高粱烏米酒發酵工藝研究

高興宇

（吉林工程職業學院，吉林四平136001）

烏米又叫高粱絲黑穗菌，也稱高粱絲軸黑粉菌，是由高粱絲黑穗病菌（Sphacelothecareiliana）引起的高粱絲黑穗病穗，屬于擔子菌亞門真菌[1-2]。早有研究證明食用高粱和玉米的烏米對人體的腸道有好處，能夠提高人體免疫力，因為高粱絲黑穗菌營養豐富，其中含有多種礦物質，尤其含有鉀，鉀元素有利于維持機體酸堿平衡，同時能夠有預防腫瘤作用，對延緩衰老和維持身體健康也具有重要的生理作用。同時，高粱絲黑穗菌還含有許許多多的硒，它有助于預防和治療高血壓，對維持細胞內滲透壓也有著重要的作用[3-4]。

目前，針對高粱烏米產品的開發主要集中在作為中藥入藥外，其它產品的開發研究甚少，用高粱烏米發酵來釀酒的研究在國內鮮有出現[5-9]。本文主要用高粱烏米作為原材料，來研究高粱烏米發酵酒的發酵工藝，并對成品酒進行調配。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高粱烏米：由吉林農大食品科學與工程學院農產品加工及貯藏工程實驗室提供；酒精發酵酵母、釀酒用活性干酵母：廣州丹寶利酵母有限公司。

CPJ303型電子分析天平：杭州匯爾儀器有限公司；JJ-2B/DS-1電動高速組織搗碎機：金壇市金城碩華儀器廠；HWS-12型恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；YXQ-LS-50S立式高壓蒸汽滅菌器、SWCJ-2FD雙人單面垂直送風超凈工作臺：上?？德穬x器設備有限公司；酒精計：河間市儀表廠。

1.2 方法

1.2.1 操作要點

1）烏米的預處理：選取飽滿完整的烏米，清洗，去除最外層苞葉，切段后經組織搗碎機破碎。

2）蒸熟：將破碎好的烏米，加適量水，蒸熟，立即冷卻。

3）調整糖度：測定已經蒸熟的烏米的含糖量，根據酒精發酵基本條件，適當調整含糖量，使發酵順利進行[10]。

4）酒精發酵：采用液態發酵法。取足量活性干酵母，經活化，在無菌條件下按一定比例接種到（3）備好的發酵袋中，25℃進行培養，當酒精含量不再升高，殘糖含量少于1%，不再增加記為最終的發酵終點。期間每天定時用蒸餾法測發酵結果[11-15]。

1.2.2 單因素試驗

本研究首先選擇發酵溫度，酵母菌的接種量，發酵液的pH值進行單因素試驗，確定對酒精度影響。

1.2.3 響應面試驗

在單因素試驗基礎上，設計三因素三水平試驗，見表1。

表1 試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of test

1.2.4 高粱烏米酒調配正交試驗

為了保證烏米酒達到最佳品質效果，在調配單因素的基礎上，以發酵液、總酸、總糖為因素進行正交試驗，最終以綜合感官品質評分為檢驗指標參考值，選出最佳調配比例。評分從色澤（30分）、香味（30分）、滋味（40分）3個方面考慮，共計100分，10人進行品評及打分，最終取10人平均分為最終總分。高粱烏米的感官評定標準見表2。發酵酒調配的正交試驗因素水平表見表3[12-13]。

表3 高粱烏米酒調配的因素水平表Table 3 Factors and levels of sorghum wushi wine blending

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 pH值對酒精發酵過程中酒度的影響

在發酵溫度為26℃，接菌量為1%，糖濃度為12%條件下，按照 pH 值為 6.2、6.4、6.6、7.0、7.4、7.8 進行酒精發酵，待酒精發酵結束后測定其酒度，分析不同pH值對酒精發酵的影響，結果見圖1[14-18]。

由圖1可知，不同pH值對發酵有一定的影響，在pH值6.2時，發酵過程較慢，酒精上升緩慢，生成速率也較低，從而使得酒精度也不高，酵母菌生長緩慢，之后pH值增大，酵母菌生長迅速，pH值達到為6.6時，發酵速率加快，酒精度較高；pH值過高時，環境不適宜酵母菌存活，同時隨著發酵的進行，酵母菌消耗較大，所以，酒精開始呈下降趨勢。選擇pH值為6.6進行下一步試驗。

2.1.2 不同發酵溫度對酒精發酵過程中酒度的影響

在接菌量為1%，pH值為6.6條件下，按照溫度為22、24、26、28、30 ℃進行酒精的發酵，確定不同的溫度對酒精發酵的影響，結果見圖2[15-19]。

圖1 pH值對酒精度的影響Fig.1 Effect of pH value on alcoholic strength

圖2 發酵溫度對酒精度的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on alcoholic strength

由圖2可知，當選擇22℃為發酵溫度時，酒精發酵緩慢，產酒速率也較低，使得酒精度也不理想，較低的溫度，酵母菌活性收到影響，影響了發酵的速度最終使得酒精度數不理想；接著溫度升高后，酵母生長快速，生成的酒度也比較理想，酒精度達到最大時的溫度為26℃；之后酒精度下降。因此，選擇溫度達為26℃進行下一步試驗。

2.1.3 不同酵母菌接種量對酒精發酵過程中酒度的影響

在pH值6.6，溫度為26℃條件下，按照酵母菌接種量為0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2%進行試驗，確定不同的接種量對酒精發酵的影響[20-22]結果見圖3。

由圖3可以看出，選擇0.1%為酵母菌的接種量時，酒精度不理想，是因為發酵的前期，菌種正處在個體增值的時期即遲滯期，并沒有達到對數生長期，因此菌量少，降低了生成代謝產物酒精的動力，酒精度含量偏低；之后酵母菌加入量逐漸的加大，酒精度也逐漸的升高，當1.0%為酵母菌的使用量時，代謝產物酒精達到了最高量，同時，發酵液進入了旺盛階段，發酵速度變快，使糖大量轉化成酒精，使酒精度較高；隨著發酵不斷的進行，菌種進入衰亡期，發酵幾乎不能進行，代謝產物酒精不再升高，出現下滑趨勢，因此選擇接種量為1.0%進行下一步試驗[23-24]。

圖3 酵母菌接種量對酒精度的影響Fig.3 Effect of inoculums amount on alcoholic strength

2.2 響應面試驗的結果分析

2.2.1 響應面試驗

為了確定酒精度影響因素的情況，進行了響應面試驗[25]，結果見表4。建立二次回歸方程：

表4 試驗設計方案和結果Table 4 Design of response surface method and results

2.2.2 響應面結果分析

方差分析結果見表5。由表5中可知，此模型具有顯著性。因素發酵溫度（B）極顯著，B2顯著，該模型回歸效果較好。此模型的誤差差異不大，各因素的關聯性效果好。根據下表可以看出各個分析對試驗結果的影響程度，按由高到低排列分別為發酵溫度、接種量、pH值。

2.2.3 各因素之間交互作用

選擇兩個因素恒定，對試驗結果進行評估，并且對所建立模型進行降維分析，所得到的結果響應面見圖 4～圖 6。

表5 方差分析結果Table 5 The results of variance analysis

圖4 pH值、接種量之間的響應面圖Fig.4 Response surface figure of pH value and inoculums amount on degree of alcohol

由圖4～圖6所示，pH值與發酵溫度是對發酵工藝中酒精度的影響最為明顯的。

經響應面優化最理想的發酵方法為：pH值為6.444，發酵溫度為 26.56°C，接種量為 0.81%，以此為依據測得發酵工藝中酒精度為11.819 8%vol。最終工藝修訂為pH值為6.5，發酵溫度為27℃，接種量為0.8%。酒精度為11.8%vol，與理論數值較為接近。

圖5 發酵溫度、接種量之間的響應面圖Fig.5 Response surface figure of fermented temperature and inoculums amount on degree of alcohol

圖6 pH值、發酵溫度之間的響應面圖Fig.6 Response surface figure of pH value and fermented temperature on degree of alcohol

2.3 烏米酒調配的正交試驗

烏米酒調配的正交試驗見表6。

表6 正交試驗結果Table 6 Result of orthogonal test

從表6中試驗結果分析知3個考察因素中，主次順序如下：B（總酸）A（發酵液）＞C（總糖），得出最優方案為A3B2C1，即發酵液為50%、總酸0.15%、總糖9%。

3 結論

高粱烏米酒發酵工藝中最佳發酵條件為：pH值為6.5，發酵溫度為27℃，接種量為0.8%。確定出最佳調配工的藝參數為：發酵液50%、總糖含量9%、總酸含量0.15%，以此工藝為基礎，生產出的高粱烏米酒口味獨特，營養價值高，清香醇厚。

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