加酶挤压预处理酿造土圞儿黄酒及其品质分析.pdf
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1、加酶挤压预处理酿造土儿黄酒及其品质分析焦爱权1-2,边士超2,金征宇1.2*食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIESD0I:10.13995/ki.11-1802/ts.032892引用格式:焦爱权,边士超,金征宇.加酶挤压预处理酿造土儿黄酒及其品质分析J食品与发酵工业,2 0 2 3,49(17):10 2 一109.JIAO Aiquan,BIAN Shichao,JIN Zhengyu.Fermentation of Apios fortunei Huangjiu with enzymatic extrusion pretreatmentand its q
2、uality analysisJ.Food and Fermentation Industries,2023,49(17):102-109.1(食品科学与技术国家重点实验室(江南大学),江苏无锡,2 1412 2)2(江南大学食品学院,江苏无锡,2 1412 2)摘要加酶挤压因其在处理和降解天然大分子方面具突出优势,在酿造方面具有较大的应用潜力,将其应用于土圜儿预处理酿造黄酒是一种提升土圜儿产品附加值的较好方法。该研究优化了加酶挤压参数,得挤压末区温度为10 4.9,挤压水分50.0 6%,螺杆转速96 r/min,加酶量1.40%(0.16 8 KNU/g,淀粉干基)。此时可得最高糊化度和还
3、原糖含量分别为98.8 9%和2 0.6 9%。随后以最优条件预处理土儿酿造黄酒,得到成品土儿黄酒的酒精度为9.4%,总酸7.15g/L,总糖2.7 g/L。此外,黄酒中含较高的非糖可溶性固形物(50.0 2 g/L)、-氨基丁酸(0.47 mg/L)以及抗氧化性,证明其具有较好的营养价值。感官评定结果显示其整体接受度尚好并且风味独特,综上,证明加酶挤压预处理酿造得到的土圜儿黄酒在扩充黄酒品类方面具有一定潜力。通过CC-MS和气味活度值进一步分析得土儿黄酒中芳樟醇、月桂烯等可能是其特殊风味来源。关键词加酶挤压;土儿;黄酒;响应面;品质分析土儿(Apios fortuneiMaxim)又名罗汉参
4、、香芋,是一种豆科多年生草本植物 。土儿块根呈圆球形或不规则长圆形,长2 8 cm,其土黄色表皮上有断续的环状纹理,内部肉质洁白细嫩。土儿块根是一种中华传统药材,在本草拾遗等多本古籍中皆被作为重要药材记载2 。然而,多年来因种植难、产量低以及种植方式较为粗放等因素制约了土儿的快速发展,自近年来土儿在山东单县得到规模化种植,其相关研究以及产业才逐渐得到发展。土儿块根中含有丰富的蛋白质、碳水化合物和矿物质3-4,是一种兼具药用和食用价值的作物,近年来还被入选国家地理保护产品以及国家道地药材。然而由于土圜儿的发展时间较短,开发程度较低,当前土儿以销售鲜品为主,产品形式单一,尤其缺少高附加值产品。考虑
5、到土儿具有潜在保健功效,且富含淀粉5,将其应用于黄酒酿造,开发具有潜在保健功效的新型黄酒可以丰富其产品形式并提升产品附加值。传统的黄酒是以去壳后的大米、黍米等为原料,经浸泡、蒸煮等预处理后辅以麦曲、酵母以及适量的水,经过长时间的微生物发酵及谷物降解后酿造得到。实际上,黄酒酿造的原辅料选择极其丰富,淀粉含量高的原料都可以用来酿酒,不同原辅料的选择将会直接影响最终黄酒的风味以及品质,从而得到各种第一作者:博士,副教授(金征宇教授为通信作者,E-mail:f p c e n t e r j i a n g n a n.e d u.c n)基金项目:科技部十四五支撑计划重点项目(2 0 2 2 YFF
6、1100505)收稿日期:2 0 2 2-0 7-0 6,改回日期:2 0 2 2-0 8-2 41022023 Vol.49 No.17(Total 485)独具风味的新型黄酒6-。GB/T136622018黄酒中则将由于原辅料或是工艺的改变,具有特殊风味且不改变黄酒风格的酒定义为特型黄酒。传统黄酒酿造通常采取浸泡加蒸煮的方式来熟化原料,效率低且会造成环境污染8-10 。随着科技的进步,以及在时代的需求下,挤压、焙炒、液化、生料以及加酶挤压等新工艺蓬勃发展1。其中,加酶挤压指在传统挤压过程中引人外源酶。挤压腔内高压、高剪切的特殊环境赋予酶更高的催化活性,还具有高效、绿色、可连续化生产等优点,
7、尤其在处理天然生物大分子的改性和降解方面具有突出优势。目前加酶挤压已应用于谷物的熟化和降解,进行黄酒、啤酒等产品的酿造告12-13基于上述背景,本研究拟将加酶挤压技术应用于土儿的预处理来酿造黄酒,并与其他熟化方式传统挤压(不加酶)和传统蒸煮对比,通过分析成品土儿黄酒的品质和风味,发掘其扩充黄酒品类的潜力,研究结果可以为土儿黄酒的酿造提供指导,以促进土儿高附加值产品的开发。1材料与方法1.1林材料与仪器1.1.1实验材料与试剂土儿全粉,山东单县天翔罗汉参专业合作社,基研究报告本组成为:淀粉(6 7.7 1.8)%,蛋白质(14.90.5)%,范围内构建响应曲面模型。具体设计方案如表1水分(11.
8、2 0.3)%,粗纤维(3.40.2)%,灰分(3.3所示。0.1)%,脂质(2.30.0)%;耐高温-淀粉酶(TermamylSC120L),诺维信公司(12 0 KUN/g);T a k a-淀粉酶(1.2 1.8 U/m g)、色谱实验用试剂,2-辛醇(色谱纯),其他试剂为分析纯,国药公司;黄酒酿造用麦曲,上海金枫酒业股份有限公司;酵母,安琪酵母股份有限公司;无锡黄酒、锡山特黄以及绍兴女儿红市售。1.1.2实验仪器FMHE36-24型双螺杆挤压机,湖南富马科食品工程技术有限公司;RQH-150型智能人工气候培养箱,郑州生元仪器有限公司;110 0 型高效液相色谱仪,美国Agilent公司
9、;Stater5000型pH计,美国Ohaus公司;Pegasus HRT+4D型全二维气相色谱-高分辨飞行时间质谱仪,美国LECO公司;Supernose(气体指纹分析)全自动电子鼻,美国ISENSO公司。1.2实验方法1.2.1加酶挤压工艺参数的优化加酶挤压相较于蒸汽蒸煮等预处理方式,其主要优势在于能同时熟化和液化底物,挤出物的糊化度以及还原糖含量能较好地反映加酶挤压对淀粉熟化和液化的效果,同时也是影响后续发酵的重要因素,因此选择糊化度和还原糖含量作为响应参数。1.2.1.1米糊化度的测定采用酶法测定,参照YANG等14 的方法。1.2.1.2还原糖含量的测定定量称取1g样品于50 mL离
10、心管中,加人20mLpH为3.5的0.2 mol/LCH,COONa缓冲液后混匀,室温(2 5)振荡(16 0 r/min)45m i n 后,用去离子水定容至50 mL,过滤取上清液。上清液中还原糖含量的测定参照MILLER15的方法。1.2.1.3单因素试验以挤压机末区温度、挤压水分、螺杆转速以及加酶量进行单因素试验。探索挤压条件对糊化度和还原糖含量的影响规律。挤压温度:控制前4区温度为60、7 0、8 0、90,末区温度梯度设置为8 0、95、110、125、140;挤压水分梯度:30%、37.5%、45%、52.5%、6 0%;螺杆转速梯度:6 0、9 0、12 0、150、180r/
11、min;加酶量梯度:0.2%o、0.5%o、0.8%o、1.1%o、1.4%。固定参数为:挤压末区温度110;挤压水分45%;螺杆转速12 0 r/min;加酶量0.8%o。1.2.1.4响应面实验根据1.2.1.3节单因素试验结果,在更小的参数表1响应面实验设计方案Table 1Design scheme of response surface experiment编码1A挤压温度/B挤压水分/%C螺杆转速/(r/min)D酶添加量/%1.2.22样品预处理加酶挤压:在土儿粉预调湿过程中,先将耐高温-淀粉酶溶于水中,再将含淀粉酶的水溶液与土圜儿原粉混合均匀,使最终原料含水量为2 5%(质量分
12、数,下同),并在4冰箱中存放12 h以保证水分分布均匀,在挤压实验前2 h取出样品。最终以响应面优化后参数制备加酶挤压样品。传统挤压:除不添加耐高温-淀粉酶外,其余操作同加酶挤压。传统蒸煮:先将土圜儿粉预调湿至水分含量为50%,然后用蒸汽蒸煮30 min,得到传统蒸煮样品。1.2.3土圜儿黄酒发酵实验土儿样品(干重)、麦曲、酵母和水按照质量比1:0.1:0.001:3.5的比例添加到50 0 mL的广口瓶中并充分搅拌、混合。发酵过程在人工气候调节箱中完成,包括前发酵(3d,30)以及后发酵(10 d,15)。发酵完成后,在6 50 0 g下离心2 0 min得到酒液,并在8 5下加热15min
13、用于杀灭微生物和灭酶。处理完的酒液经过滤后密封保存于4环境中。1.2.4黄酒品质参数测定1.2.4.1酒精度、总酸、总糖、pH以及非糖可溶性固形物测定黄酒中酒精度参照ZHAO等【13 的方法,通过密度瓶测定。黄酒中总糖含量的测定参照MILLERL15的方法。总酸的测定参照GB/T136622018黄酒中酸度的测定方法,使用NaOH溶液滴定。1.2.4.2氨基酸和-氨基丁酸含量测定黄酒中游离氨基酸和-氨基丁酸的含量通过HPLC测定。采用ODSHYPERSILC18色谱柱(250mm4.0mm,5m)。流动相AV(2 7.6mmol/L醋酸钠溶液):V(三乙胺):V(四氢呋喃)=1000:0.22
14、:5和流动相BV(8 0.9 m m o l/LCH,CO0Na溶液):V(乙腈):V(甲醇)=2 0 0:40 0:400用于梯度洗脱,流速1mL/min。紫外检测器的2023 年第 49 卷第17 期(总第 48 5 期)10 3因素水平-10859545.052.560900.81.110560.01201.4食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES检测波长为338 nm和2 6 2 nm(脯氨酸)。1.2.4.3多酚含量和抗氧化能力测定多酚含量用福林酚试剂法测定,参照XU等16 的方法。结果以没食子酸(gallic acid,G A)当量表示,单位为mg
15、没食子酸当量每升黄酒样品(mgGAE/L)。抗氧化能力用DPPH自由基清除能力表征,参照XU等17 的方法。抗氧化能力用Trolox当量表示(Troloxequivalentantioxidantcapacity,T EA C),单位为mgTrolox当量每升黄酒样品(mgTEAC/L)。1.2.5黄酒风味分析1.2.5.1感官评定黄酒的感官评定参照徐恩波【18 的方法,同时参照GB/T13662一2 0 18 黄酒稍作修改,具体从外观(清亮透明不透明,并描述颜色与瓶底聚集物情况)、香气(浓郁较淡,并描述香气特征)、口味(爽口不爽口,并描述口味特征)和风格(协调不协调,并将风格分为清爽型和传统
16、型)4个方面进行描述性分析,并最终表述黄酒的整体接受度(好较差)。选择6 名男性和4名女性参照上述描述方法进行为期2 周的培训后对试验酒样进行感官评定。1.2.5.2电子鼻分析准确量取5mL样品于2 0 mL气相瓶中,用封口膜封好后在室温下放置40 min,随后进行检测。电子鼻参数设定为:空气流速1L/min,测试时间12 0 s,每个样品测试结束后洗涤2 0 0 s。1.2.5.3挥发性风味组分和气味活度值分析通过顶空固相微萃取(headspace solid-phasemi-croextraction,HS-SPME)结合GC-MS检测黄酒中具体挥发性风味物质。具体为:黄酒样品先经过滤(0
17、.45m滤膜),取5mL黄酒样品于2 0 mL气相瓶中,加人2 0 L质量浓度为2 0.2 5mg/L(甲醇溶解)的2-辛醇作为内标。HS-SPME实验方法:使用SPME三相萃取头(7 5mPDMS/DVB/CAR),在50 水浴加热条件下顶空萃取30 min。气质联用色谱条件:在一维模式下进行挥发性风味组分的测定,色谱柱为TR-FFAP(30m0.25m0.25mm)。进样口温度2 50,不分流进样。升温程序:起始温度40,保持3min,随后以10/m in 速率升至2 30 并保持6 min。载气为高纯氮气,流速1mL/min。质谱条件:使用EI电离源,离子源温度2 10,传输线温度2 5
18、0,电离能量70eV,发射电流1mA。采集频率12 spectra/s,采集质量范围 33 40 0 amu。1042023 Vol.49 No.17(Total 485)由于人体嗅觉对不同的风味物质有着不同的感知阈值,因此无法直接将黄酒中风味物质的浓度与人体感受相联系19。基于此,借助气味活度值(odoractivityvalue,O A V)来评估单一物质对黄酒整体风味的贡献情况。OAV通过黄酒中各挥发性香气成分质量浓度(p,mg/L)/香气成分在乙醇溶液中的气味阈值(T,mg/L)来计算(OAV=p/T)20,通常认为OAV越大,则该物质对整体风味贡献程度越大。气体物质的OT值取自学术著
19、作CompilationsofOdourThresh-old Values in Air,Wa t e r&o t h e r M e d i a 2 1 和在线数据库 TRISKELION VCF(Vo l a t i l e Co m p o u n d s i n Fo o d),对于香气的描述取自相关文献和数据库19-2 。1.2.6数据处理及分析方法借助DesignExpert11软件设计响应面实验以及绘制3D曲面图,所有实验均重复3次,结果以平均数标准差表示。采用SPSS26.0软件对数据进行单因素方差分析,P 水分 酶量 转速,其中,温度、水分、酶量对糊化度影响极显著(P0.01
20、),螺杆转速对糊化度影响较为显著(P 酶量 水分 转速,其中,温度、水分、酶量对还原糖含量影响极显著(P0.05)。2.2.2最优工艺参数的确定基于响应面试验结果,利用Design Expert11软件优化得,在挤压末区温度10 4.9,挤压水分50.06%,螺杆转速96 r/min,加酶量1.40%o的条件下,预测得到最高糊化度和还原糖含量分别为98.89%和2 0.6 9%。考虑到实际操作情况,以挤压末区温度10 5,挤压水分50%,螺杆转速96 r/min,加酶量1.40%o(0.16 8 K NU/g),进行3次平行试验验2023 年第 49 卷第 17 期(总第 48 5 期)10
21、5一糊化度上2118%/尚平151292016%/尚平128食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES证结果,得到挤出物实际的糊化度和还原糖含量测定值分别为9 8.6 7%和2 0.32%,与预测值较为接近,证明采用所建立模型得到的优化结果准确度高。另外,传统挤压样品糊化度和还原糖含量为70.32%和5.6 1%;蒸汽蒸煮样品糊化度和还原糖含量为6 9.2 8%和5.53%。2.3黄酒品质参数分析不同黄酒品质参数分析结果如表2 所示。3种土儿黄酒中,加酶挤压预处理酿造得到的土儿黄酒有最高的酒精度。未经糊化的淀粉由于其高结晶度,对酶解有较高抗性 ,而加酶挤压样品糊化
22、度最高,故其有最多可用来酶解并发酵的底物,因而酒精度最高。顺利的乙醇发酵确保了前期酵母菌的繁殖,从而会抑制一些对黄酒发酵不利的产酸菌的繁殖,这Table 2 Analysis of quality characteristics of different Huangjiu products酒精度/%总酸/样品名称(体积分数)EE9.4 0.3aTE7.7 0.3bSC7.4 0.2bWXLJ9.0 0.2aXSTH10.0 0.3cNEH15.9 0.2d注:EE:土儿黄酒-加酶挤压;TE:土儿黄酒-传统挤压;SC:土儿黄酒-蒸汽蒸煮;WXLJ:市售-无锡老酒;XSTH:市售-锡山特黄;NEH
23、:市售-女儿红(下同);同一列数值后的不同字母表示数值间具有显著性差异(P1的风味物质(关键香气成分),如表4所示。EETE97.815.212.6110.0115.517.216.6一一一一一373.2364.17.16.913.624.81.31.222.521.347.142.43.0201.4171.92.22.0OAVWXLJ82.240.913.36.010.92.1156.632.590.4109.315.31.612.01.0213.2一2.347.57.91.0一3.2347.05.722.21.917.830.82.1147.42.02023年第49卷第17 期(总第48
24、5期)XSTH65.59.83.760.2148.93.31.1524.44.328.14.51.02.8一一一一2.5一1.12.3一NEH181.822.419.7183.5476.912.83.4991.48.7136.010.34.314.5一一8.7一3.2一一1.5一1.5107食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES续表4序号232-甲基丁酸乙酯24戊酸乙酯25乙醛26苯甲醛273-羟基-2-丁酮注:“_”表示未测到数值。其中,具有果香的乙酸乙酯、乙酸异戊酯以及具有油脂香的异戊醇是6 种黄酒所共有的关键香气组分,并且OAV均较高,对整体风味贡献较大
25、。在3种市售黄酒中发现了若干种土圜儿黄酒不具备的关键香气组分,主要有带有果香味的3-甲基丁酸乙酯,带有大蒜味的二甲基三硫,以及果香味的2-甲基丁酸乙酯(主要在锡山特黄和女儿红中),其中,含硫化合物一般在传统黄酒中检测到的种类较少,浓度较低,但由于其较低的香气阈值以及较为强烈的风味,往往会加强黄酒整体风味的强度19。在3种土儿黄酒中则发现了芳樟醇、正辛醛、月桂烯和d-柠檬烯这4种市售黄酒不具备的关键香气组分,另外,具有蘑菇香的1-辛烯-3-醇(市售黄酒中仅无锡老酒中OAV1,为1.1)以及具有花香的已酸乙酯(市售黄酒中仅女儿红中0 AV1,为1.5)也具有较高的OAV。其中具有铃兰香的芳樟醇在3
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