木棗發酵專用營養劑的研制

韓基明，楊春，杜亞軍，張玲*

山西農業大學，山西功能食品研究院（太原 030031）

木棗為山西省呂梁地區和陜西省榆林地區主要生態與經濟兼用樹種，木棗內含豐富的營養物質和生物活性成份，是一種藥食兩用價值很高的天然保健食品[1]，歷來深受人們喜愛。由于鮮棗在常溫條件下極易發生失水皺縮、軟化褐變以及發酵霉爛，生產上常將其制成干棗等加工品[2]，其附加值和對殘次果的利用有限[3]。因此，開發紅棗特色制品成為棗產業化的重要課題。近年來有關棗醋[4-7]、棗酒[8-9]、棗發酵飲品的開發應用有較大的發展潛力，但缺乏專用的營養助劑以滿足生產中的實際需求。故研究其發酵專用營養助劑可為木棗資源的綜合利用，以及棗酒、棗醋的開發與應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木棗（采自山西臨縣林家坪鄉木棗園）。酵母：SQB（圣琪釀酒高活性干酵母）、BV818（安琪葡萄酒活性干酵母）、AQH（安琪釀酒高活性干酵母）。酶制劑：果膠酶A（夏盛）、果膠酶B（諾維信）、果膠酶C（恒生）、酸性蛋白酶（10萬 U，夏盛）、纖維素酶（夏盛）。營養添加劑（均為市購食品級）。

電子分析天平（上海奧豪斯儀器有限公司）；顯微鏡（奧林巴斯）；菌落計數器（上海那艾精密儀器有限公司）；酒精計（河北武強縣同輝儀表廠）；培養箱（金壇區西城新瑞儀器廠）；蔗糖儀（成都市青羊聯合光學儀器）；氣相色譜儀（美國安捷倫公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 棗酒生產工藝流程

1.2.2 木棗汁的制備

取干木棗（水分20%左右），清洗后，按1∶2（g/mL）加入純凈水，加熱至80 ℃，保溫2 h，濾出棗汁，加入1倍的純凈水2次提取，于80 ℃保溫1.5 h，合并2次提取棗汁，繼續加熱至濃度為20%后，用0.180 mm孔徑濾布過濾備用。

1.2.3 商業酵母的活化

參考文獻[10]，略有改動。稱取0.5 g活性干酵母于4.5 mL無菌水的試管中（復水活化用水葡萄糖含量為2%），置于35 ℃水浴中進行靜置活化15～30 min，每5 min搖動1次，直至有大量氣泡產生。

1.2.4 酒精度的測定

酒精蒸餾法[11]。

1.2.5 高級醇（以異戊醇和正丁醇兩者的總量為代表）的測定方法

甲醇、異戊醇和正丁醇含量的測試方法為氣相色譜法。相關參數：GC-9860氣相色譜儀配有氫焰檢測器（FID）、AHS-6890A自動頂空進樣裝置（山東滕州市魯創分析儀器有限公司）毛細管色譜柱（白酒分析專用柱50 m×0.32 mm×0.5 μm）；流速：氫氣30 mL/min，空氣300 mL/min；載氣為氮氣 50 mL/min，分流比30∶1；頂空進樣裝置溫度80 ℃；溫度：甲醇、異戊醇和正丁醇標準曲線時柱溫80 ℃，保留10 min，棗酒樣品時柱溫80 ℃，保留60 min。

1.2.6 碳源營養的選擇和補充

在木棗汁（可溶性固形物含量15%）發酵過程中，分別補充添加木棗汁（可溶性固形物含量20%）、葡萄糖、果糖、蔗糖，測試并比較不同添加量（加入未發酵棗汁中）和不同添加階段（固定添加量8%）對棗酒酒精度的影響。

1.2.7 氮源營養的選擇和補充

利用酵母殘渣自制氮源。將棗酒發酵結束后發酵罐底部剩余的酵母殘渣放入打漿機中，轉速6 000 r/min下保持5 min，采用物理破碎的方式，可將酵母的細胞壁破成碎片，便于進一步微生物分解。將破碎后的酵母渣漿倒入酶解罐中，加入蛋白酶，添加量為漿液質量的0.5%，在35～40 ℃溫度下恒溫0.5～1 h，取出冷藏備用。

有研究報道在酒精發酵過程中，酵母優先利用的氮源為銨態氮[12]。選用自制氮源、尿素、磷酸氫二銨、氯化銨作為氮源營養，添加到棗汁發酵液中，測定棗酒的酒精度和高級醇。

1.2.8 維生素營養的選擇與影響效果

選擇對酵母發酵有明顯作用的B族維生素作為維生素營養添加劑，發酵24 h后通過顯微鏡觀察酵母的生長狀況和繁殖數量。

1.2.9 其他營養添加劑的選擇和補充

選擇海藻糖、山梨醇、氯化鈉和甘油等物質作為酵母營養劑，加入可溶性固形物30%的棗汁中，觀察釀酒酵母和產香酵母的生長繁殖狀況，測定其對釀酒酵母和產香酵母耐高濃度底物性能的影響，將發酵液的酒精度調到12%vol，通過觀察酵母的生長繁殖情況，判定其對酵母耐酒精性的影響。

2 結果與分析

2.1 不同碳源對棗酒發酵的影響

由圖1可知：葡萄糖最易被酵母利用，添加量6%時酒精度就可達12.2%vol，果糖添加量8%時酒精度為最高，達到12.4%vol，蔗糖利用率較低，添加量8%時酒精度可達11.1%vol，添加量超過8%后，酒精度增加不大，可能由于糖度過高，抑制酵母的生長，導致過早衰退，發酵后勁不足，添加濃縮后的木棗汁（濃度20%）作為碳源，酒精度呈緩慢增加趨勢。

圖1 不同碳源添加量對棗酒酒精度的影響

由圖2可知，固定添加量8%，最佳添加階段為發酵第4天，此時添加葡萄糖可使棗酒的酒精度達12.2%vol，添加果糖酒精度最高，可達12.5%vol，超過5 d后添加，酒精度大幅降低。

圖2 不同添加階段對酒精度的影響

由此可知，最佳碳源為葡萄糖和果糖，最佳添加量為6%～8%，最佳添加階段為發酵后第4天，可使棗酒的酒精度最高達到12.2%vol～12.5%vol。

2.2 不同氮源對棗酒發酵的影響

在棗汁發酵第2天添加不同氮源營養劑，添加量均為棗汁質量的0.1%，每天測試發酵液酒精度含量，結果如圖3所示。結果表明，添加氮源后，發酵液的酒精度比不加氮源的發酵液有不同程度的增加，并且增加速度快1 d，添加自制氮源的發酵液酒精度在發酵第7天最高可達12.3%vol，添加磷酸氫二銨的發酵液酒精度增加最快，在發酵第6天可達最高為11.9%vol。

圖3 添加不同氮源對棗酒酒精度的影響

圖4和圖5表示在棗汁發酵第2天添加不同量的自制氮源后，棗汁發酵第7天對比測試的結果。結果表明：隨著氮源添加量增加，發酵液的酒精度含量明顯增加，添加量0.1%時，酒精度最高可達12.3%vol，但繼續增加添加量后，酒精度略有降低；甲醇含量隨著氮源添加量增加，略有增加；高級醇含量隨著氮源添加量增加而增高。

圖4 自制氮源添加量對棗酒中酒精度的影響

圖5 自制氮源添加量對棗酒中甲醇和高級醇含量的影響

結果顯示：在棗汁發酵液中添加有機氮源和無機氮源，均會提高發酵液的酒精度，最佳添加量為0.1%，添加過量反而會略微降低酒精度，無機氮源較有機氮源能夠更快速地被酵母利用；氮源的添加略微增加發酵液的甲醇含量，影響不明顯，但能顯著增加發酵液中高級醇含量，這與文獻報道的結論一致[13]。

2.3 不同維生素對棗酒發酵的影響

由表1可見：添加維生素B1和維生素B2對釀酒酵母和產香酵母影響不大；添加維生素B6和煙酸對釀酒酵母略有促進生長的作用，對產香酵母有較大促進作用；添加泛酸對釀酒酵母的促進作用很明顯，對產香酵母的促進作用不明顯；添加葉酸和硫胺素對釀酒酵母和產香酵母均具有很大的促進作用，酵母形狀也明顯壯大。

表1 不同維生素對棗酒發酵過程中酵母生長的影響

2.4 其他營養劑對棗酒發酵的影響

由表2可知：添加一定量氯化鈉和甘油能顯著提高釀酒酵母和產香酵母的耐高濃度底物性能和耐酒精性能，添加山梨醇的效果一般，海藻糖的效果最差。

表2 營養添加劑對酵母耐酒精性和耐高濃度底物性能的影響

3 結論

在木棗發酵的不同階段適量添加發酵營養劑，可提高酵母細胞耐滲透壓的能力，從而能夠在高濃度底物和產物的環境中正常代謝，并且，可促進酵母繁殖生長，加快底物的消耗，降低殘糖，提高出酒率，最終能夠提高發酵效率，降低綜合生產成本。結果表明，碳源營養劑的添加可選擇棗汁和葡萄糖或果糖的混合添加方式，兼顧快速補充營養和降低成本的作用，在發酵第4天加入，最佳添加量為6%～8%；氮源營養劑的添加可選擇有機氮源（自制氮源）和無機氮源（磷酸氫二銨）復合添加的方式，于發酵第2～第3天添加，保持在氨基酸態氮含量不大于400 mg/L水平下，以避免產生過多的高級醇；維生素營養劑的添加可采取將幾種維生素（維生素B6、煙酸、葉酸、泛酸、硫胺素）復合添加的方式，能更好的發揮協同作用，于棗汁發酵后第2天加入，最佳添加量為0.2 mg/L；在需要高濃度棗汁發酵或發酵高酒精度的棗酒情況下，可添加抗滲透壓營養劑氯化鈉和甘油，其在棗汁中的添加量分別為4.2%和5.8%。