4.5.2 黄酒酿造中生物胺的代谢与控制
黄酒的酿造是在开放状态下进行的,落料时加入的原料米、麦曲、酿造水也会带入许多环境中的微生物,导致浸米和发酵环节各自形成一个复杂的微生态,这些微生物与微生物以及原料之间形成微妙的相互作用,代谢产生大量影响人体健康的含氮化合物——生物胺。生物胺是一种低分子量的氨基化合物,普遍存在于食品中,尤其在蛋白质和氨基酸含量较为丰富的发酵食品中含量较高。食品中生物胺的主要来源是参与发酵的微生物分泌的氨基酸脱羧酶催化游离氨基酸脱羧产生。黄酒中生物胺含量在8.1~305mg/L范围内,主要包括β-苯乙胺、组胺、酪胺、尸胺、腐胺、精胺、亚精胺和色胺。生物胺的生理作用见表4-9。经过长期饮用黄酒并未出现食品安全性问题,说明黄酒生物胺浓度在安全范围内。
表4-9 生物胺的生理作用
人体中普遍含有生物胺类物质,它能够在一定浓度范围内参与人体的生理代谢活动,如调节生长、增强代谢活力、调节血糖浓度和血压变化、增强心率和呼吸作用等。生物胺是人体正常代谢活动不可缺少的物质,但经食物摄入的生物胺浓度超过一定量时,会造成头痛、心律失常、呕吐和腹泻等不适反应。对人体产生最为严重的副作用生物胺是组胺和酪胺。经食品摄入组胺后,将导致包括脸部、脖子和上臂发红,同时还有口腔麻木、头痛、皮疹发痒、心律失常、哮喘、荨麻疹、肠胃道不适和吞咽困难等不良症状。
在所有不良症状中,组胺与饮酒上头密切相关的是引发的头痛,组胺摄入引起的头痛症状属于血管收缩性头痛,主要是由于摄入组胺刺激内皮细胞过量释放信号分子NO,导致颅内动脉的血管收缩,最终造成头痛。酪胺对人体的副作用首先在乳酪的相关研究中被发现,之前研究表明,酪胺的摄入会引起血管收缩,从而导致饮食诱导的偏头痛、呕吐、呼吸困难并升高血压和血糖,其中酪胺导致的血压增高会进一步诱发心力衰竭和脑出血。相比其他生物胺,尸胺和腐胺具有较低的毒副作用,但其存在主要通过抑制组胺和酪胺的代谢酶,如抑制单氨基氧化酶(MAO)和二胺氧化酶(DAO)的活性,从而增强组胺和酪胺的毒副作用。
此外,尸胺和腐胺可作为前体物质形成致癌性极强的N-亚硝基胺的形成,同时高浓度的尸胺和腐胺可促进肿瘤细胞的生长和迁移。β-苯乙胺虽然广泛存在于人体各组织内,作为信号分子调节人体正常生理活动,但摄入较高含量的β-苯乙胺有诱发人体高血压和偏头痛的副作用。此外,多胺中的精胺、亚精胺摄入过量将导致低血压、抑制血液凝固、诱发呼吸困难和肾衰竭。在酒类饮品中,由于参与生物胺类物质降解的单氨基氧化酶在人体内会受到乙醇的严重抑制,生物胺的毒副作用会被明显放大,因此重视乳酸发酵黄酒的安全性对黄酒的安全生产具有重要意义。
黄酒发酵过程中,生物胺含量总体呈增长趋势,其来源主要有以下几个方面:原料米和曲对黄酒生物胺含量的影响很小,发酵带入发酵体系的生物胺含量不超过1.5mg/L;酒母的影响比原辅料大,带入的生物胺含量达6mg/L;浸米、煎酒、澄清、灌坛、陈贮等工序,浸米过程产生的生物胺浓度高达170~450mg/L,其中部分生物胺会被带入发酵体系中;同时大米表面的糊粉层会进入到米浆水中,促进乳酸菌的生长,糊粉层中的蛋白质会在酶系的作用下产生大量的氨基酸,并促进生物胺的生成;发酵过程对黄酒最终生物胺含量的贡献也较大,其中前酵过程结束时酒醪中生物胺浓度基本达到最高;一定浓度的乙醇(<10%体积分数)可以增加氨基酸脱羧酶的活性,而乙醇又会抑制胺类氧化酶的活性,因此在乙醇发酵过程中生物胺含量容易大幅增加。
目前,仅欧洲食监局(EFSA)规定青花鱼中组胺含量不得超过400mg/kg,美国药监局仅规定鱼类产品中组胺含量不得超过500mg/kg。但在酒类饮品中,由于参与生物胺类物质降解的单氨基氧化酶在人体内会受到乙醇的严重抑制,生物胺的毒副作用会被明显放大。国际上一些组织对乙醇饮料中的生物胺含量给出了限定,例如,德国规定组胺含量不得超过2mg/L,比利时规定组胺含量不得超过5~6mg/L。我国对酒中生物胺含量并未制定明确的限量标准,其主要原因有:第一,不同的生物胺副作用不同,难以用总量确定其毒性;第二,人体自身可以合成并贮存一定生物胺,且生物胺会互相转化,在人体内的代谢途径也比较复杂,所以外源吸收到体内的生物胺的去向很难确定;第三,生物胺的副作用会受到多种因素影响,难以给某一特定的生物胺作出限量标准;第四,不同人群对生物胺的解毒能力和耐受力不同,所以毒理学方面相关剂量也会有所不同。即便如此,生物胺对黄酒的潜在危害还是不容忽视的。过量的生物胺会降低黄酒的风味品质,容易引起头痛、头晕、过敏、高血压、恶心和呕吐等不适症状,严重影响人体的健康以及黄酒的饮用舒适度,从而影响黄酒的口碑和受众的认可程度。所以需进一步研究开发降低黄酒中生物胺含量的方法,有效提高黄酒的饮后舒适度。
生物胺的代谢途径如图4-36所示,大致可分成3个过程:①由特异性氨基酸脱羧酶作用游离氨基酸脱羧形成生物胺。②生物胺被氧化生成醛。例如组胺可以被氧化成咪唑乙醛,酪胺可以被氧化成对羟基苯乙醛等。该氧化反应由胺类氧化酶介导,该酶在哺乳动物体内和微生物中均广泛存在,可代谢机体中的生物胺使得生物胺浓度处于低生理水平。但是,氧化酶抑制剂和乙醇会抑制胺类氧化酶的活力,从而使生物胺在人体内过量积累引起头痛、高血压、恶心和呕吐等症状。③醛进一步氧化生成羧酸,可被机体利用产能或直接排泄。
图4-36 生物胺的代谢途径
黄酒中生物胺的控制措施主要分为以下四个方面(图4-37):
图4-37 黄酒中生物胺含量控制措施
①控制游离氨基酸的含量。黄酒的原料及辅料中蛋白质含量较高,发酵过程中会分解产成氨基酸,且酵母等微生物在后酵期间发生自溶,进一步使黄酒中氨基酸含量升高。因此选择蛋白质含量相对较少的原料代替糯米或者控制蛋白质的水解,可以控制游离氨基酸的含量。但多种氨基酸赋予黄酒丰富的味觉层次,降低氨基酸在酒体中的含量可能会使黄酒的品质降低。如何合理地控制游离氨基酸的含量来控制生物胺的含量是目前需要深入研究的难题。有学者通过敲除酿酒酵母的特定基因,该基因主要编码了一种蛋白质水解酶,从而使生物胺含量降低了25.5%。
②不产生物胺微生物选育。生物胺形成的关键是具有氨基酸脱羧酶活性的微生物参与了反应,所以可以控制该类微生物的代谢或者接种不具有氨基酸脱羧酶活性的微生物进行发酵。黄酒中的生物胺主要是由乳酸菌代谢产生的,而乳酸菌可产细菌素,细菌素能够抑制同种或亲缘关系较近的种。因此,如果可以筛得一株既不具氨基酸脱羧酶活性又产细菌素的乳酸菌,将其应用于黄酒酿造中,理论上可从源头上最大限度降低黄酒中的生物胺含量。从黄酒发酵醪中筛选获得一株不产生物胺的植物乳杆菌14-2-1,并将其应用于黄酒酿造中,降低了20.59%的生物胺含量,同时降低了16.87%的杂醇含量。
③控制黄酒贮存条件。微生物产生物胺的过程受到周围环境的影响。已有研究发现贮存温度对黄酒生物胺含量有一定影响,贮存温度越高,生物胺含量增加越快。因此低温储存和运输可有效抑制黄酒中生物胺的继续生成。
④加快生物胺的降解。胺类氧化酶可降解一定的生物胺,所以可通过添加分泌胺类氧化酶的菌株作为发酵剂,从而降低黄酒中的生物胺含量。但是胺类氧化酶的活性受到酒体中一定浓度乙醇的抑制,此法应用于黄酒生产可能会受到限制。除了胺类氧化酶可以降解生物胺,目前有研究发现一些菌株分泌的胺类脱氢酶也可以发挥降解作用,比如极端嗜盐古细菌、弗式柠檬酸杆菌和铜绿假单胞菌等。
4.5.2.1 降解生物胺植物乳杆菌的筛选及代谢特性
(1)降解生物胺乳酸菌筛选
比较3株乳酸菌8-3、14-2-1和5-4的生物胺降解能力(表4-10),发现3株菌均不能降解酪胺和精胺,而对亚精胺都有较强的降解能力,培养结束时亚精胺的降解率分别达71.60%、72.21%和68.14%,并对其他种类生物胺有不同程度的降解。综合起来看菌株14-2-1具有较强的产酸能力,能快速适应黄酒发酵环境,不产生物胺且对混合生物胺有一定的降解能力。
表4-10 不同乳酸菌对生物胺的降解率 单位:%
(2)乳酸菌在黄酒体系中的生长能力
乙醇会抑制微生物的生长,而酵母与乳酸菌等主要微生物在黄酒发酵中具有重要作用,因此乳酸菌应具备一定的耐乙醇胁迫能力才能保证其正常代谢。乳酸菌在不同发酵阶段的不同酒精度条件下的生长能力不同,这对降解生物胺乳酸菌在黄酒中的应用具有十分重要的意义。3株菌在含有不同酒度的黄酒发酵液样品中的生长曲线如图4-38所示。3株菌在样品(a)中培养时,3株菌均能正常生长代谢,菌株14-2-1培养液的pH降低趋势较快,而菌株5-4和8-3相对较缓,且最终pH菌株14-2-1最低;还原糖含量变化与总酸含量变化规律呈负相关,培养结束时,菌株14-2-1培养液的总酸含量增加了7.80g/L,还原糖含量降低了19.50g/L。在(b)中培养时,菌株5-4和8-3已经受到了抑制,产酸能力大幅下降,培养结束时,总酸含量分别只增加了1.90g/L和1.30g/L;而菌株14-2-1生长良好,仍具有较强产酸能力,结束时培养液pH为3.48,总酸含量达7.40g/L,表现出一定的优越性。在(c)中培养时,因为酒度较高,还原糖含量只有6.68g/L,3株菌均受到了严重的抑制,几乎不再生长,pH、总酸和还原糖含量变化不大,所以在高酒度下添加乳酸菌酿酒,乳酸菌效果难以呈现。综上,菌株14-2-1产酸能力较强,产酸速度较快且具有一定耐乙醇胁迫能力,适合添加到酿酒中降低黄酒中生物胺含量。
图4-38 乳酸菌在不同黄酒培养液中的生长曲线
(a)培养基为发酵12h的黄酒醪液,酒度为2.50%vol;(b)培养基为发酵22h醪液,酒度为8.8%vol;(c)培养基为发酵45h醪液,酒度为15.7%vol14-2-1;5-4;8-3
(3)不产生物胺乳酸菌14-2-1的代谢特性分析
经鉴定,菌株14-2-1为植物乳杆菌(L.plantarum),已保藏于中国典型培养物保藏中心,编号为CCTCC NO:M 2015118。植物乳杆菌14-2-1能够代谢消耗苹果酸、丙酮酸和柠檬酸生成草酸、酒石酸和酮戊二酸,具有较强的产乳酸能力,在MRS培养基中乳酸产量达到(20865.17±3.36)mg/L,并能产生一定量的乙酸,乙酸含量达到(5021.30±1.86)mg/L,培养结束后产生大量气泡,属于异型发酵乳酸菌。
将菌株14-2-1应用于黄酒酿造中,采用传统浸米酿造工艺(TT)进行落料发酵,不同植物乳杆菌菌株14-2-1添加量下发酵醪液指标见表4-11。生物胺含量会随着发酵时间的延长逐渐增加,随着植物乳杆菌菌株14-2-1添加量的增加,生物胺含量逐渐降低。植物乳杆菌菌株14-2-1产酸能够有效抑制杂菌的代谢,从而降低黄酒酿造过程中的生物胺含量。但是,总酸含量过高会抑制酵母代谢,从而引起黄酒酸败,因此合适的14-2-1添加量能够降低酒醪生物胺浓度,但过高的添加量会抑制黄酒发酵。
表4-11 不同添加量发酵醪指标的检测
4.5.2.2 乳酸菌冻干工艺开发
(1)乳酸菌发酵罐高密度培养方法开发
①初始pH对乳酸菌生长性能的影响
适宜的初始环境更有利于菌的生长,而培养基的初始pH值是其中重要的影响因素之一。因此测定不同初始pH值培养基中菌的生长曲线,有助于进一步确定菌株在相同培养基成分的条件下的最佳生长环境,进行高密度培养。
研究发现两株乳酸菌在不同初始pH值下,具有不同的生长性能,其中初始pH在6.5~6.6时活菌数达到最高。虽然初始pH值对菌生长具有一定影响,但不同pH值下菌进入稳定期的时间几乎相同,说明初始pH值对菌的生长周期影响较小(图4-39和图4-40)。
图4-39 初始pH对MJ0301生长曲线的影响
图4-40 初始pH对HJ112生长曲线的影响
②温度对乳酸菌生长性能的影响
不同微生物之间的最适生长温度可能不同。低温培养可使菌体内不饱和脂肪酸含量增加,从而提高冻干菌粉的存活率;并且低温培养产生的不溶性多糖含量升高,对减少菌体的冻干损伤也很有帮助。较高温度能使微生物增加代谢速度,从而提高菌体繁殖速度,但是快速的产酸会使环境pH值迅速下降,从而会对菌体的生长产生抑制作用(图4-41和图4-42)。
图4-41 温度对MJ0301生长曲线的影响
图4-42 温度对HJ112生长曲线的影响
③接种量对乳酸菌生长性能的影响
不同接种量会影响到菌的生长代谢,常见的接种量为1%~4%。一般认为接种量越大,菌种活化越快。因此在活化及保存菌种的操作中,为减少操作时间,增加实验效率,可适当增大接种比例。但是在高密度培养中则不同,需要找到最适的接种比例。接种量的大小,与接种前母体培养基中的活菌数有很大关系,因此接种量并不是一个固定的参考值,而要依母体培养基中活菌数来定。另外不同的接种量也会导致初始培养基的pH值不同,从而影响了菌体的最适生长环境。
江南大学传统酿造食品研究中心——毛健教授团队发现随着MJ0301接种量的增大,活菌数在前10h与接种量成正比,但12h进入稳定期后,2%接种量实验组的活菌数超过其他组,并维持至24h。因此,2%接种量为MJ0301菌数的最佳接种比例(图4-43)。随接种量的增大,HJ112菌的总体趋势与MJ0301菌相似,但HJ112活力较MJ0301菌低,HJ112的最佳接种量为2%(图4-44)。
图4-43 接种量对MJ0301生长曲线的影响
图4-44 接种量对HJ112生长曲线的影响
④不同中和剂对乳酸菌生长性能的影响
解除乳酸在高密度培养中对乳酸菌的抑制的措施,大都采用碱液中和法,此法易于操作,且经济适用。研究中添加的碱液主要有NaOH、NH3·H2O、Na2CO3及Ca(OH)2,前二者各有优点与缺点。热链球菌与保加利亚乳杆菌的培养过程中,最佳乳酸中和剂均为20%浓度的Na2CO3溶液,其次为氨水,效果均高于NaOH组。在植物乳杆菌的高密度培养过程中发现,选用0.5% K2HPO4、30% Na2CO3、30% NH3·H2O和30% NaOH四种中和溶液作为中和剂,结果表明30% Na2CO3效果最明显。而Ca(OH)2与乳酸反应生成溶解度较低的乳酸钙,一定量后即沉淀,不再对菌体产生渗透压。
毛健教授团队研究发现HJ112的活菌数要低于MJ0301活菌数,表明HJ112的生长能力相对较低。MJ0301菌与HJ112菌两种菌在培养过程中经4种中和碱液或缓冲试剂处理,其中K2HPO4缓冲液处理的MJ0301和HJ112两种菌的活菌数最低,而Ca(OH)2和Na2CO3处理的活菌数较高,影响效果分别为Na2CO3最好,其次为Ca(OH)2和NH3·H2O,K2HPO4效果最差。分别对除K2HPO4外的3种碱液中和剂处理后的两种菌的活菌数进行方差分析,结果表明3组数据之间差异不显著(p>0.05)。因此,3种中和碱液对菌体的作用效果不存在明显差异,综合考虑,可选用Ca(OH)2为中和剂。因此,最后确定添加20% Ca(OH)2溶液作为乳酸菌优化培养模式。
⑤恒定pH值对乳酸菌生长性能的影响
乳酸菌具有自己的最适pH值,在这个最适pH值下,菌体能够更好地进行物质代谢和能量代谢,保证细胞膜正常的运输及维持H+梯度的功能,因此,确定乳酸菌在特定培养基中的最适pH值,对其高密度培养具有重要意义。
最适pH值因菌种不同而有所差异,其中,MJ0301菌在pH 6.2~6.3范围内活菌数最高,HJ112菌在pH 6.1~6.2范围内达到最高。两株乳酸菌在培养基中的最适pH值与报道中的最适pH基本相符,存在的差异可能与发酵罐的pH控制设施精度有关,因为发酵罐加碱方式为蠕动泵自动加碱,每次加进碱液量与进液管直径及碱液浓度有关(图4-45和图4-46)。
图4-45 恒定pH对MJ0301最高活菌数的影响
图4-46 恒定pH对HJ112最高活菌数的影响
⑥收获时间对乳酸菌生长性能的影响
一般认为最佳收获时间为对数末期或稳定前期,既达到最高活菌数,又能保证菌体活力。研究发现两株菌的对数末期或稳定前期都在12~14h,不同收获时间的菌体活力也会有一定差异,耐乙醇能力就是反映菌体活力的一个直观指标。分别于12h、12.5h、13h、13.5h、14h取样的MJ0301菌体中,12~13h之间随着收获时间的延长,MJ0301的耐乙醇能力不断增加,13h之后的稳定期内菌体的耐乙醇能力基本保持不变;对于HJ112菌,12~13h之间随着收获时间的延长,HJ112菌的耐乙醇能力不断增加,13.5h之后的稳定期内菌体的耐乙醇能力基本保持不变。在所考察的取样时间内,因为活菌数的不同,MJ0301和HJ112的耐乙醇能力与活菌数成正比。综合考虑,选取最大活菌数的时间即13.5h为最佳收获时间(图4-47和图4-48)。
图4-47 不同收获时间MJ0301菌的活菌数
图4-48 不同收获时间HJ112菌的活菌数
(2)冻干条件对乳酸菌活力的影响
①冷冻保护剂对乳酸菌活力的影响
利用真空冷冻干燥技术生产活菌制剂是多种保藏方法中较为理想的一种。但真空冷冻干燥过程中,冷冻和干燥两个过程会造成部分微生物细胞的损伤、死亡及某些酶蛋白分子的钝化。乳酸菌细胞浓缩物在冷冻干燥过程中,由于细胞内外水分结冰对细胞膜造成较大的损伤,菌体细胞死亡率很高,达不到浓缩乳酸菌细胞的目的。冻干保护剂在冷冻干燥过程中就起到了很好的保护作用,其是影响冻干发酵剂活力最重要的外部因素,也是采用冻干法制备高效浓缩发酵剂研究的技术关键。主要分为蛋白质类、多糖类、小分子糖类、醇类和维生素类保护剂。
蛋白质类一般采用脱脂奶粉,效果明显且方便易得。实验采用10%脱脂乳为悬浮基质,冻干保护剂为海藻糖、蔗糖、麦芽糊精、明胶、L-谷氨酸钠、抗坏血酸、甘油、山梨醇等8种分别属于糖类、氨基酸及小分子类物质。研究表明单双糖类中10%海藻糖的效果最佳,可使冻干乳酸菌的存活率达68.90%;多糖类物质中麦芽糊精效果最佳,存活率达48.70%;醇类和氨基酸、维生素类中是甘油和谷氨酸钠效果最佳。海藻糖及蔗糖等糖类物质能溶于水,可在特定的温度下降低溶质浓度,起到保护作用。其中海藻糖作为冻干保护剂的效果非常显著,是近年来的研究热点。从动力学角度看,海藻糖非常有效地促进非晶形或玻璃状固体形成,从而减少了冰晶的形成,起到防止细胞损伤的作用。海藻糖通过氢键与脂质双分子层的脂类或蛋白质表面的水分子相连,降低了脂类由液晶向凝胶相转移的温度,从而起到保护作用。小分子物质如甘油、谷氨酸钠、维生素C等,可以进入细胞,改变胞内过冷的状态,使胞内压接近胞外压,降低了细胞脱水收缩程度和速度,同时这类物质进出细胞容易,缓解了复温时渗透性引起的损伤。
因为不同的保护剂对不同菌种的保护效果是不同的,单一的保护剂并不能满足冷冻干燥的要求,所以抗冻保护剂一般都是按一定配方混合使用。复配保护剂中的各种成分在冷冻干燥中均发挥着各自的作用,同时相互间又具有协同作用,况且微生物细胞结构和大小存在差异性,只有复配保护剂中各保护剂的比例及浓度达到协调时,才能达到最佳的保护效果。
将不同类型的保护剂结合后有利于进一步提高菌种的抗冷冻干燥能力。研究发现10%脱脂乳为悬浮基质,最佳冻干保护剂组合为A2B3C3D1,配方为:脱脂奶粉10%,甘油30mL/L,麦芽糊精100g/L,海藻糖250g/L,L-谷氨酸钠l0g/L(表4-12)。
表4-12 正交实验及结果分析(MJ0301)
将不同类型的保护剂结合后有利于进一步提高菌种的抗冷冻干燥能力。研究法发现10%脱脂乳为悬浮基质,最佳冻干保护剂组合为A2B3C3D2,配方为:脱脂奶粉10%,甘油30mL/L,麦芽糊精100g/L,海藻糖250g/L,L-谷氨酸钠30g/L(表4-13)。
表4-13 正交实验及结果分析(HJ112)
②预冷条件对乳酸菌活力的影响
预冷能有效地提高菌体的冻干存活率,特别是在预冷的前2h,最佳预冷时间为120~150min。在前0.5h,由于预冻能将菌悬液各个高度的温度均匀地降低到较低温度,并且能够引起菌体的低温适应性应激反应,因此可以提高菌体的冻干存活率。在30min以后,由于菌悬液的高度为10mm,各层都已经降低至4℃,冻干存活率的提高主要是通过菌体的低温应激反应。到150min后,冻干存活率不再明显增加,可能是由于与提高冻干存活率相关的低温适应性生化反应基本完成有关(图4-49和图4-50)。
图4-49 预冻对MJ0301菌存活率的影响
图4-50 预冻对HJ112菌存活率的影响
③冻干发酵剂成品与液体发酵剂发酵活力的比较
研究发现在发酵的初始3h内,液体发酵剂和冻干发酵剂的产酸速度无太大差别,此时产酸速度较快;3h之后,液态菌的产酸速度加快,15h之后产酸速度趋于平缓。对于MJ0301菌来说,液态菌的产酸能力在考察期间始终大于菌粉的产酸能力;与液态菌15h之后产酸能力趋于平稳不同的是,冻干菌的产酸能力15h之后仍然不断增加;25h时,冻干MJ0301菌和液态MJ0301菌的产酸能力相当。对于HJ112菌来说,冻干菌在7h内产酸缓慢,7h后速度明显加快,至15h产酸量与液体菌相当,并趋于平缓(图4-51和图4-52)。
图4-51 MJ0301冻干菌与液态菌产酸性能比较
图4-52 HJ112冻干菌与液态菌产酸性能比较
研究发现经过不同条件的贮藏,活菌数不同程度降低,其中降低最快的是常压20℃的冻干菌体。一方面是因为随着贮存温度的升高,菌体在贮存过程中死亡率增加;另一方面是由于空气中的水分和氧气与冻干菌粉接触,与细胞的一些活性基团接触,产生了不可逆的损伤,菌体的存活率下降。除了水分和氧气对菌体的直接伤害,保护剂内的甘油等小分子物质及海藻糖等糖类物质在细胞冷冻脱水过程中与细胞膜磷脂相互作用,当细胞缺少水分时保留膜和蛋白质结构、功能和完整性,从而影响细胞的生理功能和存活率。尤其是海藻糖能够明显改善冻干菌粉的细胞贮藏稳定性,延长活菌保藏期(图4-53和图4-54)。
图4-53 MJ0301冻干菌贮藏期间存活率的变化
图4-54 HJ112冻干菌贮藏期间存活率的变化
脱脂乳、海藻糖、谷氨酸钠等冻干粉保护剂直接添加应用可能会影响黄酒的感官,并且使用量较大,成本较高,为了便于工业化应用生产,将扩培后的乳酸菌添加到黄酒酿造过程也是乳酸菌的重要应用方式。结合黄酒生产工艺,选取麦芽汁、粳米糖化液和糯米糖化液三种培养基进行实验,优选出一种适合乳酸菌扩培培养基。研究发现在0~8h之间,总酸含量增加相对较慢,菌株14-2-1需要时间复活并适应培养环境;在8~24h之间,乳酸菌产酸较快;32~60h,总酸含量增加相对减缓。培养结束时,麦芽汁总酸含量达13.08g/L;粳米糖化液与糯米糖化液总酸含量相当,达11.20g/L。还原糖与总酸含量变化呈负相关,随着培养时间的增加而降低。在0~4h之间,还原糖含量降低最为显著,表明菌株复活时消耗大量还原糖。培养结束时,3种培养基中还原糖含量都减少了20g/L左右,而麦芽汁中的还原糖含量明显低于其他两种,但是具有相似的扩培效果。实际生产是可以根据黄酒酿造用大米种类,选择同样的大米进行乳酸菌扩培,便于乳酸菌更快适应发酵环境(图4-55)。
图4-55 乳酸菌冻干粉在不同复活培养基中总酸及还原糖含量变化
4.5.2.3 乳酸菌酸化浸米工艺开发
(1)黄酒酿造过程中生物胺含量分布
黄酒中生物胺含量较高,平均含量可达到115mg/L,远远高于啤酒(4.79mg/L)与葡萄酒(11.24mg/L)。黄酒中生物胺积累主要集中于浸米及发酵环节,为进一步探究黄酒中生物胺的来源,详细分析浸米及发酵过程中的生物胺含量分布,结果如图4-56所示。浸米与发酵环节均检测到较高的生物胺含量,浸米结束时浸米水中生物胺含量可达到292.9mg/L,且浸泡大米中生物胺含量达到135.16mg/kg。发酵过程中生物胺于前酵24h内快速积累,达到142.6mg/L,至前发酵结束(120h)时生物胺含量并无较大变化;后酵阶段生物胺含量略有下降,后酵结束时生物胺含量为125.26mg/L。前酵24h内生物胺含量大量积累,随后无上升趋势,可能是由于微生物于前24h内代谢活动旺盛,产生大量的生物胺,同时也可能与浸米过程产生大量生物胺带入发酵过程有关。浸泡大米为黄酒酿造的主要原料,根据黄酒落料添加比例,占黄酒落料总体系的53.53%(蒸煮后),其携带大量生物胺进入发酵阶段,可增加黄酒中生物胺的含量。相关研究表明,浸米过程中生物胺含量越高,发酵过程中生物胺含量越高,可能是由于浸泡大米于浸米过程中积累大量生物胺,进入发酵过程导致黄酒中生物胺的激增。然而目前并无相关报道对浸米过程中的生物胺进行研究,且浸米过程与黄酒中生物胺的相关关系也尚未可知。
图4-56 黄酒酿造过程中生物胺含量变化SW—浸米水;SR—浸泡大米
(2)浸米中生物胺对黄酒发酵中生物胺的影响
为研究浸米过程与黄酒发酵过程生物胺含量的关系,对25次黄酒酿造过程(包括10次实验室样品以及15次工厂样品)中的浸米水、浸泡大米和发酵醪液(24h)的生物胺种类、分布以及相互关系进行分析,为进一步研究黄酒中生物胺来源,制定减少黄酒中生物胺策略奠定基础。
①浸米及发酵过程中生物胺种类及分布特点
浸米水、浸泡大米以及发酵醪中生物胺的种类及含量分布如图4-57所示,3者均可检测到8种生物胺,包括色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺、酪胺、亚精胺、精胺,其中腐胺、酪胺、尸胺、组胺为最主要生物胺,其总量在总生物胺含量中的占比达到约90%,其中腐胺占比最高,可达到31%以上,酪胺、尸胺、组胺的占比平均值分别为21.82%、17.43%和13.32%。浸米水、浸泡大米及发酵过程中生物胺种类相同,各种生物胺的种类分布相似,其中浸泡大米与发酵醪中生物胺分布占比基本一致。研究结果表明,黄酒浸米阶段与发酵阶段中生物胺无论在种类以及含量分布上均存在一定的相似性,浸米环节对黄酒发酵中的生物胺含量的影响需进一步进行分析。
图4-57 浸米与发酵过程中生物胺分布
②浸米与发酵环节生物胺的相关关系
浸米水、浸泡大米与发酵醪样品中生物胺含量关系如图4-58所示,浸米环节中的浸米水和浸泡大米的生物胺含量与发酵醪生物胺含量均呈正相关关系,R2分别为0.83和0.92,即浸米过程中生物胺含量越高,发酵醪中生物胺含量也越高。
图4-58 浸米与发酵环节生物胺的相关关系
浸米过程对黄酒发酵中生物胺产生影响,可能是由于浸泡大米携带生物胺进入发酵过程,导致发酵中生物胺含量增加。然而浸泡大米对黄酒发酵醪中生物胺的影响程度并未有详细解析。因此综合工厂与实验室的相关数据,计算浸泡大米对黄酒发酵醪中生物胺的贡献量,结果如图4-59所示。浸泡大米对发酵醪中各生物胺含量贡献率均可达到60%以上,对腐胺、酪胺、尸胺、组胺的贡献率分别达66.85%、72.82%、65.32%和67.69%,对总胺的贡献率达到71.15%。
图4-59 浸泡大米对发酵醪中生物胺的贡献量
综上所述,浸米过程中产生的生物胺为黄酒中生物胺的主要来源之一,然而目前对浸米过程生物胺的研究及控制策略较少,因此解析浸米机理,探究浸米过程的物质变化规律,在保证浸米顺利进行的同时制定减少生物胺的策略,进而减少黄酒中生物胺的积累是研究的重点。
(3)传统工艺浸米工序机理解析
浸米为黄酒酿造的首要环节,浸米好坏决定黄酒的品质,主要体现在以下两方面:浸米过程中大米吸水膨胀,主成分分解,淀粉糊化,糊化程度决定出酒率及酒的品质;浸米过程中的微生物代谢产酸,为发酵过程提供酸性环境,抑制杂菌生长,保证酵母的正常代谢。除吸水率与酸度的变化外,浸米过程中大米中的淀粉、蛋白质等成分扩散到浸米水中,造成大米中部分营养成分的损失以及浸米水中废物增多,造成水体的富营养化,COD、BOD5等废水处理指标增加;同时浸米水中的蛋白质在蛋白酶的作用下分解为氨基酸,为生物胺的产生提供前体条件。因此对浸米过程中的吸水率、酸度以及一些重要指标如蛋白质、生物胺、COD、BOD5等的变化机制进行分析,以期解析浸米过程的物质变化规律并根据此机理对浸米过程进行相关调控。
①浸米过程中的吸水率及酸度的变化
浸米过程中浸泡大米的吸水率及含水量如图4-60所示,吸水率和含水量于60min内随时间增加而增加,且增加速率随时间增加而减少,且60~120min内吸水率与含水量不变,达到饱和状态,最终分别达到32.12%和54.44%。
图4-60 大米的吸水率与含水量
传统浸米336h的产酸情况如图4-61(a)所示,浸米水中总酸含量随着浸米时间的增加呈现逐渐增加的趋势,前24h内酸度上升速率较慢,为1.2g/(L·d);24~216h升酸速率升高,平均速率达到1.98g/(L·d);216~336h升酸速率逐渐趋于平稳。浸泡大米中总酸变化呈现相同的趋势,前216h内升酸速率较快,216~336h内酸度逐渐平稳。浸米过程中有机酸的分布及含量变化如图4-61(b)和图4-61(c)所示。浸米水与浸泡大米中均检测到乳酸、乙酸、丙酮酸、草酸以及α-酮戊二酸,其中乳酸含量最高,其次为乙酸。综上所述,浸米过程中随着浸米时间的增加,总酸逐渐增加,浸米过程中形成了以乳酸为主,多种有机酸共存的体系。
图4-61 浸米过程中酸度变化
(a)浸米过程总酸变化;(b)浸米水中有机酸分布;(c)浸泡大米中有机酸分布
②浸米过程中蛋白质、生物胺、COD以及BOD5的变化
随着浸米时间的增加,吸水率、总酸增加的同时,浸米过程中其他重要指标也随之变化。BOD5与COD随浸米时间的增加而逐渐增加,如图4-62所示,浸米结束时浸米水中BOD5达到32592mg/L,COD达到47144mg/L,含量较高可引起严重的环境污染。黄酒企业每年花费大量的资金进行废水处理,是其较大的经济负担。
图4-62 浸米水中BOD5、COD的变化
大米中含有丰富的蛋白质,随着浸米时间的增加,其中的蛋白质逐渐进入浸米水中,导致浸泡大米中的蛋白质含量减少。浸米过程中蛋白质含量变化如图4-63(a)所示。浸泡大米中的蛋白质含量逐渐减少,从7.26%降低至浸泡336h时的1.6%,大米中的蛋白质含量在浸泡至336h时减少了5.66%,随着浸米时间的增加,大米中的蛋白质扩散至浸米水中,浸米水中蛋白质含量随时间增加而增加,从0~216h内蛋白质含量有一个较大的提升,随后趋于平稳,至336h时,蛋白质含量已达到5.22g/L。与此同时,浸米过程的蛋白质会在酶系的作用下产生大量的氨基酸,而氨基酸在作为一种营养以及风味物质的同时也是生物胺的前体物质。微生物分泌相关氨基酸脱羧酶作用于氨基酸导致浸米过程中生物胺积累,生物胺变化情况如图4-63(b)所示。浸米过程中生物胺随浸泡时间的增加,呈现整体增加的趋势,浸泡至336h时,浸米水与浸泡大米中的生物胺含量分别达到138.14mg/L和237.95mg/kg,可使黄酒中生物胺含量增加116.76mg/L。浸米过程中生物胺含量的变化趋势整体为上升趋势,前72h内生物胺含量变化较小,分别为13.08mg/L以及5.82mg/kg,72h至336h内生物胺产生速率均较高,平均速率分别达到11.36mg/(L·d)和21.10mg/(L·d)。
图4-63 浸米过程中蛋白质及生物胺变化
(a)蛋白质含量变化;(b)生物胺含量变化
由此可知,随着浸米时间的增加,浸米水中BOD5、COD、蛋白质增加,大米中蛋白质减少,可能是由于浸米过程中大米中的营养物质随着浸米时间的增加逐渐扩散至浸米水中,导致浸泡大米中营养成分的流失及浸米水的富营养化,使原材料损失及处理成本增加。同时,生物胺随着浸米时间增加而增加,可能与浸米水中蛋白质与微生物群落分布有关。蛋白质在相关酶系的作用下,生成氨基酸底物,氨基酸在相关微生物的作用下生成生物胺。因此解析浸米过程中生物胺的生成机理,进一步对浸米水中微生物群落结构进行分析。
(4)植物乳杆菌酸化循环浸米工艺开发
①植物乳杆菌添加量优化
将接种L.plantarum 14-2-1的大米糖化液分别以0、2.5%、5%、7.5%、10%的比例接种于浸米水中,其产酸情况如图4-64(a)所示,随着浸米时间的增加,浸米水总酸呈上升趋势,并且随着乳酸菌接种量的增加,浸米水酸度积累速度也越快。当接种量≥7.5%时,产酸速率明显提高,浸米48h即可达到非接种浸米120h的酸度效果。浸米过程中在24~96h期间内快速增酸,不同接种量浸米水在24~96h内的产酸速率如图4-64(b)所示,与不接种乳酸菌的浸米水相比,接种L.plantarum14-2-1的浸米水中总酸的增加速率提高了0.70~2.18g/(L·d)。与其他接种比例相比,当接种量达到7.5%时浸米水中酸度的增加速率明显加快,达到了4.09g/(L·d),而与10%接种量[4.37g/(L·d)]相比无明显差异。因此,综合考虑浸米水中的增酸速率以及生产成本,选择7.5%为最佳接种比例。
图4-64 L.plantarum 14-2-1对浸米过程中酸度的影响
(a)不同接种量的产酸情况比较;(b)24~96h产酸速率比较
②添加植物乳杆菌对浸米过程影响
如图4-65所示,接种量为7.5%的浸米水中微生物由乳杆菌属(Lactobacillus,80.01%)、肠杆菌属(Enterobacter,4.93%)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas,4.81%)、泛菌属(Pantoea,3.34%)、不动杆菌属(Acinetobacter,0.98%)等微生物组成。浸米水中乳杆菌属的物种丰度最高,主要由L.plantarum(79.52%)和L.fermentum(0.39%)等物种组成。与传统浸米相比,接种L.plantarum 14-2-1的浸米水中微生物的群落结构发生较大改变,L.plantarum的相对丰度由不接种时的0.95%升高至79.52%,形成了以L.plantarum占绝对优势的微生物区系。
图4-65 L.plantarum 14-2-1对浸米水中微生物群落结构影响
基于接种L.plantarum 14-2-1改变了浸米水中微生物群落结构,进一步分析其对浸米水过程中蛋白质、生物胺含量的影响,结果如表4-14所示。接种7.5% L.plantarum 14-2-1的浸米水中生物胺含量在浸米24h时,从0mg/L增加到2.73mg/L左右,之后变化较小;而非接种浸米水中生物胺含量随着浸米时间的增加而不断升高,浸米结束时达到39.6mg/L。与非接种浸米相比,浸米120h时,接种L.plantarum 14-2-1浸米使浸米水中生物胺的含量从39.6mg/L减少到了2.44mg/L,生物胺含量降低了93.84%;同时米粉中蛋白质含量为2.45%,高于传统浸米达到相同酸度时的蛋白质含量。
表4-14 生物胺及蛋白质含量
注:n.d.表示未检出。
(5)起始酸度对浸米过程的影响
乳酸菌酸化浸米水中微生物群落结构单一,植物乳杆菌种约占80%,为最优势微生物种。为节约水资源、生产成本、废水排放成本,减少对环境污染,可将此浸米水继续循环使用,达到快速产酸、不产生物胺的目的。然而浸米水中携带一定酸度,当循环使用时,起始酸度可能会对浸米过程产生影响。
①起始酸度对浸米过程中总酸的影响
当起始酸度为1g/L和3g/L时,酸度变化与传统浸米变化趋势一致,随着浸泡时间的增加酸度逐渐增加,浸米168h时总酸均达到10g/L以上。而当起始酸度大于或等于6g/L时,随着浸泡时间的增加总酸含量无明显增加(表4-15)。
②起始酸度对浸米过程蛋白质、生物胺的影响
蛋白质含量变化如表4-16所示,不同起始酸度下浸米水与浸泡大米中蛋白质含量略不同,其均在3.55~4.23g/L和2.65%~3.33%范围内,与传统浸米无较大差异,因此起始酸度变化并不影响浸米过程中的蛋白质含量。
表4-16 不同起始酸度对蛋白质的影响
生物胺含量在不同起始酸度下的变化与酸度的变化呈现相同的趋势,当起始酸度为1g/L、3g/L时,生物胺含量呈现逐渐增加的趋势,最终浸米水达到69.04mg/L和75.52mg/L,浸泡大米达到92.66mg/kg和118.96mg/kg,与传统浸米过程基本一致。而当起始酸度大于或等于6g/L时,生物胺含量随着浸米时间增加无较大变化,且浸米水中的生物胺含量均保持在5mg/L以下,浸泡大米中的生物胺含量保持在12mg/kg以下,如图4-66所示。
图4-66 不同起始酸度对浸米过程中生物胺的影响
(a)浸米水生物胺;(b)浸泡大米生物胺1g/L;3g/L;6g/L;8g/L;10g/L;12g/L;
综上所述,起始酸度对浸米过程中蛋白质含量无明显影响,当起始酸度达到6g/L及以上时,可有效抑制生物胺产生。
由此可知,当浸米水起始酸度大于或等于6g/L时,浸米过程中总酸以及生物胺并无明显变化趋势,可能是由于起始酸度高,外源微生物很难侵入浸米体系大量产酸和产生物胺,因此浸米水中起始酸度大于或等于6g/L时,可有效抑制杂菌污染,在减少浸米时间的同时也可减少生物胺的产生。但是由于利用乳酸调节起始酸度进行浸米成本较高,实施较为困难,并且浸米过程中有机酸组成较为多样,浸泡大米中存在单一乳酸对黄酒发酵的风味可能存在一定影响。循环利用乳酸菌酸化浸米水,在外源大量接种植物乳杆菌的同时还可以达到或快速达到6g/L,进而可以通过微生物强化和物理调节的手段共同抑制杂菌侵入,保证浸米水中的接种微生物的优势地位,以达到保证浸米质量、减少生物胺含量、可循环利用的目的。
(6)植物乳杆菌酸化循环浸米
①乳酸菌酸化循环浸米工艺对浸米过程的影响
如表4-17所示,循环浸米过程中浸米水的总酸含量在浸泡48h内即可达到10g/L以上,从第3循环开始24h内即可达到10g/L以上,酸度上升较快,同时浸泡大米中的总酸在3.9g/kg以上,达到合格酸度,大大减少浸米时间,可从传统浸米336h减少到24h。浸米水蛋白质含量在循环过程中无较大变化,均在4.25~6.90g/L范围内;浸泡大米蛋白质含量也基本平稳,在2.63%~4.19%范围内;生物胺含量均保持在2mg/L以下。BOD5、COD含量随着循环次数的增加而增加,直至第7次循环时分别达到32900mg/L、41326mg/L,在随后的循环中没有较大的变化。通过循环利用接种植物乳杆菌的浸米水浸米可大大减少浸米时间,提高浸米的质量及效率,减少生物胺的积累。综上所述,循环浸米过程中,不同循环批次中蛋白质含量略有不同但差异不大,均在正常范围内。COD、BOD5在前7次循环中含量逐渐增加,7次循环后增量变小,最高达到43168mg/L和34800mg/L。生物胺含量有效控制在2mg/L以下。
循环浸米过程中的微生物群落结构如图4-67所示。循环浸米过程中主要存在乳杆菌属(Lactobacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、泛菌属(Pantoea)。其中乳杆菌属占比达到96%以上,且乳杆菌属中以植物乳杆菌为主,占比达到99%以上。综上所述,循环浸米过程中形成了以植物乳杆菌占主导的微生物区系,且循环10次过程中微生物群落结构基本稳定。由此可知,乳酸菌强化接种时,微生物群落结构较为单一,当循环利用时,外源接种单一微生物使其在新一循环中占据主导地位。当起始酸度达到6g/L时可有效抑制杂菌污染,循环浸米过程中24h内升酸速度平均达到0.21g/(L·h),在起始酸度的基础上可迅速达到6g/L,抑制杂菌污染,保证浸米体系中原有微生物占比的绝对优势以及循环浸米过程中群落结构的稳定性。
图4-67 循环浸米过程中细菌群落结构
②乳酸菌酸化循环浸米工艺对发酵过程的影响
不同循环浸泡大米落料发酵后其理化指标变化如图4-68所示。传统浸米发酵结束时酒精度达到12.6%vol±0.63%vol,酸度为(4.39±0.01)g/L;不同循环浸米发酵的酒精度为12.3%vol~13.2%vol范围内,酸度为4.15~5.16g/L范围内,与传统发酵无显著差异且均在正常范围内。两种浸米工艺发酵过程的还原糖均呈现下降趋势,于24~72h消耗明显,含量显著下降,可能是由于酵母于24~72h内大量繁殖代谢产生乙醇。在后续发酵中还原糖含量趋于平缓,最终含量在14.41~19.72mg/L,与传统发酵(17.6mg/L±1.82mg/L)无较大差异。氨氮含量总体呈现上升趋势,于264~504h内有较大的上升,最终含量为0.39~0.49g/L范围内,与传统发酵(0.42g/L±0.00g/L)基本一致。综上所述,循环浸米落料发酵与传统落料发酵在发酵过程中理化指标的变化趋势以及相关物质的含量均无较大差异,可正常进行发酵,符合生产要求。
图4-68 循环使用浸米水工艺对黄酒理化指标的影响
发酵结束时生物胺含量如表4-18所示,于发酵醪中均可检测到8种生物胺,不同循环次数浸米的发酵醪中生物胺差异较小,平均生物胺含量为6.50mg/L,相较于传统浸米发酵醪生物胺含量(83.12mg/L±0.35mg/L)降低了92.18%,大大减少了生物胺含量。在8种生物胺中,对于腐胺、尸胺和酪胺的降低效果最为显著,分别降低了95.66%、93.91%、97.27%,可能是由于循环浸米过程中生物胺产生较少,随浸泡大米带入黄酒发酵过程的生物胺含量也随之较少,因此相比于传统浸米可显著降低其生物胺含量。综上,利用循环浸米工艺落料发酵,发酵正常,且可大大降低发酵中的生物胺含量。
表4-18 生物胺含量变化 单位:mg/L
③乳酸菌酸化循环浸米工艺对黄酒中呈味物质的影响
循环浸米发酵与传统浸米发酵中理化指标无显著差异,循环浸米发酵可正常发酵,且有效降低生物胺含量。然而,对于循环浸米工艺对黄酒中呈味物质的影响尚未可知。因此对黄酒中有机酸、氨基酸以及挥发性风味物质进行检测,研究循环浸米发酵对呈味物质的影响。
两种工艺浸米有机酸含量如图4-69(a)所示,总有机酸含量差异不大,在6.57~8.04g/L范围内,且均可检测到乳酸、乙酸、琥珀酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸,其中乳酸含量最高,约为70%,与陈青柳研究一致。乙酸含量次之,约占20%,其余有机酸占10%左右。两种工艺发酵醪中有机酸含量均不存在显著性差异。氨基酸含量如图4-69(b)所示,循环浸米工艺酿造黄酒与传统浸米酿造黄酒中氨基酸含量均无显著性差异,总量均在2g/L左右。在黄酒中共检测了17种氨基酸,其中包括6种甜味氨基酸,8种苦味氨基酸,2种鲜味氨基酸以及1种涩味氨基酸。其中甜味及苦味氨基酸含量最高,分别占总氨基酸含量的31.22%和48.06%。鲜味及涩味氨基酸较少,占总氨基酸含量的20.72%。
图4-69 循环浸米水工艺对有机酸、氨基酸的影响
(a)有机酸含量;(b)氨基酸含量
分析不同工艺酿造黄酒中的挥发性风味物质,利用气质联用色谱对黄酒中28种主要挥发性风味物质进行检测,共包括12种酯类、4种醇类、4种酸类、3种醛类、5种酚类。其含量分布如图4-70所示。在主要挥发性风味物质上,两种浸米方式酿造黄酒并不存在显著差异。13种酯类物质中,乙酸乙酯、乳酸乙酯、异戊酸乙酯含量较高,其总量占据总酯量的90%以上。醇类含量最高,异戊醇、苯乙醇、异丁醇平均达到219.74mg/L、191.34mg/L和82.14mg/L。酸类物质主要包括丁酸、己酸、异戊酸、辛酸,其中丁酸含量最高。醛类物质中主要包括糠醛、苯甲醛、苯乙醛,其主要呈现出苦杏仁、玫瑰香、花香等味道。酚类物质最少,主要包括2,4-二叔丁基酚、苯酚、愈创木酚等,且总酚类含量均小于0.12mg/L。
图4-70 循环浸米水工艺对挥发性风味物质的影响
4.5.2.4 乳酸菌酸化发酵工艺开发
(1)乳酸菌添加量对黄酒发酵醪指标的影响
先将L.plantarum 14-2-1以5%接种量(质量/体积)接种于麦芽汁中进行复活,再以10%接种量转接于粳米糖化液中进行扩培。最后将扩培液分别按照2%、4%、8%、12%添加量(体积/质量)添加落料发酵,采用淋米添加乳酸菌进行酿造。发酵过程中随着L.plantarum 14-2-1添加量的增加,总酸含量、pH、酒精度和氨基态氮含量逐渐增加,还原糖含量逐渐降低,符合黄酒发酵基本指标的变化趋势。添加量越多,总酸含量越高,过多的酸类物质影响了酵母的代谢,所以发酵结束后酒精度随着接种量的增加而降低。另外,乳酸菌的添加使得酒精度上升较快,发酵1天酒精度达到6.60%vol~8.15%vol,前酵结束时,酒精度达13.70%vol~15.98%vol,后酵过程中酒精度稍有涨幅。过高的酒精度抑制L.plantarum 14-2-1生长,因此,在落料初期添加乳酸菌发酵才能发挥作用。通过比较分析发现,4%添加量效果最佳,发酵醪总酸含量为5.05g/L,既能保持酵母正常生长也不会使酒体酸败,酒精度为18.24%vol,其他指标也基本达到了要求;当添加量为2%时,总酸含量达不到要求,只有3.94g/L;添加量为8%和12%时,总酸含量过高,超过标准。最终确定酸化发酵工艺中 L.plantarum 14-2-1扩培液的最佳添加量为4%(表4-19)。
表4-19 L.plantarum 14-2-1不同添加量对发酵醪理化指标的影响
注:添加量为0是对照组,采用传统浸米酿造工艺。
(2)添加乳酸菌对发酵醪理化指标的影响
采用淋米添加乳酸菌酿造工艺(LT)、淋米添加米浆水酿造工艺(ST)和传统浸米酿造工艺(TT)三种不同酿造工艺研究添加L.plantarum 14-2-1对黄酒发酵醪的影响,经过1天的发酵,LT中酒精度为8.15%vol,含量在LT和TT之间;总酸达到4.56g/L,含量高于LT和TT。发酵结束时,ST和TT的总酸含量分别只有3.45g/L和4.06g/L,而LT发酵结束时总酸达到5.01g/L,与ST和TT相比分别提高了1.56g/L和0.95g/L;酒精度为17.60%vol,高于ST,与TT(18.00%vol)相当。LT的其他各项理化指标都符合要求,该工艺可以很好地应用于实际生产(表4-20)。
表4-20 L.plantarum 14-2-1对黄酒发酵醪理化指标的影响
(3)添加乳酸菌对黄酒生物胺的影响
进一步研究分析添加L.plantarum 14-2-1酿造工艺对黄酒生物胺的影响,TT使用传统浸米工艺,所以生物胺含量最高,达28.96mg/L;ST中添加了部分米浆水,所以生物胺含量会高于LT;LT中生物胺含量仅有21.07mg/L,与TT和ST相比,分别降低了27.16%和20.59%。L.plantarum 14-2-1扩培液的加入,降低了发酵环境的pH,大量抑制了杂菌的代谢以及外部细菌的入侵,落料时发酵醪中氨基酸含量也不高,从而大量减少了生物胺的含量。发酵结束时,不同发酵醪中均检测到了7种生物胺,酪胺含量最高,腐胺含量次之[图4-71(a)]。
图4-71 植物乳杆菌14-2-1对黄酒发酵醪生物胺总量的影响
(a)发酵过程中生物胺含量变化;(b)发酵结束时生物胺含量
综上研究,可以确定黄酒酿造添加4%含量的L.plantarum 14-2-1的扩培液可有效降低黄酒中生物胺含量,同时也提高了发酵醪的总酸含量,使得黄酒口感更佳。
针对含量较高的4种生物胺含量变化进行研究,TT中前后酵过程腐胺含量变化不大,ST中腐胺含量始终处于缓慢增加的趋势,LT中腐胺含量逐渐下降,发酵结束时,腐胺含量分别为9.12mg/L、7.04mg/L和3.51mg/L,TT中含量最高,LT中最低(只有TT的三分之一)。TT中酪胺含量呈下降趋势,酪胺含量最高,发酵结束时达10.75mg/L;LT中酪胺含量最低,只有7.88mg/L。3种工艺之间组胺含量相差不大,在4.00mg/L上下波动,尸胺含量在2.92~3.18mg/L范围内[图4-71(b)]。