通过前处理去除多酚提升红高粱啤酒酒精产量的发酵优化研究

本研究针对高粱麦芽中多酚类物质抑制酶活性导致啤酒酒精含量低的问题，通过丙酮-水溶液(70:30, V/V)提取多酚的前处理工艺，结合12°C低温发酵条件，使褪色高粱的酒精产量达到7.53%(v/v)。该研究为高粱替代大麦酿造提供了关键技术支撑，对促进非洲地区酿酒产业发展具有重要意义。

　　

在非洲大陆的传统酿酒实践中，红高粱（Sorghum bicolor L. Moench）作为一种耐旱且不含麸质的谷物，长期以来被用作啤酒酿造的主要原料。然而，与传统大麦啤酒相比，高粱啤酒始终面临着一个技术瓶颈——酒精含量偏低。这一现象的背后，是高粱籽粒中高浓度的多酚类化合物和单宁，这些物质虽然赋予了谷物抗氧化特性，却严重抑制了淀粉水解酶的活性，导致发酵过程中可转化糖类不足。在刚果民主共和国等非洲地区，手工作坊通常采用室温发酵（约25°C）的简易工艺，进一步限制了酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）的代谢效率，使得最终产品的酒精度难以突破4%的阈值。

面对这一挑战，Arthur K. Amisi和Jean-Claude T. Bwanganga在《AMB Express》上发表的研究，提出了一项创新性的解决方案：通过在前处理阶段去除多酚物质，激活高粱麦芽的酶系统，并结合低温发酵策略，显著提升酒精产量。该研究不仅揭示了多酚含量与发酵效率之间的量化关系，还为高粱啤酒的工业化生产提供了科学依据。

在技术方法上，作者首先采用丙酮-水溶液(70:30, V/V)对产自刚果戈马市的红高粱进行多酚提取，制备褪色与非褪色两组样本。随后通过48小时浸泡、72小时发芽的标准化制麦工艺，获得酶活性明确的麦芽样品。糖化阶段采用三阶段升温程序（63°C、72.5°C、100°C），并使用葡萄糖将麦汁密度统一调整至15°P。发酵实验以Saccharomyces cerevisiae ANGEL BF-16为菌种，在12°C与25°C两种温度下进行96小时跟踪监测，通过啤酒比重计测量密度变化并换算酒精含量，最后利用Gompertz生长模型对发酵动力学进行非线性拟合。

酒精产量动力学分析

通过Gompertz模型拟合发现，酒精产量随时间呈现典型的生长曲线特征，其中E1T1处理组（褪色高粱，12°C发酵）表现最为突出。在发酵初期（0-48小时），该组酒精生成速率显著高于其他组别，至96小时达到7.53%±0.2%的峰值。相比之下，E2T2组（非褪色高粱，25°C发酵）仅产生3.10%±0.05%的酒精，且发酵曲线呈现明显的平台期提前现象。模型参数分析表明，低温条件（a₂参数）与褪色处理（a₃参数）之间存在协同效应，共同决定了酒精产量的最大值（a₁参数）。

发酵特性比较

对四组处理样本的发酵指标进行Tukey检验显示，E1T1组的表观衰减率高达50%，真实浸出物（RE）为8.9°P，均显著优于其他组别（p<0.05）。而E1T2（褪色高粱，25°C）与E2T1（非褪色高粱，12°C）虽酒精产量相近（4.01% vs 3.91%），但前者衰减率（26.6%）明显高于后者（25.9%），说明褪色处理对高温发酵的改善作用有限。值得注意的是，E2T2组在高温与非褪色双重不利条件下，真实浸出物高达12.5°P，反映出大量未转化糖类的积累。

讨论与结论

本研究通过严谨的实验设计证实，前处理阶段的多酚提取能够有效解除对α-淀粉酶（255 U/g）和β-淀粉酶（50 U/g）的抑制，使麦芽的糖化效率提升约60%。这一机制与Saccharomyces cerevisiae的最适生长温度（8-12°C）形成协同效应，在E1T1组实现了酒精产量的最大化。尽管传统比重计法的测量精度存在局限，但Gompertz模型的成功拟合为发酵动力学研究提供了可靠工具。

从产业视角看，该技术的意义远超酒精产量的提升。多酚含量的降低可能同步改善啤酒的感官特性——单宁引起的涩味减弱，挥发性酚类物质的重组可能产生更协调的香气轮廓。在全球化粮价波动背景下，这项研究为非洲地区建立以本地作物为基础的酿酒产业链提供了关键技术支撑。未来研究可结合气相色谱（GC）等精密分析手段，进一步探索多酚去除对风味物质谱的影响，同时开展消费者接受度评估，全面推动高粱啤酒的品质升级。

综上所述，Amisi和Bwanganga的研究不仅解决了高粱啤酒酒精含量低的技术难题，更通过多学科交叉的方法，为传统食品工艺的现代化改造提供了范本。这项发表于《AMB Express》的成果，正引领着非洲特色酿酒产业走向科学化、精准化的新发展阶段。