普通荞麦发芽种子的液态发酵荞麦酒工艺研究

尉 杰，陈庆富*，郭菊卉

（贵州师范大学 植物遗传育种研究所，荞麦产业技术研究中心，贵州 贵阳 550001）

荞麦（buckwheat）属于蓼科（Polygonaceae）荞麦属（Fagopyrum），一年生或多年生双子叶草本植物，起源于我国西南地区。目前发现的荞麦约有23个物种[1]，两个栽培种，一个是甜荞（Fagopyrum esculentumMoench），一个是苦荞（Fagopyrum tataricumL.Gaertn）。荞麦具有独特的食疗、保健作用，在预防和治疗高血压、冠心病、糖尿病、肥胖等“现代文明病”，增强机体免疫力、抗氧化、抗衰老以及改善亚健康状态等方面都有积极的作用，因此具有较高的开发价值。荞麦中的芦丁含量是其他粮食作物难以媲美的，甜荞种子的黄酮类化合物含量一般在0.02%～0.789%之间，苦荞黄酮类化合物含量在1.08%～3.6%之间[2]。荞麦中淀粉含量达到60%以上，因此荞麦是一种良好的酿酒原料[3]。

传统的高度酒刺激性强，酒性烈，长期饮用容易使人产生依赖性而且对脑、胆、口腔、肠胃、胰腺和肝脏等部位有损伤[4]。相比之下低度酒具有刺激性小，适量饮用具有兴奋神经，刺激食欲，生津补血的功效，并能增加血液中高密度脂蛋白，使胆汁、胆固醇含量减少，对于预防动脉硬化、高血脂有积极帮助，还能消除累积在动脉血管壁上的胆固醇，保护心血管[5]。营养和保健作用较强的低度酒是现代酒业发展的重要方向。荞麦由于富含黄酮类成分、特定活性多肽等保健成分，是生产保健酒的良好原料。

目前荞麦保健酒的酿制方法主要采用发酵后蒸馏的方法和液态发酵法[6-7]。蒸馏方法可使酒液澄清透明、提升纯度，还可大幅提升酒液酒精度、口感及防腐能力。但黄酮类物质是醇溶性的，极难通过蒸馏方式进入酒中，因此蒸馏酒中黄酮含量极低。因此采用液态发酵生产荞麦酒的工艺具有独特的优点，即可以把原料中的营养和保健成分溶入酒产品中，大幅提升酒产品的营养和保健品质。

荞麦种子发芽的过程中，在自身酶的作用下，部分淀粉转化成可发酵性的糖类，同时也合成大量的黄酮类物质。荞麦种子发芽后黄酮含量会大幅上升，因此利用发芽荞麦种子最终酿得酒液中总黄酮含量比未经发芽处理的提高一倍以上[8]。

本研究拟通过液态发酵法，以丰甜一号甜荞麦种子为原料，采用发芽的方式最大化地提高原料利用率，同时规避其它工艺的不足，优化荞麦酒的酿制工艺，以期为荞麦酒的进一步开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

丰甜1号荞麦种子：贵州师范大学荞麦产业技术研究中心；调硫片：法国LAFFOT公司；α-淀粉酶、糖化酶：北京索莱宝科技有限公司；酿酒酵母：安琪酵母股份有限公司；蛋清粉：法国LAFFOT公司；食盐：市售；葡萄糖、无水硫酸钠、HCl、冰乙酸等均为市售分析纯。

1.2 仪器与设备

LRH-800-G型光照培养箱：广东省医疗器械厂；755B型紫外可见分光光度计：上海金鹏有限公司；WGL-45（B）型电热鼓风干燥箱：天津泰斯特仪器有限公司；pHS-3C 型pH酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；AR1140型电子分析天平：奥豪斯国际贸易（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 荞麦酒加工工艺流程及操作要点

荞麦筛选与批量发芽：筛选品质优良的丰甜一号荞麦种子淘洗洁净，将种子平摊放入垫有纱布的托盘中加入适量无菌水，调节光照培养箱温度至23 ℃进行发芽。发芽过程中每隔6 h检查加水使荞麦保持湿润，3～5 d后芽长约0.5 cm时结束发芽。

荞麦芽烘干与粉碎：用滤纸包裹荞麦芽，采用60 ℃鼓风烘干24 h可获得成色较好的烘干物。使用高速万能粉碎机粉碎20 s。另外，发酵过程中荞麦皮中的色素会进入发酵液从而影响最终酒色，对粉碎物过40目筛以筛掉大部分麦皮壳。

液化糖化：加入0.6%α-淀粉酶充分搅拌均匀，80 ℃保温30 min进行液化。向醪液中加入乙酸或柠檬酸调节pH值为4.5，同时加入6%糖化酶，充分搅拌均匀，于65 ℃保温40 min进行糖化。

发酵：取0.6%的干酵母于0.5%的葡萄糖溶液中，30 ℃活化30 min。转移醪液至发酵瓶，在醪液加入无菌水调至料水比1∶4.0（g∶mL）。待醪液冷却至30 ℃左右，加入已活化的酵母，按0.3 g/L加入调硫片搅拌1 min使酵母与醪液充分混匀。然后密封发酵瓶，将发酵瓶置于恒温培养箱，以32 ℃恒温发酵，每24 h进行一次搅拌。第二天开始每24 h测定记录一次酒精度。

过滤及澄清：将醪液用3层纱布进行初步过滤，过滤过程需要适当加压。对过滤后的酒液装瓶密封置于恒温水浴锅中，将温度调至95 ℃进行加热，时间为6 min。待酒液冷却后以1.2 g/L的比例加入蛋清粉作为澄清剂（加蛋清粉时可加少许食盐以帮助蛋清粉溶解）密封后常温下反应5 d。将酒液转入50 mL离心管，置入低速大容量离心机以5 000 r/min离心30 min，取上清液进行灌装。

灭菌试验及老熟：对酒液以121 ℃灭菌12 min，将经过封装灭菌后酒液置于15 ℃下老熟30 min左右。

1.3.2 分析检测方法

酒精度测定方法采用酒精度计法[9]，总黄酮含量测定方法采用紫外分光光度法，pH计法测定总酸[9]，皂化法测定总酯[9]。

1.3.3 发酵工艺优化单因素试验

最佳料水比的确定：在醪液加入无菌水调至料水比为1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5、1∶4.0、1∶4.5（g∶mL），6%的酵母添加量，发酵时间8 d，发酵温度为30 ℃进行最佳料水比的确定试验。

最佳酵母添加量的确定：分别以不同酵母添加量3%、4%、5%、6%、7%进行发酵试验，在料水比1∶4.0（g∶mL），发酵时间8 d，发酵温度为30 ℃进行酵母最佳添加量试验。

最佳发酵温度的确定：设置24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃五个温度梯度，1∶4.0（g∶mL）的料水比，发酵时间8 d，6%的酵母添加量，进行最适发酵温度的确定试验。

最佳发酵时间的确定：设置发酵时间为4 d、5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、10 d，在料水比1∶4.0（g∶mL），酵母添加量为6%，温度30 ℃的条件下进行发酵，测定记录酒精度，进行最佳发酵时间确定试验。

1.3.4 发酵工艺优化正交试验

在单因素试验的基础上，设计正交试验分析确定发酵最佳工艺。以酒精度作为评价指标，以料水比、酵母添加量、发酵温度、发酵时间设计正交试验，正交试验因素与水平见表1。

表1 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for fermentation conditions optimization

1.3.5 澄清过程中热变性时间的探究

大多数蛋白质在0～4 ℃时较稳定，当温度加热到80 ℃以上时蛋白质会变性析出，而且大多数蛋白质的热变性是不可逆的。因此，采用加热方法析出酒液蛋白质，以使酒液澄清。采用95 ℃保温，保温时间分别为4 min、5 min、6 min、7 min进行试验。

1.3.6 灭菌时间探究

以121 ℃对酒液进行灭菌，灭菌30 min时酒液冷却后酒液色度加深非常严重，呈深棕色，因此分别控制灭菌时间为6 min、9 min、12 min、15 min进行灭菌试验，灭菌后对酒液常温保存15 d，观察灭菌效果。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

（1）料水比的确定

以酒精度作为评价指标，进行最适料水比确定试验，结果见图1。

图1 料水比对发酵产生酒精度的影响Fig.1 Effect of material to water ratio on alcohol content

由图1可知，在料水比为1∶4.0（g∶mL）的时候可获得最高的酒精产量。料水比与发酵醪液的浓度直接相关，料水比较低时发酵醪液中糖浓度过高形成高渗透压以及低水活性的环境，不利于酵母生长繁殖以及发酵生产酒精，导致产酒率下降[10]。料水比过高会稀释醪液，导致发酵结束后酒液酒精度较低。

（2）酵母最佳添加量的确定

以酒精度作为评价指标，进行最适酵母添加量试验，结果见图2。

图2 酵母添加量对酒精度的影响Fig.2 Effect of yeast addition on alcohol content

由图2可知，酵母添加量在6%时，酒精产量最高。添加量过高或过低都会对酒精产量有所影响。酵母添加量不足时，醪液中酵母菌数量较少，不能充分满足发酵需求。酵母添加量过高时，酵母菌迅速繁殖，醪液中的糖分被酵母菌的生命活动消耗[11]。

（3）最佳发酵温度的确定

以酒精度作为评价指标，进行最佳发酵温度试验，结果见图3。

图3 发酵温度对酒精度的影响Fig.3 Effect of fermentation temperature on alcohol content

由图3可知，温度在30 ℃时，酵母发酵产生的酒精量最多。微生物靠酶的催化进行生化反应，温度对酶的活性有着至关重要的影响[12]。温度对酵母进行无氧呼吸产生酒精具有重要作用，不同种类的酵母菌有不同的最佳发酵温度，试验所用酵母酿酒最佳发酵温度为30 ℃。

（4）最佳发酵时间的确定

以酒精度作为评价指标，进行最佳发酵时间试验，结果见图4。

图4 发酵时间对酒精度的影响Fig.4 Effect of fermentation time on alcohol content

由图4可知，发酵第8天之后酒精含量已几乎不再增加，这是由于随着发酵的进行，醪液中黄酮含量以及酒精含量都在不断增加，黄酮及酒精都对酵母菌的生长繁殖具有抑制作用[13]。因此，发酵8 d即达到该酵母生产酒精的极限，即最佳发酵时间为8 d。

2.2 发酵工艺优化正交试验

根据表1进行正交试验，所得结果见表2，正交试验结果方差分析见表3。

表2 发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for fermentation technology optimization

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表2可知，影响因素主次顺序为B＞A＞C＞D，即料水比对酒精度的影响最大，发酵温度次之，酵母添加量与发酵时间对最终酒精产量影响较小。最佳处理方案为A2B2C1D2，即最佳发酵条件为料水比1∶4.0（g∶mL），酵母添加量5%，发酵温度30 ℃，发酵时间8 d。在此条件下进行验证试验，荞麦酒的酒精度为13.50%vol。

由表3可知，不同因素变异源的误差列极差小，说明试验误差较小；料水比对发酵液酒精含量影响极显著，发酵温度对发酵液酒精含量影响显著，酵母添加量及发酵时间对发酵液酒精含量影响较小。

2.3 澄清过程中热变性时间确定

荞麦酒在澄清过程采用95 ℃保温不同时间，对澄清效果的影响结果见表4。

表4 热变性时间对沉淀效果的影响Table 4 Effect of thermal denaturation time on sedimentation

由表4可知，热变性4 min时沉淀不完全，时间提高到5 min后沉淀呈絮状，加热6 min沉淀效果已比较理想。继续增加加热时间沉淀效果已没有明显提高，即热变性的最佳时间为6 min。

2.4 灭菌试验

以121 ℃对酒液进行灭菌，灭菌后对酒液常温保存15 d，不同的时间对灭菌效果的影响结果见表5。

表5 灭菌时间对灭菌效果的影响Table 5 Effect of sterilization time on sterilization

由表5可知，酒液灭菌6 min、9 min时保存15 d都会有染菌现象。灭菌12 min时，保存15 d无任何染菌现象，而且颜色变化较轻，在可接受范围内。灭菌15 min颜色加深较重，因此灭菌的时间选择为12 min。

3 结论

对荞麦通过液态发酵法酿酒的工艺进行探究，得到荞麦酒的最佳酿制工艺为荞麦芽经发芽打粉后，添加5%的酵母菌，以1∶4.0（g∶mL）的料水比，在发酵温度为30 ℃条件下发酵8 d。在此条件下，荞麦酒酒精度为13.50%vol。经过压榨过滤、澄清、灭菌等工序，酿制出的荞麦酒色泽呈黄棕色，同时具有粮食特有的醇香与焦香味，总黄酮含量为268.97 μg/mL。

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