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    發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒工藝研究

    2017-02-16 07:08:27周文美
    中國釀造 2017年1期
    關(guān)鍵詞:發(fā)酵罐苦蕎酒精度

    姜 瑩,周文美*

    (貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院貴州省發(fā)酵工程與制藥工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽,550025)

    發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒工藝研究

    姜 瑩,周文美*

    (貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院貴州省發(fā)酵工程與制藥工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽,550025)

    該研究以甜蕎與苦蕎為原料,應(yīng)用5 L液態(tài)發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵制作蕎麥酒。通過單因素和正交試驗(yàn)對蕎麥酒的釀造工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,從而確定發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明:最佳發(fā)酵工藝條件為酵母菌添加量0.6%、發(fā)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(fā)酵罐;蕎麥酒;發(fā)酵工藝

    蕎麥?zhǔn)w麥屬于蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrum),為雙子葉植物[1]。目前在國內(nèi)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(tǒng)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(fā)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(jìn)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(chǎn)品及化妝品等。甜蕎和苦蕎在形態(tài)學(xué)特征上有較為明顯的區(qū)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(yǎng)價值。蛋白質(zhì)、脂肪、功能活性物質(zhì)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(qiáng)的生物活性,具有降低血糖、血脂,血壓、抗疲勞、抗衰老、抗炎鎮(zhèn)痛、抑制腫瘤細(xì)胞等作用。

    目前,蕎麥酒的釀制方法[15-17]主要是傳統(tǒng)釀酒工藝主要是固態(tài),半固態(tài)發(fā)酵工藝及液化法,前兩種方法工藝生產(chǎn)周期長,人工勞動強(qiáng)度大,原料利用率低,不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。液化法生產(chǎn)蕎麥酒,加入了酶制劑,使原料利用率提高、工藝簡單、機(jī)械化程度高。然而,實(shí)驗(yàn)室中得到的數(shù)據(jù)和規(guī)律,當(dāng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)放大時并不能再現(xiàn)。因此,發(fā)酵罐生產(chǎn)是從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)必不可少的中間環(huán)節(jié)[18]。通過利用發(fā)酵罐來生產(chǎn)蕎麥酒,以期進(jìn)一步提高產(chǎn)品口感、質(zhì)量等指標(biāo),為蕎麥酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

    本研究以甜蕎麥和苦蕎麥作為原料,利用5 L發(fā)酵罐對甜蕎粉與苦蕎粉進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵,確定蕎麥酒發(fā)酵的最佳條件,同時,通過調(diào)節(jié)發(fā)酵罐發(fā)酵條件,將蕎麥中醇溶性和水溶性的營養(yǎng)因子更多的保留在酒中[19],使得蕎麥中的營養(yǎng)因子得到充分利用[20],賦予其更高的營養(yǎng)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(fā)酵有限責(zé)任公司;黃酒專用酵母:安琪酵母股份有限公司;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(分析純):貴州迪達(dá)生物有限責(zé)任公司;乙酸鉀(分析純)天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;氯化鋁:天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;甲醇、無水乙醇、石油醚(沸點(diǎn)范圍60~90℃):天津市富宇精細(xì)化工有限公司;鹽酸:重慶川東區(qū)化工(集團(tuán))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(xué)試劑有限公司;亞甲基藍(lán):生物染色劑,天津市東麗區(qū)華明鎮(zhèn)北干堡工業(yè)區(qū);一水合檸檬酸:江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司。

    1.2 儀器與設(shè)備

    LK-1000A中藥粉碎機(jī):四川江陽粉碎設(shè)備有限公司;HH-6數(shù)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(jī):上海浦東物理光學(xué)儀器廠;YXQ-LS-75SⅡ立式自動電熱壓力蒸汽滅菌鍋:上海申安醫(yī)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(fā)酵罐:德國貝朗國際生物工程公司;UTP-313電子天平:上?;ǔ彪娖饔邢薰荆籉A2004N分析天平:上海箐海儀器有限公司;101-1A電熱鼓風(fēng)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(xué)儀器有限公司。

    1.3 實(shí)驗(yàn)方法

    1.3.1 蕎麥酒制作工藝流程及操作要點(diǎn)

    操作要點(diǎn):

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

    原料比例調(diào)配:甜蕎苦蕎按照一定的比例進(jìn)行混合;

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

    調(diào)節(jié)pH:利用pH計將溶液pH調(diào)節(jié)為4;

    糖化:將液化好溶液降溫至60℃,調(diào)節(jié)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(fā)酵:將滅菌后的樣液加入121℃滅菌后的發(fā)酵罐內(nèi),并加入活化后的酵母菌,調(diào)節(jié)發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速在100 r/min,在30℃條件下進(jìn)行發(fā)酵。

    酒液分離:將發(fā)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(jìn)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(chǎn)品放置室溫下進(jìn)行降溫,溫度達(dá)到室溫后即成品。

    1.3.2 原料配比的確定

    設(shè)7個試驗(yàn)組,甜蕎與苦蕎質(zhì)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(shè)三個平行試驗(yàn)。按照1.3.1操作,在30℃下恒溫發(fā)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(yàn)設(shè)計

    表1 原料比例設(shè)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(jìn)行液化、糖化后,在30℃條件下發(fā)酵考察酵母添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)、發(fā)酵8 d,測定酒精度及總黃酮含量。

    (2)發(fā)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(jìn)行液化、糖化后,在30℃條件下發(fā)酵考察發(fā)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(jìn)行液化、糖化后,在30℃條件下發(fā)酵考察料水比(1:3、1:4、1:5、1:6、1:7(g:mL)),發(fā)酵8 d,測定酒精度及總黃酮含量。

    1.3.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計

    在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以蕎麥酒的酒精度、總黃酮含量為評價指標(biāo),采用正交試驗(yàn)對酵母添加量(A)、發(fā)酵時間(B)、料液比(C)進(jìn)行優(yōu)化,最終確定蕎麥酒的最佳發(fā)酵條件。正交試驗(yàn)設(shè)計因素與水平見表2。

    1.3.6 分析測定方法

    表2 蕎麥酒發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(jié)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(fā)酵液中的糖分含量,直接影響著發(fā)酵結(jié)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(jìn)行發(fā)酵。

    表3 原料中淀粉及水分測定結(jié)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(xiàn)先上升后略有下降的趨勢,甜蕎與苦蕎質(zhì)量比為1∶2時總黃酮含量達(dá)到最高。試驗(yàn)結(jié)果表明,甜蕎的可發(fā)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(dǎo)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(xiàn)先上升后稍有下降的趨勢。綜合結(jié)果,選擇黃酮含量最高、酒精度相對較高的的6號試驗(yàn)組即甜蕎與苦蕎質(zhì)量比為1:2進(jìn)行試驗(yàn)。

    2.3 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

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

    圖2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of rutin

    由圖2得到蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為:y=27.301x+ 0.000 2,相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9。由此可見吸光度值與蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

    2.4 單因素試驗(yàn)結(jié)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(jié)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(fā)酵液的酒精度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,酵母含量較低時,發(fā)酵液發(fā)酵不完全,還原糖沒有得到充分利用,導(dǎo)致酒精度偏低,但當(dāng)酵母含量過高時,酵母本身繁殖消耗大量還原糖導(dǎo)致酒精度下降。隨著酵母添加量的增加,發(fā)酵液中的黃酮含量也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,并且在酵母添加量為0.6%時呈現(xiàn)峰值。綜合考慮選擇酵母添加量為0.5%~0.7%進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

    2.3.2 發(fā)酵時間對酒精度、總黃酮含量的影響

    考察不同發(fā)酵時間對蕎麥酒的酒精度和總黃酮含量的影響,結(jié)果見圖4。

    圖4 發(fā)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(fā)酵時間的增加,發(fā)酵液中酒精度逐漸升高,當(dāng)發(fā)酵到第7天時發(fā)酵液中的酒精度趨于平緩,第8天發(fā)酵液中的酒精度達(dá)到最大值9.0%vol。繼續(xù)發(fā)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(fā)酵時間的延長,發(fā)酵液中黃酮含量迅速增加,后又開始下降。這是因?yàn)辄S酮屬于醇溶性物質(zhì),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(fā)酵時間為7~9 d進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

    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(jié)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(fā)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(dāng)料水比為1∶3(g∶mL)時發(fā)酵液過于黏稠,導(dǎo)致發(fā)酵不充分,但當(dāng)料水比>1∶6(g∶mL)時,水分含量過高,導(dǎo)致酒精含量下降。隨著料液比的增加,發(fā)酵液中黃酮含量同樣呈現(xiàn)先小幅增加后大幅度下降的趨勢,且當(dāng)料液比為1∶4(g∶mL)時發(fā)酵液中黃酮含量達(dá)到最高為76.66 μg/mL;當(dāng)料液比>1∶6(g∶mL)時,發(fā)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(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

    2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

    在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對酵母添加量、發(fā)酵時間、料水比3個因素進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化,正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表4,方差分析結(jié)果見表5、表6。

    由表4結(jié)果可知,以酒精度為評價指標(biāo),對酒精度結(jié)果影響的因素順序?yàn)椋毫纤龋窘湍柑砑恿浚景l(fā)酵時間,最佳工藝參數(shù)組合為A2B2C2;以總黃酮含量為評價指標(biāo),對總黃酮含量影響的順序?yàn)椋喊l(fā)酵時間>料水比>酵母添加量。根據(jù)極差R的大小可知,最佳工藝參數(shù)組合為A2B1C1。由表5、表6方差分析可知,以酒精度為評價指標(biāo)時,發(fā)酵時間及料水比都達(dá)到極顯著水平(P<0.01),發(fā)酵時間達(dá)到顯著水平(P<0.05),以總黃酮含量為評價指標(biāo)時,發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、料水比均達(dá)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(biāo)來看,發(fā)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(fā)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(shù)組合為A2B1C2,即酵母添加量為0.6%,發(fā)酵時間7 d,料水比1∶4(g∶mL)。在此最佳發(fā)酵條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),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(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)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(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)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(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal experiments results using total flavonoids content as evaluation index

    3 結(jié)論

    本研究以甜蕎和苦蕎作為原料,選用黃酒專用酵母為發(fā)酵菌種,通過5 L液態(tài)發(fā)酵罐發(fā)酵蕎麥酒。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)對蕎麥酒的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為酵母添加量0.6%、發(fā)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。

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    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(guān)項(xiàng)目(黔科合農(nóng)G字【2015】4003號)

    姜瑩(1990-),女,碩士研究生,研究方向?yàn)槭称焚Y源利用。

    *通訊作者:周文美(1964-),女,教授,碩士,研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)及食品生物技術(shù)。

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