發酵罐發酵蕎麥酒工藝研究

姜 瑩，周文美*

(貴州大學釀酒與食品工程學院貴州省發酵工程與制藥工程重點實驗室，貴州貴陽，550025)

發酵罐發酵蕎麥酒工藝研究

姜 瑩，周文美*

(貴州大學釀酒與食品工程學院貴州省發酵工程與制藥工程重點實驗室，貴州貴陽，550025)

該研究以甜蕎與苦蕎為原料，應用5 L液態發酵罐進行發酵制作蕎麥酒。通過單因素和正交試驗對蕎麥酒的釀造工藝條件進行優化，從而確定發酵罐發酵蕎麥酒的最佳工藝參數。結果表明：最佳發酵工藝條件為酵母菌添加量0.6%、發酵時間7 d、料水比1∶4（g∶mL）。在此條件下得到酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30 μg/mL的蕎麥酒。

發酵罐；蕎麥酒；發酵工藝

蕎麥蕎麥屬于蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum），為雙子葉植物[1]。目前在國內有兩個主要栽培種[2]，一個是普通蕎麥（Fagopyrum esculentumMoench）又稱甜蕎麥[3-4]，另一個是勒靼蕎麥（Fagopyrum tataricumL.Gaertn）又稱苦蕎麥[5]。我國蕎麥的利用主要有兩種，一種是傳統的以蕎麥粉為主要原料，直接加工成各種食品[6-8]，如面條、煎餅、蒸餃、扒糕、發糕、涼粉、灌腸等食品。另一種是致力于蕎麥保健食品、活性成分等的提取和利用，對蕎麥進行深加工如以蕎麥為主要原料制作的療效粉、醬油、食用醋、酒類產品及化妝品等。甜蕎和苦蕎在形態學特征上有較為明顯的區別[9]。甜蕎的籽粒較大，三棱形棱角分明，表面與邊緣平滑光亮；苦蕎籽粒較小，三棱形不分明，表面粗糙、沒有光澤，棱成波紋狀，中央有凹陷。但是不論是甜蕎還是苦蕎，籽粒還是莖、葉、花都具有較高的營養價值。蛋白質、脂肪、功能活性物質含量普遍高于大米、小麥和玉米。大量研究表明[10-14]蕎麥提取物中生物類黃酮、苦蕎蛋白、糖醇等具有很強的生物活性，具有降低血糖、血脂，血壓、抗疲勞、抗衰老、抗炎鎮痛、抑制腫瘤細胞等作用。

目前，蕎麥酒的釀制方法[15-17]主要是傳統釀酒工藝主要是固態，半固態發酵工藝及液化法，前兩種方法工藝生產周期長，人工勞動強度大，原料利用率低，不適應現代化生產的要求。液化法生產蕎麥酒，加入了酶制劑，使原料利用率提高、工藝簡單、機械化程度高。然而，實驗室中得到的數據和規律，當進行工業生產放大時并不能再現。因此，發酵罐生產是從實驗室到工業生產必不可少的中間環節[18]。通過利用發酵罐來生產蕎麥酒，以期進一步提高產品口感、質量等指標，為蕎麥酒的工業化生產提供理論和技術基礎。

本研究以甜蕎麥和苦蕎麥作為原料，利用5 L發酵罐對甜蕎粉與苦蕎粉進行液態發酵，確定蕎麥酒發酵的最佳條件，同時，通過調節發酵罐發酵條件，將蕎麥中醇溶性和水溶性的營養因子更多的保留在酒中[19]，使得蕎麥中的營養因子得到充分利用[20]，賦予其更高的營養價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎與甜蕎：市售；高峰-α-淀粉酶（2 000 U/g）：源葉生物有限公司；糖化酶（50 000 U/g）：湖南省津市新型發酵有限責任公司；黃酒專用酵母：安琪酵母股份有限公司；蘆丁標準品（分析純）：貴州迪達生物有限責任公司；乙酸鉀（分析純）天津市科密歐化學試劑有限公司；氯化鋁：天津市光復精細化工研究所；甲醇、無水乙醇、石油醚（沸點范圍60～90℃）：天津市富宇精細化工有限公司；鹽酸：重慶川東區化工（集團）有限公司；氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖：成都金山化學試劑有限公司；亞甲基藍：生物染色劑，天津市東麗區華明鎮北干堡工業區；一水合檸檬酸：江蘇強盛功能化學股份有限公司。

1.2 儀器與設備

LK-1000A中藥粉碎機：四川江陽粉碎設備有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋：常州澳華儀器有限公司；722s可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司；80-2離心機：上海浦東物理光學儀器廠；YXQ-LS-75SⅡ立式自動電熱壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠；手持酒精計：河北省河間市玻璃廠；Biostat B 5 L全自動發酵罐：德國貝朗國際生物工程公司；UTP-313電子天平：上海花潮電器有限公司；FA2004N分析天平：上海箐海儀器有限公司；101-1A電熱鼓風干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司；PHS-3C精密pH計：上海日島科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蕎麥酒制作工藝流程及操作要點

操作要點：

粉碎：甜蕎和苦蕎種子至于60℃鼓風干燥箱中干燥24 h，然后粉碎，過40目篩。

原料比例調配：甜蕎苦蕎按照一定的比例進行混合；

液化方法：將調配好比例的蕎麥粉中加入一定比例的無菌水，先進行糊化10 min，然后加入0.5%的淀粉酶，90℃水浴40 min；

調節pH：利用pH計將溶液pH調節為4；

糖化：將液化好溶液降溫至60℃，調節pH值為4.0，添加5%的糖化酶、在60℃水浴中保溫50 min；

酵母活化：取一定量的黃酒專用酵母，加入10倍于黃酒專用酵母量的5%葡萄糖溶液中，35℃水浴中活化15min；

發酵：將滅菌后的樣液加入121℃滅菌后的發酵罐內，并加入活化后的酵母菌，調節發酵罐轉速在100 r/min，在30℃條件下進行發酵。

酒液分離：將發酵后的酒液放入離心管中，4000r/min離心30 min。

灌裝：將澄清部分的酒液進行灌裝。

巴氏殺菌：在65～70℃條件下保溫12～15 min。

冷卻：將滅菌后的產品放置室溫下進行降溫，溫度達到室溫后即成品。

1.3.2 原料配比的確定

設7個試驗組，甜蕎與苦蕎質量比按表1所示，料液比為1:4（g:mL），酵母添加量為原料的0.5%。每組設三個平行試驗。按照1.3.1操作，在30℃下恒溫發酵時間7 d。分析酒液中的酒精度和黃酮含量，綜合決定甜蕎與苦蕎的比列。

1.3.3 單因素試驗設計

表1 原料比例設計Table 1 Design of raw material proportion

（1）酵母添加量

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，料水比1∶4（g∶mL），按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發酵考察酵母添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、發酵8 d，測定酒精度及總黃酮含量。

（2）發酵時間

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，料水比1∶4（g∶mL），酵母添加量0.8%，按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發酵考察發酵時間（6 d、7 d、8 d、9 d、10 d），測定酒精度及總黃酮含量。

（3）料水比

按照原料配比1:2稱取甜蕎與苦蕎共500 g，酵母添加量0.8%，按照1.3.1的方法對樣品進行液化、糖化后，在30℃條件下發酵考察料水比（1:3、1:4、1:5、1:6、1:7（g:mL）），發酵8 d，測定酒精度及總黃酮含量。

1.3.4 正交優化試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以蕎麥酒的酒精度、總黃酮含量為評價指標，采用正交試驗對酵母添加量（A）、發酵時間（B）、料液比（C）進行優化，最終確定蕎麥酒的最佳發酵條件。正交試驗設計因素與水平見表2。

1.3.6 分析測定方法

表2 蕎麥酒發酵工藝優化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for buckwheat liquor fermentation technology optimization

酒精度的測定采用GB/T 13662—2008《黃酒》中酒精計法；pH值采用pH計直接測定；淀粉含量的測定用GB/T5009.9—2008《食品中淀粉的測定》；水分含量的測定采用GB5009.3—2010《食品中水分的測定》；蘆丁標準曲線的繪制以及黃酮含量的測定采用NY/T 1295—2007《蕎麥及其制品中總黃酮含量的測定》。

2 結果與分析

2.1 甜蕎與苦蕎淀粉及水分含量測定

原料中淀粉及水分測定結果見表3。從表3中可以看出甜蕎與苦蕎含水量差別不大，但粗淀粉含量差別比較大，甜蕎明顯高于苦蕎，而淀粉的含量的多少決定了發酵液中的糖分含量，直接影響著發酵結果，但由于甜蕎中的總黃酮低于苦蕎，因此，需要甜蕎與苦蕎搭配進行發酵。

表3 原料中淀粉及水分測定結果Table 3 The determination results of starch and moisture

2.2 原料配比的確定

圖1 原料比例對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.1 Effect of raw material proportion on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

不同原料配比對蕎麥酒酒精度和總黃酮含量的影響見圖1。由圖1A可知，酒精度隨著甜蕎所占比例的下降而略有下降，由圖1B可知，總黃酮含量呈現先上升后略有下降的趨勢，甜蕎與苦蕎質量比為1∶2時總黃酮含量達到最高。試驗結果表明，甜蕎的可發酵性高于苦蕎；由于苦蕎的黃酮含量明顯高于甜蕎，因此黃酮含量隨著原料中苦蕎的比例增加而增加；黃酮為醇溶性化合物，酒精度的降低會導致原料的溶出的黃酮量降低。但由于酒精度較低，因此，黃酮含量呈現先上升后稍有下降的趨勢。綜合結果，選擇黃酮含量最高、酒精度相對較高的的6號試驗組即甜蕎與苦蕎質量比為1:2進行試驗。

2.3 蘆丁標準曲線的建立

以蘆丁質量濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制蘆丁標準曲線見圖2。

圖2 蘆丁標準曲線Fig.2 Standard curve of rutin

由圖2得到蘆丁標準曲線回歸方程為：y=27.301x+ 0.000 2，相關系數R2=0.999 9。由此可見吸光度值與蘆丁標準品質量濃度之間呈現良好的線性關系。

2.4 單因素試驗結果分析

2.4.1 酵母添加量對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同酵母添加量對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，其結果見圖3。

圖3 酵母添加量對蕎麥酒的酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.3 Effect of yeast inoculum on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖3可知，隨著酵母添加量的增加，發酵液的酒精度呈現先增大后減小的趨勢，酵母含量較低時，發酵液發酵不完全，還原糖沒有得到充分利用，導致酒精度偏低，但當酵母含量過高時，酵母本身繁殖消耗大量還原糖導致酒精度下降。隨著酵母添加量的增加，發酵液中的黃酮含量也呈現先增大后減小的趨勢，并且在酵母添加量為0.6%時呈現峰值。綜合考慮選擇酵母添加量為0.5%～0.7%進行后續試驗。

2.3.2 發酵時間對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同發酵時間對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，結果見圖4。

圖4 發酵時間對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖4可知，隨著發酵時間的增加，發酵液中酒精度逐漸升高，當發酵到第7天時發酵液中的酒精度趨于平緩，第8天發酵液中的酒精度達到最大值9.0%vol。繼續發酵時，酒精度有下降趨勢。這時的酵母處于衰退期，此時不再利用料液中的糖分甚至分解一部分的酒精，使溶液中的酒精度降低，隨著發酵時間的延長，發酵液中黃酮含量迅速增加，后又開始下降。這是因為黃酮屬于醇溶性物質，酒精度的降低對總黃酮含量具有一定的影響。綜合考慮，選取發酵時間為7～9 d進行后續試驗。

2.3.3 料水比對酒精度、總黃酮含量的影響

考察不同料水比對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響，結果見圖5。

圖5 料水比對蕎麥酒酒精度(A)和總黃酮含量(B)的影響Fig.5 Effect of material to water ratio on alcohol contents(A)and total flavonoids contents(B)in buckwheat liquor

由圖5可知，隨著料液比的增加，發酵液中酒精度先有小幅度增加，后來大幅度下降，這是由于當料水比為1∶3（g∶mL）時發酵液過于黏稠，導致發酵不充分，但當料水比＞1∶6（g∶mL）時，水分含量過高，導致酒精含量下降。隨著料液比的增加，發酵液中黃酮含量同樣呈現先小幅增加后大幅度下降的趨勢，且當料液比為1∶4（g∶mL）時發酵液中黃酮含量達到最高為76.66 μg/mL；當料液比＞1∶6（g∶mL）時，發酵液中總黃酮含量迅速下降。因此，選擇料液比為1∶3～1∶5（g∶mL）進行后續試驗。

2.4 正交試驗結果分析

在單因素試驗的基礎上，對酵母添加量、發酵時間、料水比3個因素進行正交試驗優化，正交試驗結果與分析見表4，方差分析結果見表5、表6。

由表4結果可知，以酒精度為評價指標，對酒精度結果影響的因素順序為：料水比＞酵母添加量＞發酵時間，最佳工藝參數組合為A2B2C2；以總黃酮含量為評價指標，對總黃酮含量影響的順序為：發酵時間＞料水比＞酵母添加量。根據極差R的大小可知，最佳工藝參數組合為A2B1C1。由表5、表6方差分析可知，以酒精度為評價指標時，發酵時間及料水比都達到極顯著水平（P＜0.01），發酵時間達到顯著水平（P＜0.05），以總黃酮含量為評價指標時，發酵時間、發酵溫度、料水比均達到顯著水平，與極差分析相符合，綜合酒精度與總黃酮含量兩個評價指標來看，發酵時間對總黃酮含量影響比對酒精度的影響要大，于是選B1作為最佳發酵時間，料水比對酒精度的影響大于對總黃酮含量的影響，于是選取C2作為最佳料水比。因此，選擇最佳工藝參數組合為A2B1C2，即酵母添加量為0.6%，發酵時間7 d，料水比1∶4（g∶mL）。在此最佳發酵條件下進行驗證試驗，得到的蕎麥酒酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30 μg/mL。

表4 發酵條件優化正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

表5 以酒精度為評價指標正交試驗結果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results using alcohol content as evaluation index

表6 以總黃酮含量為評價指標正交試驗結果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal experiments results using total flavonoids content as evaluation index

3 結論

本研究以甜蕎和苦蕎作為原料，選用黃酒專用酵母為發酵菌種，通過5 L液態發酵罐發酵蕎麥酒。在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗對蕎麥酒的發酵工藝進行優化。結果表明，最佳發酵工藝參數為酵母添加量0.6%、發酵時間7d、料液比1∶4（g∶mL）。在此最佳工藝條件下，所得蕎麥酒中酒精度為10.1%vol，總黃酮含量為103.30μg/mL。

[1]何嵋，王銳，周云.蕎麥研究進展綜述[J].現代農業科技，2011（2）：46-49.

[2]曹英花.苦蕎與甜蕎之區別[J].北京農業，2011（15）：102-103.

[3]楊紅葉，楊聯芝，柴巖，等.甜蕎和苦蕎籽中多酚存在形式與抗氧化活性的研究[J].食品工業科技，2011，32（5）：90-94，97.

[4]趙緒明.等花柱甜蕎結實性表現及生產潛力研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2015.

[5]石生益，梁晶晶，楊明.苦蕎麥中蘆丁的正交提取工藝及HPLC檢測研究[J].中國釀造，2010，29（11）：162-164.

[6]閻紅.蕎麥的應用研究及展望[J].食品工業科技，2011，32（1）：363-365.

[7]王延麗.我國蕎麥食品的加工研究[J].食品工業，2016（5）：267-269.

[8]成劍峰，郭文娟.苦蕎麥降脂茶的研制[J].中國釀造，2010，29（10）：167-170.

[9]譚玉榮，陶兵兵，關郁芳，等.苦蕎類黃酮的研究現狀及展望[J].食品工業科技，2012，33（18）：377-381.

[10]李謠，周海媚，黃丹丹，等.苦蕎抗氧化活性研究[J].中國釀造，2013，32（6）：24-27.

[11]楊芙蓮，劉旭.蕎麥醋發酵過程中蘆丁含量變化規律研究[J].中國釀造，2012，31（9）：44-46.

[12]尉杰，陳慶富，郭菊卉.普通蕎麥發芽種子的液態發酵蕎麥酒工藝研究[J].中國釀造,2014，33（8）：43-46.

[13]黃永光，姜瑩，周紀廷，等.蕎麥-馬尾松花粉格瓦斯飲料發酵條件的優化[J].中國釀造，2016，35（2）：61-65.

[14]李富華，劉冬，明建.苦蕎麩皮黃酮抗氧化及抗腫瘤活性[J].食品科學，2014，35（7）：58-63.

[15]陳佳昕，趙曉娟，吳均，等.苦蕎酒液態發酵工藝條件的優化[J].食品科學，2014，35（11）:129-134.

[16]劉曉燕.苦蕎浸泡酒中總黃酮的測定方法及浸提條件研究[J].湖北農業科學，2014，53（13）：3156-3159.

[17]李園園.苦蕎酒發酵工藝研究及質量評價[D].成都：西華大學，2014.

[18]黃云戰，趙永潔，李亞莉，等.普洱茶發酵罐研制及應用研究[J].食品與機械，2012，28（1）：115-118，174.

[19]李亞莉，朱廣鑫，周紅杰，等.自動發酵罐與傳統發酵普洱茶品質比較研究[J].食品工業科技，2013，34（16）：169-173.

[20]楊盛茹.發酵罐中發酵木糖產乙醇條件優化及利用玉米芯產乙醇工藝研究[D].鄭州：河南工業大學，2011.

Fermentation process of buckwheat liquor in bioreactor

JIANG Ying,ZHOU Wenmei*(Guizhou Key Lab of Fermentation Engineering and Biopharmacy,School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using buckwheat and tartary buckwheat as raw material,buckwheat liquor was made by liquid-state fermentation in a 5 L bioreactor.The brewing parameters of buckwheat liquor was optimized by single factor and orthogonal tests.The results showed that the optimal fermentation conditions were determined as follows:yeast inoculum 0.6%,fermentation time 7 d,raw material to water ratio 1∶4(g∶ml).Under the conditions,the alcohol content of the buckwheat liquor was 10.1%vol,and total flavonoids content was 103.30 μg/ml.

bioreactor;buckwheat liquor;fermentation process

TS261.4

0254-5071（2017）01-0083-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.017

2016-08-13

貴州科技攻關項目（黔科合農G字【2015】4003號）

姜瑩(1990-)，女，碩士研究生，研究方向為食品資源利用。

*通訊作者：周文美(1964-)，女，教授，碩士，研究方向為生物化學及食品生物技術。