洋槐蜜保健黑啤酒的釀造工藝研究

劉連成

(江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院健康學(xué)院，江蘇淮安223003)

洋槐蜜保健黑啤酒的釀造工藝研究

劉連成

(江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院健康學(xué)院，江蘇淮安223003)

在黑啤酒釀制工藝基礎(chǔ)上增加部分洋槐蜜改變麥汁成分，通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化洋槐蜜保健黑啤酒的發(fā)酵條件。結(jié)果表明，優(yōu)化條件：15%洋槐蜜添加量為14.68 L、麥汁pH5.3、發(fā)酵溫度為9℃。按照此優(yōu)化條件實(shí)測啤酒質(zhì)量評分為93.80，釀制的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和理化指標(biāo)均能達(dá)到國標(biāo)GB 4927—2008優(yōu)級黑啤酒的要求，并且其中的氨基酸、維生素、總酚酸物質(zhì)含量均高于常規(guī)含量。

洋槐蜜；黑??；發(fā)酵；條件優(yōu)化

洋槐蜜是蜜蜂從洋槐花的花朵中采得的花蜜在蜂巢中釀制的蜜。據(jù)研究分析，洋槐蜜含有果糖、葡萄糖、淀粉酶、氧化酶、還原酶等物質(zhì)，還含有與人體血液濃度相接近的多種無機(jī)鹽和維生素、鐵、鈣、銅、錳、鉀、磷等多種有利于身體健康的微量元素，具有滋養(yǎng)、潤燥、解毒、抗菌消炎、美白養(yǎng)顏、提高免疫力、潤腸之功效。黑啤酒又叫濃色啤酒，酒液一般為咖啡色或黑褐色。黑啤酒除具有一般啤酒的特點(diǎn)外，黑色麥芽和焦香麥芽香味更突出，口味相對濃厚醇正，原麥芽汁濃度為12%(m/m)以上，稍有甜味。

本實(shí)驗(yàn)研究在黑啤酒釀造工藝基礎(chǔ)上，在配方中添加一定比例的洋槐蜜，創(chuàng)新研究洋槐蜜保健黑啤酒釀造工藝，生產(chǎn)出具有一定保健功能的洋槐蜜黑啤酒，并對洋槐蜜黑啤酒進(jìn)行感官和理化質(zhì)量分析評價(jià)，為洋槐蜜資源的有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 原料與設(shè)備

1.1.1 主要原輔料

大麥芽、焦香麥芽、黑麥芽，金秋麥業(yè)有限公司；酒花，Premiant(美國進(jìn)口)，Hop pelletT-90；啤酒酵母，安琪酵母股份有限公司；洋槐蜜，江蘇農(nóng)達(dá)蜜蜂園有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備

ZD200GC小型自動化釀酒設(shè)備(200 L)，山東中德釀造設(shè)備有限公司；小型麥芽增濕粉碎機(jī)ZFS-600，高郵市鑄鋒機(jī)械制造有限公司；單機(jī)反滲透裝置ZFSC-NA，高郵市鑄鋒機(jī)械制造有限公司。

1.2 洋槐蜜保健黑啤酒釀造工藝

洋槐蜜保健黑啤酒釀造工藝流程如下：

1.2.1 濕法粉碎

按照黑啤酒生產(chǎn)的90∶5∶5的原料比例，分別稱取36 kg、2 kg、2 kg的普通麥芽、焦香麥芽、黑麥芽，將麥芽投入連續(xù)濕法粉碎機(jī)加料口，設(shè)置浸麥溫度60℃、調(diào)漿溫度42℃，料水比1∶4，粉碎后將料漿泵入到糖化鍋。1.2.2浸出糖化

采用浸出糖化法工藝，加熱方式采用夾套蒸汽加熱，糖化期間分為4個階段：第1階段：加熱到39℃，然后恒溫保持30m in；第2階段：蒸汽加熱到52℃，恒溫保持40m in；第3階段：溫度升到64℃，恒溫保持1 h；然后用碘液檢驗(yàn)糖化程度，如果變藍(lán)，說明需要繼續(xù)糖化；反之，則糖化完全；第4階段：碘檢合格，升溫至78℃，維持15m in。糖化升溫要求：1m in升1～1.5℃，升溫過程糖化鍋攪拌持續(xù)開啟，轉(zhuǎn)速15～20 r/m in。

1.2.3 麥汁過濾

糖化結(jié)束后，提升過濾槽刮板，打開糖化攪拌，將糖化醪液通過導(dǎo)醪泵泵入過濾槽，開啟過濾攪拌2m in，靜置20m in，當(dāng)形成穩(wěn)定的過濾層后進(jìn)行回流操作，開始回流時(shí)泵速調(diào)到最大，間隔10 s轉(zhuǎn)速降低10 r/m in，最后穩(wěn)定在15～20 r/m in，回流5m in后，通過視鏡觀察麥芽汁的澄清度；如果麥汁澄清，則泵入煮沸鍋中；然后2～3次洗糟，回流至澄清，再泵入煮沸鍋。

1.2.4 煮沸

第二道過濾麥汁完成后，開啟煮沸鍋蒸汽開始加熱，洗糟后的麥汁完全液泵入煮沸鍋中后，麥汁煮沸后10m in時(shí)加第1次酒花20 g；20min后加入第2次酒花40 g；煮沸結(jié)束前10m in，加入第3次酒花20 g[1]；恒溫煮沸60～70 m in。調(diào)節(jié)煮沸蒸汽壓力，控制煮沸強(qiáng)度在8%～10%。

1.2.5 洋槐蜜的添加方式

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求加入不同體積的15%的洋槐蜜溶液至酵母添加罐，與活化后的酵母混勻并通過氧氣壓送至發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。

1.2.6 回旋沉淀

將煮沸完成的麥汁打入回旋沉淀槽中，靜置20～25m in，待熱凝固物靜置于設(shè)備底部的排渣口，然后將熱凝固物排出。然后經(jīng)過2段冷卻的薄板換熱器，冷卻至9℃以下，同時(shí)對麥汁進(jìn)行充氧，將充氧麥汁泵入發(fā)酵罐中。

1.2.7 發(fā)酵

發(fā)酵整個過程主要分為3個階段：前發(fā)酵階段、雙乙酰還原階段、低溫儲存階段（后發(fā)酵期）[2]。

1.3 洋槐蜜啤酒的感官和部分理化評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 理化指標(biāo)的測定

酒精度、發(fā)酵度、VDK、濁度、原麥汁濃度、泡持性：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4928—2008啤酒分析法[3]。

啤酒中可溶性糖含量的測定[4]：蒽酮比色法。

啤酒中低聚糖含量的測定[5]：蒽酮比色法和DNS法。

啤酒中氨基酸含量的測定[5]：陽離子交換色譜分離、茚三酮柱后衍生法。

啤酒中總酚酸含量的測定[6]：參考Folin-Ciocalteu法測定。

1.3.2 洋槐蜜啤酒的感官和部分理化評分標(biāo)準(zhǔn)[7]

洋槐蜜啤酒的感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 洋槐蜜保健黑啤酒感官評分標(biāo)準(zhǔn)

洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化評分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 洋槐蜜啤酒的發(fā)酵單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 酵母接種量的處理

量取2 L的煮沸麥汁和2 L冷卻至室溫的白開水加入5 L的酵母添加罐，冷卻至室溫，加入不同接種量50～150 g啤酒活性干酵母進(jìn)行酵母活化，通過壓縮空氣泵入200 L酵母罐，按照1.2.7的發(fā)酵方法進(jìn)行發(fā)酵管理，發(fā)酵結(jié)束后測定啤酒感官和理化評分，感官和理化評分各占50%，每個處理做平行實(shí)驗(yàn)3次，計(jì)算發(fā)酵啤酒質(zhì)量評分平均值，下同。

1.4.2 麥芽汁pH值處理

用NaOH或乳酸調(diào)節(jié)煮沸后進(jìn)入回旋沉淀槽的麥汁pH值，設(shè)置4.0～6.0不同的pH值，按100 g活性干酵母的接種量進(jìn)行發(fā)酵管理，計(jì)算發(fā)酵啤酒質(zhì)量評分的平均值。

1.4.3 主發(fā)酵溫度處理

按照1.2.7的發(fā)酵方法，100 g活性干酵母，pH5.2，設(shè)置不同主發(fā)酵溫度5～15℃，發(fā)酵結(jié)束后計(jì)算發(fā)酵啤酒質(zhì)量的評分平均值。

1.4.4 洋槐蜜的添加量處理

按照1.2.7的發(fā)酵方法，100 g活性干酵母，pH5.2，9℃主發(fā)酵，分別添加15%洋槐蜜溶液5～20 L，定容至200 L發(fā)酵罐，發(fā)酵結(jié)束后計(jì)算發(fā)酵啤酒的評分平均值。

1.5 洋槐蜜啤酒的發(fā)酵工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過單因素實(shí)驗(yàn)研究，選擇對啤酒的質(zhì)量評分有顯著影響的3個因素主發(fā)酵溫度、麥芽汁pH值、洋槐蜜的添加量進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單因素實(shí)驗(yàn)可得主發(fā)酵溫度、麥芽汁pH值、洋槐蜜的添加量3因素的最佳發(fā)酵條件，以最佳發(fā)酵條件為中心點(diǎn)，設(shè)計(jì)3因素3個水平，根據(jù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件（Design Expert）對設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，優(yōu)化洋槐蜜保健黑啤酒的發(fā)酵條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 啤酒活性干酵母接種量對啤酒質(zhì)量的影響

啤酒活性干酵母接種量的多少與啤酒發(fā)酵周期長短有關(guān)。接種量多，可促進(jìn)酵母發(fā)酵，縮短發(fā)酵周期。接種量不足，會改變酵母生長規(guī)律，延長發(fā)酵周期，同時(shí)可導(dǎo)致染菌和發(fā)酵異常等情況（圖1）。

圖1 酵母接種量對啤酒質(zhì)量的影響

圖1顯示在200 L發(fā)酵罐中添加不同的酵母接種量（50～150 g）對啤酒質(zhì)量的綜合評價(jià)影響，結(jié)果表明，在接種量50～100 g范圍內(nèi)，啤酒質(zhì)量評分隨著酵母量的增加而增大，但增長趨勢不太明顯，當(dāng)酵母接種量達(dá)150 g時(shí)，啤酒質(zhì)量評分低于接種量為100 g時(shí)的評分，初步確定啤酒發(fā)酵適宜酵母添加量為100 g。

2.2 麥汁pH值對啤酒質(zhì)量的影響

麥汁pH值在4～6范圍內(nèi)對啤酒質(zhì)量的影響見圖2，從圖2可以看出，當(dāng)發(fā)酵初始麥汁pH值為5.2時(shí)，啤酒質(zhì)量評分達(dá)到最大值，為90。當(dāng)pH值高于或低于5.2時(shí)，啤酒質(zhì)量評分有下降趨勢，說明啤酒酵母適宜生長pH值在5.2左右。

2.3 主發(fā)酵溫度對啤酒質(zhì)量的影響

本實(shí)驗(yàn)研究酵母是采用購置的活性干酵母，適宜低溫發(fā)酵，實(shí)驗(yàn)在不同發(fā)酵溫度下（5～15℃）進(jìn)行發(fā)酵測定啤酒質(zhì)量評分，結(jié)果見圖3。從3圖可看出，當(dāng)發(fā)酵溫度從5℃開始每隔2℃依次升到9℃時(shí)，啤酒質(zhì)量評分隨著溫度升高而增加，在9℃時(shí)評分最高為90，當(dāng)發(fā)酵溫度超過9℃時(shí)，評分有下降趨勢，當(dāng)發(fā)酵溫度為15℃時(shí)，啤酒質(zhì)量最低為84，固初步選定適宜的發(fā)酵溫度為9℃。

圖2 麥汁pH值對啤酒質(zhì)量的影響

圖3 主發(fā)酵溫度對啤酒質(zhì)量的影響

2.4 洋槐蜜（15%）的添加量對啤酒質(zhì)量的影響

實(shí)驗(yàn)研究在不同洋槐蜜的添加量（5～20 L）條件下，酵母發(fā)酵對啤酒質(zhì)量的影響（圖4），從圖4發(fā)現(xiàn)，15%洋槐蜜溶液添加量為14 L時(shí)啤酒質(zhì)量評分最高，為91，后有下降趨勢，初步確定洋槐蜜的適宜添加量為14 L。

圖4 洋槐蜜的添加量對啤酒質(zhì)量的影響

2.5 洋槐蜜啤酒的發(fā)酵工藝響應(yīng)面法分析

影響洋槐蜜黑啤酒發(fā)酵質(zhì)量的因素較多，單因素實(shí)驗(yàn)沒有完全考慮到影響啤酒發(fā)酵的其他因素。根據(jù)多年的國內(nèi)外啤酒企業(yè)的發(fā)酵情況和很多文獻(xiàn)研究顯示，本研究的單因素實(shí)驗(yàn)對啤酒發(fā)酵影響因素比較大，將單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合Design Expert中Box-Benhnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，以A、B和C代表15%洋槐蜜的添加量、麥汁pH值和主發(fā)酵溫度3個因素，每個因素設(shè)計(jì)3水平分別以-1、0、1進(jìn)行編碼，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表3。中心組合設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 3因素3水平編碼設(shè)計(jì)

表4 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案與質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

對表4中的質(zhì)量評價(jià)響應(yīng)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確立如下回歸方程：

對回歸方程方差分析的結(jié)果見表5。由表5可知，p＜0.0001，說明模型較顯著（p＜0.0001），模型決定系數(shù)R2=0.9953，說明該模型擬合程度較好；失擬項(xiàng)中p＞0.05，影響不顯著，表明模型與實(shí)驗(yàn)值能夠較好的擬合；一次項(xiàng)(A)15%洋槐蜜添加量對啤酒質(zhì)量評價(jià)影響大；各因素的二次項(xiàng)對啤酒質(zhì)量影響較顯著，在所取的各因素水平范圍內(nèi)，按照對啤酒質(zhì)量結(jié)果影響排序?yàn)椋?5%洋槐蜜添加量影響最大，主發(fā)酵溫度次之，麥芽汁pH值影響最小。

為研究各因素間交互作用對啤酒質(zhì)量的影響，通過Design Expert軟件對回歸方程的分析獲得各因素間的響應(yīng)面圖（圖5、圖6、圖7）。由圖5可以看出，15%洋槐蜜添加量和麥汁pH值交互作用對啤酒質(zhì)量影響較顯著，與表5回歸方程方差分析結(jié)果相符合。

圖5 15%洋槐蜜添加量和pH值交互影響啤酒質(zhì)量評分的響應(yīng)面

圖6表明，啤酒發(fā)酵溫度和pH值對啤酒質(zhì)量的影響，可以看出啤酒發(fā)酵溫度曲面變化幅度大于pH值曲面變化幅度，說明啤酒發(fā)酵溫度對啤酒質(zhì)量的影響較pH值大，響應(yīng)面的最高點(diǎn)對應(yīng)著等高線中的最小橢圓的中心點(diǎn)。

圖7表明，15%洋槐蜜添加量和發(fā)酵溫度交互作用對啤酒質(zhì)量的影響，可以看出發(fā)酵溫度曲面變化幅度和15%洋槐蜜添加量曲面變化幅度相互影響不大，曲面相對扁平，因此發(fā)酵溫度和15%洋槐蜜添加量對啤酒質(zhì)量的交互影響不顯著。

2.6 最佳培養(yǎng)條件的預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)Design Expert建立的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化分析，得出洋槐蜜保健黑啤酒的發(fā)酵優(yōu)化條件為15%洋槐蜜添加量為14.68 L、麥芽汁的pH5.3、主發(fā)酵溫度為9℃，在此條件下，啤酒質(zhì)量評分預(yù)測為93.70。為此，根據(jù)上述優(yōu)化發(fā)酵條件對洋槐蜜保健黑啤酒進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，按照Design Expert建立的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化條件做平行6次實(shí)驗(yàn)測得啤酒質(zhì)量評分實(shí)際平均值為93.80，與模型預(yù)測相差0.12%。檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 回歸方程方差分析

表6 洋槐蜜保健黑啤酒感官和的部分理化質(zhì)量評分

圖6 發(fā)酵溫度和pH值交互影響啤酒質(zhì)量的響應(yīng)面

圖7 15%洋槐蜜添加量和發(fā)酵溫度交互影響啤酒質(zhì)量的響應(yīng)面

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)釀造的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和部分理化指標(biāo)上質(zhì)量評分最終為93.80，與預(yù)測結(jié)果接近。

此外，優(yōu)化的洋槐蜜保健黑啤酒的酒精度、發(fā)酵度、苦味值、總酸、和可溶性糖都達(dá)到國標(biāo)GB 4927—2008優(yōu)級啤酒的要求，微生物檢驗(yàn)結(jié)果：細(xì)菌總數(shù)平均為20 cfu/m L；未檢出大腸菌群和致病菌，符合GB 2758中的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本研究以洋槐蜜保健黑啤酒質(zhì)量評分為量化指標(biāo)，單因素實(shí)驗(yàn)初步確定洋槐蜜保健黑啤酒15%洋槐蜜添加量、pH值、發(fā)酵溫度、pH值和酵母接種量4因素的適宜條件，采用響應(yīng)面法對設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和優(yōu)化，利用15%洋槐蜜添加量、pH值和發(fā)酵溫度3個影響較大的因素和啤酒質(zhì)量評價(jià)之間關(guān)系建立多元二次回歸模型。通過回歸方程的優(yōu)化確定洋槐蜜保健黑啤酒優(yōu)化發(fā)酵條件為在接種量為100 g的基礎(chǔ)上，15%洋槐蜜添加量為14.68 L、pH5.3、發(fā)酵溫度為9℃。按照此優(yōu)化條件實(shí)測啤酒質(zhì)量評分為93.80，與理論值相差0.12%。可見響應(yīng)面法能很好的預(yù)測洋槐蜜保健黑啤酒發(fā)酵條件。

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Production of Black Beer with Black Locust Honey

LIU Liancheng
(College of Health,Jiangsu Food and Pharmaceutical Science College,Huai'an,Jiangsu 223003,China)

In the experiments,black locust honey was added in the brewing process of black beer to change the wort composition.The optimum technical conditions were obtained by single factor test and orthogonal test as follow s:the adding level of 15%black locust honey was 14.68 L,wort pH value was 5.3,and fermentation temperature was at 9.05℃.Under the optimized conditions,the quality score of the produced beer was 93.80,and its sensory indexes and physiochemical indexes met the requirements of national standard GB 4927—2008.In addition,the content of amino acids,vitamins,total phenolic acids in the produced beer was higher than before.

black locust honey;black beer;fermentation;optimization

TS262.5；TS261.4

A

1001-9286（2017）01-0076-05

10.13746/j.njkj.2016288

2016-09-22

劉連成（1973-），男，講師，碩士，主要從事生物發(fā)酵的教學(xué)和研究，發(fā)表科研論文多篇。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1402.007.html。