青稞干黃酒傳統發(fā)酵工藝研究

易曉成，萬 萍*，李雄波，田 浩

（1.四川工商職業(yè)技術學院 酒類與食品工程系，四川 都江堰 611830；2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川 自貢 643000；3.成都大學 藥學與生物工程學院，四川 成都 610106）

青稞屬大麥的變種，是我國西南高原地區(qū)較為普遍的糧食作物[1-2]。其營養(yǎng)豐富，約含碳水化合物70%、蛋白質10%～13.5%、脂肪1.8%～2.7%以及多種礦物質元素、維生素和氨基酸等[3-5]，是極好的釀酒原材料。

黃酒釀造在我國具有悠久的歷史。傳統黃酒以谷物為主要原料，利用酒藥、麥曲或米曲所含多種微生物的共同作用釀制而成的發(fā)酵原酒，獨特的曲法釀造賦予了黃酒獨特的曲香、顏色和風味[6]。目前青稞黃酒主要是采用液體發(fā)酵法所生產[7]，而以青稞為原料采用傳統發(fā)酵工藝生產黃酒鮮見報道。本研究以青稞為原料，利用麥曲和酒藥作為糖化發(fā)酵劑，探討酒藥用量、麥曲用量、發(fā)酵溫度、沖缸加水比和主發(fā)酵時間對青稞干黃酒發(fā)酵的影響，并采用響應面法優(yōu)化青稞干黃酒傳統發(fā)酵工藝，以期為青稞發(fā)酵酒新產品的開發(fā)提供科學依據，對傳承經典、弘揚民族文化起到積極的推動作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞、麥曲、黃酒酒藥：均為市售。

1.2 儀器與設備

PHS-3C型酸度計：四川新科儀器有限公司；LD型電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；BS110S型分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；DNP-9052型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海宏精實驗設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青稞干黃酒發(fā)酵工藝流程及操作要點[8-10]

操作要點：選擇優(yōu)質且飽滿的青稞，清洗，加水浸泡12～14 h，其間每3 h換水1次。浸泡后的青稞用手捏綿軟，掐開麥粒成濕潤狀。浸好后的青稞用清水充分淋洗瀝干，上蒸鍋蒸60 min，其間每隔20 min用熱水沖淋一次，蒸熟的青稞應熟而不糊，內無生心。將蒸熟的青稞放入預先殺菌的廣口瓶內，待飯冷卻至40℃左右時加入酒藥，攪拌均勻，搭窩，加蓋，置于恒溫培養(yǎng)箱進行發(fā)酵，來釀后添加麥曲和水進行沖缸，此后定時攪拌繼續(xù)發(fā)酵，待主發(fā)酵結束后，將其密封并置于室溫進行后發(fā)酵70～90d，過濾得到產品。

1.3.2 青稞干黃酒傳統發(fā)酵工藝優(yōu)化試驗設計

（1）單因素試驗設計

試驗選取酒藥用量（0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%）、麥曲用量（2%、4%、6%、8%、10%）、發(fā)酵溫度（28℃、29℃、30℃、31℃、32℃）、沖缸加水比（1.5mL/g、2.0mL/g、2.5mL/g、3.0mL/g、3.5mL/g）、主發(fā)酵時間（2d、4d、6 d、8 d、10 d、12 d）等因素分別進行試驗，以酒精度為主要評價指標，結合考慮青稞干黃酒中的總糖和總酸含量，探討各單因素對發(fā)酵的影響，并確定最適單因素條件。

（2）響應面法試驗設計

在單因素試驗的基礎上，根據Design-Expert8.0.6中心組合試驗設計原則，以酒藥用量（A）、麥曲用量（B）、主發(fā)酵溫度（C）為主要考察因素，以酒精度（Y）為響應值，設計了3因素3水平的響應面試驗組。因素與水平編碼見表1。

表1 青稞干黃酒發(fā)酵條件優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for fermentation conditions optimization of highland barley dryHuangjiu

1.3.3 測定方法

酒精度：密度瓶法[11]；總糖含量：亞鐵氰化鉀滴定法[12]；pH值：pH計法[12]；總酸含量：電位滴定法[12]；氨基酸態(tài)氮含量：甲醛法[12]；非糖固形物含量：干燥法[12]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 酒藥用量對青稞干黃酒發(fā)酵的影響

酒藥又稱小曲、酒餅、白藥等。酒藥是黃酒生產的糖化發(fā)酵劑，它含有的主要微生物是根霉、毛霉、酵母及少量的細菌和梨頭霉等，具有糖化發(fā)酵力強而用量少的優(yōu)點[13]。酒藥用量的多少直接影響到酒精的生成量。在麥曲用量6%、發(fā)酵溫度為30℃、沖缸加水比2 mL/g條件下發(fā)酵8 d時，測定發(fā)酵醪的酒精度、總糖及總酸含量，以確定最適宜的酒藥用量，結果見圖1。

圖1 酒藥用量對青稞干黃酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of Jiuyao addition on highland barley dryHuangjiu fermentation

由圖1可知，當酒藥用量從0.4%上升至0.6%時，酒精度出現升高的趨勢；酒藥用量從0.6%上升至0.8%時，酒精度出現降低的趨勢。酒藥用量過低造成發(fā)酵不完全、殘?zhí)歉撸痪扑幱昧窟^高酒藥中各類微生物生長對原料的消耗加大，造成酒精度偏低，且由于發(fā)酵速度過快生酸也快，影響了黃酒的品質。當酒藥用量為0.6%時，酒精度達到最大值9.4%vol，此時總糖含量為7.1 g/L和總酸含量為6.3 g/L，均滿足干黃酒的要求。所以確定最適酒藥用量為0.6%。

2.1.2 麥曲用量對青稞干黃酒發(fā)酵的影響

麥曲是指在破碎的小麥粒上培養(yǎng)繁殖糖化菌而制成的黃酒生產的糖化劑，能賦予黃酒獨特的風味[13]。麥曲用量直接影響糖化的效果進而影響酒精的生成量。在酒藥用量0.6%、發(fā)酵溫度30℃、沖缸加水比2 mL/g條件下發(fā)酵8 d時，測定發(fā)酵醪的酒精度、總糖及總酸的含量，以確定最適宜的麥曲用量，結果見圖2。

圖2 麥曲用量對青稞干黃酒發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of wheat starter addition on highland barley dryHuangjiufermentation

由圖2可知，當麥曲用量從2%上升至6%時，酒精度呈上升的趨勢；當麥曲用量從6%上升至10%時，酒精度呈現下降的趨勢。麥曲用量過低，糖化不足、酒精度偏低；麥曲用量過高，與酒藥用量不匹配，造成在規(guī)定的發(fā)酵時間內殘?zhí)歉叨l(fā)酵不足使得酒精度也偏低。當麥曲用量為6%時，酒精度達到最大值為9.4%vol，此時總糖含量為7.1g/L和總酸含量為6.3g/L，均滿足干黃酒的要求，所以確定最適麥曲用量為6%。

2.1.3 發(fā)酵溫度對青稞干黃酒發(fā)酵的影響

發(fā)酵溫度影響整個發(fā)酵體系中各類酶促反應的速度、產物的生成量及產品的品質[14]。在麥曲用量6%、酒藥用量0.6%、沖缸加水比2 mL/g條件下發(fā)酵8 d時，測定發(fā)酵醪的酒精度、總糖及總酸的含量，以確定最適宜的發(fā)酵溫度。結果見圖3。

圖3 發(fā)酵溫度對青稞干黃酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on highland barley dryHuangjiufermentation

由圖3可知，當發(fā)酵溫度從28℃上升至30℃時，酒精度呈現上升的趨勢；當發(fā)酵溫度從30℃上升至32℃時，酒精度呈現下降的趨勢。發(fā)酵溫度低時發(fā)酵不足，酒精度偏低；而發(fā)酵溫度過高，發(fā)酵速度快，生酸也快影響了酒精的生成和酒的品質。當發(fā)酵溫度為30℃時，酒精度達到最大值為9.4%vol，此時總糖含量為7.1 g/L和總酸含量為6.3 g/L，均滿足干黃酒的要求，所以確定最適發(fā)酵溫度為30℃。

2.1.4 沖缸加水比對青稞干黃酒發(fā)酵的影響

水是物料和酶的溶劑，其多少直接影響酒精度的高低和產品得率[15]。在酒藥用量0.6%、麥曲用量6%、發(fā)酵溫度30℃條件下發(fā)酵8 d時，測定發(fā)酵醪的酒精度、總糖及總酸的含量，以確定最適宜的沖缸加水比，結果見圖4。

圖4 沖缸加水比對青稞干黃酒發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of cylinder water addition ratio on highland barley dry Huangjiu fermentation

由圖4可知，沖缸加水比從1.5mL/g上升至2mL/g時，酒精度出現上升的趨勢；沖缸加水比從2mL/g上升至3.5mL/g時，酒精度出現下降的趨勢。沖缸加水比低，發(fā)酵醪濃度高，影響發(fā)酵體系中酶反應的進行，進而影響酒精的形成；沖缸加水比高，同樣影響發(fā)酵體系中酶反應的進行，且因為過度稀釋造成發(fā)酵醪中的酒精含量降低。當沖缸加水比為2 mL/g時，酒精度達到了最大值為9.4%vol，此時總糖含量為7.1 g/L和總酸含量為6.3 g/L，均滿足干黃酒的要求，所以確定最適沖缸加水比為2 mL/g。

2.1.5 發(fā)酵時間對青稞干黃酒發(fā)酵的影響

發(fā)酵時間的長短直接影響發(fā)酵的完全程度和生成酒精的量。在酒藥用量0.6%、麥曲用量6%、沖缸加水比2 mL/g，發(fā)酵溫度30 ℃的條件下，分別在發(fā)酵2 d、4 d、6 d、8 d、10 d、12 d時測定發(fā)酵醪的酒精度、總糖及總酸的含量，以確定最適宜的發(fā)酵時間，其結果見圖5。

圖5 發(fā)酵時間對青稞干黃酒發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of fermentation time on highland barley dryHuangjiu fermentation

由圖5可知，發(fā)酵時間從2 d增至8 d時，酒精度出現上升的趨勢；發(fā)酵時間從8 d增至12 d時，酒精度出現下降的趨勢。發(fā)酵時間短導致糖化和發(fā)酵均不完全，所生成的酒精量也低；而發(fā)酵時間過長，因酒精揮發(fā)而造成酒精度偏低，且酸度會隨著發(fā)酵時間的增加而升高，對酒的品質造成不利影響。當發(fā)酵時間為8 d時，酒精度達到了最大值為9.4%vol，此時總糖含量為7.1 g/L，總酸含量為6.3 g/L，均滿足干黃酒的要求，所以確定最佳發(fā)酵時間為8 d。

2.2 響應面法試驗結果

2.2.1 模型方程的建立與顯著性影響

根據單因素試驗結果，選取對試驗結果影響較大的酒藥用量（A）、麥曲用量（B）、發(fā)酵溫度（C）3個因素，以酒精度（Y）為響應值，按照Box-Behnken試驗設計原理，設計3因素3水平的17組試驗，其試驗結果見表2，回歸模型系數顯著性檢驗結果見表3。

表2 青稞干黃酒發(fā)酵條件優(yōu)化響應面試驗設計與結果Table 2 Results and analysis of response surface methodology for fermentation conditions optimization of highland barley dryHuangjiu

2.2.2 響應面試驗結果及分析

用Design-Expert8.0.6統計軟件對試驗數據進行回歸分析，得到試驗因素對酒精度影響的多元二次回歸方程如下：

回歸方程模型的P值為0.000 1（P＜0.01），表明該模型極顯著，失擬項不顯著（P=0.353 7＞0.05）說明方程對試驗的擬合度好，試驗誤差小，該模型可以真實地擬合和推測實際情況；模型的決定系數R2=0.986 2，表明實測值與預測值高度相關，變異系數（coefficientofvariation，CV）=1.49%，其數值較低，試驗穩(wěn)定性好，試驗結果可靠。由此可知，模型與試驗擬合程度良好，可用作最佳試驗條件的預測。

表3 回歸模型系數顯著性檢驗結果Table 3 Results of significant test for regression coefficient

由表3回歸模型系數顯著性檢驗結果可以看出，B、C、A2、B2、C2對酒精度的影響極顯著（P＜0.01），A對結果影響不顯著（P＞0.05），交互項BC對酒精度的影響顯著（P＜0.05），AB、AC對結果影響不顯著（P＞0.05），說明本試驗設計的因素選擇是成功的。

利用DesignExpert8.0.6對表3的數據進行二次多元回歸擬合，便可得到響應曲面圖及等高線圖，能直觀地反映出各因素及兩兩間相互交互作用對酒精度的影響，結果見圖6。

圖6 酒藥用量、麥曲用量和發(fā)酵溫度交互作用對酒精度影響的響應曲及等高線Fig.6 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between Jiuyao addition,wheat starter addition and fermentation temperature on the alcohol content

由圖6a可知，麥曲用量不變時，隨著酒藥用量的加大酒精度呈先增后降的變化趨勢；當酒藥用量不變時，隨著麥曲用量的不斷加大，酒精度呈先增后降的變化趨勢；等高線圖橢圓度較小，酒藥用量和麥曲用量之間交互作用對酒精度的影響不顯著；由圖6b可知，酒藥用量不變時，隨著發(fā)酵溫度升高酒精度呈先增后降的變化趨勢；當發(fā)酵溫度不變時，隨著酒藥用量的不斷加大，酒精度呈先增后降的變化趨勢；等高線圖橢圓度較小，酒藥用量和發(fā)酵溫度間之間交互作用對酒精度的影響不顯著；由圖6c可知，麥曲用量不變時，隨著發(fā)酵溫度升高酒精度呈先增后降的變化趨勢；當發(fā)酵溫度不變時，隨著麥曲用量的不斷加大，酒精度呈先增后降的變化趨勢；等高線圖橢圓度較大，麥曲用量和發(fā)酵溫度間之間交互作用對酒精度存在顯著影響。

2.2.3 最佳工藝條件的驗證

通過軟件計算得出青稞干黃酒傳統發(fā)酵理論最佳工藝條件為酒藥用量0.61%，麥曲用量6.61%，發(fā)酵溫度29.4℃，此條件下酒精度為9.48%vol，為方便實際操作，修改條件為酒藥用量0.6%，麥曲用量6.6%，發(fā)酵溫度29℃，此條件下進行3組平行試驗結果取其平均值，酒精度為9.56%vol，與預測值（9.48%vol）相差不大。

3 結論

采用響應面法對青稞干黃酒傳統發(fā)酵工藝進行優(yōu)化，得到的最佳發(fā)酵工藝條件為：酒藥用量0.6%、麥曲用量6.6%、發(fā)酵溫度29℃、沖缸加水比2 mL/g、發(fā)酵時間8 d。所得產品的主要理化指標為：酒精度為9.56%vol、總糖（以葡萄糖計）為6.0g/L、pH值為3.9、總酸（以乳酸計）為6.4 g/L、非糖固形物為35.2 g/L、氨基酸態(tài)氮為0.46 g/L，符合傳統型干黃酒的國標要求，并且得到的產品色香味俱佳，具有青稞干黃酒的獨特風味。

青稞中蛋白質含量比傳統黃酒釀造原料大米要高，因此易發(fā)生渾濁，導致青稞酒穩(wěn)定性差等問題。本研究采用清洗、浸泡換水等方法以除去青稞表層過多的不穩(wěn)定蛋白質和多酚，有利于青稞干黃酒非生物穩(wěn)定性的提高。