复合波杂自然发酵工艺研究

阿特尔古丽·沙布尔江，热合满·艾拉*，艾乃吐拉·马合木提，祖木拉·艾力

复合波杂自然发酵工艺研究

阿特尔古丽·沙布尔江，热合满·艾拉*，艾乃吐拉·马合木提，祖木拉·艾力

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052）

波杂是以谷物作为原料，采用传统手工制作方法酿造而成的一种低酒精含量的柯尔克孜族传统发酵饮料。其具有CO2杀口感、低糖度、质地浓稠等特点。该研究以大麦、糜子（黑皮）、玉米三种谷物为原料，用传统发酵工艺进行自然发酵生产波杂，研究原料配比，发酵温度，发酵时间，酶制剂添加量对复合波杂品质的影响，并通过响应面试验法确定最佳发酵条件。结果表明，复合波杂自然发酵最佳工艺条件为大麦∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5，发酵温度30.8℃，发酵时间29 h，酶制剂添加量3.25%。在此条件下波杂酒精度达到（3.67±0.06）%vol，可溶性固形物含量（8.70±0.29）°Bx，感官评分为（88.33±2.08）分。

复合波杂；自然发酵；发酵工艺；复合比例

波杂（Boza）是柯尔克孜族语言的音译，中文翻译又称“博扎”、“波佐”或“包扎酒”等，它有悠久的历史，2009年被列入自治区级非物质文化（技艺）遗产名录。波杂通常是把玉米、小米、大麦等谷类作为原料，按照自己的喜爱选用一种或几种原料复合制作酿成的低糖度、低酒精、质地浓稠的天然发酵饮料[1-2]。它的起源可以追述到奥托曼土耳其的古老民族，作为一种自然、健康发酵饮料延续到现在。

波杂是一种“醪”，既有谷类食品的长处，又有发酵酒的优点。波杂是人体能量的主要来源，也是最经济的能量食物，还能提供人体蛋白质和半纤维素、纤维素、无机盐、维生素等聚合物及种皮、胚芽中的油脂和高级醇碳水化合物、蛋白质、膳食纤维及B族维生素[3]等其他功能性成分。发酵可以提高饮品的营养价值，赋予饮品特殊的风味[4]，对于以食肉为主、缺乏新鲜蔬菜和水果的草原游牧民族来说，波杂既能帮助消化、防止积食，又能缓解油腻，对于胃病、高血压、冠心病等也有很好的辅助疗效。以杂粮为原料开发的谷物类发酵饮料将是未来饮料市场的发展方向[5]。我国谷物资源十分丰富，但由于加工转化能力低，造成了极大的资源浪费，波杂发酵饮料的生产为谷物资源加工利用提供了一条有效的解决途径。目前，对波杂的研究主要限于其中微生物群落结构的聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR-DGGE）分析[6]和酵母菌的分离和鉴定[7]。对波杂加工工艺和开发生产等方面研究较少。本试验以大麦粉、糜子（黑皮）粉、玉米粉三种谷物为原料，在传统发酵工艺的基础上，采用单因素试验和响应面试验优化方法，寻找大麦、糜子（黑皮）、玉米复合波杂的最佳发酵条件，确定复合波杂的生产最佳配方，以期对促进新疆特色发酵饮料产业的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大麦籽粒：新疆昭苏县；糜子（黑皮）籽粒：新疆特克斯县；玉米籽粒：伊利10号品种；高活性干酵母：广东丹宝利酵母有限公司；小麦胚芽粉：新疆新源县牧民自制；蒸馏水（pH 6.5～7.0）、酶制剂：试验室自制。

1.2 仪器与设备

FW-100高速万能粉碎机粉：上海楚定分析仪器有限公司；AL204-1C电子分析天平：上海梅特勒-托利多仪器有限公司；HH-S电热恒温数显水浴锅：上海博迅实业有限公司；DL-1电子万用炉：北京市永光明医疗仪器有限公司；WYT-III0.50%糖度计：上海明桥精密仪器有限公司；ELD酒精计：冀州市耀华器械仪表厂；FDM-Z125型浆渣自分离磨浆机：镇江新区丁岗创威机械设备厂。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

原料选择：制作波杂的原料夏天多用青稞，谷子等农作物酿制，冬天多用小麦、玉米、小米等粮食酿制。选择色泽好，新鲜饱满、无病虫害的大麦、糜子（黑皮）、玉米，晒干籽粒采用高速万能粉碎机粉碎成粉状，过100目筛备用。

酵母活化：称取小米粉质量0.8%的干酵母，加10 g的蒸馏水（温度30～40℃）搅拌静置2～4 min。

酶制剂制备：挑选小麦，晾干，再用温水浸湿捏干，用棉被盖严发芽，芽发至0.2～0.5 cm左右时，拿出来晒干，磨成半粉状态即可，作为波杂的酶制剂。

和面：大麦、糜子（黑皮）、玉米三种谷物粉按照不同配比混合后，原料与水、酵母按1∶1∶0.1的比例混合，搅拌成糊状备用。

第一次发酵：把糊状面放置于热处或预热好的32℃水浴锅里，30℃发酵8～10 h，待产生大量均匀气泡为止。

煮熟：第一次发酵完成后，不锈钢锅里放少量植物油和面团体积等体积蒸馏水加热，再加入面团，边加热边用木勺搅拌，保证糊状面团受热均匀，时间为50 min左右，直至煮熟（搅拌时如果糊状面团未粘木勺而且颜色变深表示煮熟）为止。

冷却：在室温条件下冷却至30℃左右。

稀释、接种：先冷却的浆糊中加入等体积的温开水进行稀释，然后按配方比例加入酶制剂和老面。

第二次发酵（主发酵）：稀释浆糊放到预热好的水浴锅里进行第二次发酵，27～33℃发酵20～28 h。

浆渣分离：用浆渣自分离磨浆机进行分离。

杀菌：温度80℃条件下30 min[8]，冷却至5～10℃。

1.3.2 单因素试验

选取原料比（大麦、糜子、玉米配比分别为1.0∶1.0∶3.0、1.0∶1.5∶2.5、1.0∶2.0∶2.0、1.0∶2.5∶1.5、1.0∶3.0∶1.0）、第二次发酵温度（24℃、27℃、30℃、33℃、36℃、39℃）、发酵时间（16h、20 h、24 h、28 h、32 h、36 h）和酶制剂添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%）4个因素进行单因素发酵试验。通过测定波杂的酒精度、可溶性固形物含量，及对其进行感官评价，确定各因素的最佳水平。

1.3.3 响应面试验

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，选择原料比（A）、发酵温度（B）、发酵时间（C）、酶制剂添加量（D）为响应面优化的考察因素，以复合波杂的酒精度（Y）为响应值，设计4因素3水平的响应面分析试验，对3种谷物复合波杂发酵工艺条件参数进行优化。

1.3.4 检测方法

可溶性固形物：糖度计测定，以折光浓度°Bx表示。

酒精度的测定：密度蒸馏法[9]。

感官评分：以大麦、糜子（黑皮）、玉米复合波杂的色泽、口感、气味、滋味和组织状态为指标，对复合波杂进行了感官评分[10-11]，满分为100分，感官评分标准见表1。

表1 复合波杂感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of compound Boza

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 原料配比对复合波杂品质的影响

图1 原料配比对复合波杂品质的影响Fig.1 Effect of raw material ratio on compound Boza quality

由图1可知，随着糜子（黑皮）占的比例增高，复合波杂可溶性固形物含量逐步下降。这是可能与3种原料淀粉含量有关，淀粉在酶的作用下水解成还原糖，原料淀粉含量逐步变少，酶解得到的还原糖也是逐步变少。酒精度随糜子（黑皮）添加比例的增多呈现逐步上升的趋势，但差异不大，说明原料配比对波杂酒精度的影响不太大。原料配比对复合波杂感官品质的影响较大，感官评分随糜子（黑皮）添加比例的增多呈现上升后下降的趋势，因为原料配比不同，直接影响波杂的口感、色泽、风味。随着糜子（黑皮）比例的增加，其感官分值也增加，原料配比达到1.0∶2.5∶1.5时，感官分值达到最高，当原料配比1.0∶3.0∶1.0时，感官分值有所下降，这是因为糜子（黑皮）比例过高，波杂色泽深，消费者不易接受，因此复合波杂最佳原料配比为大麦∶糜子（黑皮）∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。

2.1.2 发酵温度对复合波杂品质的影响

图2 发酵温度对复合波杂品质的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on compound Boza quality

一般波杂酿造中温度会影响微生物的生长发育和代谢产物的生成，因此，发酵温度对成品波杂的酒精度与质量有很大影响[12]。由图2可知，随着发酵温度的升高，复合波杂可溶性固形物含量呈先下降，后上升趋势。这是因为在酶的作用下还原糖含量逐步上升，但酵母菌将还原糖发酵成乙醇，因此可溶性固形物含量逐步下降。当发酵温度＞33℃时，可溶性固形物含量开始逐步上升，随着温度的升高，酵母菌的活性受到影响，因此酒精发酵受到影响，从而积累一些还原糖，导致可溶性固形物上升。酒精度随发酵温度的升高呈现先上升后下降的趋势，发酵温度越接近30℃时对酵母菌的生长有利，产生的乙醇也多，因此酒精度最高，温度过高影响酵母菌生长繁殖，酒精度的下降。当发酵温度为33℃时，波杂色泽均匀，口感细腻润滑，酸甜适中，并且有醇香味，从而感官分值最高，因此最佳发酵温度选取30～33℃。

2.1.3 发酵时间对复合波杂品质的影响

图3 发酵时间对复合波杂品质的影响Fig.3 Effect of fermentation time on compound Boza quality

由图3可知，随着发酵时间的延长可溶性固形物呈下降的趋势，是因为前段主要是淀粉酶的作用下进行糖化过程，酒精发酵很弱，后段主要是酒精发酵过程，把糖分解成酒精，导致可溶性固形物含量下降。随着发酵时间的延长，酒精度先升后下降趋势，因为前段是酵母菌生长的旺盛，从而酒精含量逐步升高，当发酵时间为28 h时，酒精度达到最高；当发酵时间＞28 h时，随着糖的消耗达到一定的程度，酒精含量变化不明显。当发酵时间为28 h时，感官分值最高，因此选取波杂发酵时间28 h为最合适。

2.1.4 酶制剂添加量对复合波杂品质的影响

图4 酶制剂添加量对复合波杂品质的影响Fig.4 Effect of enzyme preparation on compound Boza quality

由图4可知，随着酶制剂的添加量的增多，可溶性固形物含量和酒精度呈上升的趋势，因为小麦胚芽酶制剂添加量越多液化糖化作用越强，还原糖的含量逐渐增大，在微生物的作用下，产生的酒精含量也逐渐越多。随着酶制剂添加量的增多，波杂感官分值先上升后下降，酶制剂添加量过多，发酵液中的微生物生长繁殖提供更多的糖含量，从而导致波杂酒精度过高，影响复合波杂的口感，在酶制剂添加量3%时，复合波杂感官分值最高，因此最佳酶制剂添加量选取3%。

2.2 响应面法优化发酵工艺试验

在上述单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理[13，15]，选择原料比（A）、发酵温度（B）、发酵时间（C）、酶制剂的添加量（D）为响应面优化的考察因素，以产品的酒精度（Y）为响应值，其试验设计及结果见表2。

表2 复合波杂发酵工艺优化响应面试验结果与分析Table 2 Results and analysis of Box-Behnken experiment for compound Boza fermentation process optimization

2.2.1 波杂酒精度模型的建立及显著性检验

以复合波杂的酒精度（Y）为响应值，建立大麦、糜子（黑皮）、玉米复合波杂发酵工艺参数回归模型，并对模型方程进行方差分析，结果见表3。

Y=3.58+0.34A+0.45B+0.35C+0.39D-0.33AB-0.15AC-

0.050 AD-0.15BC-0.27BD+0.1CD-0.45A2-0.61B2-0.71C2-0.63D2

表3 以酒精度为评价指标的回归模型方差分析Table 3 Variance analysis of the regression model using alcohol content as evaluation index

由表3可知，模型的F=19.75，P＜0.000 1，表明试验所采用的二次模型方程是极显著的，失拟项P=0.054 5＞0.05，表示失拟项不显著，对模型是有利的，因此可以该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。一次项A、B、C、D，二次项A2、B2、C2、D2表现为极显著（P＜0.01），交互项AB、BD表现为显著（P＜0.05），说明它们对响应值影响大。因变量与所考察自变量之间的线性关系显著（R2=0.951 8），酒精含量试验值与回归方程预测值的相关系数R2Adj=0.903 6，变异系数为8.83，可知拟合情况良好。从F值可以看出，所选因素对响应值影响的强弱次序为：发酵温度＞酶制剂的添加量＞发酵时间＞原料配比。得出在最佳条件下，酒精度的理论预测值为3.779 4%vol，考虑实际操作性，将实际参数进行修正，得复合波杂发酵工艺参数为：发酵温度30.8℃、酶制剂添加量3.25%、发酵时间29 h，原料配比为大麦∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。

图5 发酵温度、酶制剂添加量、发酵时间、原料比交互作用对酒精含量影响的等高线及响应曲面Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of fermentation temperature,enzyme addition,time and raw material ratio on alcohol content

由图5可知，等高线图可以直观地反映两变量交互作用的显著程度，圆形表示两因素交互作用不显著。

2.2.2 验证性试验

为了检验响应面法的可行性，本试验采用得到的最佳发酵条件进行复合波杂的发酵试验，发酵温度30.8℃、酶制剂添加量3.25%、发酵时间29 h，大麦∶糜子∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。此条件下酒精度为（3.67±0.06）%vol，与预测值的相对误差仅为0.07%，非常接近，进一步验证了模型方程的实用性。可溶性固形物含量（8.70±0.29）°Bx，感官评分为（88.33±2.08）分。

3 结论

本试验在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken响应面分析法对大麦、糜子（黑皮）、玉米复合波杂发酵工艺进行了优化，并对试验结果进行了数学模拟和预测。最终确定了复合波杂的最优工艺参数：发酵温度30.8℃、酶制剂添加量3.25%、发酵时间29 h、原料配比为大麦∶糜子（黑皮）∶玉米=1.0∶2.5∶1.5。各因素对响应值均极显著影响（P＜0.01），采用该条件进行验证试验，得到的平均酒精度为（3.67± 0.06）%vol，可溶性固形物含量为（8.70±0.29）°Bx，感官评分为（88.33±2.08）分。在此条件下，发酵所得的最优酿造工艺的复合波杂色泽黄褐色，口感细腻润滑，酸甜适宜爽口，具有一定的实际应用价值。

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Natural fermentation process of compound Boza

ATEERGULI Shabuerjiang,REHEMAN Aila*,ANAITULA Mahemuti,ZUMULA Aili
(College of Food Sciences and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

Boza,a traditional hand-made fermented Kirgiz beverage,is made from grains with low alcohol content.Boza beverage has the characteristic of CO2mouthfeel,low sugar content,dense texture.Using barley,millet,corn as raw materials,through the natural fermentation with traditional technology,the effect of raw material ratio,fermentation temperature,fermentation time,enzyme addition on Boza fermentation were studied and the optimum fermentation condition was determined by response surface method.The optimal Boza fermentation conditions were as follows:raw material ratio barley∶millet∶corn(1.0∶2.5∶1.5),fermentation temperature 30.8℃,fermentation time 29 h,enzyme addition 3.25%. Under the conditions,the total sugar content of Boza beverage was(8.70±0.29)°Bx,alcohol content was(3.67±0.06)%vol,sensory evaluation score was 88.33±2.08.

compound Boza;natural fermentation;fermentation process;compound proportion

TS275.4

0254-5071（2017）03-0160-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.03.032

2016-10-25

国家科技支撑计划项目（2015BAD9B00）

阿特尔古丽·沙布尔江（1989-），女，硕士研究生，研究方向为食品新加工技术。

*通讯作者：热合满·艾拉（1961-），男，副教授，博士，研究方向为食品加工技术。