不同霉菌混合培养对黄酒发酵质量的影响

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  摘要:本实验研究了不同霉菌混合培养对发酵的影响,通过对各菌种组合中霉菌的糖化能力与黄酒酵母的发酵能力进行测定,探究出酿造黄酒的最佳糖化菌种组合。本实验进行了试饭糖化力的测定,采用DNS比色法测定还原糖的含量,硫酸-蒽酮法测定总糖的含量,气相色谱法测定酒精度。结果显示,根霉+曲霉+毛霉组合的糖化力最强,还原糖浓度最高达到25.75g/L;根霉+曲霉+毛霉+黄酒酵母组合对酵母的发酵最有利,酒精含量最高可达3.901%。故根霉+曲霉+毛霉+黄酒酵母组合为本次实验中黄酒糖化剂的最佳选择。
  关键词:试饭法 糖化力 DNS法 硫酸-蒽酮法 还原糖
  Effect of Mixed Cultivation of Different Molds on Fermentation of Rice Wine
  Gao Yueying ( School of Food Science and Engineering, Hefei University of Technology )
  Abstract: In this experiment, the effect of mixed culture of different molds on fermentation was studied. The saccharification ability of mold and the fermentation ability of rice wine yeast were determined by the combination of various strains, and the optimal saccharification strain combination for brewing yellow wine was explored. In this experiment, the saccharification power of rice was measured in a test, the content of reducing sugar was determined by DNS colorimetry, the total sugar content was determined by sulfuric acid-anthrone method, the alcohol content was determined by gas chromatography. The results showed that the combination of Rhizopus+Aspergillus+Mucor molds had the strongest saccharifying power and the reducing sugar concentration is up to 25.75g/L;. The combination of Rhizopus+Aspergillus+Mucor+rice wine yeast strains was the most favorable for yeast fermentation, with the alcohol content can reach up to 3.901%. Therefore, the combination of Rhizopus+Aspergillus+Mucor+rice wine yeast strains is the best choice for the yellow rice wine saccharification agent in this experiment.
  Key words: rice test method, saccharification force, DNS method, sulfuric acid - anthrone method, reducing sugar
  黃酒是我国最古老的酒种,其独特的糖化发酵并行工艺在世界酿造酒中独树一帜,加上其悠久的历史文化底蕴,被誉为“天下一绝”。黄酒是以玉米、稻米、小麦等为主要原料,经蒸煮、加曲、糖化、发酵、压榨、过滤、煎酒、陈化等工艺制作成的酿造酒[1]。黄酒的质量和风格不仅取决于酿酒工艺,而且与所用酿酒原料和微生物密不可分。糖化剂将淀粉水解生成葡萄糖等可发酵糖,发酵菌种将可发酵糖转化为乙醇等物质。所以糖化发酵剂质量优劣直接关系到黄酒的质量与产量,其地位极其重要,被称为“酒之骨”。
  糖化发酵剂为黄酒的酿造提供复合酶系,在红曲、麦曲和小曲等酒曲的制造过程中,多种微生物的共同作用,从而产生多种酶系,为酿造过程中的各生化反应提供催化剂,从而产生多种香味物质。同时在酒曲的制作过程中产生大量的香味物质和前体产物,为黄酒赋予特有的香韵,从而使黄酒的代谢物质和香味成分大大增加。同时,这些物质在酿造过程中被进一步转化、代谢、融合和分解,进而生成新的富含香气的物质[2]。
  根霉是酒曲的主要糖化菌,酵母菌是主要发酵菌。在糖化阶段,霉菌作为酒曲中的主要微生物,主要是根霉、毛霉的生长,提供丰富的微生物酶系,主要有:α-淀粉酶、蛋白酶和葡萄糖淀粉酶[3]。在将糖化液加水稀释后,酵母菌才大量繁殖,醪液的酒精含量逐渐上升。在微生物发酵原料转化为产品过程中,α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、异淀粉酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、蛋白水解酶、酯化酶等发挥着重要的作用。对于黄酒生产来说,多菌种糖化发酵有利于提高产品中风味物质。
  1 材料与方法
  1.1 实验材料
  1.1.1 菌种
  霉菌1(根霉)、霉菌2(曲霉)、霉菌3(毛霉)、黄酒酵母4 :实验室自筛。
  1.1.2 试剂
  无水乙醇、无水甲醇、酒石酸钾钠、重蒸酚、亚硫酸钠、氢氧化钠、蒽酮、98%浓硫酸、3,5-二硝基水杨酸、80%浓硫酸、葡萄糖:国产分析纯。   1.1.3 培养基
  虎红琼脂培养基: 虎红琼脂31.6g,加入蒸馏水或去离子水1L,搅拌加热煮沸至完全溶解,分装三角瓶,121℃高压灭菌20min。
  1.1.4 实验仪器及设备
  Gc9790型气相色谱仪;分光光度计;HH-2型数显恒温水浴锅;G-16台式大容量高速离心机;移液管、玻璃棒等实验室常用仪器。
  1.2 实验方法
  1.2.1 试饭糖化力的测定
  试饭:选择无霉变、砂石的大米,称取40g,装入三角瓶中,加水60g,扎上两层封口膜(或一层封口膜加一层牛皮纸),常温蒸煮40min,或置于灭菌锅中,在0.05MPa下蒸煮20min,要求饭粒熟而不烂。用干净消过毒的玻璃棒将饭粒打散,待凉至35℃时,接入等量的霉菌孢子液。30℃培养2 ~3 d。
  取样:取经试饭的5g饭样于三角瓶中,用干净药匙捣烂后,加入5g水浸泡0.5h,15min搅拌1次。用6层纱布或脱脂棉过滤或用离心机在4000 r/min的转速下离心10min,得滤液或离心上清液。上述液体适当稀释后,按DNS比色法测定还原糖含量。根据标准曲线,分析菌种的试饭糖化力。试饭糖化力是指菌种发酵米饭产生糖分的能力,按硫酸-蒽酮法测定总糖含量。
  1.2.2 还原糖的测定(DNS比色法)
  向试管中加入2mL待测液,然后加入3,5-二硝基水杨酸试剂1.5mL,混匀,放入沸水浴中加热5min,取出后立即用自来水冷却至室温,加蒸馏水稀释至25mL, 充分混匀。在分光光度计上于波长540nm处测定各管OD值。其中空白试验中将稀释样液换为水[4]。
  1.2.3 总可溶性糖测定(硫酸-蒽酮法)
  蒽酮可以与游离的己糖或多糖中的己糖基、戊糖基及己糖醛酸起反应,反应后溶液呈蓝绿色,在620nm处有最大吸收值。
  取稀释后的待测液1mL,加入蒽酮试剂4mL(冰浴),样品冷却完成后置沸水中煮沸10min,取出流水冷却放置10min,620nm处比色测量各管OD值。其中空白试验中将稀释样液换为水。
  1.2.4 葡萄糖标准曲线测定
  取8支干燥洁净的试管,按顺序向各管中加入标准葡萄糖溶液0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.8mL,用蒸馏水将各管溶液补充至1mL后置于冰水浴中冷却5min。向各管中再加入4mL蒽酮试剂,置于沸水浴中准确煮沸10min,取出用流水冷却,室温冷却10min,于620nm处比色测定吸光值。以吸光度值为纵坐标,各标准溶液浓度(mg/mL)为横坐标作图得标准曲线。
  1.2.5 酒精度的测定
  酒精度的常用检测方法分为三种,分别为密度瓶法、气相色谱法、酒精计法。酒精计法要求样品溶液蒸馏后进行测定,过程烦琐;密度瓶法操作方便,投资较少,但其测定结果存在一定的误差;色谱仪虽然价格昂贵,但具有精确度高、灵敏度高、检测速度快的优点,使气相色谱法成为测定酒度的首选方法[5]。
  因此,本次实验采用气相色谱法对样品的酒精度進行测量,按参考文献[6]进行,精密量取恒温20℃的无水乙醇1mL、2mL、4mL、5mL、6mL、10mL,分别置于100mL容量瓶中,精密加入恒温至20℃的正丙醇(内标物质)各5mL,用水稀释至刻度,摇匀,精密量取上述溶液各1mL,分别置于100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,即得。取1μL注入气相色谱仪进行测定[5-6]。以酒精含量作为横坐标,乙醇峰面积作为纵坐标,作图得到酒精含量标准曲线。
  2 实验结果与分析
  2.1 标准曲线的测定
  2.1.1 还原糖标准曲线的测定
  配置一系列梯度浓度的葡萄糖溶液,采用DNS法,在540nm波长下得到相应的吸光值,由吸光值和浓度绘制成图,得到图1。吸光值随还原糖浓度的升高而升高,且与直线拟合程度较好,基本成一条直线,符合要求。
  2.1.2 总糖标准曲线的测定
  为了由吸光值得到总糖的质量浓度,首先绘制标准曲线得到糖浓度与吸光值的函数关系,从而对样品的总糖含量进行定量分析。配置一系列梯度浓度的葡萄糖溶液,采用硫酸-蒽酮法,在620nm波长下得到相应的吸光值,在由吸光值和浓度绘制成图,得到下图2的还原糖标准曲线。可知吸光值随总糖浓度的升高而升高,具有良好的线性关系,其线性方程为:y=2.7942x-0.016,R2=0.9924。
  2.1.3 气相乙醇标准曲线
  配置一系列浓度梯度的乙醇溶液,采用气相色谱法对样品的酒精度进行测量,首先绘制标准曲线得到酒精含量与测得峰面积的函数关系,从而对样品的酒精度含量进行定量分析。得到酒精含量与峰面积的标准曲线,结果见图3。可知,乙醇含量在0~20%时,线性关系良好,其线性方程为y=199589x-146421,R2=0.998。
  2.2 接种试饭的霉菌含量
  本次研究共对四种菌种组合的糖化力进行了测定,每组设置三个平行实验,分别为1+2霉菌组合,1+3霉菌组合,2+3霉菌组合,1+2+3霉菌组合。接种试饭时控制菌种1与霉菌2或3的孢子数总量比例为1:5。
  霉菌接种前,用血球计数板计数霉菌孢子悬浮液中的孢子数量,得到霉菌1为1.1×106个/mL,霉菌2为3.96×106个/mL,霉菌3为1×107个/mL。接种时,为保证菌种总数一定并保证菌种间的比例,分别向不同霉菌组合中加入不同体积的菌液,见表1。
  表1 霉菌组合中接种菌液体积
  单位:μL
  实验组 霉菌1
  (根霉) 霉菌2
  (曲霉) 霉菌3
  (毛霉)
  1+2 1000 — 720   1+3 1000 — 550
  2+3 — 835 330
  1+2+3 545 395 300
  2.3 试饭糖化力和淀粉酶活性的测定
  2.3.1 接种后还原糖浓度的测定
  由图4可知,四组发酵液中还原糖的含量呈先上升后下降的趋势,还原糖的产生主要来源于糖化菌的糖化作用。培养的前48h内,发酵液中未加入黄酒酵母,在此阶段,霉菌将米饭中的淀粉分解为葡萄糖等可还原性糖,各样品中还原糖含量均有所升高,菌种长势良好。并发现1+2+3霉菌组合的糖化力最强,1+3霉菌组合的糖化力最弱。
  此时向各样品中加入等量酵母,继续培养至72h,还原糖含量继续增加。说明霉菌的糖化作用仍然起主导作用,此时酵母处于适应期,菌数少,发酵能力较弱,霉菌的菌数较多,糖化能力大于酵母的发酵能力,造成各样品中还原糖含量继续升高。并发现1+2+3+4组合的糖化力最强。
  培养72h后,由于还原糖积累,有利于酵母的繁殖与代谢,使其数量增多,发酵能力增强,导致还原糖含量都有所降低,此时酵母的发酵能力大于霉菌的糖化能力。
  结果表明,1+2+3组合糖化力最强, 1+2,2+3,1+3组合糖化力依次减弱。所以,黄酒酿造时应将1+2+3的菌种组合作为优选糖化剂。
  2.3.2 接种后总糖浓度的测定
  由图5可知,总糖含量随培养时间先保持稳定不变,加入黄酒酵母后,总糖含量持续减少。培养的前48 h内霉菌将米饭中的淀粉分解为葡萄糖,故样品中的总糖浓度基本保持不变,因此在未加入酵母前测得的总糖含量即为样品中总糖含量的初始值。
  由每相邻两组测得的总糖含量的差值可知,1+2+4霉菌组合与2+3+4霉菌组合中酵母的发酵能力相当且处于中等水平,1+3+4霉菌组合中酵母的发酵能力最弱,1+2+3+4霉菌组合中酵母的发酵能力最强。
  同时,由各項组合中的两组平行实验中的数据观察得到,每组样品,测量前总糖含量越高,其与测量后的差值相对较大,表明其酵母的发酵能力较强。经分析,是由于样品中糖浓度较高,有利于酵母的生长繁殖与代谢,促使其发酵能力保持在较高水平。
  2.3.3 接种后样品中酒精度的测定
  由图6数据可知,1+2+3+4组合相同时间内产生酒精最多,此种组合中的酵母菌发酵能力最强,表明1+2+3霉菌组合能够促进酵母菌的发酵作用,与总糖测定中得到的实验结果相符。
  同时得到结论,1+2+4,2+3+4,1+3+4霉菌组合酒精含量依次减少,表明其中酵母的发酵能力依次渐弱,此结论与总糖含量测定中的结论相符。表明这三种霉菌组合对酵母发酵能力的促进作用依次渐弱,甚至对其发酵作用产生抑制。
  3 讨论与结论
  通过定量测定不同霉菌组合发酵黄酒样品中的还原糖、总糖、酒精度含量,发现较高的还原糖含量在一定程度上可提高酵母菌的发酵能力,根霉、曲霉、毛霉组合的共同代谢可促使其糖化能力达到较高水平,且对酵母的发酵能力在一定程度上具有促进作用。
  由此,确定了酿造黄酒的最佳糖化菌组合,即:根霉+曲霉+毛霉组合的糖化力最强,还原糖浓度最高可达到25.75g/L;根霉+曲霉+毛霉+黄酒酵母的菌种组合对酵母的发酵最有利,酒精含量最高可达到3.901%。所以根霉+曲霉+毛霉+黄酒酵母的菌种组合为本次研究中黄酒糖化剂的最佳选择。
  参考文献
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