發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒工藝研究

姜 瑩，周文美*

(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院貴州省發(fā)酵工程與制藥工程重點實驗室，貴州貴陽，550025)

發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒工藝研究

姜 瑩，周文美*

(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院貴州省發(fā)酵工程與制藥工程重點實驗室，貴州貴陽，550025)

該研究以甜蕎與苦蕎為原料，應(yīng)用5 L液態(tài)發(fā)酵罐進行發(fā)酵制作蕎麥酒。通過單因素和正交試驗對蕎麥酒的釀造工藝條件進行優(yōu)化，從而確定發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明：最佳發(fā)酵工藝條件為酵母菌添加量0.6%、發(fā)酵時間7 d、料水比1∶4（g∶mL）。在此條件下得到酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30 μg/mL的蕎麥酒。

發(fā)酵罐；蕎麥酒；發(fā)酵工藝

蕎麥蕎麥屬于蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum），為雙子葉植物[1]。目前在國內(nèi)有兩個主要栽培種[2]，一個是普通蕎麥（Fagopyrum esculentumMoench）又稱甜蕎麥[3-4]，另一個是勒靼蕎麥（Fagopyrum tataricumL.Gaertn）又稱苦蕎麥[5]。我國蕎麥的利用主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的以蕎麥粉為主要原料，直接加工成各種食品[6-8]，如面條、煎餅、蒸餃、扒糕、發(fā)糕、涼粉、灌腸等食品。另一種是致力于蕎麥保健食品、活性成分等的提取和利用，對蕎麥進行深加工如以蕎麥為主要原料制作的療效粉、醬油、食用醋、酒類產(chǎn)品及化妝品等。甜蕎和苦蕎在形態(tài)學(xué)特征上有較為明顯的區(qū)別[9]。甜蕎的籽粒較大，三棱形棱角分明，表面與邊緣平滑光亮；苦蕎籽粒較小，三棱形不分明，表面粗糙、沒有光澤，棱成波紋狀，中央有凹陷。但是不論是甜蕎還是苦蕎，籽粒還是莖、葉、花都具有較高的營養(yǎng)價值。蛋白質(zhì)、脂肪、功能活性物質(zhì)含量普遍高于大米、小麥和玉米。大量研究表明[10-14]蕎麥提取物中生物類黃酮、苦蕎蛋白、糖醇等具有很強的生物活性，具有降低血糖、血脂，血壓、抗疲勞、抗衰老、抗炎鎮(zhèn)痛、抑制腫瘤細胞等作用。

目前，蕎麥酒的釀制方法[15-17]主要是傳統(tǒng)釀酒工藝主要是固態(tài)，半固態(tài)發(fā)酵工藝及液化法，前兩種方法工藝生產(chǎn)周期長，人工勞動強度大，原料利用率低，不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。液化法生產(chǎn)蕎麥酒，加入了酶制劑，使原料利用率提高、工藝簡單、機械化程度高。然而，實驗室中得到的數(shù)據(jù)和規(guī)律，當(dāng)進行工業(yè)生產(chǎn)放大時并不能再現(xiàn)。因此，發(fā)酵罐生產(chǎn)是從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)必不可少的中間環(huán)節(jié)[18]。通過利用發(fā)酵罐來生產(chǎn)蕎麥酒，以期進一步提高產(chǎn)品口感、質(zhì)量等指標，為蕎麥酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

本研究以甜蕎麥和苦蕎麥作為原料，利用5 L發(fā)酵罐對甜蕎粉與苦蕎粉進行液態(tài)發(fā)酵，確定蕎麥酒發(fā)酵的最佳條件，同時，通過調(diào)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵條件，將蕎麥中醇溶性和水溶性的營養(yǎng)因子更多的保留在酒中[19]，使得蕎麥中的營養(yǎng)因子得到充分利用[20]，賦予其更高的營養(yǎng)價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎與甜蕎：市售；高峰-α-淀粉酶（2 000 U/g）：源葉生物有限公司；糖化酶（50 000 U/g）：湖南省津市新型發(fā)酵有限責(zé)任公司；黃酒專用酵母：安琪酵母股份有限公司；蘆丁標準品（分析純）：貴州迪達生物有限責(zé)任公司；乙酸鉀（分析純）天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氯化鋁：天津市光復(fù)精細化工研究所；甲醇、無水乙醇、石油醚（沸點范圍60～90℃）：天津市富宇精細化工有限公司；鹽酸：重慶川東區(qū)化工（集團）有限公司；氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖：成都金山化學(xué)試劑有限公司；亞甲基藍：生物染色劑，天津市東麗區(qū)華明鎮(zhèn)北干堡工業(yè)區(qū)；一水合檸檬酸：江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LK-1000A中藥粉碎機：四川江陽粉碎設(shè)備有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州澳華儀器有限公司；722s可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司；80-2離心機：上海浦東物理光學(xué)儀器廠；YXQ-LS-75SⅡ立式自動電熱壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；手持酒精計：河北省河間市玻璃廠；Biostat B 5 L全自動發(fā)酵罐：德國貝朗國際生物工程公司；UTP-313電子天平：上海花潮電器有限公司；FA2004N分析天平：上海箐海儀器有限公司；101-1A電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司；PHS-3C精密pH計：上海日島科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蕎麥酒制作工藝流程及操作要點

操作要點：

粉碎：甜蕎和苦蕎種子至于60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥24 h，然后粉碎，過40目篩。

原料比例調(diào)配：甜蕎苦蕎按照一定的比例進行混合；

液化方法：將調(diào)配好比例的蕎麥粉中加入一定比例的無菌水，先進行糊化10 min，然后加入0.5%的淀粉酶，90℃水浴40 min；

調(diào)節(jié)pH：利用pH計將溶液pH調(diào)節(jié)為4；

糖化：將液化好溶液降溫至60℃，調(diào)節(jié)pH值為4.0，添加5%的糖化酶、在60℃水浴中保溫50 min；

酵母活化：取一定量的黃酒專用酵母，加入10倍于黃酒專用酵母量的5%葡萄糖溶液中，35℃水浴中活化15min；

發(fā)酵：將滅菌后的樣液加入121℃滅菌后的發(fā)酵罐內(nèi)，并加入活化后的酵母菌，調(diào)節(jié)發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速在100 r/min，在30℃條件下進行發(fā)酵。

酒液分離：將發(fā)酵后的酒液放入離心管中，4000r/min離心30 min。

灌裝：將澄清部分的酒液進行灌裝。

巴氏殺菌：在65～70℃條件下保溫12～15 min。

冷卻：將滅菌后的產(chǎn)品放置室溫下進行降溫，溫度達到室溫后即成品。

1.3.2 原料配比的確定

設(shè)7個試驗組，甜蕎與苦蕎質(zhì)量比按表1所示，料液比為1:4（g:mL），酵母添加量為原料的0.5%。每組設(shè)三個平行試驗。按照1.3.1操作，在30℃下恒溫發(fā)酵時間7 d。分析酒液中的酒精度和黃酮含量，綜合決定甜蕎與苦蕎的比列。

1.3.3 單因素試驗設(shè)計

表1 原料比例設(shè)計Table 1 Design of raw material proportion

（1）酵母添加量

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，料水比1∶4（g∶mL），按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發(fā)酵考察酵母添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、發(fā)酵8 d，測定酒精度及總黃酮含量。

（2）發(fā)酵時間

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，料水比1∶4（g∶mL），酵母添加量0.8%，按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發(fā)酵考察發(fā)酵時間（6 d、7 d、8 d、9 d、10 d），測定酒精度及總黃酮含量。

（3）料水比

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，酵母添加量0.8%，按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發(fā)酵考察料水比（1:3、1:4、1:5、1:6、1:7（g:mL）），發(fā)酵8 d，測定酒精度及總黃酮含量。

1.3.4 正交優(yōu)化試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以蕎麥酒的酒精度、總黃酮含量為評價指標，采用正交試驗對酵母添加量（A）、發(fā)酵時間（B）、料液比（C）進行優(yōu)化，最終確定蕎麥酒的最佳發(fā)酵條件。正交試驗設(shè)計因素與水平見表2。

1.3.6 分析測定方法

表2 蕎麥酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for buckwheat liquor fermentation technology optimization

酒精度的測定采用GB/T 13662—2008《黃酒》中酒精計法；pH值采用pH計直接測定；淀粉含量的測定用GB/T5009.9—2008《食品中淀粉的測定》；水分含量的測定采用GB5009.3—2010《食品中水分的測定》；蘆丁標準曲線的繪制以及黃酮含量的測定采用NY/T 1295—2007《蕎麥及其制品中總黃酮含量的測定》。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜蕎與苦蕎淀粉及水分含量測定

原料中淀粉及水分測定結(jié)果見表3。從表3中可以看出甜蕎與苦蕎含水量差別不大，但粗淀粉含量差別比較大，甜蕎明顯高于苦蕎，而淀粉的含量的多少決定了發(fā)酵液中的糖分含量，直接影響著發(fā)酵結(jié)果，但由于甜蕎中的總黃酮低于苦蕎，因此，需要甜蕎與苦蕎搭配進行發(fā)酵。

表3 原料中淀粉及水分測定結(jié)果Table 3 The determination results of starch and moisture

2.2 原料配比的確定

圖1 原料比例對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.1 Effect of raw material proportion on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

不同原料配比對蕎麥酒酒精度和總黃酮含量的影響見圖1。由圖1A可知，酒精度隨著甜蕎所占比例的下降而略有下降，由圖1B可知，總黃酮含量呈現(xiàn)先上升后略有下降的趨勢，甜蕎與苦蕎質(zhì)量比為1∶2時總黃酮含量達到最高。試驗結(jié)果表明，甜蕎的可發(fā)酵性高于苦蕎；由于苦蕎的黃酮含量明顯高于甜蕎，因此黃酮含量隨著原料中苦蕎的比例增加而增加；黃酮為醇溶性化合物，酒精度的降低會導(dǎo)致原料的溶出的黃酮量降低。但由于酒精度較低，因此，黃酮含量呈現(xiàn)先上升后稍有下降的趨勢。綜合結(jié)果，選擇黃酮含量最高、酒精度相對較高的的6號試驗組即甜蕎與苦蕎質(zhì)量比為1:2進行試驗。

2.3 蘆丁標準曲線的建立

以蘆丁質(zhì)量濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線見圖2。

圖2 蘆丁標準曲線Fig.2 Standard curve of rutin

由圖2得到蘆丁標準曲線回歸方程為：y=27.301x+ 0.000 2，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9。由此可見吸光度值與蘆丁標準品質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

2.4 單因素試驗結(jié)果分析

2.4.1 酵母添加量對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同酵母添加量對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，其結(jié)果見圖3。

圖3 酵母添加量對蕎麥酒的酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.3 Effect of yeast inoculum on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖3可知，隨著酵母添加量的增加，發(fā)酵液的酒精度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，酵母含量較低時，發(fā)酵液發(fā)酵不完全，還原糖沒有得到充分利用，導(dǎo)致酒精度偏低，但當(dāng)酵母含量過高時，酵母本身繁殖消耗大量還原糖導(dǎo)致酒精度下降。隨著酵母添加量的增加，發(fā)酵液中的黃酮含量也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且在酵母添加量為0.6%時呈現(xiàn)峰值。綜合考慮選擇酵母添加量為0.5%～0.7%進行后續(xù)試驗。

2.3.2 發(fā)酵時間對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同發(fā)酵時間對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖4可知，隨著發(fā)酵時間的增加，發(fā)酵液中酒精度逐漸升高，當(dāng)發(fā)酵到第7天時發(fā)酵液中的酒精度趨于平緩，第8天發(fā)酵液中的酒精度達到最大值9.0%vol。繼續(xù)發(fā)酵時，酒精度有下降趨勢。這時的酵母處于衰退期，此時不再利用料液中的糖分甚至分解一部分的酒精，使溶液中的酒精度降低，隨著發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵液中黃酮含量迅速增加，后又開始下降。這是因為黃酮屬于醇溶性物質(zhì)，酒精度的降低對總黃酮含量具有一定的影響。綜合考慮，選取發(fā)酵時間為7～9 d進行后續(xù)試驗。

2.3.3 料水比對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同料水比對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 料水比對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.5 Effect of material to water ratio on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖5可知，隨著料液比的增加，發(fā)酵液中酒精度先有小幅度增加，后來大幅度下降，這是由于當(dāng)料水比為1∶3（g∶mL）時發(fā)酵液過于黏稠，導(dǎo)致發(fā)酵不充分，但當(dāng)料水比＞1∶6（g∶mL）時，水分含量過高，導(dǎo)致酒精含量下降。隨著料液比的增加，發(fā)酵液中黃酮含量同樣呈現(xiàn)先小幅增加后大幅度下降的趨勢，且當(dāng)料液比為1∶4（g∶mL）時發(fā)酵液中黃酮含量達到最高為76.66 μg/mL；當(dāng)料液比＞1∶6（g∶mL）時，發(fā)酵液中總黃酮含量迅速下降。因此，選擇料液比為1∶3～1∶5（g∶mL）進行后續(xù)試驗。

2.4 正交試驗結(jié)果分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對酵母添加量、發(fā)酵時間、料水比3個因素進行正交試驗優(yōu)化，正交試驗結(jié)果與分析見表4，方差分析結(jié)果見表5、表6。

由表4結(jié)果可知，以酒精度為評價指標，對酒精度結(jié)果影響的因素順序為：料水比＞酵母添加量＞發(fā)酵時間，最佳工藝參數(shù)組合為A2B2C2；以總黃酮含量為評價指標，對總黃酮含量影響的順序為：發(fā)酵時間＞料水比＞酵母添加量。根據(jù)極差R的大小可知，最佳工藝參數(shù)組合為A2B1C1。由表5、表6方差分析可知，以酒精度為評價指標時，發(fā)酵時間及料水比都達到極顯著水平（P＜0.01），發(fā)酵時間達到顯著水平（P＜0.05），以總黃酮含量為評價指標時，發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、料水比均達到顯著水平，與極差分析相符合，綜合酒精度與總黃酮含量兩個評價指標來看，發(fā)酵時間對總黃酮含量影響比對酒精度的影響要大，于是選B1作為最佳發(fā)酵時間，料水比對酒精度的影響大于對總黃酮含量的影響，于是選取C2作為最佳料水比。因此，選擇最佳工藝參數(shù)組合為A2B1C2，即酵母添加量為0.6%，發(fā)酵時間7 d，料水比1∶4（g∶mL）。在此最佳發(fā)酵條件下進行驗證試驗，得到的蕎麥酒酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30 μg/mL。

表4 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

表5 以酒精度為評價指標正交試驗結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results using alcohol content as evaluation index

表6 以總黃酮含量為評價指標正交試驗結(jié)果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal experiments results using total flavonoids content as evaluation index

3 結(jié)論

本研究以甜蕎和苦蕎作為原料，選用黃酒專用酵母為發(fā)酵菌種，通過5 L液態(tài)發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交試驗對蕎麥酒的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明，最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為酵母添加量0.6%、發(fā)酵時間7d、料液比1∶4（g∶mL）。在此最佳工藝條件下，所得蕎麥酒中酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30μg/mL。

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Fermentation process of buckwheat liquor in bioreactor

JIANG Ying,ZHOU Wenmei*(Guizhou Key Lab of Fermentation Engineering and Biopharmacy,School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using buckwheat and tartary buckwheat as raw material,buckwheat liquor was made by liquid-state fermentation in a 5 L bioreactor.The brewing parameters of buckwheat liquor was optimized by single factor and orthogonal tests.The results showed that the optimal fermentation conditions were determined as follows:yeast inoculum 0.6%,fermentation time 7 d,raw material to water ratio 1∶4(g∶ml).Under the conditions,the alcohol content of the buckwheat liquor was 10.1%vol,and total flavonoids content was 103.30 μg/ml.

bioreactor;buckwheat liquor;fermentation process

TS261.4

0254-5071（2017）01-0083-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.017

2016-08-13

貴州科技攻關(guān)項目（黔科合農(nóng)G字【2015】4003號）

姜瑩(1990-)，女，碩士研究生，研究方向為食品資源利用。

*通訊作者：周文美(1964-)，女，教授，碩士，研究方向為生物化學(xué)及食品生物技術(shù)。