人工复合菌剂发酵黄酒工艺优化

龚义垚,余丽娟,徐兆鹏,徐志煊,詹宗尉,刘蒲临,缪礼鸿,高瑞杰*

(武汉轻工大学生命科学与技术学院,湖北 武汉 430023)

摘 要:为研究发酵工艺对人工复合菌剂发酵黄酒的影响,分别以酿酒酵母YL-1、扣囊复膜酵母P5-1、异常威克汉姆酵母LL-7与少根根霉构建人工复合菌剂,以人工复合菌剂添加量、料水比、后发酵补水时间及后发酵温度为变量,感官评分为响应值,通过单因素试验结合响应面试验对黄酒发酵工艺进行优化。结果表明,最优黄酒发酵工艺为人工复合菌剂添加量0.5%、料水比1∶1.35(g/mL)、后发酵第19天补水、后发酵温度20 ℃,制得的黄酒乙醇体积分数12.82%(提高9.48%)、还原糖121.16 g/L(降低43.68%)、总酸7.32 g/L(降低25.46%)、感官评分88.45分(提高2.14%),均符合GB/T 13662—2018《黄酒》中的传统型甜黄酒标准。优化后人工复合菌剂发酵黄酒样品中挥发性风味物质数量(31种)高于传统小曲发酵黄酒(30种),其酯类物质总质量浓度(292 069.36 μg/L)约为传统小曲发酵黄酒(43 999.43 μg/L)的6.6倍,气味活性值>1的挥发性风味物质(26种)也多于传统小曲发酵黄酒。综上,优化后人工复合菌剂发酵具有提高黄酒品质、改善其风味的潜力。

关键词:黄酒;响应面法;感官评分;人工复合菌剂;发酵工艺优化

黄酒作为我国极具代表性的传统发酵饮品,因其营养丰富与风味独特,在发酵食品领域点据重要地位[1]。但传统工艺多采用自然接种方式生产,属于多菌种混合发酵,发酵过程不稳定与杂菌干扰易导致品质波动等问题[2-3]。黄酒发酵时的微生物主要来源于酒曲,主要有麦曲、小曲和红曲3种。湖北地区的黄酒普遍采用小曲进行酿造,以房县黄酒为代表。黄酒中复杂的风味体系包括上千种挥发性及非挥发性化合物,这些物质主要源于酿造微生物的代谢活动,其整体轮廓决定黄酒的感官品质与饮用舒适度[1,4],近年来,代谢组学研究进一步加深对黄酒非挥发性成分及其品质关联的认识[5]。寻找风味形成的核心功能微生物群成为黄酒酿造的核心问题,设计合成微生物群,有助于实现风味品质的定向控制。

扣囊复膜酵母(Saccharomycopsis fibuligera)、少根根霉(Rhizopus arrhizus)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)为小曲优势真菌[6-8]。利用宏基因组跟踪房县传统黄酒酿造过程,发现参与淀粉降解的主要微生物有RhizopusMucorSaccharomycopsisLactococcusLactobacillusLactiplantibacillusLeuconostoc;参与风味形成的主要微生物有RhizopusMucorSaccharomycesWickerhamomycesCyberlindneraLactococcusLeuconostocAcinetobacterEnterobacterLactiplantibacillus[9]。当前黄酒研究主要集中在选育低产杂醇、高风味贡献菌株,并利用核心微生物重组生产黄酒,以改善饮后易头疼和饮用舒适度不足等问题。Zhao Yuzong等[10]从24株非酿酒酵母中筛选到3株目标菌株,并与S. cerevisiae jiangnan1#进行组合发酵,结果显示产品高级醇含量降低、乙酯类含量增加,不同组合均可增加产品风味和感官风格的多样性,并能提高黄酒饮用舒适度。Zhou Wanyi等[11]以短乳杆菌和S. cerevisiae共发酵生产黄酒,发现氨基甲酸乙酯含量最高可降低68.4%。本课题组前期以S. fibuligera P5-1、S. cerevisiae YL-1、W. anomalus LL-7和R. arrhizus AG构建人工复合菌剂,以传统小曲作对照,发现发酵后黄酒的高级醇含量降低15.9%,苦味氨基酸含量降低33.1%,总糖含量提高7.5%[12]。传统房县黄酒的总糖质量浓度一般高于200 g/L[9],高糖环境易引发发酵失衡、风味劣变等品质波动问题。因此,优良功能微生物的筛选和重组应用可为高品质黄酒的稳定生产提供保障,但仍需通过发酵工艺优化改善黄酒品质。

由于酿造体系受接种量、发酵温度、料液比等多因素协同影响,单一变量优化结合响应面法成为黄酒工艺优化的可靠工具[13-14]。因此,本研究在前期构建人工复合菌剂的基础上,采用单因素试验和响应面法中的Box-Behnken试验设计,系统考察人工复合菌剂添加量、料水比、后发酵补水时间及后发酵温度4个参数对黄酒理化指标和感官品评的影响;通过构建二次回归模型,得到风味良好与感官优质黄酒的发酵工艺参数,同时验证该工艺的可重复性与稳定性;最终对传统小曲工艺与优化后人工复合菌剂工艺酿造黄酒风味成分进行比较分析。本研究旨在优化人工复合菌剂发酵黄酒工艺,为黄酒的标准化、规模化生产提供理论依据,助力传统黄酒产业向健康化、高品质方向升级。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糯米、传统小曲 湖北房县某黄酒厂;R. arrhizus AG(产品标准代号:QB/T 4577) 安琪酵母股份有限公司;S. cerevisiae YL-1、S. fibuligera P5-1、W. anomalus LL-7 本实验室分离保藏菌种;麸皮 市售;脱脂奶粉 双城雀巢有限公司。

NaOH、甲醛、3,5-二硝基水杨酸、海藻糖、葡萄糖、酵母浸粉、(NH4)2SO4、KH2PO4(均为分析纯) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

YPD培养基和酵母保护剂的配制参照文献[12]进行;麸皮培养基:将麸皮与水按6∶4(g/mL)的比例混合均匀并装入菌种瓶,装载量为200 g/750 mL,115 ℃高压蒸汽灭菌25 min;酵母糖蜜培养基:糖蜜80 g/L、葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L、(NH4)2SO4 4 g/L、KH2PO4 2 g/L,115 ℃高压蒸汽灭菌25 min。

1.2 仪器与设备

7890A气相色谱仪、7890B-5977B气相色谱-质谱仪 美国安捷伦公司;ZXDP-A2160恒温培养箱 上海智诚科技有限公司;Momsoock蒸锅 广东万事泰集团有限公司。

1.3 方法

1.3.1 人工复合菌剂制备

S. fibuligera P5-1麸皮菌剂制备:种子液的制备按文献[15]进行,将2.4 mL种子液接种于麸皮培养基,28 ℃培养40 h,每12 h搅拌混匀一次;发酵结束后,将物料转移至无菌容器,于恒温干燥烘箱45 ℃烘干至水分质量分数10%~15%,再用研磨机粉碎至粉末状,计活菌数后装至无菌袋,4 ℃保存备用。

S. cerevisiae YL-1与W. anomalus LL-7冻干菌剂制备:将酵母菌种接种于YPD液体培养基,28 ℃、180 r/min培养24 h获得种子液,以2%(V/V)接种于5 L发酵罐发酵(25 ℃、250 r/min)24 h,4 000 r/min离心10 min,去上清液,将收集的菌体与保护剂按1∶2比例混合,随后再加无菌水混合均匀,保护剂与无菌水的比例为1∶2,置于 -80 ℃冷冻24 h后进行真空冷冻干燥,将干燥好的粉末装袋,4 ℃保存备用。

人工复合菌剂制备:R. arrhizus AG点总量80%、酵母菌(3种酵母菌以活菌数1∶1∶1进行复配)点总量20%,混合得到人工复合菌剂。

1.3.2 黄酒制备工艺流程及操作要点

工艺流程:淘米→浸米→蒸米→摊凉→加水混匀→拌曲→分装垒窝→前发酵→后发酵→过滤→成品。

操作要点:新鲜糯米用清水淘洗至淘米水基本澄清透明(4~5次),用凉水浸泡12 h,沥干水分后于蒸屉均匀铺开,蒸煮20~30 min,直至糯米无夹生,米粒疏松。蒸熟后将糯米于已消毒容器中翻拌并加入凉白开,冷却至20~30 ℃,调整料水比(糯米干质量∶水)为 1∶1(g/mL)。添加糯米干质量0.5%的人工复合菌剂,搅拌均匀后每份300 g分装于洁净容器,压实并留出一个见底的窝以利于透气和下洑水,封盖后于恒温培养箱28 ℃静置培养7 d(前发酵),后调温至20 ℃继续发酵30 d(后发酵),此时发酵液由米白色变为澄清的淡黄色,发酵液不再产生气泡,结束发酵,用300目纱布挤压过滤得到的澄清液体,即为黄酒。

1.3.3 黄酒发酵工艺优化单因素试验

固定其他实验条件,分别以0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%的接种量添加人工复合菌剂,考察接种量对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响。

控制接种量0.5%,前发酵7 d后,分别补水至料水比(糯米干质量∶水)为1∶1、1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6、1∶1.8、1∶2(g/mL)后,进行后发酵,考察料水比对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响。

控制接种量0.5%,前发酵7 d后进入后发酵,分别于后发酵第0、5、10、15、20、25、30天补水至料水比1∶1.4(g/mL),考察补水时间对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响。

控制接种量0.5%,前发酵7 d后进入后发酵,控制后发酵温度分别为15、18、20、25、28 ℃,并在后发酵第20天补水至料水比1∶1.4(g/mL),考察后发酵温度对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响。

1.3.4 黄酒发酵工艺优化响应面试验

在单因素试验基础上,选取料水比(A)、后发酵补水时间(B)、后发酵温度(C)及人工复合菌剂添加量(D)为响应面优化的考察因素,以发酵结束后所得黄酒酒样的感官评分(Y)为响应值,设计4因素3水平响应面分析试验,响应面试验因素与水平见表1。

表1 黄酒发酵工艺优化响应面试验因素与水平
Table1 Factors and levels of response surface experiment for Huangjiu fermentation process optimization

(g/mL)补水时间/d温度/℃添加量/%01∶1.417.5200.511∶1.625250.7 B后发酵C后发酵D人工复合菌剂水平A料水比-11∶1.215150.3

1.3.5 黄酒理化指标测定

黄酒感官评分测定:参考GB/T 13662—2018《黄酒》[16]。由5名经过感官培训的品酒员分别从澄清度、色泽、香气、口感4个方面对酒样进行感官评价,满分为100分,具体评分标准参考文献[12]。黄酒还原糖测定:参考3,5-二硝基水杨酸比色定糖法;总酸与氨基酸态氮测定:参照GB/T 13662—2018[16];乙醇、高级醇与挥发性风味物质含量测定:参照文献[12],采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定。

1.4 数据处理

所有实验均重复3次,结果以x±s表示。采用Excel 2009、Origin 2024、Adobe Illustrator 2025软件进行数据统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 黄酒发酵工艺优化单因素试验结果

2.1.1 人工复合菌剂添加量对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响

由图1可知,随人工复合菌剂添加量的增加,黄酒的乙醇体积分数与感官评分均呈现先升高后降低的趋势;人工复合菌剂添加量为0.5%时,黄酒的乙醇体积分数与感官评分达到最高,分别为11.71%、81.6分。人工复合菌剂添加量小于0.5%时,发酵体系中参与糖化与乙醇发酵的微生物数量及活性可能不足,从而导致可发酵糖生成与利用速率降低,影响乙醇生成效率和最终风味 形成[3]。人工复合菌剂添加量大于0.5%时,发酵体系中微生物间的互作关系与代谢平衡可能发生改变,影响底物向乙醇及挥发性风味物质的转化,进而对乙醇生成效率和整体感官品质产生不利影响[3]。在人工复合菌剂添加量为0.5%时,酒体表现出酒香协调、口感柔和、甜酸平衡的感官特征,说明该添加水平在本实验条件下更有利于糖化、乙醇发酵及风味形成的协调进行。因此选择人工复合菌剂添加量0.5%进行后续响应面试验优化。

图1 人工复合菌剂添加量对黄酒乙醇体积分数及感官评分的影响
Fig.1 Effects of artificial composite microbial starter dosage on ethanol volume fraction and sensory score of Huangjiu

2.1.2 料水比对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响

由图2可知,随着水分添加量增加,黄酒的乙醇体积分数与感官评分均呈先升高后降低的趋势;料水比为1∶1.6(g/mL)时黄酒乙醇体积分数最高,为11.87%,料水比1∶1.4(g/mL)时黄酒感官评分最高,为85.6分。水分添加量较低时,发酵体系中底物浓度相对较高,可能导致酵母承受更强的渗透压胁迫,从而影响其发酵活性,并对乙醇生成产生不利影响[17-18]。前发酵结束后适量补水有利于改善后发酵体系的流动性,降低底物浓度及渗透压胁迫,促进酵母代谢及乙醇与挥发性风味物质的持续形成;而水分添加量过高则可能因底物被过度稀释而不利于风味复杂性的维持和整体感官品质[19]。料水比为1∶1.4(g/mL)时,乙醇体积分数较高,酒体发酵较为充分。与此同时酒体在口感上表现为醇厚、清爽、回味协调。而在水分添加量较高时,由于乙醇体积分数降低、挥发性风味物质被稀释,酒体表现出寡淡、香气不足的感官缺陷,从而导致评分明显下降。因此选择料水比为1∶1.4(g/mL)进行后续响应面试验优化。

图2 料水比对黄酒乙醇体积分数及感官评分的影响
Fig.2 Effects of material-to-water ratio on ethanol volume fraction and sensory score of Huangjiu

2.1.3 后发酵补水时间对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响

由图3可知,随补水时间的延后,黄酒的乙醇体积分数与感官评分均呈先升高后降低的趋势;在后发酵第10天时补水黄酒乙醇体积分数达到最高,为13.69%。后发酵前期(0~10 d)仍是代谢物持续演变的重要阶段,糖类等底物继续被利用,乙醇及风味相关成分仍在积累和转化,该阶段较高的底物浓度对后续乙醇积累和风味形成具有重要支撑作用,这与已有关于黄酒发酵过程中代谢与风味演变的研究结果[20]一致。后发酵前期(0~10 d)补水可降低渗透压,有助于缓解酵母所受渗透胁迫,改善底物传质和代谢环境,从而促进乙醇生成[21]。后发酵中后期(10~20 d)补水改善体系流动性,缓解高乙醇环境对细胞的胁迫作用,有利于后期发酵,此阶段补水既不会过早稀释底物,又可避免体系浓度过高带来的刺激感。后发酵后期(≥25 d)酒体风味基本成型,此时补水对发酵促进作用有限,更多表现为对乙醇和风味强度的稀释作用,导致酒体寡淡,风味变差[22]。后发酵第20天时补水黄酒感官评分达到最高值,为86.8分。在后发酵10~20 d时补水,最终酒样的乙醇体积分数较高,有利于形成酒体丰满、层次感较强的风味特征。较早补水可能促进酵母发酵,并改变体系中糖、乙醇及风味相关成分的平衡,从而削弱甜味对苦味的掩蔽效应,导致苦味感知增强,已有研究表明,黄酒中苦味差异与甜/苦味物质组成及整体风味特征密切相关[23]。该现象的具体机制需结合苦味物质、氨基酸及有机酸等物质变化进行进一步研究。综上,后发酵补水时间的优化区间确定为10~25 d;在响应面试验设计中,以该区间中点17.5 d作为中心水平,对该因素进行进一步优化。

图3 后发酵补水时间对黄酒乙醇体积分数及感官评分的影响
Fig.3 Effects of water replenishment time in post-fermentation on ethanol volume fraction and sensory score of Huangjiu

2.1.4 后发酵温度对黄酒乙醇体积分数与感官评分的影响

由图4可知,随着后发酵温度的升高,黄酒乙醇体积分数和感官评分均呈先升高后降低的趋势;后发酵温度为20 ℃时,黄酒的乙醇体积分数与感官评分达到最高,分别为12.85%、83.2分,说明该温度条件下酵母对糖的利用率较高,有利于乙醇生成。发酵温度影响酵母的生长代谢,较低温度条件下酵母代谢活性下降,从而减少发酵产物生成[24]。适宜的发酵温度可减缓代谢速率,有效抑制不良副产物生成,使酒体呈现出香气纯正、口感柔和、回味悠长的感官特征;较高温度条件下可能引发酵母热应激,加速高级醇等生成,从而使酒体风味粗糙、感官品质下降[25]。因此选择后发酵温度20 ℃进行后续响应面试验优化。

图4 后发酵温度对黄酒乙醇体积分数及感官评分的影响
Fig.4 Effects of post-fermentation temperature on ethanol volume fraction and sensory score of Huangjiu

2.2 黄酒发酵工艺优化响应面试验结果

2.2.1 响应面试验及方差分析结果响应面试验设计与结果见表2。

表2 黄酒发酵工艺优化响应面试验设计与结果
Table2 Design and results of response surface experiment for Huangjiu fermentation process optimization

试验号ABCDY感官评分1-1-1007121-100703-1100824110073500-1-1816001-177700-118080011779-100-18210100-17111-10017412100174130-1-10771401-1083150-110741601108217-10-10851810-107719-10107620101075210-10-17622010-180230-10171240101772500008626000087270000852800008829000085

采用Design-Expert 13软件对表3数据进行二次回归拟合分析,得出黄酒感官评分(Y)与料水比(A)、后发酵补水时间(B)、后发酵温度(C)、人工复合菌剂添加量(D)的二次回归模型方程为:Y=86.2-2.5A+3.17B-1.83C-1.17D-2AB+1.75AC+2.75AD+0.5BC+0.5BD+0.25CD-6.22A2-5.47B2-1.98C2-4.98D2

表3 回归模型方差分析
Table3 Analysis of variance of regression model

方差来源平方和自由度均方FP显著性模型755.94145429.88<0.000 1**A7517541.5<0.000 1**B120.331120.3366.59<0.000 1**C40.33140.3322.320.000 3**D16.33116.339.040.009 4**AB161168.850.010 0*AC12.25112.256.780.020 8*AD30.25130.2516.740.001 1**BC1110.553 40.469 2 BD1110.553 40.469 2 CD0.2510.250.138 30.715 5 A2251.361251.36139.09<0.000 1**B2194.441194.44107.59<0.000 1**C225.3125.314.000.002 2**D2160.541160.5488.84<0.000 1**残差25.3141.81失拟项18.5101.851.090.51误差项6.841.7总和781.2428

注:*.影响显著(P<0.05);**.影响极显著(P<0.01)。

由表3可知,该模型F=29.88、P<0.000 1,极显著;失拟项(P=0.51>0.05)不显著,表明回归方程达到极显著水平,具有较高的可信度,可以较好地对酒体感官评分进行预测。模型决定系数R2=0.967 6,校正决定系数,说明模型拟合度良好,进一步说明该模型的可靠性。根据F值大小可知,所考察因素对酒体感官评分影响大小的主次关系为BACD。根据P值可知,一次项ABCD,交互项AD,二次项A2B2C2D2 均对黄酒感官评分有极显著影响(P<0.01);交互项ABAC对黄酒感官评分有显著影响(P<0.05)。

2.2.2 各因素交互作用对黄酒感官评分的影响

由图5可知,料水比与后发酵补水时间、料水比与后发酵温度、料水比与人工复合菌剂添加量的响应曲面较为陡峭,表明交互项ABACAD对酒体感官评分影响较为显著。交互项BCBDCD响应曲面较为平缓,且等高线形状呈现为圆形,表明以上交互作用对感官评分影响不显著,与方差分析结果一致。

图5 各因素交互作用对黄酒感官评分的影响
Fig.5 Interactive effects of various factors on sensory score of Huangjiu

2.2.3 验证实验

根据建立的数学模型利用Design-Expert 13软件对参数进行分析,得到最优工艺参数为料水比1∶1.352(g/mL)、后发酵补水时间19.070 d、后发酵温度19.642 ℃、人工复合菌剂添加量0.477 4%,此时黄酒感官评分预测值为87.242分。考虑到实际操作的可行性,最终取料水比1∶1.35(g/mL)、后发酵补水时间19 d、后发酵温度20 ℃、人工复合菌剂添加量0.5%,在此条件下进行3次平行实验,得到的黄酒酒样平均感官评分为88.45分,与预测值相对误差为1.39%,与预测结果相符。

2.3 优化前、后样品理化指标

为比较发酵工艺优化对黄酒品质的影响,对工艺优化前后的黄酒样品进行理化指标比较,结果见表4。与优化前相比,黄酒乙醇体积分数升高9.48%,还原糖降低43.68%,总酸降低25.46%,感官评分提高2.14%,均符合GB/T 13662—2018[16]中甜黄酒的指标范围。

表4 人工复合菌剂发酵工艺优化前后黄酒的理化指标比较
Table4 Comparison of physicochemical indicators of Huangjiu before and after optimization of artificial composite microbial starter fermentation process

还原糖质量浓度/(g/L)215.12±8.64121.16±6.25氨基酸态氮质量浓度/(g/L)0.34±0.010.33±0.01理化指标优化前优化后乙醇体积分数/%11.71±0.1812.82±0.21总酸质量浓度/(g/L)9.81±0.427.32±0.35感官评分86.6±1.1288.45±0.95

2.4 优化后样品挥发性风味物质

挥发性风味物质是影响黄酒品质的关键因素,为进一步比较人工复合菌剂发酵工艺优化后与传统小曲发酵体系在风味特征上的差异,对传统小曲发酵黄酒与人工复合菌剂发酵工艺优化后的黄酒样品进行挥发性风味物质分析,结果见表5。传统小曲组检出30种挥发性风味物质,其中酯类9种、醇类6种、酸类6种、醛酮类4种、酚类1种、其他类化合物4种。人工复合菌剂组检出31种挥发性风味物质,其中酯类5种、醇类7种、酸类8种、醛酮类5种、酚类3种、其他类化合物3种。

表5 传统小曲与优化后人工复合菌剂发酵黄酒挥发性风味物质比较
Table5 Comparison of volatile flavor compounds in Huangjiu fermented by traditional Xiaoqu and artificial composite microbial starter with optimized fermentation process

种类化合物名称阈值[12]/(μg/L)传统小曲发酵黄酒人工复合菌剂发酵黄酒质量浓度/(μg/L)OAV质量浓度/(μg/L)OAV乙酸乙酯12 26441 215.29±10.763.36285 425.54±21.2823.27丁酸乙酯20262.05±1.3413.10nd0戊酸乙酯2713.91±0.530.52606.50±2.4622.462-甲基丁酸乙酯18107.34±3.595.96nd0异戊酸乙酯3nd05.04±0.601.68酯类己酸乙酯1486.23±2.906.16nd0辛酸乙酯5335.46±4.1367.09nd0十六酸乙酯1 5001 723.83±12.671.15nd0乙酸丁酯1 8303.40±0.2105 962.23±7.733.26乙酸异戊酯30251.92±7.638.4070.05±1.602.34正丙醇306 00080 157.25±47.860.2646 241.02±22.050.15正丁醇150 000714.25±5.140534.39±2.750异丁醇40 000215 455.62±12.785.39127 864.05±13.203.20醇类苯乙醇10 00051 547.65±15.385.1530 984.25±8.063.10异戊醇30 000149 757.54±24.884.99108 819.40±5.973.623-甲硫基丙醇500nd741.52±6.741.482-庚醇25032.26±1.230.13267.28±0.381.07乙酸200 000365 847.24±18.361.8326 595.30±5.720.13丙酸8 100nd012.98±0.560丁酸1732 657.51±18.0315.367 724.87±4.7444.65异丁酸2 30028 545.25±17.7212.4126 813.70±6.8211.66酸类3-甲基丁酸33.44 658.76±9.53139.485 664.32±13.86169.59己酸4201 045.25±3.172.491 834.41±12.414.374-甲基戊酸144370.25±9.622.57313.98±2.122.18十六酸10 000nd080 219.50±55.378.02异戊醛120242.40±1.392.02nd0己醛9.1398.02±1.8443.74619.31±9.5468.1醛酮癸醛1015.40±1.41.5416.43±0.641.64类乙偶姻150 00013 254.65±7.280.09175 562.24±27.111.17环戊酮200 000nd03.92±0.1702,3-丁二酮100nd0921.24±12.919.21苯酚30nd0183.90±1.556.13酚类3-乙基苯酚0.5nd015.78±0.8931.56香草醛60458.25±6.647.642 232.88±1.3037.21

续表5

[12]/(μg/L)传统小曲发酵黄酒人工复合菌剂发酵黄酒质量浓度/(μg/L)OAV质量浓度/(μg/L)OAV苯乙醛568.24±2.4613.65nd03-苯丙酸乙酯1.6nd047.06±0.2429.41其他芳樟醇2536.75±1.311.47nd0β-大马士酮0.050.51±0.0610.202.00±0.0440.00种类化合物名称阈值肉桂酸乙酯1.1nd02.16±0.061.96二甲基三硫0.21.27±0.156.35nd0

注:nd.未检出。OAV.气味活性值(odor activity value)。

人工复合菌剂发酵黄酒酯类物质总质量浓度(292 069.36 μg/L)约为传统小曲发酵黄酒酯类物质总质量浓度(43 999.43 μg/L)的6.6倍,人工复合菌剂组黄酒酯类主要为乙酸乙酯、戊酸乙酯和乙酸丁酯;醇类物质总质量浓度(315 451.91 μg/L)比传统小曲发酵黄酒(497 664.57 μg/L)降低36.61%,其中异戊醇、异丁醇、正丙醇总含量更低,苦味减轻,刺激性乙醇气味更少[26]。人工复合菌剂发酵黄酒酸类物质总质量浓度(149 179.06 μg/L)较传统小曲发酵黄酒(403 124.26 μg/L)降低62.99%,其中乙酸含量降低92.7%。挥发性酸味物质含量减少,黄酒酸味更柔和。

OAV是衡量单一香气成分对整体香气的贡献程度的指标[27],一般认为OAV>1的物质对整体风味有直接影响,而0.1<OAV<1的物质对整体风味起到辅助作用。由表5可知,OAV>1的挥发性风味物质在传统小曲组中有24种,人工复合菌剂组中有26种。2组共有的OAV>1 的挥发性物质有14种,其中OAV较高的物质为乙酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸、异丁酸、3-甲基丁酸、己醛、香草醛和β-大马士酮。这些物质对黄酒的风味贡献尤其重要。

与传统小曲组相比,人工复合菌剂组黄酒的乙酸乙酯OAV(23.27)与戊酸乙酯OAV(22.46)更高,为酒体贡献果香[28],但过高水平则可能导致香气表现过于突出甚至带来指甲油或溶剂样气味,进而掩盖其他风味、破坏酒体整体协调性,其具体作用还受酒体基质及与其他酯类的配比关系影响[29]。十六酸(OAV=8.02)为特有挥发性风味物质,贡献脂肪酸香气,使酒体更加圆润醇厚;己醛OAV(68.1)与乙偶姻OAV(1.17)更高,可贡献清香、黄油香和奶油香,使酒体香气更加明快、协调[30-31],而己醛含量过高则可能通过香气化合物间的相互作用在一定程度上削弱酯香、陈香等愉悦香气[32]。香草醛OAV为37.21,为酒样提供甜香和木香特征[33],香草醛常被视为陈酿黄酒中较为愉悦的芳香成分之一,在黄酒相关研究中,Chen Shuang等[34]通过香气重构和缺失实验发现,香草醛是陈年黄酒整体香气的关键贡献物之一。β-大马士酮OAV为40.00,使酒样呈现出成熟果香和花香[35]β-大马士酮香气阈值较低,即使含量较低,也可能对酒体整体香气产生明显影响,在部分黄酒体系中已被证实为关键香气贡献物,并主要关联甜香、茶香等偏正向感官属性[36];其他挥发性风味物质也在一定程度上丰富酒样的香气复杂度[31]

尽管人工复合菌剂发酵的酒样在果香强度和香气复杂度方面优于传统小曲,但部分低阈值酸类、醛类和酚类物质的OAV偏高,可能对香气协调性和风味平衡性产生不利影响;且酯类以短链酯为主,中长链酯类含量较低,导致酒样香气结构偏向前香型,后香和余味表现相对不足[37],说明其风味品质仍有进一步优化的空间。后续可以考虑加入其他功能菌株进一步优化酒样的风味、口感与功能性。

3 结 论

本研究在前期人工复合菌剂构建的基础上,采用单因素试验结合响应面法优化黄酒发酵工艺,确定了较优的工艺参数:人工复合菌剂添加量0.5%、料水比1∶1.35(g/mL)、 后发酵补水时间19 d、后发酵温度20 ℃。各因素对响应值均有显著影响,采用该条件进行验证实验,得到的平均乙醇体积分数12.82%(提高9.48%)、还原糖122.16 g/L (降低43.68%)、总酸7.32 g/L(降低25.46%)、氨基酸态氮0.33 g/L、感官评分88.45分(提高2.14%),均符合GB/T 13662—2018[16]中传统型甜黄酒的指标范围。优化后黄酒的理化指标和感官评分较优化前均有改善,表明该工艺可提高人工复合菌剂发酵黄酒的品质与稳定性。尽管本研究对挥发性风味物质进行了检测分析,但其含量及组成对黄酒品质的影响机制仍有待深入研究。后续可引入其他功能微生物完善人工复合菌剂,进一步提升黄酒品质。研究结果可为人工复合菌剂在黄酒酿造中的应用提供参考。

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Optimization of Huangjiu Fermentation Process Using Artificial Composite Microbial Starter

GONG Yiyao, YU Lijuan, XU Zhaopeng, XU Zhixuan, ZHAN Zongwei, LIU Pulin, MIAO Lihong, GAO Ruijie*

(School of Life Science and Technology, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)

Abstract: To investigate the effects of fermentation parameters on Huangjiu fermented with artificial composite microbial starters, an artificial composite microbial starter was constructed using Saccharomyces cerevisiae YL-1, Saccharomycopsis fibuligera P5-1, Wickerhamomyces anomalus LL-7 and Rhizopus arrhizus. Taking the addition amount of composite microbial starter, material-to-water ratio, post-fermentation water supplementation time and post-fermentation temperature as independent variables and sensory score as the response value, the Huangjiu fermentation process was optimized through one-factor-at-a-time methodology combined with response surface methodology. The results showed that the optimal fermentation conditions were as follows: addition amount of artificial composite microbial starter 0.5%, raw material-towater ratio 1:1.35 (g/mL), water supplementation on the 19th day of post-fermentation, and post-fermentation temperature 20 °C. Under these conditions, the produced Huangjiu exhibited an alcohol content of 12.82% (increased by 9.48%),a reducing sugar content of 121.16 g/L (decreased by 43.68%), a total acid content of 7.32 g/L (decreased by 25.46%), and a sensory score of 88.45 (increased by 2.14%). All physicochemical indicators complied with the criteria for traditional sweet Huangjiu specified in GB/T 13662-2018 Huangjiu. The optimized Huangjiu fermented with artificial composite microbial starter contained 31 volatile flavor compounds, more than the 30 compounds found in Huangjiu fermented with traditional Xiaoqu starter. Its total ester concentration reached 292 069.36 μg/L, approximately 6.6 times that of the traditional Xiaoqufermented sample (43 999.43 μg/L). In addition, the optimized sample possessed 26 volatile flavor compounds with odor activity values greater than 1, which outnumbered those in the traditional Xiaoqu group. In conclusion, fermentation with the optimized artificial composite microbial starter exhibits the potential to elevate the overall quality and improve the flavor profile of Huangjiu.

Keywords: Huangjiu; response surface methodology; sensory score; artificial composite microbial starter; fermentation process optimization

收稿日期:2026-02-24

基金项目: 武汉轻工大学校企合作项目(whpu-2022-kj-248;whpu-2023-kj-2505)

第一作者简介: 龚义垚(2001—)(ORCID: 0009-0002-0931-0358),男,硕士研究生,研究方向为酿酒微生物学。E-mail: 2364650709@qq.com

*通信作者简介 高瑞杰(1989—)(ORCID: 0000-0002-1591-0563),男,讲师,博士,研究方向为酿酒微生物学。E-mail: gaoruijie1989@163.com

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.031

中图分类号:TS262.4

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)07-0255-09

引文格式:
龚义垚, 余丽娟, 徐兆鹏, 等. 人工复合菌剂发酵黄酒工艺优化[J]. 中国酿造, 2026, 45(7): 255-263. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.031. http://www.chinabrewing.net.cn
GONG Yiyao, YU Lijuan, XU Zhaopeng, et al. Optimization of Huangjiu fermentation process using artificial composite microbial starter[J]. China Brewing, 2026, 45(7): 255-263. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.031. http://www.chinabrewing.net.cn