普通蕎麥發芽種子的液態發酵蕎麥酒工藝研究

尉 杰，陳慶富*，郭菊卉

（貴州師范大學 植物遺傳育種研究所，蕎麥產業技術研究中心，貴州 貴陽 550001）

蕎麥（buckwheat）屬于蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum），一年生或多年生雙子葉草本植物，起源于我國西南地區。目前發現的蕎麥約有23個物種[1]，兩個栽培種，一個是甜蕎（Fagopyrum esculentumMoench），一個是苦蕎（Fagopyrum tataricumL.Gaertn）。蕎麥具有獨特的食療、保健作用，在預防和治療高血壓、冠心病、糖尿病、肥胖等“現代文明病”，增強機體免疫力、抗氧化、抗衰老以及改善亞健康狀態等方面都有積極的作用，因此具有較高的開發價值。蕎麥中的蘆丁含量是其他糧食作物難以媲美的，甜蕎種子的黃酮類化合物含量一般在0.02%～0.789%之間，苦蕎黃酮類化合物含量在1.08%～3.6%之間[2]。蕎麥中淀粉含量達到60%以上，因此蕎麥是一種良好的釀酒原料[3]。

傳統的高度酒刺激性強，酒性烈，長期飲用容易使人產生依賴性而且對腦、膽、口腔、腸胃、胰腺和肝臟等部位有損傷[4]。相比之下低度酒具有刺激性小，適量飲用具有興奮神經，刺激食欲，生津補血的功效，并能增加血液中高密度脂蛋白，使膽汁、膽固醇含量減少，對于預防動脈硬化、高血脂有積極幫助，還能消除累積在動脈血管壁上的膽固醇，保護心血管[5]。營養和保健作用較強的低度酒是現代酒業發展的重要方向。蕎麥由于富含黃酮類成分、特定活性多肽等保健成分，是生產保健酒的良好原料。

目前蕎麥保健酒的釀制方法主要采用發酵后蒸餾的方法和液態發酵法[6-7]。蒸餾方法可使酒液澄清透明、提升純度，還可大幅提升酒液酒精度、口感及防腐能力。但黃酮類物質是醇溶性的，極難通過蒸餾方式進入酒中，因此蒸餾酒中黃酮含量極低。因此采用液態發酵生產蕎麥酒的工藝具有獨特的優點，即可以把原料中的營養和保健成分溶入酒產品中，大幅提升酒產品的營養和保健品質。

蕎麥種子發芽的過程中，在自身酶的作用下，部分淀粉轉化成可發酵性的糖類，同時也合成大量的黃酮類物質。蕎麥種子發芽后黃酮含量會大幅上升，因此利用發芽蕎麥種子最終釀得酒液中總黃酮含量比未經發芽處理的提高一倍以上[8]。

本研究擬通過液態發酵法，以豐甜一號甜蕎麥種子為原料，采用發芽的方式最大化地提高原料利用率，同時規避其它工藝的不足，優化蕎麥酒的釀制工藝，以期為蕎麥酒的進一步開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豐甜1號蕎麥種子：貴州師范大學蕎麥產業技術研究中心；調硫片：法國LAFFOT公司；α-淀粉酶、糖化酶：北京索萊寶科技有限公司；釀酒酵母：安琪酵母股份有限公司；蛋清粉：法國LAFFOT公司；食鹽：市售；葡萄糖、無水硫酸鈉、HCl、冰乙酸等均為市售分析純。

1.2 儀器與設備

LRH-800-G型光照培養箱：廣東省醫療器械廠；755B型紫外可見分光光度計：上海金鵬有限公司；WGL-45（B）型電熱鼓風干燥箱：天津泰斯特儀器有限公司；pHS-3C 型pH酸度計：上海虹益儀器儀表有限公司；AR1140型電子分析天平：奧豪斯國際貿易（上海）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蕎麥酒加工工藝流程及操作要點

蕎麥篩選與批量發芽：篩選品質優良的豐甜一號蕎麥種子淘洗潔凈，將種子平攤放入墊有紗布的托盤中加入適量無菌水，調節光照培養箱溫度至23 ℃進行發芽。發芽過程中每隔6 h檢查加水使蕎麥保持濕潤，3～5 d后芽長約0.5 cm時結束發芽。

蕎麥芽烘干與粉碎：用濾紙包裹蕎麥芽，采用60 ℃鼓風烘干24 h可獲得成色較好的烘干物。使用高速萬能粉碎機粉碎20 s。另外，發酵過程中蕎麥皮中的色素會進入發酵液從而影響最終酒色，對粉碎物過40目篩以篩掉大部分麥皮殼。

液化糖化：加入0.6%α-淀粉酶充分攪拌均勻，80 ℃保溫30 min進行液化。向醪液中加入乙酸或檸檬酸調節pH值為4.5，同時加入6%糖化酶，充分攪拌均勻，于65 ℃保溫40 min進行糖化。

發酵：取0.6%的干酵母于0.5%的葡萄糖溶液中，30 ℃活化30 min。轉移醪液至發酵瓶，在醪液加入無菌水調至料水比1∶4.0（g∶mL）。待醪液冷卻至30 ℃左右，加入已活化的酵母，按0.3 g/L加入調硫片攪拌1 min使酵母與醪液充分混勻。然后密封發酵瓶，將發酵瓶置于恒溫培養箱，以32 ℃恒溫發酵，每24 h進行一次攪拌。第二天開始每24 h測定記錄一次酒精度。

過濾及澄清：將醪液用3層紗布進行初步過濾，過濾過程需要適當加壓。對過濾后的酒液裝瓶密封置于恒溫水浴鍋中，將溫度調至95 ℃進行加熱，時間為6 min。待酒液冷卻后以1.2 g/L的比例加入蛋清粉作為澄清劑（加蛋清粉時可加少許食鹽以幫助蛋清粉溶解）密封后常溫下反應5 d。將酒液轉入50 mL離心管，置入低速大容量離心機以5 000 r/min離心30 min，取上清液進行灌裝。

滅菌試驗及老熟：對酒液以121 ℃滅菌12 min，將經過封裝滅菌后酒液置于15 ℃下老熟30 min左右。

1.3.2 分析檢測方法

酒精度測定方法采用酒精度計法[9]，總黃酮含量測定方法采用紫外分光光度法，pH計法測定總酸[9]，皂化法測定總酯[9]。

1.3.3 發酵工藝優化單因素試驗

最佳料水比的確定：在醪液加入無菌水調至料水比為1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5、1∶4.0、1∶4.5（g∶mL），6%的酵母添加量，發酵時間8 d，發酵溫度為30 ℃進行最佳料水比的確定試驗。

最佳酵母添加量的確定：分別以不同酵母添加量3%、4%、5%、6%、7%進行發酵試驗，在料水比1∶4.0（g∶mL），發酵時間8 d，發酵溫度為30 ℃進行酵母最佳添加量試驗。

最佳發酵溫度的確定：設置24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃五個溫度梯度，1∶4.0（g∶mL）的料水比，發酵時間8 d，6%的酵母添加量，進行最適發酵溫度的確定試驗。

最佳發酵時間的確定：設置發酵時間為4 d、5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、10 d，在料水比1∶4.0（g∶mL），酵母添加量為6%，溫度30 ℃的條件下進行發酵，測定記錄酒精度，進行最佳發酵時間確定試驗。

1.3.4 發酵工藝優化正交試驗

在單因素試驗的基礎上，設計正交試驗分析確定發酵最佳工藝。以酒精度作為評價指標，以料水比、酵母添加量、發酵溫度、發酵時間設計正交試驗，正交試驗因素與水平見表1。

表1 發酵工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for fermentation conditions optimization

1.3.5 澄清過程中熱變性時間的探究

大多數蛋白質在0～4 ℃時較穩定，當溫度加熱到80 ℃以上時蛋白質會變性析出，而且大多數蛋白質的熱變性是不可逆的。因此，采用加熱方法析出酒液蛋白質，以使酒液澄清。采用95 ℃保溫，保溫時間分別為4 min、5 min、6 min、7 min進行試驗。

1.3.6 滅菌時間探究

以121 ℃對酒液進行滅菌，滅菌30 min時酒液冷卻后酒液色度加深非常嚴重，呈深棕色，因此分別控制滅菌時間為6 min、9 min、12 min、15 min進行滅菌試驗，滅菌后對酒液常溫保存15 d，觀察滅菌效果。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

（1）料水比的確定

以酒精度作為評價指標，進行最適料水比確定試驗，結果見圖1。

圖1 料水比對發酵產生酒精度的影響Fig.1 Effect of material to water ratio on alcohol content

由圖1可知，在料水比為1∶4.0（g∶mL）的時候可獲得最高的酒精產量。料水比與發酵醪液的濃度直接相關，料水比較低時發酵醪液中糖濃度過高形成高滲透壓以及低水活性的環境，不利于酵母生長繁殖以及發酵生產酒精，導致產酒率下降[10]。料水比過高會稀釋醪液，導致發酵結束后酒液酒精度較低。

（2）酵母最佳添加量的確定

以酒精度作為評價指標，進行最適酵母添加量試驗，結果見圖2。

圖2 酵母添加量對酒精度的影響Fig.2 Effect of yeast addition on alcohol content

由圖2可知，酵母添加量在6%時，酒精產量最高。添加量過高或過低都會對酒精產量有所影響。酵母添加量不足時，醪液中酵母菌數量較少，不能充分滿足發酵需求。酵母添加量過高時，酵母菌迅速繁殖，醪液中的糖分被酵母菌的生命活動消耗[11]。

（3）最佳發酵溫度的確定

以酒精度作為評價指標，進行最佳發酵溫度試驗，結果見圖3。

圖3 發酵溫度對酒精度的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on alcohol content

由圖3可知，溫度在30 ℃時，酵母發酵產生的酒精量最多。微生物靠酶的催化進行生化反應，溫度對酶的活性有著至關重要的影響[12]。溫度對酵母進行無氧呼吸產生酒精具有重要作用，不同種類的酵母菌有不同的最佳發酵溫度，試驗所用酵母釀酒最佳發酵溫度為30 ℃。

（4）最佳發酵時間的確定

以酒精度作為評價指標，進行最佳發酵時間試驗，結果見圖4。

圖4 發酵時間對酒精度的影響Fig.4 Effect of fermentation time on alcohol content

由圖4可知，發酵第8天之后酒精含量已幾乎不再增加，這是由于隨著發酵的進行，醪液中黃酮含量以及酒精含量都在不斷增加，黃酮及酒精都對酵母菌的生長繁殖具有抑制作用[13]。因此，發酵8 d即達到該酵母生產酒精的極限，即最佳發酵時間為8 d。

2.2 發酵工藝優化正交試驗

根據表1進行正交試驗，所得結果見表2，正交試驗結果方差分析見表3。

表2 發酵工藝優化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment for fermentation technology optimization

表3 正交試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表2可知，影響因素主次順序為B＞A＞C＞D，即料水比對酒精度的影響最大，發酵溫度次之，酵母添加量與發酵時間對最終酒精產量影響較小。最佳處理方案為A2B2C1D2，即最佳發酵條件為料水比1∶4.0（g∶mL），酵母添加量5%，發酵溫度30 ℃，發酵時間8 d。在此條件下進行驗證試驗，蕎麥酒的酒精度為13.50%vol。

由表3可知，不同因素變異源的誤差列極差小，說明試驗誤差較??；料水比對發酵液酒精含量影響極顯著，發酵溫度對發酵液酒精含量影響顯著，酵母添加量及發酵時間對發酵液酒精含量影響較小。

2.3 澄清過程中熱變性時間確定

蕎麥酒在澄清過程采用95 ℃保溫不同時間，對澄清效果的影響結果見表4。

表4 熱變性時間對沉淀效果的影響Table 4 Effect of thermal denaturation time on sedimentation

由表4可知，熱變性4 min時沉淀不完全，時間提高到5 min后沉淀呈絮狀，加熱6 min沉淀效果已比較理想。繼續增加加熱時間沉淀效果已沒有明顯提高，即熱變性的最佳時間為6 min。

2.4 滅菌試驗

以121 ℃對酒液進行滅菌，滅菌后對酒液常溫保存15 d，不同的時間對滅菌效果的影響結果見表5。

表5 滅菌時間對滅菌效果的影響Table 5 Effect of sterilization time on sterilization

由表5可知，酒液滅菌6 min、9 min時保存15 d都會有染菌現象。滅菌12 min時，保存15 d無任何染菌現象，而且顏色變化較輕，在可接受范圍內。滅菌15 min顏色加深較重，因此滅菌的時間選擇為12 min。

3 結論

對蕎麥通過液態發酵法釀酒的工藝進行探究，得到蕎麥酒的最佳釀制工藝為蕎麥芽經發芽打粉后，添加5%的酵母菌，以1∶4.0（g∶mL）的料水比，在發酵溫度為30 ℃條件下發酵8 d。在此條件下，蕎麥酒酒精度為13.50%vol。經過壓榨過濾、澄清、滅菌等工序，釀制出的蕎麥酒色澤呈黃棕色，同時具有糧食特有的醇香與焦香味，總黃酮含量為268.97 μg/mL。

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