甘蔗糖蜜料酒制备工艺优化及品质分析

吴德光 胡智慧 刘广新 时 伟

(1. 茅台学院酿酒工程系，贵州 仁怀 564500；2. 天津科技大学生物工程学院，天津 300457；3. 安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003)

料酒是一类专用于烹饪的调味用酒，具有去腥解腻[1]、减轻膻味[2]、提味增鲜[3]、增香赋色[4]的功效。除乙醇之外，料酒还含有丰富的酯类、氨基酸、维生素和微量元素等，不仅能赋予食物特殊的香味，还具有提供营养的作用[5]。近年来，随着食品工业的迅速发展，多样化的料酒酿造原料与工艺创新受到越来越多的关注，其中寻求低成本的新型酿造原料对降低企业生产成本，促进料酒行业的发展有着重大意义。甘蔗糖蜜是蔗糖生产过程中的主要副产物，约含有46%的糖、3%的粗蛋白和维生素等营养成分[6]，通常用来生产活性干酵母、酒精、乳酸、茁霉多糖等各种食品或医药化工产品[7-9]。其中绝大部分被用于酒精生产，每年因糖蜜酒精产生的废水排放量高达650万t[10]。若以甘蔗糖蜜为原料酿造料酒不仅可以拓展糖蜜的应用途径，而且可以减少废水排放量。

研究拟以甘蔗糖蜜为原料，对甘蔗糖蜜料酒的发酵、脱色等工艺进行优化，并对其品质进行分析，旨在为糖蜜料酒的工业化生产提供理论指导与参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

甘蔗糖蜜：天津某制糖企业；

黄酒专用活性干酵母(Y-ADY)：安琪酵母股份有限公司；

MgSO4：分析纯，天津市化学试剂厂；

NaCl、KH2PO4、CaO、(NH4)2SO4：分析纯，天津市北方天医化学试剂厂；

葡萄糖：分析纯，天津江天化工技术有限公司；

玉米浆：河北康欣制药有限公司；

糖液脱色专用活性炭(符合GB/T 13803.3—1999 优级标准)、食盐、味精、食用香辛料(肉桂、丁香、茴香、黄酒香精)：市售；

乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸异戊酯、琥珀酸二异酯、正丙醇、异丁醇、异戊醇、β-苯乙醇、乙酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸标准品：色谱级，纯度≥98.0%，美国Sigma公司。

1.2 仪器及设备

酸度计：FE20型，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司；

精密酒度计：HK6542型，上海化科实验器材有限公司；

凯氏定氮仪：KDN-818型，上海纤检仪器有限公司；

5 L全自动发酵罐：GS-8000型，上海广世生物工程设备有限公司；

紫外分光光度计：752N型，上海仪电分析仪器有限公司；

气相色谱仪：Agilent7890A型，配FID检测器，HP-INNOWax 1909IN-213(30 m×0.32 mm×5 μm)，安捷伦科技(中国)有限公司；

液相色谱仪：Agilent1200型，DAD检测器，HPX-87H柱(300 mm×7.8 mm×9 μm)，安捷伦科技(中国)有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 糖蜜料酒工艺流程

1.3.2 糖蜜发酵工艺的单因素试验

(1)甘蔗糖蜜初糖质量浓度的确定：在250 mL三角瓶发酵过程中，设定甘蔗糖蜜初糖质量浓度(以葡萄糖计)分别为180，200，220，240 g/L，酒母醪中其他成分为玉米浆添加量5 g/L，(NH4)2SO4添加量2 g/L，MgSO4添加量0.2 g/L，NaCl添加量0.5 g/L，KH2PO4添加量0.5 g/L，CaO添加量0.2 g/L。装液量为200 mL，30 ℃下静态发酵，每隔12 h称重，当CO2失重小于0.1 g时即为发酵结束。考察甘蔗糖蜜初糖质量浓度对发酵酒精度、残糖以及CO2累积失重的影响。

(2)玉米浆添加量的确定：在250 mL三角瓶发酵过程中，设定玉米浆添加量分别为2.5，5.0，7.5，10.0 g/L，酒母醪中其他成分为甘蔗糖蜜初糖质量浓度200 g/L，(NH4)2SO4添加量2 g/L，MgSO4添加量0.2 g/L，NaCl添加量0.5 g/L，KH2PO4添加量0.5 g/L，CaO添加量0.2 g/L。装液量为200 mL，30 ℃下静态发酵，每隔12 h称重，当CO2失重小于0.1 g时即为发酵结束。考察玉米浆添加量对发酵酒精度、残糖以及CO2累积失重的影响。

(3)硫酸铵添加量的确定：在250 mL三角瓶发酵过程中，设定硫酸铵添加量分别为0.5，1.0，1.5，2.0 g/L，酒母醪中其他成分为甘蔗糖蜜初糖质量浓度200 g/L，玉米浆添加量5 g/L，MgSO4添加量0.2 g/L，NaCl添加量0.5 g/L，KH2PO4添加量0.5 g/L，CaO添加量0.2 g/L。装液量为200 mL，30 ℃下静态发酵，每隔12 h称重，当CO2失重小于0.1 g时即为发酵结束。考察硫酸铵添加量对发酵酒精度、残糖以及CO2累积失重的影响。

1.3.3 糖蜜发酵酒小试制备 以单因素试验优化出的营养成分配方配制4 L酒母醪，将其装入5 L发酵罐中，Y-ADY接种量2 g/L，转速50 r/min，发酵温度30 ℃，每隔12 h取样测定酒精度和残糖，当残糖低于5 g/L时即为发酵终点。发酵液经离心、过滤除菌后得到糖蜜发酵酒。

1.3.4 糖蜜发酵酒的脱色 为确定糖蜜发酵酒的最佳脱色处理工艺条件，以1.3.3中制备的糖蜜发酵酒为处理对象，根据有关活性炭处理糖蜜酒精废液的文献报道[11]，选取活性炭用量、脱色时间、脱色温度3个影响因素，并根据前期预试验结果将每个因素设置3个水平(见表1)，以脱色率为指标进行L9(34)正交试验。

糖蜜发酵酒经活性炭吸附后采用双层滤纸过滤，在380 nm测定其透光度并计算脱色率[12]。最后测定糖蜜发酵酒经最佳脱色工艺处理后的酒精度、总糖、总酸、氨基酸态氮以及主要风味物质。

表1 正交试验因素与水平设计Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 糖蜜料酒的调配 设置食盐的添加梯度为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 g/100 mL；味精的添加梯度为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 g/100 mL。4种香精(肉桂、丁香、茴香、黄酒)按1∶1∶1∶1配制成混合香辛料后设置添加梯度(体积分数)为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%，0.12%。每种调味剂的调配试验各取6份200 mL的糖蜜发酵酒，分别按上述分组添加不同浓度梯度的相应调味剂。经充分搅拌溶解后，由10名专业品酒师对其进行感官品评后投票，选出每种调味剂的最适添加量。

1.4 测定项目及分析方法

1.4.1 糖蜜总糖 兰因—艾农法[13]607-610。

1.4.2 非发酵糖、残糖 斐林试剂法[13]611-613。

1.4.3 总氮 凯氏定氮法[14]。

1.4.4 酒精度 按GB 5009.225—2016执行。

1.4.5 食盐、总酸、氨基酸态氮 按SB/T 10416—2007执行。

1.4.6 主要挥发性风味成分 气相色谱法[15]。

(1)气相色谱条件：柱温75 ℃；进样室温度200 ℃；FID检测器温度230 ℃；H2流量30 mL/min，N2流量20 mL/min，空气流量400 mL/min；隔垫吹扫流量3 mL/min；分流比20∶1；进样量1 μL。

(2)定量方法：内标法。以2-辛醇作为内标，质量浓度为2 mg/L。

1.4.7 主要有机酸含量 液相色谱法[16]。

(1)液相色谱条件：流动相为5 mmol/L 的硫酸溶液，柱温60 ℃，流速0.6 mL/min，检测时间48 min，进样量为20 μL。

(2)定量方法：外标法。

2 结果与讨论

2.1 甘蔗糖蜜常规指标

试验所用甘蔗糖蜜样品常规指标见表2。从表2可以看出，甘蔗糖蜜中总糖质量百分比为66.89%，且总氮质量百分比为0.68%，表明糖蜜作为天然的发酵原料，可以为料酒酿造的微生物繁殖提供丰富的碳源、氮源。而且糖蜜中的活性物质一些也可能对料酒发酵有一定的促进作用[17]。

表2 糖蜜常规指标Table 2 Molasses regular index

2.2 糖蜜料酒发酵工艺确定

2.2.1 甘蔗糖蜜初糖质量浓度的确定 料酒是一种低酒精度的配制酒，其酒精度一般在15%vol以下，试验拟选取料酒的酒精度范围为12%vol～13%vol。由图1可以看出，随着初糖质量浓度的增加，酒精度和残糖随之增加。当糖质量浓度为180 g/L时，残糖最低，但酒精度低于选取的范围；且此时的CO2累积失重也最少，而糖质量浓度在200 g/L及以上时CO2累积失重无明显差异，说明糖质量浓度为180 g/L时酒母醪中表现为底物不足。当糖质量浓度达到220 g/L及以上时，酒精度虽升高，但残糖也随之增加。当糖质量浓度为200 g/L时，酒精度为12.6%vol，残糖为10.7 g/L，酒精度符合要求且发酵较为彻底。故酒母醪中最佳甘蔗糖蜜初糖质量浓度确定为200 g/L。

2.2.2 玉米浆添加量的确定 由图2(a)可以看出，随着玉米浆添加量的增加，酒精度逐渐上升，残糖含量逐渐下降。由图2(b)可以看出，随着玉米浆添加量的增加，CO2累积失重也随之稍有增加，说明氮源供给充足可促进发酵更为彻底。当玉米浆添加量为10 g/L时，酒精度为12.8%vol，残糖为5 g/L，发酵最为彻底。故酒母醪中玉米浆的最佳添加量确定为10 g/L。

2.2.3 硫酸铵添加量的确定 由图3可以看出，随着硫酸铵添加量的增大，酒精度呈先上升后下降的趋势，残糖含量逐渐下降。当硫酸铵添加量为1 g/L时，酒精度最高(13%vol)，残糖也较低(5.2 g/L)，且此时CO2累积失重与其他各试验组无显著性差异，说明当硫酸铵添加量为1 g/L 时酒母醪中的氮源供给已满足该发酵体系的需求。故酒母醪中硫酸铵的最佳添加量确定为1 g/L。

图1 酒母醪中甘蔗糖蜜初糖浓度的优化Figure 1 Optimization of initial sugar concentration of sugarcane molasses in barm mash

图2 酒母醪中玉米浆添加量的优化Figure 2 Optimization of steepwater concentration in barm mash

图3 酒母醪中硫酸铵添加量的优化Figure 3 Optimization of ammonium sulfate concentration in barm mash

综合单因素试验结果表明，利用甘蔗糖蜜发酵生产料酒的最佳酒母醪配方为：初糖质量浓度200 g/L，玉米浆添加量10 g/L，(NH4)2SO4添加量 1.0 g/L，同时其他微量元素添加量为：MgSO40.2 g/L，NaCl 0.5 g/L，KH2PO40.5 g/L，CaO 0.2 g/L。

2.3 糖蜜发酵酒小试制备

以甘蔗糖蜜为发酵原料，根据2.2中确定的酒母醪配方进行5 L发酵罐小试，酒精度、糖质量浓度随时间变化曲线如图4所示。由图4可以看出，随着糖分的消耗，酒精度逐渐升高；待糖分消耗殆尽时，酒精度也趋于平缓。在发酵0～12 h时，糖质量浓度下降较慢、酒精度上升较慢，主要是由于此阶段为酵母生长的延滞期，同时酵母菌利用发酵酒母醪中的溶氧进行细胞增殖；在发酵12～36 h 时，耗糖速度最快，酒精度增幅最大；发酵36 h后，随着耗糖速度的减慢，酒精度增幅也随之减小，并趋于平缓。由此说明，该糖蜜料酒的发酵工艺符合生物工业发酵的动力学规律，具有切实的可行性。

2.4 糖蜜发酵酒脱色

甘蔗糖蜜中含有较多的酚类色素与焦糖色素，使其色度大、颜色深，经酒精发酵后不但不会减弱或消褪，而且还会产生少许的酒精臭味，故糖蜜发酵酒作为调味料酒的酒基必须对其进行脱色除臭。常用于酿酒和酒精工业的脱色介质主要有活性炭、淀粉、硅藻土等材料[18-19]，其中活性炭对以糖蜜为原料的发酵醪液有极佳的脱色除臭效果且成本低廉，故选用活性炭作为糖蜜发酵酒的脱色剂。在前期预试验中对影响脱色效果的3个主要因素(活性炭用量、脱色时间、脱色温度)进行单因素试验，并以此为基础设计并进行了正交试验，其结果如表3所示。

图4 酒精度、糖质量浓度随时间变化曲线Figure 4 The curve of alcohol and sugar concentration changing with time

由表3可知，影响活性炭脱色的各因素主次顺序为活性碳添加量>脱色时间>脱色温度。此外，根据正交试验结果的直观分析，可以确定糖蜜发酵酒的最佳脱色工艺参数组合为A2B2C3，即活性炭添加量为2%，脱色时间为30 min，脱色温度为55 ℃。

2.5 糖蜜发酵酒品质分析

在最佳脱色工艺条件下，对2.3中制备的糖蜜发酵酒进行脱色、过滤后，测定其主要理化指标与风味物质。

2.5.1 主要理化指标 由表4可知，经脱色处理后的糖蜜发酵酒其酒精度为12.8%vol，总糖2.8%，总酸(以乳酸计)4.8 g/L，氨基酸态氮0.33 g/L，符合调味料酒行业标准(SB/T 10416—2007)的相关要求，适合做糖蜜料酒的酒基。

2.5.2 主要风味物质 由表5可知，糖蜜发酵酒中含有丰富的醇类、酯类和有机酸。其中醇类主要包括β-苯乙醇、异戊醇、异丁醇等，能赋予酒体的醇厚感，同时对肉类食材具有去腥解腻的作用[20]；酯类主要包括乙酸乙酯、乳酸乙酯等，是料酒香气的主要骨架成分[21]；有机酸主要包括乙酸、乳酸等，是料酒中的重要呈味物质[22]，因此利用甘蔗糖蜜作为酿造料酒的代用原料具有良好的推广价值与应用前景。

2.6 糖蜜料酒调配

以脱色后的糖蜜发酵酒为酒基，参照调味料酒行业标准(SB/T 10416—2007)及食品添加剂使用标准(GB 2760—2014)的相关要求，分别对食盐、味精、混合香辛料进行不同添加量的单因素试验，经感官品评后，10位品酒师中8人优选1.5 g/100 mL的食盐添加量为适宜咸感；6人优选0.4 g/100 mL的味精添加量为适宜鲜感；7人优选0.06%的混合香辛料添加量为适宜香味。因此按照遵循适合大众口感的原则，确定糖蜜料酒调味剂的最适添加量配方为：食盐1.5 g/100 mL，味精0.4 g/100 mL，混合香辛料0.06%。

表3 活性炭脱色正交试验设计及结果Table 3 Results and analysis of orthogonal test for decolorization of activated carbon

表4 糖蜜发酵酒主要理化指标Table 4 Main physical and chemical indexes of molasses fermented wine

表5 糖蜜发酵酒中主要风味物质及其含量Table 5 The content of molasses cooking wine main flavor substances mg/100 mL

2.7 糖蜜料酒质量评定

2.7.1 感官指标 色泽：淡黄色，清亮透明，有光泽；香气：浓郁舒适的香料气味，香气协调平稳；口味：醇厚，柔和鲜爽，无异杂味；风味：酒体协调，具有调味料酒的典型风格。

2.7.2 理化指标 酒精度(20 ℃)≥12%vol；氨基酸态氮(以氮计)≥0.2 g/L；总酸(以乳酸计)4.0～5.0 g/L；食盐(以氯化钠计)≥10 g/L。

2.7.3 微生物指标 细菌总数≤50 CFU/mL，大肠菌群≤3 MPN/100 mL，致病菌未检出。

3 结论

以甘蔗糖蜜为原料酿造料酒，在基础微量成分(MgSO4添加量0.2 g/L，NaCl添加量0.5 g/L，KH2PO4添加量0.5 g/L，CaO添加量0.2 g/L)确定的前提下，经单因素试验优化得到甘蔗糖蜜初糖质量浓度为200 g/L、硫酸铵添加量为1.0 g/L、玉米浆添加量为10 g/L。其最佳脱色工艺条件为活性炭添加量2%，脱色时间30 min，脱色温度55 ℃。以经脱色后得到的糖蜜发酵酒为酒基开发的新型糖蜜料酒符合调味料酒行业标准(SB/T 10416—2007)。后续将对甘蔗糖蜜料酒的食品安全、风味特征以及烹饪功效等方面进行更深入的研究，以期实现糖蜜料酒的工业化生产。