復合波雜自然發酵工藝研究

阿特爾古麗·沙布爾江，熱合滿·艾拉*，艾乃吐拉·馬合木提，祖木拉·艾力

復合波雜自然發酵工藝研究

阿特爾古麗·沙布爾江，熱合滿·艾拉*，艾乃吐拉·馬合木提，祖木拉·艾力

（新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊830052）

波雜是以谷物作為原料，采用傳統手工制作方法釀造而成的一種低酒精含量的柯爾克孜族傳統發酵飲料。其具有CO2殺口感、低糖度、質地濃稠等特點。該研究以大麥、糜子（黑皮）、玉米三種谷物為原料，用傳統發酵工藝進行自然發酵生產波雜，研究原料配比，發酵溫度，發酵時間，酶制劑添加量對復合波雜品質的影響，并通過響應面試驗法確定最佳發酵條件。結果表明，復合波雜自然發酵最佳工藝條件為大麥∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5，發酵溫度30.8℃，發酵時間29 h，酶制劑添加量3.25%。在此條件下波雜酒精度達到（3.67±0.06）%vol，可溶性固形物含量（8.70±0.29）°Bx，感官評分為（88.33±2.08）分。

復合波雜；自然發酵；發酵工藝；復合比例

波雜（Boza）是柯爾克孜族語言的音譯，中文翻譯又稱“博扎”、“波佐”或“包扎酒”等，它有悠久的歷史，2009年被列入自治區級非物質文化（技藝）遺產名錄。波雜通常是把玉米、小米、大麥等谷類作為原料，按照自己的喜愛選用一種或幾種原料復合制作釀成的低糖度、低酒精、質地濃稠的天然發酵飲料[1-2]。它的起源可以追述到奧托曼土耳其的古老民族，作為一種自然、健康發酵飲料延續到現在。

波雜是一種“醪”，既有谷類食品的長處，又有發酵酒的優點。波雜是人體能量的主要來源，也是最經濟的能量食物，還能提供人體蛋白質和半纖維素、纖維素、無機鹽、維生素等聚合物及種皮、胚芽中的油脂和高級醇碳水化合物、蛋白質、膳食纖維及B族維生素[3]等其他功能性成分。發酵可以提高飲品的營養價值，賦予飲品特殊的風味[4]，對于以食肉為主、缺乏新鮮蔬菜和水果的草原游牧民族來說，波雜既能幫助消化、防止積食，又能緩解油膩，對于胃病、高血壓、冠心病等也有很好的輔助療效。以雜糧為原料開發的谷物類發酵飲料將是未來飲料市場的發展方向[5]。我國谷物資源十分豐富，但由于加工轉化能力低，造成了極大的資源浪費，波雜發酵飲料的生產為谷物資源加工利用提供了一條有效的解決途徑。目前，對波雜的研究主要限于其中微生物群落結構的聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR-DGGE）分析[6]和酵母菌的分離和鑒定[7]。對波雜加工工藝和開發生產等方面研究較少。本試驗以大麥粉、糜子（黑皮）粉、玉米粉三種谷物為原料，在傳統發酵工藝的基礎上，采用單因素試驗和響應面試驗優化方法，尋找大麥、糜子（黑皮）、玉米復合波雜的最佳發酵條件，確定復合波雜的生產最佳配方，以期對促進新疆特色發酵飲料產業的發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大麥籽粒：新疆昭蘇縣；糜子（黑皮）籽粒：新疆特克斯縣；玉米籽粒：伊利10號品種；高活性干酵母：廣東丹寶利酵母有限公司；小麥胚芽粉：新疆新源縣牧民自制；蒸餾水（pH 6.5～7.0）、酶制劑：試驗室自制。

1.2 儀器與設備

FW-100高速萬能粉碎機粉：上海楚定分析儀器有限公司；AL204-1C電子分析天平：上海梅特勒-托利多儀器有限公司；HH-S電熱恒溫數顯水浴鍋：上海博迅實業有限公司；DL-1電子萬用爐：北京市永光明醫療儀器有限公司；WYT-III0.50%糖度計：上海明橋精密儀器有限公司；ELD酒精計：冀州市耀華器械儀表廠；FDM-Z125型漿渣自分離磨漿機：鎮江新區丁崗創威機械設備廠。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

原料選擇：制作波雜的原料夏天多用青稞，谷子等農作物釀制，冬天多用小麥、玉米、小米等糧食釀制。選擇色澤好，新鮮飽滿、無病蟲害的大麥、糜子（黑皮）、玉米，曬干籽粒采用高速萬能粉碎機粉碎成粉狀，過100目篩備用。

酵母活化：稱取小米粉質量0.8%的干酵母，加10 g的蒸餾水（溫度30～40℃）攪拌靜置2～4 min。

酶制劑制備：挑選小麥，晾干，再用溫水浸濕捏干，用棉被蓋嚴發芽，芽發至0.2～0.5 cm左右時，拿出來曬干，磨成半粉狀態即可，作為波雜的酶制劑。

和面：大麥、糜子（黑皮）、玉米三種谷物粉按照不同配比混合后，原料與水、酵母按1∶1∶0.1的比例混合，攪拌成糊狀備用。

第一次發酵：把糊狀面放置于熱處或預熱好的32℃水浴鍋里，30℃發酵8～10 h，待產生大量均勻氣泡為止。

煮熟：第一次發酵完成后，不銹鋼鍋里放少量植物油和面團體積等體積蒸餾水加熱，再加入面團，邊加熱邊用木勺攪拌，保證糊狀面團受熱均勻，時間為50 min左右，直至煮熟（攪拌時如果糊狀面團未粘木勺而且顏色變深表示煮熟）為止。

冷卻：在室溫條件下冷卻至30℃左右。

稀釋、接種：先冷卻的漿糊中加入等體積的溫開水進行稀釋，然后按配方比例加入酶制劑和老面。

第二次發酵（主發酵）：稀釋漿糊放到預熱好的水浴鍋里進行第二次發酵，27～33℃發酵20～28 h。

漿渣分離：用漿渣自分離磨漿機進行分離。

殺菌：溫度80℃條件下30 min[8]，冷卻至5～10℃。

1.3.2 單因素試驗

選取原料比（大麥、糜子、玉米配比分別為1.0∶1.0∶3.0、1.0∶1.5∶2.5、1.0∶2.0∶2.0、1.0∶2.5∶1.5、1.0∶3.0∶1.0）、第二次發酵溫度（24℃、27℃、30℃、33℃、36℃、39℃）、發酵時間（16h、20 h、24 h、28 h、32 h、36 h）和酶制劑添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%）4個因素進行單因素發酵試驗。通過測定波雜的酒精度、可溶性固形物含量，及對其進行感官評價，確定各因素的最佳水平。

1.3.3 響應面試驗

在單因素試驗基礎上，根據Box-Behnken的中心組合設計原理，選擇原料比（A）、發酵溫度（B）、發酵時間（C）、酶制劑添加量（D）為響應面優化的考察因素，以復合波雜的酒精度（Y）為響應值，設計4因素3水平的響應面分析試驗，對3種谷物復合波雜發酵工藝條件參數進行優化。

1.3.4 檢測方法

可溶性固形物：糖度計測定，以折光濃度°Bx表示。

酒精度的測定：密度蒸餾法[9]。

感官評分：以大麥、糜子（黑皮）、玉米復合波雜的色澤、口感、氣味、滋味和組織狀態為指標，對復合波雜進行了感官評分[10-11]，滿分為100分，感官評分標準見表1。

表1 復合波雜感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of compound Boza

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 原料配比對復合波雜品質的影響

圖1 原料配比對復合波雜品質的影響Fig.1 Effect of raw material ratio on compound Boza quality

由圖1可知，隨著糜子（黑皮）占的比例增高，復合波雜可溶性固形物含量逐步下降。這是可能與3種原料淀粉含量有關，淀粉在酶的作用下水解成還原糖，原料淀粉含量逐步變少，酶解得到的還原糖也是逐步變少。酒精度隨糜子（黑皮）添加比例的增多呈現逐步上升的趨勢，但差異不大，說明原料配比對波雜酒精度的影響不太大。原料配比對復合波雜感官品質的影響較大，感官評分隨糜子（黑皮）添加比例的增多呈現上升后下降的趨勢，因為原料配比不同，直接影響波雜的口感、色澤、風味。隨著糜子（黑皮）比例的增加，其感官分值也增加，原料配比達到1.0∶2.5∶1.5時，感官分值達到最高，當原料配比1.0∶3.0∶1.0時，感官分值有所下降，這是因為糜子（黑皮）比例過高，波雜色澤深，消費者不易接受，因此復合波雜最佳原料配比為大麥∶糜子（黑皮）∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。

2.1.2 發酵溫度對復合波雜品質的影響

圖2 發酵溫度對復合波雜品質的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on compound Boza quality

一般波雜釀造中溫度會影響微生物的生長發育和代謝產物的生成，因此，發酵溫度對成品波雜的酒精度與質量有很大影響[12]。由圖2可知，隨著發酵溫度的升高，復合波雜可溶性固形物含量呈先下降，后上升趨勢。這是因為在酶的作用下還原糖含量逐步上升，但酵母菌將還原糖發酵成乙醇，因此可溶性固形物含量逐步下降。當發酵溫度＞33℃時，可溶性固形物含量開始逐步上升，隨著溫度的升高，酵母菌的活性受到影響，因此酒精發酵受到影響，從而積累一些還原糖，導致可溶性固形物上升。酒精度隨發酵溫度的升高呈現先上升后下降的趨勢，發酵溫度越接近30℃時對酵母菌的生長有利，產生的乙醇也多，因此酒精度最高，溫度過高影響酵母菌生長繁殖，酒精度的下降。當發酵溫度為33℃時，波雜色澤均勻，口感細膩潤滑，酸甜適中，并且有醇香味，從而感官分值最高，因此最佳發酵溫度選取30～33℃。

2.1.3 發酵時間對復合波雜品質的影響

圖3 發酵時間對復合波雜品質的影響Fig.3 Effect of fermentation time on compound Boza quality

由圖3可知，隨著發酵時間的延長可溶性固形物呈下降的趨勢，是因為前段主要是淀粉酶的作用下進行糖化過程，酒精發酵很弱，后段主要是酒精發酵過程，把糖分解成酒精，導致可溶性固形物含量下降。隨著發酵時間的延長，酒精度先升后下降趨勢，因為前段是酵母菌生長的旺盛，從而酒精含量逐步升高，當發酵時間為28 h時，酒精度達到最高；當發酵時間＞28 h時，隨著糖的消耗達到一定的程度，酒精含量變化不明顯。當發酵時間為28 h時，感官分值最高，因此選取波雜發酵時間28 h為最合適。

2.1.4 酶制劑添加量對復合波雜品質的影響

圖4 酶制劑添加量對復合波雜品質的影響Fig.4 Effect of enzyme preparation on compound Boza quality

由圖4可知，隨著酶制劑的添加量的增多，可溶性固形物含量和酒精度呈上升的趨勢，因為小麥胚芽酶制劑添加量越多液化糖化作用越強，還原糖的含量逐漸增大，在微生物的作用下，產生的酒精含量也逐漸越多。隨著酶制劑添加量的增多，波雜感官分值先上升后下降，酶制劑添加量過多，發酵液中的微生物生長繁殖提供更多的糖含量，從而導致波雜酒精度過高，影響復合波雜的口感，在酶制劑添加量3%時，復合波雜感官分值最高，因此最佳酶制劑添加量選取3%。

2.2 響應面法優化發酵工藝試驗

在上述單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken的中心組合設計原理[13，15]，選擇原料比（A）、發酵溫度（B）、發酵時間（C）、酶制劑的添加量（D）為響應面優化的考察因素，以產品的酒精度（Y）為響應值，其試驗設計及結果見表2。

表2 復合波雜發酵工藝優化響應面試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of Box-Behnken experiment for compound Boza fermentation process optimization

2.2.1 波雜酒精度模型的建立及顯著性檢驗

以復合波雜的酒精度（Y）為響應值，建立大麥、糜子（黑皮）、玉米復合波雜發酵工藝參數回歸模型，并對模型方程進行方差分析，結果見表3。

Y=3.58+0.34A+0.45B+0.35C+0.39D-0.33AB-0.15AC-

0.050 AD-0.15BC-0.27BD+0.1CD-0.45A2-0.61B2-0.71C2-0.63D2

表3 以酒精度為評價指標的回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of the regression model using alcohol content as evaluation index

由表3可知，模型的F=19.75，P＜0.000 1，表明試驗所采用的二次模型方程是極顯著的，失擬項P=0.054 5＞0.05，表示失擬項不顯著，對模型是有利的，因此可以該回歸方程代替試驗真實點對試驗結果進行分析。一次項A、B、C、D，二次項A2、B2、C2、D2表現為極顯著（P＜0.01），交互項AB、BD表現為顯著（P＜0.05），說明它們對響應值影響大。因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著（R2=0.951 8），酒精含量試驗值與回歸方程預測值的相關系數R2Adj=0.903 6，變異系數為8.83，可知擬合情況良好。從F值可以看出，所選因素對響應值影響的強弱次序為：發酵溫度＞酶制劑的添加量＞發酵時間＞原料配比。得出在最佳條件下，酒精度的理論預測值為3.779 4%vol，考慮實際操作性，將實際參數進行修正，得復合波雜發酵工藝參數為：發酵溫度30.8℃、酶制劑添加量3.25%、發酵時間29 h，原料配比為大麥∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。

圖5 發酵溫度、酶制劑添加量、發酵時間、原料比交互作用對酒精含量影響的等高線及響應曲面Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of fermentation temperature,enzyme addition,time and raw material ratio on alcohol content

由圖5可知，等高線圖可以直觀地反映兩變量交互作用的顯著程度，圓形表示兩因素交互作用不顯著。

2.2.2 驗證性試驗

為了檢驗響應面法的可行性，本試驗采用得到的最佳發酵條件進行復合波雜的發酵試驗，發酵溫度30.8℃、酶制劑添加量3.25%、發酵時間29 h，大麥∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。此條件下酒精度為（3.67±0.06）%vol，與預測值的相對誤差僅為0.07%，非常接近，進一步驗證了模型方程的實用性。可溶性固形物含量（8.70±0.29）°Bx，感官評分為（88.33±2.08）分。

3 結論

本試驗在單因素試驗的基礎上，采用Box-Behnken響應面分析法對大麥、糜子（黑皮）、玉米復合波雜發酵工藝進行了優化，并對試驗結果進行了數學模擬和預測。最終確定了復合波雜的最優工藝參數：發酵溫度30.8℃、酶制劑添加量3.25%、發酵時間29 h、原料配比為大麥∶糜子（黑皮）∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。各因素對響應值均極顯著影響（P＜0.01），采用該條件進行驗證試驗，得到的平均酒精度為（3.67± 0.06）%vol，可溶性固形物含量為（8.70±0.29）°Bx，感官評分為（88.33±2.08）分。在此條件下，發酵所得的最優釀造工藝的復合波雜色澤黃褐色，口感細膩潤滑，酸甜適宜爽口，具有一定的實際應用價值。

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Natural fermentation process of compound Boza

ATEERGULI Shabuerjiang,REHEMAN Aila*,ANAITULA Mahemuti,ZUMULA Aili
(College of Food Sciences and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

Boza,a traditional hand-made fermented Kirgiz beverage,is made from grains with low alcohol content.Boza beverage has the characteristic of CO2mouthfeel,low sugar content,dense texture.Using barley,millet,corn as raw materials,through the natural fermentation with traditional technology,the effect of raw material ratio,fermentation temperature,fermentation time,enzyme addition on Boza fermentation were studied and the optimum fermentation condition was determined by response surface method.The optimal Boza fermentation conditions were as follows:raw material ratio barley∶millet∶corn(1.0∶2.5∶1.5),fermentation temperature 30.8℃,fermentation time 29 h,enzyme addition 3.25%. Under the conditions,the total sugar content of Boza beverage was(8.70±0.29)°Bx,alcohol content was(3.67±0.06)%vol,sensory evaluation score was 88.33±2.08.

compound Boza;natural fermentation;fermentation process;compound proportion

TS275.4

0254-5071（2017）03-0160-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.03.032

2016-10-25

國家科技支撐計劃項目（2015BAD9B00）

阿特爾古麗·沙布爾江（1989-），女，碩士研究生，研究方向為食品新加工技術。

*通訊作者：熱合滿·艾拉（1961-），男，副教授，博士，研究方向為食品加工技術。