO2添加量的继续增加,高级醇生成量开始降
低。造成这种现象的原因可能是,随SO2浓度升高,高级醇
生成的相关转化酶活力受到影响,高级醇生成量增加;SO2
浓度继续增加,酵母的增殖受到抑制,高级醇生成量再次
降低。
2.6 氮源添加量对高级醇生成的影响
高级醇的产生主要有2条途径:Ehrlich降解代谢途径
和糖代谢合成途径,其中异丁醇、异戊醇等75%是由合成代
谢途径形成。酵母在合成所需氨基酸的同时产生丙酮酸,
进而形成高级醇[9]。因此,高级醇的生成量受培养基中可
同化氮源含量水平的影响。试验以NH4HCO3为氮源,分别
加入0mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L的NH4HCO3,发酵
结束后测定高级醇含量,试验结果见图6。
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不同NH4HCO3添加量的试验结果表明,随NH4HCO3
添加量的增加,高级醇生成量显著增加。正丙醇和异丁醇
生成量随NH4HCO3添加量的增加而增加,异戊醇和β-苯乙
醇则呈先上升后下降的趋势。随氮源浓度的上身,酵母经
合成代谢途径合成必须氨基酸,形成的高级醇含量增加;
随着氨基酸合成量增大,高水平的氨基酸会反馈抑制氨基
酸合成途径中酶的活性,从而降低了高级醇在合成途径中
的形成量。
3 讨论
桑椹酒发酵过程中影响高级醇生成量的因素是多方
面的。试验结过表明,初始pH值、温度、接种量、SO2添加量、
氮源添加量等因素对高级醇的生成量影响显著;温度对高
级醇生成量影响最大,其次是pH值、接种量等因素。适当增
加接种量或降低初始pH值、发酵温度,高级醇生成量明显
降低;添加氮源,高级醇生成量增加;在一定范围内随SO2
含量的增加,高级醇生成量增加,当SO2含量达200.00mg/L
时,高级醇的生成受到抑制。
由结果可知:当初始pH值为3.5,发酵温度为20℃,接
种量为1.0×107cell/mL,SO2添加量为80mg/L,不添加氮源
的最优条件下,高级醇产量最低。本试验对桑椹酒酿造过
程中高级醇生成的主要影响因素进行了初步的研究,得
到了各因素对高级醇生成量的影响规律,后面还需进行正
交试验和响应面分析进一步优化发酵条件,确定各影响因
素的最佳控制水平。本试验采用实验室小规模控温发酵,
与大规模生产发酵存在一定差异,有必要进行后续规模性
生产试验,从而更好的调控高级醇的生成。
参考文献:
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