发酵学第7章发酵工艺的控制2讲解.ppt
邢雪娟++张伟++任超++刘丽霞++王治荣++吴红
[摘 要]采用正交实验研究了发酵工艺参数对苦荞酿茶中黄酮浸出量的影响。需控制适宜的发酵温度、通气比和搅拌速率参数，以改善比耗氧速率，提高黄酮的浸出量；在最优的浸出条件下，获得的苦荞酿茶中黄酮浸出量是传统烘焙法的2.6倍。
[关键词]苦荞酿茶 黄酮浸出量 发酵
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0292-01
黄酮类化合物是一类在自然界广泛分布的多酚类物质。它是一种很强的抗氧化剂，具有清除自由基、抗氧化、抗突变、抗肿瘤、抗病毒和调节免疫等功能。而苦荞麦中含有丰富的黄酮类化合物，其含量一般在0.9%—1.2%之间，其分子量小，能被人体迅速吸收达到消除疲劳、防动脉硬化、扩张毛细血管、活化大脑及其他脏器细胞的效果。
苦荞通常通过自然法浸泡为人们所饮用，但其存在有效成分利用低、易上火等问题。而发酵工程能有效解决这些问题，其产品不仅抗氧化能力强，且易于吸收，但目前缺乏采用发酵方式来提高苦荞酿茶中黄酮利用率的文献报道。本文对通过发酵工艺形成的苦荞酿茶，研究不同发酵工艺参数对苦荞酿茶中黄酮浸出量的影响，以期提高苦荞酿茶中黄酮的利用率，为生产和同行提供参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1原料与试剂
干酵母，市售大凉山苦荞麦种子，三氯化铝，乙酸钾，芦丁，市售苦荞烘焙茶。
仪器与设备：风吹式去石机，不锈钢电蒸锅，紫外可见分光光度计，恒温水浴振荡器，台式高速离心机，锤式旋风磨，搅拌通风发酵罐。
1.2 实验方法
先将一定量的苦荞在风吹式去石机上进行除杂和擦洗，加入液固比为3：1的蒸馏水浸泡12h，然后捞出过滤后置于蒸锅中，经蒸熟化后摊开晾冷待用。
通过对影响黄酮浸出量的发酵温度、酵母用量、通气比、发酵时间和搅拌速率参数开展L16（45）正交试验，正交试验因素及水平分别为：发酵温度（25℃、30℃、35℃、40 ℃）、酵母用量（0.2%、0.5%、0.8%、1.1%）、通气比（0vvm、0.5 vvm、0.8 vvm、1.2 vvm）、发酵时间（5d、10d、15d、20d）和搅拌速率（50 r/min、100 r/min、150 r/min、200 r/min）。然后对试验获得的样品在85℃条件下烘干，测定其中的黄酮浸出量。最后通过最优条件进行15d的稳定试验，并与市售的苦荞烘焙茶中的黄酮浸出量进行对比。
黄酮浸出量的测定参照行业标准NY/T1295-2007《荞麦及其制品中总黄酮含量的测定》，本文通过检测样品浸泡液中黄酮的含量，计算样品中黄酮的浸出量。
2 结果与讨论
2.1 正交实验设计及结果（见表1）
由表1可见，发酵过程影响黄酮浸出量的主要因素由大到小为：发酵温度、酵母用量、通气比、发酵时间和搅拌速率，其中发酵温度影响表现最为显著，最优的浸出条件为：发酵温度35℃、酵母用量0.8%、发酵时间15d、通气比为0.5 vvm、搅拌速率100 r/min。
由于发酵过程苦荞中的大分子物质如淀粉、蛋白质、脂肪、糖类等物质与微生物发生一系列的酶促氧化反应，且苦荞茶发酵为有氧发酵，菌种的摄氧量将直接决定发酵的效果，其可由式1进行表示。其中，r为摄氧量，mmol·L-1·h-1；Q为比耗氧速率，mmol·g-1·h-1；X为菌种质量浓度，g·L-1。
（1）
由式1可见，比耗氧速率一定的条件下，体系的摄氧量与菌种浓度呈正相关性，但当菌种的数量超过比耗氧最大值时，比耗氧速率的传递成为限制环节，故表1中最佳的酵母用量为0.8%。
而比耗氧速率主要受菌龄、代谢产物和菌种生长条件的影响，由于发酵为逐批次的生产过程，菌龄主要保证除去生长旺盛时期的氧供给，便能保证体系的氧供给，防止发生厌氧发酵产物为乙醇等产物，其会进一步氧化使得体系pH增大，从而破坏黄酮的浸出。同时，菌种活性受pH、温度等外界影响因素较大，苦荞发酵体系pH主要受代谢产物的影响，其又与温度、比耗氧量的影响相关，由表1可见，最佳适合酵母生长的温度为35℃。
为达到最佳的比含氧量速率的最佳状况，需改善体系氧的传质作用，增大体系氧的来源，其可由式2的体积传氧速率进行表示[11]。其中Nα为体积传氧速率，kmol·m-3·h-1；KLα为以（C*-CL）为推动力的体积溶氧系数，10-3·h-1；C*为体系中氧的饱和浓度，kmol·L-1；CL为发酵液主流中的氧浓度，kmol·L-1。
（2）
由式2可见，影响氧传质的主要因素为溶氧系数和氧浓度差，其中C*受温度和氧分压的影响，考虑代谢产物需求等条件，其不易改变；降低CL则是通过降低通气量或降低搅拌方式实现，而增加KLα则是通过增大氧与界面接触面积和延长接触时间方式实现，最常见为调节搅拌速率和通气比至最优范围，表1中的最优搅拌速率和通气比分别为100 r/min和0.5 vvm。
2.2 稳定及对比试验
控制发酵温度为35℃、酵母用量为0.8%、发酵时间为15d、通气比为0.5vvm和搅拌速率为100r/min条件下开展稳定性实验，其所获产品的黄酮浸出量与通过焙烧法所获得的结果，见表2。
由表2可见，通过发酵方式获得苦荞酿茶中黄铜含量约是传统烘焙法的2.6倍，其原因主要为通过一系列酶促氧化和微生物活动可使苦荞中的大分子物质，如淀粉、蛋白质、脂肪和糖等，在微生物作用下分解成简单物质，如有机酸类、氨基酸类、醇类、核酸类、生物活性物质等，这一系列变化，破坏了苦荞原有的组织结构，建立了离子交换通道，利用浸泡过程黄酮交换溶出，而烘焙法获得苦荞结构相对完整，离子通道不畅通，成为浸出的主要限制环节。
3 结论
（1）影响黄酮浸出的主要因素由大到小为： 发酵温度、酵母用量、通气比、发酵时间和搅拌速率，其中发酵温度影响表现最为显著，最优的浸出条件为：发酵温度35℃、酵母用量0.8%、发酵时间15d、通气比为0.5 vvm、搅拌速率100 r/min。
（2）当酵母用量达0.8%后，需控制适宜的发酵温度、通气比和搅拌速率参数，以改善比耗氧速率，提高黄酮的浸出量。
（3）在最优的浸出条件下，获得的苦荞酿茶中黄酮浸出量是传统苦荞烘焙茶获得的2.6倍。
参考文献
[1]林建原，季丽红.响应面优化银杏叶中黄酮的提取工艺[J].中国食品学报，2013，2：83-90.
[2]延玺，刘会青，邹永青，等.黄酮类化合物生理活性及合成研究进展[J].有机化学，2008，28（9）：1534-1544.
作者简介：
姓名：邢雪娟 （1979—），女，本科，高级工程师 ，主要业绩：食品安全监测，研究领域：食品安全、食品工艺改进。
