馬韶華(包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014035)
添加小麥芽對(duì)啤酒發(fā)酵中化學(xué)物質(zhì)變化的影響
馬韶華
(包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014035)
目的:通過(guò)配制不同配比的混合麥芽發(fā)酵啤酒,運(yùn)用化學(xué)方法分析啤酒發(fā)酵過(guò)程中主要化學(xué)物質(zhì)變化的影響來(lái)探討混合麥芽用于啤酒發(fā)酵對(duì)啤酒品質(zhì)的影響。方法:采用剛果紅法、高效液相色譜法、氣相色譜法等常用化學(xué)方法測(cè)定啤酒中β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、有機(jī)酸和揮發(fā)性物質(zhì)的含量。結(jié)果:隨小麥芽添加量增加啤酒中粘度升高;揮發(fā)性物質(zhì)中醇類(lèi)先升高后降低,酚類(lèi)物質(zhì)、多種有機(jī)酸的含量提高;感官評(píng)價(jià)評(píng)分在小麥添加量為50%達(dá)到最大值。結(jié)論:添加小麥芽可改變啤酒中化學(xué)成分的組成,顯著提高啤酒的品質(zhì)。
混合麥芽,啤酒發(fā)酵,化學(xué)分析方法,物質(zhì)含量
傳統(tǒng)麥芽啤酒是指主要以大麥為生產(chǎn)原料一類(lèi)啤酒,酒精含量較高,色澤較重,口感美味[1],深受歡迎。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提升,我國(guó)人均消費(fèi)啤酒量已經(jīng)達(dá)到世界平均水平[2],而且有持續(xù)增加的趨勢(shì),因此對(duì)大麥的需求量將不斷增加。但是當(dāng)前我國(guó)啤酒大麥的千粒重、發(fā)芽率低,粒度不均,蛋白質(zhì)、葡聚糖含量高,浸出率低,難以滿足優(yōu)質(zhì)啤酒生產(chǎn)的原料標(biāo)準(zhǔn)[3],因此為維持大麥啤酒的生產(chǎn)只能依賴(lài)越來(lái)越高的進(jìn)口量。單純依賴(lài)進(jìn)口嚴(yán)重威脅著我國(guó)的大麥生產(chǎn)和啤酒的釀造規(guī)模[4]。近年來(lái),隨著對(duì)啤酒釀造原理的掌握和對(duì)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化,近代啤酒業(yè)逐漸出現(xiàn)了小麥啤酒等,小麥啤酒的釀造主要原料為小麥,相較于大麥啤酒,小麥啤酒色澤較淺,口感更加清爽,原料也更加容易獲得[5],但是小麥啤酒釀造無(wú)法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)大麥啤酒,如何應(yīng)對(duì)大麥原料缺口和國(guó)內(nèi)外啤酒業(yè)壓力,是目前的技術(shù)難題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)小麥啤酒的研究較少,世界各國(guó)對(duì)小麥啤酒的定義也不盡相同,尚無(wú)形成獨(dú)立的小麥啤酒評(píng)價(jià)體系。本研究在此基礎(chǔ)上分析不同配比小麥芽添加到大麥芽中,通過(guò)混合麥芽品質(zhì)和啤酒品質(zhì)的有機(jī)酸和揮發(fā)性物質(zhì)含量等化學(xué)物質(zhì)的變化來(lái)探究不同配比混合麥芽對(duì)啤酒品質(zhì)的影響。
1.1 材料與儀器
小麥品種魯麥21和大麥品種寶黛 進(jìn)行混合麥芽不同配比實(shí)驗(yàn);啤酒花、啤酒酵母 由山東青島啤酒有限公司提供;草酸、酒石酸、丙酮酸、蘋(píng)果酸、a-酮戊二酸、乳酸、富馬酸、琥珀酸、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、甘露糖、半乳糖 Sigma公司,色譜純;乙酸 天津市四通化工廠,分析純;檸檬酸 天津市大茂化學(xué)試劑廠,分析純。
表1 兩種麥芽的指標(biāo)Table1 Index of wheat and barley
EBC.LF標(biāo)準(zhǔn)麥芽粉碎機(jī) 北京德之杰公司;BGT.8A糖化儀 杭州博日科技有限公司;落球式粘度計(jì) HAAKE Thermo Electron GmbH.CO.;EBC比色計(jì) 德國(guó)HELLIGE公司;KDY.08C自動(dòng)凱氏定氮儀、KDY.12消化爐 上海瑞正儀器設(shè)備有限公司;QL.901漩渦混合器 江蘇海門(mén)市麒麟醫(yī)用儀器廠;TGL-16G-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;UV.2100分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司;FE20數(shù)字式酸度計(jì) 梅特勒一托利多儀器(上海)有限公司;RE.52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;LRH.250生化培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;GC.2010氣相色譜儀 島津公司;Clarus 500 GC PerkinElmer Inc.LC.;20 1 0AT高效液相 色譜儀島津公司;LDZX.30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 制備不同配比混合麥芽 16℃下浸麥48~60 h 達(dá)45%浸麥度→16℃、95%~100%濕度下發(fā)芽5~6 d→通過(guò)凋萎、干燥、焙焦控制麥芽水分小于50%→除根機(jī)除根且用風(fēng)選除塵,降溫至20℃時(shí)得成品麥芽密封包裝→將大麥、小麥芽按照1∶0、2∶1、1∶1、1∶1.2、0∶1比例配比得混合麥芽。
1.2.2 制備麥汁方法 按照加水倍數(shù)為1∶3,洗槽加水倍數(shù)為1∶3.5,洗槽溫度為75℃對(duì)混合麥芽進(jìn)行糖化。按照1 mg/mL的比例加入啤酒花調(diào)節(jié)麥汁pH為5.8,煮沸,調(diào)整濃度為10%。
1.2.3 啤酒發(fā)酵方法 按1.5%的比例添加啤酒酵母泥,充分混勻,發(fā)酵溫度控制在25℃,間隔10 h測(cè)定發(fā)酵液中糖的含量,直至糖濃度低于5%時(shí),封蓋密封發(fā)酵10 d,冷藏保存(0~4℃)。
1.2.4 麥芽品質(zhì)分析 參照QB/T 1686-2008《啤酒麥芽》測(cè)定麥芽各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo),如:水分、糖化時(shí)間、糖化力、總氮、庫(kù)值、色度、濁度、粘度;參照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》測(cè)定麥汁各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo),如總氮、色度、濁度、粘度、α-氨基氮、pH、總酸。
1.2.5 啤酒品質(zhì)分析 參照QB/T 1686-2008《啤酒麥芽》測(cè)定啤酒中總氮和α-AN含量。參照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》測(cè)定啤酒濁度、色度、酒精度、原麥汁濃度、發(fā)酵度、總酸及感觀分析。20℃條件下使用落球式粘度計(jì)測(cè)定麥汁粘度。參照《啤酒工業(yè)分析手冊(cè)》測(cè)定總糖和還原糖的含量。
1.2.6 啤酒中相關(guān)成分測(cè)定 啤酒中β-葡聚糖的含量采用剛果紅法測(cè)定[6];啤酒中總酚的含量參考Nakamura[7]和何桂芬[8]的方法測(cè)定;啤酒中4-VG的含量采用高效液相色譜法測(cè)定;啤酒中的揮發(fā)性物質(zhì)采用氣相色譜法測(cè)定;以草酸(144-62-7)、酒石酸(51-42-3)、丙酮酸(127-17-3)、蘋(píng)果酸(97-67-6)、α-酮戊二酸(328-50-7)、乳酸(50-21-5)、乙酸(64-19-7)、檸檬酸(5949-29-1)、富馬酸(110-17-8)和琥珀酸(110-15-60)為標(biāo)準(zhǔn)品用高效液相色譜法測(cè)定啤酒中有機(jī)酸的含量。阿拉伯木聚糖(AX)含量的測(cè)定參考Englyst[9]和Loosveld[10]的方法;以鼠李糖(6155-35-7)、阿拉伯糖(147-81-9)、木糖(58-86-6)、甘露糖(69-65-8)、半乳糖(381716-33-2)、葡萄糖(50-99-7)為標(biāo)準(zhǔn)品,用氣相色譜法測(cè)定AX的含量。
1.3 數(shù)據(jù)分析方法
采用DPS-7.05及SPSS 13.0分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性與相關(guān)性分析。所有數(shù)據(jù)均為3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值。
2.1 混合麥芽品質(zhì)及麥汁品質(zhì)
2.1.1 麥芽品質(zhì) 發(fā)酵混合麥芽啤酒所用麥芽品質(zhì)如表2所示。所選寶黛大麥所得大麥芽的各項(xiàng)指標(biāo)如水分、總氮、庫(kù)值、濁度等均符合標(biāo)準(zhǔn),為優(yōu)級(jí)淡色麥芽。相比較,魯麥21所產(chǎn)小麥芽的各項(xiàng)指標(biāo)如庫(kù)值、α-氨基氮含量較低,其他指標(biāo)均較高,如總氮、色度、濁度等,僅符合二級(jí)麥芽的標(biāo)準(zhǔn),這可能與小麥的結(jié)構(gòu)有關(guān),小麥沒(méi)有外殼,吸水能力強(qiáng),但是持水能力弱,導(dǎo)致在麥芽的制備過(guò)程中蛋白質(zhì)溶解性能,大麥遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于小麥,故小麥麥芽庫(kù)值降低,α-氨基氮含量較低,而相對(duì)的大麥芽庫(kù)值較高,α-氨基氮含量較高。
表2 啤酒發(fā)酵用麥芽品質(zhì)Table2 Characteristics of malts for brewing
2.1.2 麥汁品質(zhì) 對(duì)所得不同配比的混合麥芽所產(chǎn)生的混合麥汁進(jìn)行分析,結(jié)果如表3所示。不同配比發(fā)酵麥汁的各項(xiàng)指標(biāo)除總酸、pH外均存在顯著差異(p<0.05)。由100%小麥芽麥汁總氮、pH、粘度等指標(biāo)與大麥芽和混合麥芽相比可得出和表2相同結(jié)果,且由于小麥芽總氮含量高、α-氨基氮含量低導(dǎo)致越高的小麥芽添加量得到越高總氮、越低α-氨基氮的混合麥芽汁。小麥汁的添加對(duì)混合麥汁的粘度(p<0.01)、總氮(p<0.01)、α-氨基氮(p<0.01)影響最為顯著。
2.2 啤酒發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量、總糖及粘度的變化
2.2.1 粘度的變化 對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)指標(biāo)粘度的變化進(jìn)行分析,結(jié)果如圖1所示。100%大麥芽的定型麥汁粘度1.55 mPa·s顯著低于100%小麥芽的定型麥汁粘度1.82 mPa·s(p<0.05),且小麥芽添加量越多,麥汁、發(fā)酵液與啤酒的粘度都越高。分析啤酒發(fā)酵的各個(gè)階段:主發(fā)酵階段:定型麥汁及發(fā)酵液的粘度無(wú)顯著差異;后發(fā)酵階段:定型麥汁及發(fā)酵液的粘度無(wú)顯著差異。這說(shuō)明啤酒的發(fā)酵過(guò)程對(duì)發(fā)酵液的粘度沒(méi)有顯著影響。低溫貯存階段:啤酒粘度顯著降低(p<0.05),100%小麥芽啤酒粘度(1.41 mPa·s)與100%大麥芽啤酒粘度(1.24 mPa·s)仍存在顯著差異(p<0.05),這與酵母的沉降有關(guān)。
表3 不同配比麥芽制備定型麥汁品質(zhì)Table3 Characteristics of finish wort with different malt ratios
圖1 發(fā)酵過(guò)程中粘度的變化Fig.1 Changes of viscosity during fermentation process
2.2.2 總糖含量的變化 對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)指標(biāo)總糖含量的變化進(jìn)行分析,如圖2所示。不同濃度的定型麥汁中總糖含量存在顯著性差異(p<0.05)。麥汁中總糖含量初始濃度為69.80~78.20 g/L,啤酒發(fā)酵各個(gè)階段分析如下:主發(fā)酵階段:總糖含量顯著降低;啤酒后發(fā)酵階段:總糖含量繼續(xù)降低且差異顯著(p<0.05);低溫貯存階段:總糖含量差異顯著(p<0.05)。最終啤酒總糖含量為8.32~9.21 g/L。
2.2.3 還原糖含量的變化 對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)指標(biāo)還原糖含量的變化進(jìn)行分析,如圖3所示。不同濃度的定型麥汁中還原糖含量存在顯著性差異(p<0.05)。還原糖含量初始濃度為61.11~66.86 g/L,啤酒發(fā)酵各個(gè)階段分析如下:主發(fā)酵階段:還原糖含量顯著降低;啤酒后發(fā)酵階段:還原糖含量繼續(xù)降低且差異顯著(p<0.05);低溫貯存階段:還原糖含量差異不顯著。最終啤酒還原糖含量為5.37~5.94 g/L。
圖2 發(fā)酵過(guò)程總糖含量的變化Fig.2 Changes of total sugar content during fermentation process
圖3 發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的變化Fig.3 Changes of reducing sugar content during fermentation process
2.3 啤酒品質(zhì)的分析
2.3.1 啤酒品質(zhì)指標(biāo) 對(duì)發(fā)酵不同配比混合麥芽啤酒進(jìn)行品質(zhì)分析,結(jié)果如表4所示。隨著小麥芽量的添加,啤酒的品質(zhì)指標(biāo)如α-氨基氮、pH降低,而總氮、色度、粘度等增加,這與小麥芽的品質(zhì)有關(guān)。且相較大麥芽,小麥芽中4-乙基愈創(chuàng)木酚的量差異顯著,但是不同配比小麥無(wú)顯著差異。這是因?yàn)樾←溨兴苄园⒗呛窟h(yuǎn)高于大麥芽,水溶性阿拉伯糖的側(cè)鏈基團(tuán)的阿魏酸可以從酯鍵解離并轉(zhuǎn)化為4-乙基愈創(chuàng)木酚。國(guó)外一些研究中也發(fā)現(xiàn)了添加小麥芽可以提高啤酒泡沫穩(wěn)定性,Bryce[11]研究小組就得出這樣的結(jié)論,但是這對(duì)低濃度啤酒影響不顯著。Depractere[12]研究小組發(fā)現(xiàn)小麥芽較高的水溶性阿拉伯糖和葡聚糖導(dǎo)致啤酒粘度增加。
2.3.2 啤酒中揮發(fā)性物質(zhì)含量 對(duì)啤酒中揮發(fā)性物質(zhì)的含量進(jìn)行分析,結(jié)果如表5所示。啤酒中的正丙醇、異丁醇、異戊醇含量隨著混合麥芽中小麥芽添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化,當(dāng)配比為2∶1時(shí),含量達(dá)到最大。這些醇類(lèi)物質(zhì)大部分受到酵母蛋白質(zhì)合成作用影響,由酮酸經(jīng)過(guò)氨基酸脫氨和轉(zhuǎn)氨形成。從表中看出,大麥和小麥添加比為1∶1.2時(shí)酯類(lèi)物質(zhì)含量最高,且顯著高于100%大麥組。這些酯類(lèi)物質(zhì)大部分來(lái)源是酵母的生物合成和酸與醇的酯化作用,增加小麥芽添加量酯類(lèi)物質(zhì)增加。揮發(fā)性香來(lái)自揮發(fā)性酯由酶類(lèi)對(duì)高級(jí)醇催化產(chǎn)生,能夠給啤酒帶來(lái)果香味。這個(gè)結(jié)論和王妮婭[13]結(jié)果一致,在探究發(fā)酵度、α-AN及小麥芽用量對(duì)8°P啤酒釀造的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)小麥芽的添加小于10%對(duì)啤酒中的酯類(lèi)物質(zhì)沒(méi)有顯著影響,添加量較大時(shí)有利于酯類(lèi)物質(zhì)的形成。
2.3.3 啤酒中有機(jī)酸含量 對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)酸的變化分析,結(jié)果如表6所示。有機(jī)酸在啤酒的風(fēng)味中起著很重要的作用,對(duì)啤酒的老化和非生物穩(wěn)定性有一定影響。有機(jī)酸在啤酒的釀造過(guò)程中主要來(lái)自原料,另外一部分來(lái)自酵母代謝,包括草酸、酒石酸等。而小麥芽的添加可以增加多種有機(jī)酸的含量,比如乳酸、富馬酸等,同時(shí)能降低蘋(píng)果酸、檸檬酸、琥珀酸的含量,但乙酸和丙酮酸的含量受小麥芽添加量的影響不明顯。王妮婭[13]研究發(fā)現(xiàn)啤酒中乳酸與緩沖容量呈負(fù)相關(guān),富馬酸和琥珀酸與緩沖容量呈現(xiàn)正相關(guān)性。而且啤酒的緩沖性有何老化速度和穩(wěn)定性相關(guān),與本結(jié)果相似。
2.3.4 啤酒感官評(píng)價(jià)分析 參照GB 4927-2008《啤酒》對(duì)啤酒的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行分析,結(jié)果如表7所示。隨著小麥芽配比的增加,啤酒的感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)先升高后降低。單獨(dú)使用大麥芽或者小麥芽釀制的啤酒評(píng)分較低,因?yàn)樗南銡庀鄬?duì)單一。小麥的配比為50%時(shí),啤酒感官評(píng)分最高,此時(shí)啤酒中酯類(lèi)物質(zhì)含量接近最大值(見(jiàn)表5),小麥芽能使啤酒中酚香更濃郁,啤酒口感更加綿軟柔和,能提高啤酒品質(zhì)。
表4 啤酒品質(zhì)指標(biāo)Table4 Characteristics of beer quality
表5 啤酒中揮發(fā)性物質(zhì)含量Table5 Volatile compounds content of beer
3.1 添加小麥芽主要影響定型麥汁總氮、粘度和α-AN含量,可顯著增加啤酒中4-VG和草酸、酒石酸、α-酮戊二酸等有機(jī)酸含量,如100%小麥芽的定型麥汁總氮含量127.8 mg/100 mL高于100%大麥芽的定型麥汁總氮含量105.5 mg/100mL;100%小麥芽的定型麥汁α-AN含量180 mg/L低于100%大麥芽的定型麥汁粘度246 mg/L。
表6 啤酒中有機(jī)酸含量Table6 Organic acid content of beer
表7 不同配比麥芽發(fā)酵啤酒感官評(píng)價(jià)Table7 Sensory evaluation of beer with different malt ratios
3.2 隨著小麥芽添加量增加,啤酒中DMS、α-AN、濁度、總酸、多酚含量降低,如100%小麥芽啤酒α-AN含量70 mg/L低于100%大麥芽啤酒粘度125 mg/L,100%小麥芽啤酒濁度1.2EBS低于100%大麥芽啤酒濁度27.4EBS;總氮、色度、粘度、β-葡聚糖和酯類(lèi)物質(zhì)含量增加,如100%小麥芽啤酒總氮含量96.3 mg/100mL高于100%大麥芽啤酒總氮含量72.5 mg/100mL,100%小麥芽啤酒β-葡聚糖194.6 mg/L高于100%大麥芽啤酒β-葡聚糖60 mg/L。
3.3 啤酒的粘度變化主要發(fā)生在低溫貯藏階段。
3.4 當(dāng)小麥芽添加量為50%時(shí),啤酒感官評(píng)價(jià)最好。
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The influence on the chemical materials content in brewing beer of adding wheat
MA Shao-hua
(Baotou Light Industry Vocational Technical College,Inner Mongolia,Baotou 014035,China)
Objective:To discuss the influence of beer qualities brewed with malts mixed by wheat and barley in different ratios by measuring the changes of chemical materials in brewing process.Methods:The common chemical methods,such as Congo red method,high efficiency liquid chromatography and gas chromatography were used to measure the content of β-glucans,araboxylan,organic acid and volatile matter in beer.Results: Adding the wheat malt mainly lead that the viscosity,esters contents and most of organic acid were increased.The alcohol was a liner relation with wheat malt added ratios.When the wheat malt ratio was 50%,wheat beer had the best sensory evaluation.Conclusions:The quality of beer was enhanced obviously measured by the changes of chemical content when wheat mixed in barley malt.
mixed malts;brewing beer;chemical analysis method;material content
TS261.4
A
1002-0306(2016)02-0204-05
10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.033
2015-06-10
馬韶華(1979-),女,大學(xué)本科,講師,主要從事食品檢測(cè)方面的研究,E-mail:18865489890@163.com。