1. 引言
格瓦斯(Kvass)一种源自东欧的传统发酵饮料，尤其流行于俄罗斯、乌克兰、波兰和波罗的海国家等地区[1]。格瓦斯的味道类似于啤酒，但酒精含量较低，通常在1%左右。传统格瓦斯主要由黑麦面包、水和酵母制成，有时也会添加糖、水果或草药以增加风味。陈勇衡等[2]利用碎大米来发酵生产格瓦斯；艾静等[3]以大米、大麦芽和玉米为原料发酵生产谷物格瓦斯；田莹莹等[4]以大麦芽、焦香麦芽和黑麦芽为原料生产谷物格瓦斯；谭毅等[5]以甜玉米为原料生产玉米格瓦斯。除改变主要原料外，还有通过添加其他果蔬类增加格瓦斯风味的手段。如郭紫祎等[6]在以面包为主要原料的基础上，通过添加猕猴桃来研制猕猴桃格瓦斯，进一步增添格瓦斯风味；温慧等[7]以绿豆和大麦芽为原料研制绿豆格瓦斯；罗斌等[8]以胡萝卜、番茄为辅料，麦芽为主料发酵酿制格瓦斯；孙凡利等[9]以香蕉和面包干为原料酿制香蕉格瓦斯。但这些新型格瓦斯多停留在研究领域，未能实现商业化生产。
吊干杏，又称“树上干”杏，新疆伊犁地区多称其为“吊死干杏”，是新疆伊犁及阿克苏地区的主栽杏品种。吊干杏的杏果和杏仁含有丰富的糖、蛋白质、维生素，且杏仁含有茶酚、黄酮类及苦杏仁苷等营养物质，具有较高的经济价值[10]。同时，吊干杏含有人体必需的8种氨酸，其配比接近1973年修正联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)/世界卫生组织(World Health Organization, WHO)标准必需氨基酸模式，此外，甜杏仁中富含的微量元素硒高达27.6 μg/100g，对防癌抗癌有良好的医疗辅助作用，是优良的药食兼用植物蛋白源[11]。
目前国内对于格瓦斯的研究主要集中在3个方面：1) 探索格瓦斯发酵中的主要菌群，从而更好地进行工业化生产；2) 对格瓦斯发酵后产生的一些功能性物质以及挥发性物质进行测定；3) 开发新型的格瓦斯发酵饮料(包括新的原材料、新的发酵菌种及菌种比例等)，此方面也是国内对于格瓦斯发酵饮料的主要研究方向。表1是国内部分研究人员对于新型格瓦斯的研究。
国外对于格瓦斯的研究项目相对较少，已有研究项目多从微生物学、生物化学以及发酵工艺角度研究格瓦斯，为更好的工业化生产提供服务。
Table 1. Current research status of Kvass in China
表1. 国内对格瓦斯的研究
格瓦斯名称 |
原材料 |
发酵菌种 |
红枣番茄格瓦斯[12] |
红枣、番茄 |
酿酒酵母 |
蓝莓沙棘复合格瓦斯饮料[13] |
蓝莓、沙棘、脱脂玉米粉 |
安琪干酵母、保加利亚乳酸杆菌、嗜热链球菌 |
罗汉果格瓦斯[14] |
罗汉果、全麦面包 |
果酒酿酒酵母、乳酸菌 |
马铃薯格瓦斯[15] |
马铃薯(青薯9号马铃薯) |
啤酒酵母、乳酸菌 |
玛咖格瓦斯[16] |
玛咖(晒干的玛咖根)、麦芽 |
嗜酸乳杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种、
德式乳杆菌保加利亚亚种、啤酒酵母、
酿酒酵母、安琪高活性干酵母 |
柠檬格瓦斯[17] |
麦芽、全麦面包片、柠檬 |
保加利亚乳杆菌、酿酒酵母 |
葡萄干格瓦斯[18] |
葡萄干、蜂蜜、啤酒花 |
活性干酵母、乳酸菌 |
青金桔格瓦斯[19] |
大列巴面包、海南青金桔 |
乳酸菌、啤酒酵母菌 |
山楂格瓦斯[20] |
麦芽汁、山楂汁 |
啤酒活性干酵母、乳酸菌 |
小白杏干格瓦斯[21] |
小白杏干 |
乳酸菌、酵母菌 |
2. 材料与方法
2.1. 材料
材料：吊干杏(新疆乌鲁木齐美域香果商贸有限公司)、小麦(辉昂农业(山东)集团有限公司)、白砂糖(张家港市科力贸易有限公司)、Lager酿酒酵母(烟台帝伯仕酿酒设备有限公司)、α-淀粉酶(南宁庞博生物工程有限公司)、太玡迩坍姆干酵母(新疆探雅迩食品开发有限公司)、无水葡萄糖(山东德彦化工有限公司)、氢氧化钠(粒) (福晨(天津)化学试剂有限公司)。
2.2. 仪器与设备
YH-100酒精计(冀州市耀华器械仪表厂)、GR60DA高温高压蒸汽灭菌锅(致微仪器)、LE2002E/02电子天平(梅特勒–托利多仪器(上海)有限公司)、SN-HT-32%手持测糖仪(河北正旭电子科技有限公司)、HH-S8恒温水浴锅(金坛市正基仪器有限公司)、BKH-C型星火牌玻璃仪器气流烘干器(长城科工贸有限公司)、HHS6数显恒温水浴锅(江苏金怡仪器科技有限公司)。
2.3. 试验方法
2.3.1. 吊干杏麦芽格瓦斯研制的工艺流程
工艺流程如图1所示。
1) 麦芽处理：小麦经发芽处理后，使用清水清洗3~5次，并沥干水分，转移至烘干箱中60℃处理4 h，后95℃处理2 h。烘干后去除根须以及芽尖，转移至粉碎机中粉碎至无明显颗粒。
2) 吊干杏处理：吊干杏经清洗后用小刀去除杏核，切成1 cm左右小块。处理后的杏肉平铺于干净报纸上晾干。
3) 糖化：将麦芽粉及吊干杏颗粒按照相应比例配制后，按原材料干重0.5%添加α-淀粉酶，按糖化后溶液量的1 g/L添加酒花。然后按照料水比添加纯水并用玻璃棒搅拌均匀，先升温至44℃保温30 min，后升温至72℃保温60 min。
4) 发酵液灭菌；发酵液经分装后，放置在高温高压灭菌锅中121℃灭菌30 min。
5) 酵母活化：将活性干酵母按照料水比1:100 (g/ml)，加入5%葡萄糖溶液，置于35℃水浴锅中活化30 min。
Figure 1. Flowchart of the development process for apricot-dried malt kvass
图1. 吊干杏麦芽格瓦斯研制工艺流程图
2.3.2. 吊干杏麦芽格瓦斯的感官评定标准以及方法
感官评价主要围绕口感、色泽、风味以及组织状态对吊干杏麦芽格瓦斯进行感官评价(百分制)，感官评价标准见表2。10位品评人员对吊干杏麦芽格瓦斯进行感官评定，每评定一个样品以清水漱口，间隔10 min进行下一个样品的测定，最后汇聚评分数计算平均值。
Table 2. Sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
表2. 吊干杏麦芽格瓦斯感官评分表
吊干杏麦芽格瓦斯感官评分标准 |
评价项目 |
标准 |
评分标准 |
感官得分 |
口感 |
优 |
酸甜适中，无杀口感 |
25~30 |
良 |
酸甜不协调，有轻微杀口感 |
20~24 |
差 |
过酸或过甜，杀口感较重 |
<20 |
色泽 |
优 |
色泽均匀，无不良颜色 |
15~20 |
良 |
色泽不均匀，少量不良颜色 |
10~14 |
差 |
色泽过深或过浅，无 |
<10 |
风味 |
优 |
无异味，有麦芽香及吊干杏麦芽格瓦斯特有风味 |
25~30 |
良 |
无异味，有淡麦芽香气，但吊干杏麦芽格瓦斯风味不突出 |
20~24 |
差 |
有异味，无麦芽香及吊干杏麦芽格瓦斯风味 |
<20 |
组织状态 |
优 |
质地均匀，无悬浮物，少量沉淀 |
15~20 |
良 |
质地不均匀，少量悬浮物，少量沉淀 |
0~14 |
差 |
质地浑浊，大量沉淀 |
<10 |
2.3.3. 吊干杏麦芽格瓦斯工艺优化的单因素参数确定
设置单因素试验，探究料水比(1:4、1:5、1:6、1:7、1:8)、可溶性固形物(12˚Bx、14˚Bx、16˚Bx、18˚Bx、20˚Bx)、酵母接种量(1%、2%、3%、4%、5%)、吊干杏添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、发酵时间(20 h、23 h、26 h、29 h、32 h)、发酵温度(20℃、24℃、28℃、32℃、36℃)。以感官评分及理化指标的测定为评价指标，每组试验重复3次，考察各因素对吊干杏麦芽格瓦斯酿制的影响。
2.3.4. 响应面试验设计
在单因素试验基础上筛选出对吊干杏麦芽格瓦斯品质影响较大的发酵温度、吊干杏添加量、酵母接种量和初始可溶性固形物，设计4因素3水平正交实验(见表3)，探究发酵温度、吊干杏添加量、酵母接种量和初始可溶性固形物对吊干杏麦芽格瓦斯品质的影响，测定相关数据，确定最佳发酵组合。
Table 3. L9(34) factors and levels of orthogonal experiment
表3. L9(34)正交实验因素水平表
水平 |
因素 |
A发酵温度/℃ |
B吊干杏添加量/% |
C酵母接种量/% |
D初始可溶性固形物/˚Bx |
1 |
24 |
5 |
2 |
12 |
2 |
28 |
10 |
3 |
14 |
3 |
32 |
15 |
4 |
16 |
2.3.5. 指标测定
总酸含量和酒精度：参照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[22]，采用指示剂法和酒精计法进行。
可溶性固形物：参照GB/T 12143-2008《饮料通用分析方法》[23]。
2.4. 数据分析
利用GraphPad Prism 10工具进行数据整理和图像生成，运用SPSS工具实施方差分析，借助Design-Expert 13程序完成响应面分析工作。
3. 结果与分析
3.1. 吊干杏麦芽格瓦斯酿制条件优化单因素试验结果
3.1.1. 料水比对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
由图2(a)和图2(b)可知，随着发酵料水比增加，总酸含量随料水比的升高而降低，发酵后可溶性固形物无明显差异，酒精生成量差异显著。且随着发酵料水比增加，发酵后吊干杏麦芽格瓦斯酸味及麦芽香气逐渐减弱，色泽变淡。料水比为1:4时，麦芽味道浓郁，发酵不完全，有异味，且口感偏酸；料水比为1:8时，料水比过高则麦芽香味和吊干杏口感偏淡，发酵液色泽偏淡，吊干杏麦芽格瓦斯制品寡淡，缺乏层次感；当料水为1:6时，酸度适中，感官评分达到最大值，因此选用发酵料水比为1:6。
3.1.2. 可溶性固形物对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
可溶性固形物是影响吊干杏麦芽格瓦斯发酵效率、总酸、风味和成品质量的关键因素之一。由图3(a)和图3(b)知，总酸含量随初始可溶性固形物含量的增加而升高，在14˚Bx时达到最大值。当初始可溶性固形物含量 > 14˚Bx时，总酸含量随可溶性固形物增加而降低。这是因为高初始可溶性固形物增加了发酵液的渗透压，导致酵母菌生长受到抑制。同时初始可溶性固形物较高(≥18˚Bx)时，发酵后吊干杏麦芽格瓦斯残糖也较高，口感过甜，导致糖酸比失衡。因此初始可溶性固形物应选取14˚Bx。
Figure 2. Effect of material-to-water ratio on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图2. 料水比对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
Figure 3. Effect of soluble solids on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图3. 可溶性固形物对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
3.1.3. 酵母接种量对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
酵母接种量是影响吊干杏麦芽格瓦斯最终品质的主要因素之一，由图4(a)可知，随着酵母接种量的增加，成品格瓦斯耗糖量及产酒精量升高。当酵母接种量为1%~2%时，发酵缓慢，残糖含量高；当接种量大于3%时，酵母细胞增殖旺盛，营养物质消耗快，而产生的次级代谢产物又会抑制酵母菌的生长。由图4(a)和图4(b)可知，随着酵母接种量的增加，吊干杏麦芽格瓦斯的总酸和酒精度含量增加。当接种量为大于4%时，总酸和感官评分逐步下降，且有酵母异味，无吊干杏芳香。当酵母接种量为3%时，格瓦斯风味与杏香相协调，因此最适合的酵母接种量应选取3%。
3.1.4. 吊干杏添加量对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
吊干杏作为吊干杏麦芽格瓦斯的风味添加物，将影响吊干杏麦芽格瓦斯的最终品质。由图5(a)和图5(b)可知，随着吊干杏含量增加，有机酸释放，成品格瓦斯总酸含量增加。吊干杏添加量的增加为格瓦斯带来了更多的风味物质，但吊干杏添加量 ≥ 15%时，吊干杏麦芽格瓦斯涩感增加，过量添加时(≥20%)，出现苦味，其色泽变深。当吊干杏添加量为10%，吊干杏麦芽格瓦斯的口感最佳，故吊干杏添加量为10%时较为适宜。
Figure 4. Effect of yeast inoculation rate on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图4. 酵母接种量对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
Figure 5. Effect of dried apricot addition amount on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图5. 吊干杏添加量对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
3.1.5. 发酵时间对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
发酵时间是影响吊干杏麦芽格瓦斯风味、酒精度和酸度的关键因素。由图6(a)可知，随着发酵时间的延长，吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量逐渐增加。当发酵时间为20 h到26 h时，吊干杏气味寡淡，制品浓厚感差，带有水味。发酵32 h时，酵母耗糖多，乙酸生成量高，而高含量的酸与低糖浓度，导致糖酸比失衡，且影响感官评分。由图6(b)可知，随着发酵时间的增加，格瓦斯风味及乙醇含量逐渐增加，但在发酵32 h时，感官评分降低，可能是过度发酵导致风味失衡。综合分析，适合的发酵时间为29 h，此时感官评分最高，具有吊干杏麦芽格瓦斯独特的口味。
Figure 6. Effect of fermentation time on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图6. 发酵时间对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
3.1.6. 发酵温度对吊干杏麦芽格瓦斯发酵影响的确定
发酵温度会影响酵母菌的活性，从而进一步影响吊干杏麦芽格瓦斯的品质。由图7(a)和图7(b)可知，随着发酵温度升高，吊干杏麦芽格瓦斯总酸和乙醇含量逐渐增加，并且可溶性固形物含量减少。发酵温度为20℃~24℃时，发酵结束后可溶性固形物含量较多，由于发酵不完全，导致产品格瓦斯感官评分较低；发酵温度在32℃~36℃时，发酵20 h后，气泡减少，并提前终止发酵，麦芽香味掩盖了吊干杏风味，且随着乙醇含量的累积，吊干杏麦芽格瓦斯风味开始向啤酒偏离。在发酵温度为28℃时，具有吊干杏麦芽格瓦斯独特风味，感官评分最高。综上分析，吊干杏麦芽格瓦斯的最适发酵温度为28℃。
Figure 7. Effect of fermentation temperature on total acid content, soluble solids, alcohol content and sensory evaluation scores of dried apricot malt kvass
图7. 发酵温度对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量、可溶性固形物、酒精度和感官评分的影响
3.2. 吊干杏麦芽格瓦斯发酵正交实验
在单因素实验基础上以感官评分和总酸为考察指标，选择发酵温度、吊干杏添加量、酵母接种量和初始可溶性固形物4个影响因素进行正交实验优化设计，正交实验的结果见表4。
Table 4. Results and analysis of orthogonal test for fermentation condition optimization of dried apricot malt kvass
表4. 吊干杏麦芽格瓦斯发酵条件优化正交试验结果与分析
试验号 |
A：发酵温度
(℃) |
B：吊干杏添加量
(%) |
C：酵母接种量
(%) |
D：初始可溶性固形物
(˚Bx) |
感官评分
(分) |
总酸
(g/L) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
73 |
1.490 |
2 |
1 |
2 |
3 |
2 |
79 |
2.235 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3 |
87 |
2.312 |
4 |
2 |
1 |
3 |
3 |
92 |
2.440 |
5 |
2 |
2 |
2 |
1 |
74 |
1.875 |
6 |
2 |
3 |
1 |
2 |
84 |
2.286 |
7 |
3 |
1 |
2 |
2 |
88 |
2.029 |
8 |
3 |
2 |
1 |
3 |
76 |
2.261 |
9 |
3 |
3 |
3 |
1 |
81 |
2.569 |
感官评分 |
K1 |
239 |
253 |
233 |
228 |
|
|
K2 |
250 |
229 |
249 |
251 |
|
|
|
K3 |
245 |
252 |
252 |
255 |
|
|
k1 |
79.67 |
84.33 |
77.67 |
76.00 |
|
|
k2 |
83.33 |
76.33 |
83.00 |
83.67 |
|
|
k3 |
81.67 |
84.00 |
84.00 |
85.00 |
|
|
R |
3.66 |
8.00 |
6.33 |
9.00 |
|
|
因素主次 |
D > B > C > A |
|
最优方案 |
A2B1C3D3 |
|
总酸 |
K1 |
6.037 |
5.960 |
6.037 |
5.934 |
|
|
K2 |
6.602 |
6.371 |
6.216 |
6.550 |
|
|
K3 |
6.859 |
7.167 |
7.244 |
7.013 |
|
|
k1 |
2.012 |
1.987 |
2.012 |
1.978 |
|
|
k2 |
2.201 |
2.124 |
2.072 |
2.183 |
|
|
k3 |
2.286 |
2.389 |
2.415 |
2.338 |
|
|
R |
0.274 |
0.402 |
0.403 |
0.360 |
|
|
因素主次 |
C > B > D > A |
|
最优方案 |
A3B3C3D3 |
|
由表4可知，根据极差大小进行各因素的主次排序，从感官评分考虑为D > B > C > A，即初始可溶性固形物对感官评分的影响最大，发酵温度其次。最佳发酵参数是A2B1C3D3。从总酸考虑为C > B > D > A，即酵母接种量和吊干杏添加量对吊干杏麦芽格瓦斯总酸含量的影响最大，初始可溶性固形物其次，最佳发酵参数为A3B3C3D3。经综合考虑，确定吊干杏麦芽格瓦斯的最佳工艺参数为A2B1C3D3，即在料水比为1:6、发酵时间为29 h的条件下，最优发酵工艺为发酵温度28℃，吊干杏添加量5%，酵母接种量4%，初始可溶性固形物16˚Bx。在此优化条件下，总酸含量为2.440 g/L，感官评分为92分。
3.3. 产品质量指标
由表5可知，吊干杏麦芽格瓦斯的可溶性固形物、乙醇、pH和CO2含量符合QB/T 5431-2018《格瓦斯发酵饮料》的要求[24]。铅含量、砷含量、菌落总数，大肠杆菌和致病菌符合GB 7101-2022《食品安全国家标准饮料》的要求[25]。
Table 5. Product quality indicators
表5. 产品质量指标
检测项目 |
标准要求 |
检测结果 |
可溶性固形物/˚Bx |
≥3.0 |
9.35 |
乙醇/% |
≤0.5 |
0.46 |
pH |
2.5~4.0 |
3.74 |
CO2/% |
>200 |
240 |
铅/(mg/L) |
≤0.2 |
0 |
砷/(mg/L) |
≤0.01 |
0.004 |
菌落总数(CFU/ml) |
≤100 |
87 |
大肠杆菌(CFU/ml) |
≤10 |
5 |
致病菌(CFU/ml) |
不得检出 |
未检出 |
4. 结论
本研究以吊干杏、麦芽作为原材料，采用单因素实验初步分析发酵料水比、初始可溶性固形物、酵母接种量、发酵时间以及发酵温度对吊干杏麦芽格瓦斯发酵效果的影响。结果发现，在发酵料水比为1:6、初始可溶性固形物为14˚Bx、酵母接种量为3%、吊干杏添加量为10%的条件下，28℃下发酵29 h的吊干杏麦芽格瓦斯品质最佳。以单因素实验结果为依据，以总酸、酒精和感官评分为指标，选取发酵温度、吊干杏添加量、酵母接种量和初始可溶性固形物4个对吊干杏麦芽格瓦斯品质有影响的因素设计正交优化实验，结果发现，在发酵温度为28℃、吊干杏添加量为5%、酵母接种量为4%、初始可溶性固形物为16˚Bx时，制成的吊干杏麦芽格瓦斯颜色呈橙色、风味协调，口感清爽，此时吊干杏麦芽格瓦斯的感官评分可达92分，总酸含量达到2.44 g/L，是具有良好风味的新型格瓦斯饮料。
基金项目
本文受伊犁师范大学创新创业训练计划(S202210764033)、伊犁师范大学微生物资源保护与开发重点实验室科研项目(YLUKLM2022005)资助。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。