一种波杂饮料的工艺研发

张慧娟，段雅文，隋妙，王静

（北京工商大学中国-加拿大食品营养与健康联合实验室（北京），北京 100048）

波杂是新疆柯尔克孜族的特色饮品，由小米、玉米、大米、小麦等谷物自然发酵而成的一种低酒精度，有CO2杀口感、低糖度、质地浓稠的发酵饮料[1]。2009年被列入第二批自治区级非物质文化遗产名录，其含有丰富的碳水化合物和维生素A、维生素B、维生素C、维生素E等[2]。它作为一种健康饮品，在许多国家和地区受到欢迎，在土耳其，波杂配有肉桂和烤鹰嘴豆，主要在冬季享用，而在保加利亚，一年四季都有这种饮料，主要是用于早餐[3]。波杂通常选用玉米、大米、小米、小麦、黑麦或这些谷物的组合等作为原料，按照自己的喜好选用一种或多种谷物进行复合的天然发酵饮料，也可以通过添加酵母菌和乳酸菌进行发酵，颜色呈淡黄色、质地黏稠，具有酸甜的面包味[4]。作为一种古老的人类智慧的延续，该传统饮品在土耳其、保加利亚等地广泛生产和消费；在南非共和国，波杂生产已成为饮料行业的重要部分，而且已经广泛传播至美洲地区，但是波杂仍未进入我国饮料的主流市场，至今也只在我国新疆部分地区的柯尔克孜族家庭仍然保留着制作和饮用波杂的习惯[5]。

发酵除了可以改善产品的感官品质外，同时还可以提高消化率和营养价值。波杂的酒精含量很低，既有醪糟的长处，又有啤酒的优点，从酿制、用料、加工到酒的形态都与醪糟很相似[6]。作为一种谷物发酵饮品，除了拥有谷类食品的长处，同时还兼顾了发酵食品的优点，不仅能给人体提供身体所需能量，还能提供蛋白质和半纤维素、纤维素、无机盐、维生素等聚合物及高级醇碳水化合物、蛋白质、膳食纤维及B族维生素等其它功能性成分[7]，因此波杂是一种健康饮料，长期饮用波杂可帮助肠胃消化等[8]。除此之外，波杂独特的发酵工艺决定了其中蕴含的微生物多样性，含有植物乳杆菌（Lactobacterium plantarum）、短乳杆菌（Lactobacillus brevis）、蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、巴氏醋酸杆菌（Acetobacerpasteurianus）、啤酒酵母（Saccharomycescerevisiae）等微生物，其中丰富的微生物资源具有和酒精饮料相似的独特风味[9]，此外，波杂中的乳酸菌还能调节肠道菌群平衡、抗肿瘤、降低胆固醇，更能起到延缓衰老的作用[10]。

目前市场上谷物发酵饮料所面临的问题是微生物群落不明、发酵不均一、产品不稳定、生产技术尚不成熟、企业产品研发投入低、市场宣传推广力度不够等[11]。当前，国内外对波杂的研究重点主要放在其微生物群落的分离鉴定方面[4]，原材料的选择对风味、口感的影响[12]，以及发酵菌种的选择[13]等。由于无法保存，只能等天气变冷才开始制作，现做现销，因此波杂仍停留在家庭制作供自家饮用或在周边进行销售的阶段，其研究开发仍处于空白。因此本研究针对民族特色谷物食品普遍存在的手工作坊制作、生产效率低的问题，选用了玉米粉、小米粉、大米粉，在2∶1∶1（质量比）的混合比例下，通过添加商业发酵剂方式进行波杂的制作，测定不同发酵时间获得产品的感官及理化指标，从而筛选出该种原料组合下波杂饮料的最佳发酵时间，为后期波杂饮料的开发利用、工业化生产提供理论依据，推动波杂作为一种民族特色发酵饮料在国内生产的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米粉、小米粉、大米粉：北京大和恒粮行；安琪高活性干酵母、酸奶发酵剂：安琪酵母股份有限公司；白砂糖：河南豪峰食品有限公司。

酚酞、无水乙醇、溴甲酚绿、甲基红、氢氧化钠、浓盐酸、浓硫酸、无水葡萄糖、次甲基蓝、无水硫酸铜、七水合硫酸钴、硼酸（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SY-60YC8001Q苏泊尔电压力锅：北京京东世纪信息技术有限公司；8400全自动型凯氏定氮仪：德国Foss公司；98-1-B型电子调温电热套：天津市泰斯特仪器有限公司；Starter 3100M型酸度计：上海奥豪斯仪器有限公司；AL104电子天平：梅特利—托利多（上海）仪器有限公司；HH-2恒温水浴锅：金坛市杰瑞尔电器有限公司；NABERTHERM马弗炉：德国纳博热公司；SPX-250 BZ型生化培养箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；MLS-3750高压蒸汽灭菌锅：日本三洋公司；MA35水分测定仪：德国Sartorius公司；RVA-TecMaster黏度测试仪：美国Thermo公司；T25 ULTRA WURRAX匀浆机：德国IKA集团。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1原料称取

将玉米粉、小米粉、大米粉以质量比2∶1∶1混合，称取200 g置于干净容器中，备用[14]。

1.3.2.2 煮制

呈糊状的样品按质量比1∶10加入饮用水，并于压力为70 kPa高压锅中煮制（20 min～30 min），煮制样品呈浅黄色糊状且搅动时勺子未粘上面糊，则表示样品已煮熟，否则可适当延长煮制时间[5]。

1.3.2.3 发酵剂活化

称取原料质量的1%的安琪高活性酵母，置于10 g饮用水（30℃～40℃）中搅拌使其活化，静置4 min～6 min，备用[15]。称取原料质量的1%的酸奶发酵剂，直接倒入冷却至室温（20℃）后的样品中。

1.3.2.4 发酵

将4份样品置于温度为30℃的恒温生化培养箱中进行培养发酵，4份样品发酵时间分别为12、24、36、48 h。

1.3.2.5 匀浆

将按质量比1∶1稀释后的4份样品分别用匀浆机进行匀浆，保证每份样品均呈均匀液体状，而无颗粒或结块。

1.3.2.6 杀菌

将匀浆后的4份样品封口后分别置于高压灭菌锅中121℃下灭菌15 min[16]，灭菌完成后稍稍冷却后取出，待冷却至室温（20℃）后将样品置入冰箱中存放，密闭保存。

1.3.3 测定内容与方法

1.3.3.1 pH值检测

使用pH计直接测定。

1.3.3.2 总酸含量检测

采用直接滴定法进行测定[17]。

1.3.3.3 总糖含量检测

采用直接滴定法进行测定[18]。

1.3.3.4 灰分检测

采用GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》规定的方法进行测定[19]。

1.3.3.5 固形物含量检测

使用水分快速检测仪测定。

1.3.3.6 酒精度检测

采用蒸馏法进行测定[21]。

1.3.3.7 黏度检测

使用快速黏度计进行测定。

1.3.4 感官特性评定

邀请10名学生作为感官评定小组，评定参照饮料标准中规定的感官要求并加以改进，进行感官评价试验，评分细则、描述见表1所示[22]。

表1 感官评价评分细则Table1 Sensory evaluation score rules

续表1 感官评价评分细则Continue table 1 Sensory evaluation score rules

1.3.5 数据处理

每个试验重复3次，使用SPSS19.0进行数据整理与分析。

2 结果与讨论

2.1 波杂的理化成分结果

2.1.1 不同发酵时间下pH值的变化

不同发酵时间下pH值的变化见图1。

图1 不同发酵时间下pH值的变化Fig.1 Changes in pH at different fermentation times

由图1可知，在48 h发酵时间内，随着发酵时间的延长，波杂饮料的pH值呈现先迅速下降后逐渐趋于稳定，发酵48 h后，pH值为4.0。由于在乳酸菌和酵母菌混合发酵波杂的过程中，随发酵的不断进行，乳酸菌利用自身淀粉酶或脂肪酶使谷物中的碳水化合物和脂肪降解成有机酸或脂肪酸，使发酵液的pH值降低。发酵前24 h乳酸菌酵母菌生长迅速，酸化速率迅速提高，当发酵波杂pH值降至4.0左右后，pH值趋于稳定。

2.1.2 不同发酵时间下总酸的变化

不同发酵时间下总酸的变化见图2。

由图2可知，随着发酵时间的增加，原料汁发酵后产酸量逐渐增大，当发酵时间大于24 h时，产酸量逐渐趋于稳定，发酵48 h后，总酸含量为2.8 g/L。从图2中分析看出，发酵36 h后总酸含量与48 h无显著性差异（P＞0.05）。由于波杂原液中含有一定量的糖类、蛋白质等营养物质，在乳酸菌、酵母菌的共同作用下利用这些物质产生乳酸、乙酸以及一些其它挥发性脂肪酸，还会产生酒精等风味物质，使发酵波杂的酸度逐渐升高，不仅能够赋予波杂特殊的风味还使其具有了一定的抑菌效果。

图2 不同发酵时间下总酸的变化Fig.2 Changes in total acid at different fermentation times

2.1.3 不同发酵时间下总糖的变化

不同发酵时间下总糖的变化见图3。

图3 不同发酵时间下总糖的变化Fig.3 Changes in total sugar at different fermentation times

由图3可知，随着发酵时间延长，微生物活动所需能量消耗增多，逐渐消耗总糖，碳水化合物被分解成还原糖、糊精等物质，使波杂中的总糖含量持续下降。发酵12 h，波杂的总糖含量为6.4 g/L，发酵48 h，波杂的总糖含量为3.4 g/L。各发酵时间下的总糖含量皆有显著性差异（P＜0.05）。发酵过程中的总糖变化不但能够反映发酵剂的发酵能力，还可以反映出可溶性固形物含量的变化，从而赋予产品丰富饱满的口感。糖酸比适宜，可使饮料更加可口。

2.1.4 不同发酵时间下灰分的变化

不同发酵时间下灰分的变化见图4。

由图4可知，随着发酵时间的延长，波杂中灰分含量先呈下降趋势，当发酵时间大于24 h时灰分含量开始缓慢增加。发酵时间不同，波杂中的灰分含量变化无显著性差异（P＞0.05）。早在2002年，Daglioglu[23]对当地不同种类波杂的理化指标进行了测定，波杂样品的组成差异基于使用不同谷物及其在配方中量的不同，所用原料的类型显著影响产品的黏度、固形物含量和灰分等。其中大多数波杂饮料的灰分含量在0.12%～0.93%。灰分含量不仅是评价食品营养的重要参考指标之一，也是控制食品成品或半成品质量的重要依据。本研究测得的灰分在1.7 g/L～2.1 g/L，说明所使用的原料中基本没有麸皮这些杂质，饮料的口感细腻。

图4 不同发酵时间下灰分的变化Fig.4 Changes in ash at different fermentation times

2.1.5 不同发酵时间下固形物含量的变化

不同发酵时间下固形物含量的变化见图5。

图5 不同发酵时间下固形物含量的变化Fig.5 Changes in solids content at different fermentation times

由图5可知，发酵时间愈长，微生物活动消耗的物质越多，固形物含量愈少。其中发酵12 h和发酵24 h时固形物含量变化无显著性差异（P＞0.05），发酵24 h和发酵36 h时固形物含量变化无显著性差异（P＞0.05），发酵36 h和发酵48 h时固形物含量变化无显著性差异（P＞0.05）。固形物含量的多少会直接影响到饮料的口感，固形物含量过低，饮料口感会过于稀薄，含量过多会使饮料过于浓稠，不被大多数人所接受。而在这种工艺条件下制备的波杂固形物含量在2%～4%，与土耳其一些波杂饮品相比固形物含量偏低，更符合中国人的饮食习惯。

2.1.6 不同发酵时间下酒精度的变化

不同发酵时间下酒精度的变化见图6。

由图6可知，随着发酵时间延长，酵母菌大量繁殖，氧气消耗过快，在缺氧条件下酵母菌把糖分解成酒精和CO2，12 h到24 h期间酵母菌生长旺盛，从而酒精含量快速升高，36 h后随着糖的消耗达到一定的程度，酒精含量变化不明显，当发酵时间达到48 h时酒精度为1% vol，符合波杂发酵饮料的低酒精度要求，如果乙醇含量过高会使醇味掩盖其它风味物质，从而导致口感不佳[24]。其中发酵时间为24 h～48 h时酒精度变化无显著性差异（P＞0.05）。

图6 不同发酵时间下酒精度的变化Fig.6 Changes in alcohol content at different fermentation times

2.1.7 不同发酵时间下黏度的变化

不同发酵时间下黏度的变化见图7。

图7 不同发酵时间下黏度的变化Fig.7 Changes in viscosity at different fermentation times

由图7可知，随着发酵时间的延长，波杂饮料的黏度逐渐下降。由于饮料本身具有淀粉和糖类，因此具有一定的黏度，在微生物的作用下，淀粉和糖类逐渐被消耗，因此黏度逐渐降低[3]。其中发酵24 h和发酵36 h时的黏度变化无显著性差异，发酵48 h后黏度明显降低（P＞0.05）。不同的谷物配比、发酵时间等都会直接影响到发酵饮料的黏度，适宜的黏度会使波杂的口感更佳，味道爽滑。

2.2 波杂的感官评价结果

不同发酵时间下波杂的感官评价见表2。

由表2可知，随着发酵时间的延长，波杂颜色由浅黄色逐渐加深，随着微生物的不断作用致使波杂口感更加细腻，酒精发酵带来的特有酒香味越加醇厚，质地和滋味上却无太大区别。通过感官评价表可以明显看出，发酵48 h的波杂感官评价得分最高，此时波杂呈米黄色，口感细腻，酸甜可口，酒香浓郁，感官评价为84分，易被大多数人所接受。

表2 不同发酵时间下波杂的感官评价Table 2 Sensory evaluation of boza under different fermentation times

3 结论

本试验通过使用玉米粉、小米粉、大米粉为原料以质量比2∶1∶1混合，经加水煮制、加糖、加发酵剂、分装、发酵、稀释、匀浆、杀菌制备出口感细腻、质地均匀且有独特发酵酒香味的新型波杂饮料。通过测定不同发酵时间下波杂饮料中pH值、总酸、总糖、灰分、蛋白质、水分、固形物含量、酒精度和黏度的变化，结合感官评价探究最佳发酵时间，制备口感风味较好的波杂发酵饮料。结果表明，48 h时波杂饮料口感细腻酸甜，质地均匀，醇香味最浓，在此条件之下波杂pH值为4.0，总酸含量为2.8 g/L，总糖含量为3.4 g/L，灰分含量为2.0 g/L，固形物含量为2.5%，酒精度为1% vol，黏度为39 cP，感官评分为84分。波杂呈米黄色，口感细腻，酸甜可口，酒香浓郁。谷物波杂发酵饮料将成为一种既营养又健康的绿色饮料，不仅能够提高粮食原料的附加值，还有利于改善居民膳食结构，具有一定的研究意义。本试验为后续波杂的发展生产提供有力的理论依据，使人们在谷物饮料的消费中有更多选择。