固化酵母发酵黑枸杞苦荞酒生产工艺研究

2018-07-25邓清祥靳寿平

山东农业大学学报（自然科学版） 2018年4期

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）。