苦荞石斛叶复合发酵酒的工艺优化

夏 雨，吴姗姗，王涌善，吴俏槿，刘霭莎，黎 攀，张延杰，杜 冰

（1. 中山洪力健康食品产业研究院有限公司，广东 中山 528437；2. 华南农业大学食品学院，广东广州 510642；3. 咀香园健康食品（中山） 有限公司，广东 中山 528437）

0 引言

苦荞学名为鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn），属蓼科（Polygonaceae） 荞麦属（FagopyrumMill）[1]。苦荞能够提供普通粮食所缺少的黄酮、槲皮素等功能性成分[2]，是一种营养丰富的粮食作物。近年来，随着物质生活水平和健康意识的提高，人们越来越关注苦荞及其制品的研究开发，苦荞酒在降血脂、抗氧化等方面有很强的活性，营养价值高，值得深入研究和开发。传统苦荞酒的酿造方法多采用固态、半固态发酵工艺，生产周期长、原料利用率低。现代苦荞酒酿造工艺中，采用酶法液化和添加高活性干酵母，可以缩短发酵时间，提高原料的糖酒转化率及利用率，改善酒的口感和风味[3]。

铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo） 又叫黑节草，属于微子目，为我国传统名贵中药材，主要药用部位是新鲜或干燥的茎[4]。现代药理学研究表明，铁皮石斛具有降血压、抗肿瘤、降血糖等作用[5]。研究发现铁皮石斛叶主要含有多糖、黄酮、生物碱等活性成分，具有抗氧化、调节免疫力、抗炎等药理作用，与铁皮石斛茎的化学构成及药理作用相似[6]。并且，铁皮石斛叶对DPPH 自由基的清除能力优于茎[7]。铁皮石斛叶为加工铁皮石斛鲜条的副产品，常被收集起来晒干廉价销售。目前，国内外对铁皮石斛叶的开发利用较少，市场上几乎没有以铁皮石斛叶为主要原料的产品。

采用植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、产乳酸芽孢杆菌和酿酒酵母多种益生菌复合发酵苦荞石斛叶2 种原料，将2 种原料的营养保健功能结合起来，可以开发出风味独特、营养丰富的苦荞石斛叶发酵酒，丰富发酵酒市场。通过单因素试验和正交试验优化苦荞石斛叶发酵酒生产工艺条件，以期为苦荞深加工提供新的方向，并为铁皮石斛叶资源的利用提供思路，提高铁皮石斛产业的附加值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铁皮石斛叶，云南芒市红河群鑫石斛种植有限公司提供；云南昭通云荞1 号黑苦荞，购于当地市场；芽孢杆菌（Bacillus sp.） DU-106，筛选自传统发酵奶酪，保存于华南农业大学新资源食品与功能原料评价与研究中心，菌种质量浓度的1012CFU/g；酿酒酵母菌（Saccharomyces cerevisiae） 171，安琪酵母公司提供，菌种质量浓度108CFU/g；鼠李糖乳杆菌、产乳酸芽孢杆菌，实验室保留菌种，菌种质量浓度的1012CFU/g；菊粉，上海如吉生物科技发展有限公司提供；白砂糖，市售；邻苯二甲酸氢钾、氯化钠、酚酞溶液、氢氧化钠溶液，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

VD-650 型桌上式洁净式工作台，苏州净化设备有限公司产品；DHP600 型电热恒温培养箱，北京市永光明医疗仪器厂产品；BS110S 型精密电子天平，北京赛多利斯天平有限公司产品；PHS-3D 型pH计，上海精密科学仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 苦荞石斛叶发酵酒的操作要点和工艺流程及操作要点

（1） 原料预处理。选取叶片完整、无虫蛀、无枯萎的铁皮石斛叶，热烫处理10～20 s；选取籽粒饱满、无霉变的苦荞，研磨脱壳后淘洗加水煮熟。沥干水分后，将石斛叶和苦荞装入发酵罐中；铁皮石斛叶与苦荞按照4∶1 的比例加入发酵罐中。

（2） 菌种活化。将0.1 g 菌粉加入50 mL 已灭菌的生理盐水中，于30 ℃下活化30 min，得到菌种活化液。其中，菌粉是由植物乳杆菌∶鼠李糖菌∶乳酸菌DU-106∶酵母菌∶NaCl∶葡萄糖∶菊粉∶抗消化糊精按1∶1∶10∶110∶30∶300∶15∶45 配比的菌种及营养物质组成。

（3） 调配。加入一定比例的白砂糖至煮开冷却后的水中，搅拌使其溶解后装入发酵罐中。

（4） 发酵。向发酵罐中添加一定量的菌种活化液，放置恒温培养箱中进行发酵。

（5） 过滤。用0.45 μm 的滤膜过滤，得到成品。

1.3.2 苦荞铁皮石斛发酵酒工艺优化单因素试验

其他条件不变，分别考查发酵时间1～10 d；菌种接种量1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%；发酵温度26，28，30，32，34 ℃；白砂糖添加量14%，16%，18%，20%，22%时对苦荞石斛叶发酵酒的总酸、酒精度的影响。

1.3.3 苦荞石斛叶发酵酒工艺优化正交试验设计

在单因素试验的基础上，设计正交试验对苦荞石斛叶发酵酒的品质进行综合评价，确定最佳的发酵工艺。

苦荞石斛叶发酵酒发酵工艺优化正交试验因素与水平见表1。

表1 苦荞石斛叶发酵酒发酵工艺优化正交试验因素与水平

1.3.4 测定方法

酒精度[8]按GB 5009.225—2016《酒中乙醇浓度的测定》测定，总酸[9]按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定。

2 结果与分析

2.1 苦荞铁皮石斛叶发酵酒工艺优化单因素试验

2.1.1 发酵时间

发酵时间对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响见图1。

图1 发酵时间对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响

由图1 可知，当发酵到第8 天时，铁皮石斛叶发酵酒的总酸百分比达到峰值，第9 天时总酸百分比已经开始下降，而全过程中酒精度持续上升，但第8 天后上升趋势减缓。

发酵前8 d，酵母菌繁殖旺盛，发酵效率较快，苦荞石斛叶发酵酒酒精度增幅明显；随着发酵时间的延长，酒精度增加不大，可能是酵母老化，活性程度降低，产酒能力下降[10]。综合考虑酒精度和总酸含量2 个方面，确定铁皮石斛叶发酵酒最佳发酵时间为8 d。

2.1.2 菌种接种量

菌种接种量对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响见图2。

图2 菌种接种量对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响

由图2 可知，当接种量为2%时，苦荞石斛叶发酵酒的酒精度达到最高，之后呈下降趋势；而总酸含量持续上升，但在接种量超过2%之后，酒精度上升趋势下降。

在一定范围内，随着菌种量的增加，发酵产物也会增加。当菌种接种量为2%时，酒精度达到最高值，发酵较为充分。酵母需要消耗一定的糖分来维持自身的生长繁殖，接种量过高时，菌种繁殖过量反而会造成底物消耗加快，代谢产物积累过多，限制生长发酵，造成酒精转化程度降低[11]。因此，确定最佳的菌种接种量为2%。

2.1.3 发酵温度

发酵温度对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响见图3。

图3 发酵温度对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响

由图3 可知，在发酵温度30 ℃时，铁皮石斛叶发酵酒的酒精度达到峰值，而总酸含量一直持续上升。发酵温度对酵母的生长代谢和发酵速率有很大的影响。发酵温度过低导致酵母生长缓慢，发酵周期增长；发酵温度过高，酵母生长繁殖速度过快，代谢产物积累增多，影响发酵酒的风味。当发酵温度达到30 ℃时，酵母产酒能力达到最高值，继续升高温度，酒精度开始下降[12]。因此，确定最适宜发酵温度为30 ℃。

2.1.4 白砂糖添加量

白砂糖添加量对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响见图4。

图4 白砂糖添加量对苦荞石斛叶发酵酒的总酸和酒精度的影响

由图4 可知，在研究范围内，白砂糖添加量越高，对应的铁皮石斛叶发酵酒的总酸和酒精度就越高，当白砂糖添加量达到18%时，总酸百分比和酒精度增长相对减缓。糖度过低将导致酵母所需的营养物质不够而使最终的酒精度不足[13-14]，初始糖度为18%～22%时，酒精度升高和总酸百分比增加趋势变缓，糖度过大，会造成发酵液渗透压增加，抑制酵母的活性，发酵速率减慢[15]。因此，确定最适宜白砂糖添加量为18%。

2.2 苦荞石斛叶发酵酒正交试验

对发酵时间、菌种接种量、发酵温度、白砂糖添加量的正交试验结果如下：

苦荞石斛叶发酵酒正交试验结果见表2。

表2 苦荞石斛叶发酵酒正交试验结果

由表2 可知，各因素对铁皮石斛发酵酒酒精度的显著影响排序是A＞D＞C＞B，各因素对铁皮石斛发酵酒总酸含量的显著影响排序是A＞D＞C＞B，菌种接种量对发酵酒的影响不显著。结合成本考虑，菌种接种量选取1.5%，因此正交优化试验的的最佳组合为A3B1C3D2。

3 结论

综合酒精度和总酸百分比2 个指标和成本，对于发酵温度、白砂糖添加量、接种量和发酵时间的选择分析，得出最佳发酵条件为发酵时间9 d，接种量1.5%，发酵温度32 ℃，白砂糖添加量18%。在此工艺条件下得到的苦荞石斛叶发酵酒色泽均匀，酸度适宜，总酸为8.8%，酒精度为7.8%Vol。

采用苦荞石斛叶混合发酵酿制保健酒[16]，充分利用了苦荞和铁皮石斛叶的营养价值和保健作用， 对今后保健酒的制备有一定的实践指导意义。