固化酵母发酵黑枸杞苦荞酒生产工艺研究

邓清祥,靳寿平,李 诚*

1.四川农业大学 食品学院,四川 雅安 625000

2.雅安市食品药品监督管理局,四川 雅安 625000

酿酒有着几千年的历史，其余原理是非常的简单，就是利用酵母菌去发酵原材料含有的糖分。其原料种类也是非常之多，植物的种子、果实、五谷杂粮等都可以作为酿酒的原料。如果采用的原料和工艺得到，不仅会酿出口味极佳的酒酿，同时还能保持着原料特殊的营养成份。近些年，采用具有药理作用的原材料去酿酒，有酒的口感、又保存了原料的医用营养价值得到广泛的应用。黑枸杞主要是生存在我国西部地区，茄科枸杞属多年生植物。黑枸杞对环境适应性极强，具有抗旱、抗冻的特性，能够在-28o环境下生存而不被冻伤，多生长在我国西部地区。黑枸杞其药理作用明显，主要功能是能有美容养颜、补肾益精、护肝明目等功效；相比红枸杞，黑枸杞内含花青素具有清除自由基的功效进而达到防治癌症的功效；另外研究发现黑枸杞内多糖含量比较高，含量集中在15%左右。苦荞是自然界少有的具有医疗、食疗的作物，其特殊的生长环境导致其本身具有富含元素硒、大量的蛋白质、支链淀粉、维生素。鉴于这些优点，黑枸杞还是苦荞，学术界的研究方向主要有研究其组成成份及其药理功能、研究如何进行深加工原料得到利用效果更大的产品，其中酿酒就是热点之一。利用农作物酿酒有着几千年的历史，酿酒工艺可以按照原料区分，也可按照发酵工艺区分，同时也可按照起泡程度划分，根据果酒的含糖不同进行划分。采用酵母菌固化的方式发酵果酒具有很多优点，其中最重要的优点是不会随着产物的移走而降低含量，这样能够提高酵母的利用率达到可持续发酵原料酿酒的目的。我国虽然有着几千年的酿酒的历史，但是目前国内对果酒认可度并不高，市场果酒酿造工艺和欧美国家有一定的差距。学者Ogodo AC从棕榈果酒中提取酵母菌并将其应用于其他果酒发酵，通过感官考评、酒精度测试，发现经分离出来的酵母菌同样可以适应于其他果酒发酵；该试验表明酵母菌并不会因发酵果酒而失活，酵母菌可以重覆利用，因此学者采用固化酵母发酵果酒，达到充分利用酵母菌的目的。采用黑枸杞苦荞酿酒的目的根据是为了既保存了果实的风味、医药营养，又有纯正、柔和的酒香，因此研究其工艺生成有着重要的意义。本试验采用黑枸杞(Lycium ruthenicumMurr.)和苦荞(Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn)为主要原材料，采用相应面对其酿酒工艺进行优化，以期为工业生产民用酿酒提供指导意见[1]。

1 原料与方法

1.1 原料与试剂

主要原料：新疆黑枸杞，云南苦荞；上海韦伯生物试剂公司生产的葡萄酒酵母；主要试剂：CaCl2、白砂糖、Na2SO3果胶酶、葡萄糖、VC等，其级别均是分析级别，均来源于实验室。

1.2 仪器与设备

表1 试验所需仪器和设备Table 1 Main instruments and equipment in test

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

图1 固化酵母酿酒工艺流程Fig.1 Solidified yeast brewing process

1.3.2 技术要点 采用成熟且饱满的黑枸杞、苦荞，去除不良个体，清洗干净。之后，选取不同比例的黑枸杞、苦荞加水榨汁、同时加入一定0.08%的抗坏血酸达到保护成色的目的，之后根果酒的色泽和风味口感对所酿的果酒进行评价，确定最优的比例。确定最优黑枸杞、苦荞的比例之后进行成分调整，其理论基础是1%的酒精度数需要17 g/L蔗糖发酵生成，在根据所需的酒精度之后添加相应的蔗糖，使得PH值达到4.0，后为达到杀菌、提高发酵稳定性的效果添加一定的亚硫酸钾，这样酿造出的酒具有口感纯正浓香[2]。

1.3.3 理化指标测定 采用手持折光仪对可溶性固态形物进行测定；用pH计对pH进行测量；采用酸碱中和测定的常规方法测定；含糖量是采用直接滴定的方法测定；采用2010国标平板计数法进行测定菌落总数。采用酒精计对果酒酒精度数进行测试[3]。

感官评价采用邀请15名品酒专家对四个指标进行测试。该四个指标的权重分别是：香气25%、状态10%、色泽15%、口味50%。

黑枸杞、苦荞的最优比例的确定。将黑枸杞、苦荞清洗过后按照七个比例进行试验，黑枸杞：苦荞比例分别是2.5:1、2:1、1.5:1、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5。同样按照上述方法邀请15名品酒专家进行测试，选择最优比例的果酒。

1.3.4 单一因数实验 固化、游离酵母菌单一实验：将黑枸杞和苦荞清洗干净榨汁后，调整成分，分别进行固化酵母菌发酵和游离酵母菌发酵试验。

发酵温度单因素固化酵母菌试验。进行六组固化酵母菌试验，控制变量是五个不同数值温度：16oC，18oC，20oC，22oC，24oC。

初始糖度单因素固化酵母试验。进行五组固化酵母菌试验，控制变量是五个不同梯度的初始糖度：20%，22%，24%，26%，28%。

固化酵母菌含量单因素试验。进行五组固化酵母菌试验，控制变量是五个不同梯度的酵母菌添加量：0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%。

1.3.5 黑枸杞、苦荞果酒响应面优化试验 以单因数实验为基础，专家综合评分和酒精度数为相应值，采用3×3的相应面优化试验，并进行回归分析确定最佳工艺参数，具体试验因数、水平见如2。表3是感官评价标准

表2 响应面法因素水平表Table 2 Response Surface Method factors levels table

表3 感官评价标准Table 3 Sensory evaluation standard

2 结果与分析

2.1 黑枸杞和苦荞比例

多种原料混合酿酒，其比例对果酒的品质有着及其重要的影响。比例不当，会严重影响发酵后酒的品质，颜色差、缺乏光泽、甚至出现异常味道等。通过上述15名品酒专家感官评分得出黑枸杞与苦荞的比例是1.5:1的时候采用固化酵母方法酿造出的酒评分最高。

2.2 单因素试验

固化、游离酵母菌单一实验。根据下图2可以看出，游离酵母菌在发酵前期由于分散因而引起发酵速度比较快，这一现象至少保持在前4 d。但是到发酵后期，随着有利酵母菌随着产品的移动而减少，其发酵能力逐步低于固化酵母菌。

图2 游离、固化酵母菌发酵黑枸杞和苦荞果酒残糖量对比Fig.2 Comparison of residual sugar content from Lycium ruthenicum and Fagopyrum tataricum fruit wine fermented by free and solidified yeasts

发酵温度单因素固化酵母菌试验。总所周知，果酒的酿造温度影响着果酒酿造的感官评价。高温导致酒香挥发，低温导致发酵无法完全。如图3所示，随着温度的提高，果酒糖量加速下降，感官评分也上升。20oC，感官评分最大值为90分，该酒色泽鲜亮、果香浓郁。但是随着温度提高，评分反而下降。

固化酵母菌含量单因素试验。根据相关资料显示，酵母懂得培养含量能够影响果酒的品质。酵母菌过多，酵母菌会大量吸收糖分引起生成酒精的糖分减少。酵母过少时候，糖分发酵不充分，酒精度数低。根据下图2可以显示，酵母菌含量和发酵液中的糖分呈现负相关的关系，当酵母含量在0.03%时候发酵效果最优，此时酒精度数和感官评价也是最高。

初始糖度单因素固化酵母试验。根据图3的数据显示，在初始阶段，初始糖度和残余糖度呈现正相关的关系，酒精度也随着增加。初始糖度达到24%时，酒精度和感官评价最高。可能原因是含糖量过高、溶液浓度提高引起渗透压提高，抑制其生长，引起其发酵缓慢，参与糖量增加。

图3 初始糖量、酵母添加量对黑枸杞和苦荞发酵的影响Fig.3 Effects of initial sugar content and additive yeast on the fermentation of Lycium ruthenicum and Fagopyrum tataricum

2.3 响应面法试验方案与结果

根据单一因素实验的结果对上诉三个指标进行综合分析，采用3因数*3水平相应面法对感官评价、酒精度进行测试，试验结果如下表4[4]。

表4 固化酵母菌黑枸杞、苦荞试验研究Table 4 Experimental study on Lycium ruthenicum and Fagopyrum tataricum fermented by solidified yeast

回归模型建立。采用计算统计软件对上表4数据进行建立回归数据分析得到X和Y回归方程如下：X=90.4-1.62A-1B+1.28C=3.22AB-1.25AC-1.25BC-8.88A2-12.7B2-2.88C2

对回归方程进行分析，结果呈现表5。根据表5显示，酒精度优化的三个变量模型P≤0.0001，均极显著，说明黑枸杞、苦荞酿造果酒感官评分与酒精度之间的三个变量之间存在显著关系R2=99.85%/98.98；模型调整系数是R2Adj=97.66%/96.48%，表明拟合度较好。一次项A，B，C和A2，B2，C2表现显著，因此该数值对相应影响也是比较大。其中三个因数水平中，对精度影响的顺序是A＞B＞C，对感官评价影响的是A＞C＞B[5]。

表5 回归模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

响应面试验验证。通过统计软件对所建立的模型进行优化，得到黑枸杞、苦荞酿酒的最有条件：酵母添加剂的含量为0.04%，最佳温度为19.89oC,初始糖度为23.49%。在该指标条件下，黑枸杞苦荞果酒的酒精度为12.78%VOL，感官评分是93.36。为了验证该数值指标下生成的果酒是最优的，进行三组试验进行验证，对发酵温度、酵母添加量、初始糖浓度三个指标取值为；20oC、0.03%、24%，经过三次试验，得到的酒精度数和感官评分基本和计算求的数据一致，因此采用该优化算法得到的指标对黑枸杞苦荞酿酒具有指导意义。质量指标检测结果：果酒的好坏，除人工感官评价之外，质量指标也能体现（表6）。

表6 黑枸杞苦荞果酒质量指标Table 6 Quality index of compound wine from Lycium ruthenicum and Fagopyrum tataricum

因此通过上述试验可总结为，在pH值为4.0，SO2添加量为30 mL时，得到黑枸杞苦荞最佳酿造工艺，其中黑枸杞与苦荞的比例是1.5:1，发酵温度、固化酵母添加量、初始糖度的分别是20oC、0.03%、24%。该条件的果酒度数是12.78%VOL，感官评分是93.36。此时果酒各类指标最优。

3 小 结

黑枸杞和苦荞是具有很高的医用价值，通过上述研究，并根据相应面板进行优化得到最优指标。本文取得成果包括确定了固化酵母菌较有游离酵母菌在发酵后期具有很大的优势、黑枸杞和苦荞的配合比，及其在pH4.0下的最优酿酒条件，酿出的酒具有质量最优，因此本文试验就有指导意义。