鮮姜暖啤酒釀造工藝的研究

楊永學(xué)，孫曉璐，劉艷芳，王明躍，丁寅寅

（阜陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生化工程系，安徽 阜陽(yáng) 236031）

近年來，精釀啤酒如雨后春筍得到了較快地發(fā)展，隨著人民生活水平的提高，消費(fèi)者在追求高端化、多元化、個(gè)性化的同時(shí)，保健養(yǎng)生的意識(shí)也在不斷加強(qiáng)，保健啤酒的研發(fā)也是大勢(shì)所趨［1-2］.但啤酒性涼，不適合在冬季飲用，是制約啤酒行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此研發(fā)一款適合冬季飲用的保健暖啤，這一訴求也應(yīng)運(yùn)而生［3-5］.在精釀啤酒的工藝基礎(chǔ)上，在不同生產(chǎn)階段添加一些能起到調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能的食藥同源輔料或功能因子［6］，如鮮姜、紅棗、菊花、蜂蜜、丁香、枸杞、活性多糖、膳食纖維、微量元素和維生素等［7-9］，從而調(diào)節(jié)人體機(jī)能，起到預(yù)防疾病和促進(jìn)健康的作用.生姜中含糖類8.5%、蛋白質(zhì)1.4%、脂肪0.7%，此外還含有姜醇、姜烯、姜辣素等活性物質(zhì)［10］以及淀粉、纖維素、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［11］，具有較高的保健和藥用價(jià)值，有祛寒暖胃、止嘔止瀉、殺菌解毒、降血脂、抗氧化、抑制腫瘤等功能［12-14］.紅棗因富含維生素、鐵、鈣、磷等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有養(yǎng)胃健脾、益血壯神的功效［15］，與鮮姜配伍能緩和鮮姜的辛辣性.枸杞具有滋補(bǔ)肝腎、益精明目等功效［8］，能增加暖啤的功能性成分.

將食藥同源材料鮮姜、紅棗、枸杞配伍在一起，作為啤酒輔料而釀造出的暖啤，能起到祛寒暖胃、溫腎助陽(yáng)、散寒止吐、健身防病的功效.鮮姜暖啤的研發(fā)，不僅使啤酒風(fēng)味得到了改善，而且還賦予了啤酒一定的功能特性.本試驗(yàn)研發(fā)的鮮姜暖啤，以期給啤酒行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來些許啟發(fā)，同時(shí)也為保健暖啤產(chǎn)品的開發(fā)提供相關(guān)的技術(shù)參考依據(jù).

1 原料、儀器設(shè)備和試驗(yàn)方法

1.1 原料及試劑

鮮姜、紅棗、枸杞均為市售，大麥芽（中糧“臻麥”艾爾麥芽、結(jié)晶麥芽Ⅲ），美國(guó)卡斯卡特啤酒花，捷克薩茲酒花，澳洲馬利Draught酵母，碘液、鄰苯二胺、消泡劑（國(guó)藥集團(tuán)，分析純）等.

1.2 儀器設(shè)備

山東尚德啤酒釀造設(shè)備，BrewZilla家釀一體機(jī)，麥芽粉碎機(jī)，生化培養(yǎng)箱，糖度計(jì)，電子分析天平，雙乙酰蒸餾裝置等.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 鮮姜暖啤的釀造工藝流程及操作要點(diǎn)

1.鮮姜暖啤的釀造工藝流程

2.鮮姜暖啤的操作要點(diǎn)

麥芽粉碎：采用“回潮粉碎”法將艾爾麥芽和結(jié)晶麥芽Ⅲ按質(zhì)量比25∶1進(jìn)行粉碎，確保麥皮破而不碎，胚乳粉碎成粗細(xì)粉的比例為1∶2.5，從而達(dá)到粉碎的目的.按料水比1∶4.5投入糖化鍋中［16］.

麥芽糖化：麥芽溶解性好，故采用二段式升溫浸出糖化工藝法，首先在62 ℃的水中保溫60 min，然后邊攪拌邊升溫至72 ℃后保持30 min，期間取麥汁進(jìn)行碘檢直至合格（必要時(shí)可延長(zhǎng)時(shí)間），最后在攪拌下升溫至78 ℃保持10 min，糖化完成.

麥醪過濾：將糖化后的醪液泵入過濾槽，并開啟耕刀攪拌1 min后靜置約15 min，以促使過濾層有效形成，調(diào)整閥門開度確保過濾的穩(wěn)定性，在回流的麥汁出現(xiàn)澄清狀態(tài)時(shí)開始過濾，得到清亮的麥汁，隨后將麥汁泵入到煮沸鍋中.

麥汁煮沸：在麥汁煮沸過程中，在不同時(shí)間點(diǎn)分別投加啤酒花、鮮姜、紅棗和枸杞輔料.啤酒花的投加分3次進(jìn)行，第1次在麥汁煮沸初期10 min時(shí)投加0.1 g·L-1卡斯卡特啤酒花，再經(jīng)30 min后第2次投加0.2 g·L-1卡斯卡特啤酒花，在煮沸結(jié)束前10 min第3次投加0.1 g·L-1捷克薩茲酒花.紅棗和枸杞的添加量為2.5%，放于無紡布袋中于煮沸初期加入.鮮姜經(jīng)切片后按2.5%的添加量放于無紡布袋中，根據(jù)試驗(yàn)要求于煮沸結(jié)束前不同的時(shí)間點(diǎn)加入.整個(gè)煮沸過程中，控制煮沸強(qiáng)度為10%（每小時(shí)蒸發(fā)水分的量）左右，控制煮沸時(shí)間為70 min.

回旋沉淀：將煮沸結(jié)束后的麥汁泵入回旋沉淀槽中，經(jīng)泵回流3 min后靜置15 min，可快速開關(guān)排污閥數(shù)次［16］.

冷卻：將回旋沉淀后的麥汁泵入薄板換熱器設(shè)備，調(diào)整管路閥門控制麥汁冷卻后的溫度為18 ℃.

發(fā)酵：將酵母用麥汁活化30 min，按試驗(yàn)要求量接種到冷卻后的麥汁中進(jìn)行發(fā)酵，控制發(fā)酵溫度進(jìn)行前發(fā)酵，通過麥汁殘?zhí)堑臏y(cè)量和計(jì)算，在發(fā)酵度為70%時(shí)封罐進(jìn)行后發(fā)酵，保持恒溫恒壓發(fā)酵5 d，壓力控制在0.14 MPa，至雙乙酰含量合格，然后緩慢降溫，控溫在0~1 ℃冷貯8~10 d后啤酒成熟.

1.3.2 鮮姜暖啤釀造工藝條件單因素試驗(yàn)

在鮮姜暖啤釀造過程中，分別考察鮮姜煮沸時(shí)間（8、12、16、20、24 min）、酵母接種量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 g·L-1）、發(fā)酵溫度（15、17、19、21、23 ℃）對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響.

1.3.3 鮮姜暖啤釀造工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，選取鮮姜煮沸時(shí)間、酵母接種量、發(fā)酵溫度3個(gè)因素為自變量，因素與水平表現(xiàn)見表1，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，共進(jìn)行17個(gè)響應(yīng)曲面分析試驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)分析得到鮮姜暖啤最佳釀造工藝條件.

表1 鮮姜暖啤釀造工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表

1.4 理化指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.1 理化指標(biāo)的檢測(cè)

鮮姜暖啤理化檢驗(yàn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4927—2008測(cè)定，酒精度測(cè)定按照GB 5009.225—2016進(jìn)行，總酸測(cè)定以GB 12456—2021為依據(jù)，雙乙酰理化指標(biāo)檢測(cè)以GB/T 4928—2008為標(biāo)準(zhǔn)，甲醛含量測(cè)定以GB/T 5009.49—2008為依據(jù)，沙門氏菌和金黃色葡萄球菌含量檢測(cè)以GB/T 4789.25—2003為依據(jù).

1.4.2 感官品評(píng)

由2位國(guó)家級(jí)品酒師、2位資深啤酒從業(yè)者和6位學(xué)生組成感官品評(píng)小組，參照啤酒標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4927—2008，分別從鮮姜暖啤的外觀、泡沫、香氣、口味4個(gè)方面進(jìn)行感官品評(píng)打分，在去掉最高分和最低分后取平均值為感官評(píng)分［17］.感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn)見表2.

表2 鮮姜暖啤的感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對(duì)暖啤的影響

2.1.1 鮮姜煮沸時(shí)間對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

由圖1可以看出，隨著鮮姜煮沸時(shí)間的增加，鮮姜暖啤感官評(píng)分先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)鮮姜煮沸時(shí)間為16 min時(shí)，鮮姜暖啤的感官評(píng)分最高，此時(shí)酒體呈現(xiàn)棕褐色，姜香淡雅，口感協(xié)調(diào).當(dāng)煮沸時(shí)間繼續(xù)增加時(shí)，姜香味太濃且口感較辛辣，對(duì)感官評(píng)分產(chǎn)生了有較大的影響［18］，故選擇最佳的鮮姜煮沸時(shí)間為16 min.

圖1 鮮姜煮沸時(shí)間對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

2.1.2 酵母接種量對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

由圖2可以看出，隨著酵母接種量的增加，鮮姜暖啤感官評(píng)分雖然呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，但趨勢(shì)較平緩，整體感官評(píng)分接近，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)所選擇的酵母接種量均在較佳的范圍內(nèi)且幅度差值變化小.當(dāng)酵母接種量為0.8 g·L-1時(shí)，其感官評(píng)分最高.故選擇最佳的酵母接種量為0.8 g·L-1.

圖2 酵母接種量對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，鮮姜暖啤感官評(píng)分先增加后降低的趨勢(shì).當(dāng)發(fā)酵溫度為19 ℃時(shí)，鮮姜暖啤的感官評(píng)分最高.當(dāng)發(fā)酵溫度較低時(shí)，酵母發(fā)酵速度較為緩慢，導(dǎo)致酒體的香味淡薄；當(dāng)發(fā)酵溫度較高時(shí)，酵母發(fā)酵過快，產(chǎn)生的高級(jí)醇等副產(chǎn)物對(duì)啤酒口感產(chǎn)生了負(fù)面的影響［19-20］.故選擇最佳的發(fā)酵溫度為19 ℃.

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響

2.2 鮮姜暖啤釀造工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面法試驗(yàn)分析

響應(yīng)曲面法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，運(yùn)用Design expert 10.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，設(shè)鮮姜煮沸時(shí)間、酵母接種量和發(fā)酵溫度分別為A、B、C，以鮮姜暖啤感官評(píng)分為響應(yīng)值（Y）進(jìn)行多元回歸擬合后的方差分析結(jié)果見表4，得到的回歸模型方程如下：

表3 響應(yīng)曲面優(yōu)化鮮姜暖啤感官評(píng)分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

從表4的結(jié)果可知該回歸模型P＜0.000 1（極顯著），其失擬項(xiàng)P=0.199 1＞0.05（不顯著），說明模型擬合程度良好，可以對(duì)回歸方程相應(yīng)回歸值進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)模型回歸系數(shù)R2為0.987 1，調(diào)節(jié)后的R2Adj為0.970 5（大于0.900 0），即97.05%的數(shù)據(jù)可用該模型解釋，說明回歸模型可靠性較高.通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，在試驗(yàn)所選取因素的范圍水平內(nèi)，一次項(xiàng)鮮姜煮沸時(shí)間對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分具有極顯著影響（P＜0.01），發(fā)酵溫度對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分影響顯著（P＜0.05），酵母接種量對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分影響不顯著（P＞0.05），分析各因素的主效應(yīng)關(guān)系為：A＞C＞B，即鮮姜煮沸時(shí)間＞發(fā)酵溫度＞酵母接種量.二次項(xiàng)交互作用AB對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分具有極顯著的影響（P＜0.01），AC對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響顯著（P＜0.05），BC對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的影響不顯著（P＞0.05），且二次項(xiàng)交互作用對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分影響大小程度為AB＞AC＞BC.

表4 方差分析結(jié)果

從圖4可以看出，在試驗(yàn)所選取因素的范圍內(nèi)，鮮姜暖啤感官評(píng)分隨鮮姜煮沸時(shí)間A呈先緩慢增加后迅速降低的趨勢(shì)，隨酵母接種量B的增加呈先快速增加后緩慢降低的趨勢(shì)，AB交互曲面圖的坡度陡峭，其等高線為橢圓，說明AB兩因素相互間的交互作用極顯著.從圖5可以看出，鮮姜暖啤感官評(píng)分隨發(fā)酵溫度C的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，AC交互曲面圖的坡度較為陡峭，其等高線近似橢圓，說明AC兩因素間的交互作用較顯著.從圖6可以看出，鮮姜暖啤感官評(píng)分隨酵母接種量B和發(fā)酵溫度C的呈先增加后降低的趨勢(shì)，但BC交互曲面圖的坡度較平緩，其等高線呈圓形，說明BC兩因素相互間的交互作用不顯著.這與表4方差分析結(jié)果相符.

圖4 鮮姜煮沸時(shí)間、酵母接種量對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的響應(yīng)面和等高線圖

圖5 鮮姜煮沸時(shí)間、發(fā)酵溫度對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的響應(yīng)面和等高線圖

圖6 酵母接種量、發(fā)酵溫度對(duì)鮮姜暖啤感官評(píng)分的響應(yīng)面和等高線圖

根據(jù)回歸方程模型，得到鮮姜暖啤釀造工藝最優(yōu)條件為：鮮姜煮沸時(shí)間為 14.77 min、酵母接種量為 0.79 g·L-1、發(fā)酵溫度為18.87 ℃.考慮試驗(yàn)的實(shí)際情況，將工藝條件參數(shù)調(diào)整為鮮姜煮沸時(shí)間為 15 min、酵母接種量為 0.8 g·L-1、發(fā)酵溫度為19 ℃，在此最優(yōu)條件下經(jīng)3次平行試驗(yàn)得到平均感官評(píng)分為92分，與感官評(píng)分預(yù)測(cè)值91.38分相差不大，證實(shí)了預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值之間的良好相關(guān)性.

2.3 鮮姜暖啤品質(zhì)分析

將最優(yōu)工藝條件下釀造的鮮姜暖啤進(jìn)行品質(zhì)分析檢測(cè)，成品的酒體呈紅褐色或棕褐色；泡沫豐富細(xì)膩、泡持性長(zhǎng)；姜香淡雅，同時(shí)具有酒花香和麥芽香；口感獨(dú)特，酒體協(xié)調(diào)，醇厚柔和，殺口感強(qiáng)，其感官、理化和衛(wèi)生指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T 4927—2008中特種啤酒的要求，見表5，表中“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求”為濃色啤酒一級(jí)的規(guī)定.

表5 鮮姜暖啤指標(biāo)分析檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

本試驗(yàn)在精釀啤酒的釀造工藝基礎(chǔ)上，添加輔料鮮姜、紅棗、枸杞，并研究了鮮姜煮沸時(shí)間、酵母接種量和發(fā)酵溫度3個(gè)單因素試驗(yàn)對(duì)于暖啤的感官評(píng)分的影響，運(yùn)用響應(yīng)面分析方法和Design expert分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得出鮮姜暖啤的最優(yōu)釀造工藝參數(shù)為鮮姜煮沸時(shí)間為15 min，酵母接種量為0.8 g·L-1，發(fā)酵溫度為19 ℃.此工藝條件下釀造出的鮮姜暖啤感官評(píng)分可達(dá)92分，可見響應(yīng)面分析法優(yōu)化的鮮姜暖啤釀造工藝條件在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義.