藜麥啤酒糖化工藝研究

卞 猛,周廣田*

(1.武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢 430023;2.齊魯工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250353)

藜麥啤酒糖化工藝研究

卞 猛1,2,周廣田2*

(1.武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢 430023;2.齊魯工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250353)

采用單因素及正交試驗(yàn)研究了藜麥啤酒糖化過(guò)程中不同的下料溫度、料水比、投料水pH對(duì)藜麥麥汁總黃酮含量的影響,同時(shí)對(duì)藜麥啤酒的感官、理化及微生物指標(biāo)進(jìn)行了品評(píng)和測(cè)定。結(jié)果表明,最佳藜麥啤酒糖化工藝為下料溫度60℃、料水比1∶5.0(g∶mL)、投料水pH值為5.0。在此最佳條件下,麥汁總黃酮含量可達(dá)0.32 mg/mL,原麥汁濃度為10.94°P。藜麥啤酒具有藜麥特有的清香,泡沫潔白細(xì)膩,理化和微生物指標(biāo)均達(dá)啤酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)級(jí)。

藜麥啤酒;糖化工藝;總黃酮

藜麥(Chenopodium quinoaWilld.)別稱南美藜、奎藜、藜谷、奎奴亞藜等,已有7 000多年的種植歷史,印加人稱之為Quinoa意為“谷物之母”[1]。藜麥具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,平均蛋白質(zhì)含量為16.7%,某些品種蛋白質(zhì)含量達(dá)20%以上,脂肪含量在7%左右,全鈣0.74%,全鐵0.73%,全磷72.72 mg/kg,各種維生素含量也很高,其均含有人體自身不能合成的全部9種必需氨基酸,其中賴氨酸是推薦量的3.38倍,是唯一的全谷全營(yíng)養(yǎng)完全蛋白食物[2-4],且不含谷蛋白和膽固醇,不會(huì)引起谷蛋白過(guò)敏[5]。藜麥同時(shí)富含多種功能成分,如多酚、黃酮、皂甙和多糖等,已有研究從藜麥種子中分離出6種黃酮類化合物,總黃酮提取量可達(dá)3.86mg/g[6],其皂甙含量高達(dá)5.6%～7.5%[7]。

總黃酮是植物中重要的次生代謝產(chǎn)物之一,具有抗病毒、抗炎、抗癌防癌、防止動(dòng)脈硬化、降血壓、降血脂及膽固醇、抗氧化、防衰老等藥理作用[8]。本研究以藜麥作為輔料,并選用總黃酮含量較高的大麥芽,采用正交試驗(yàn)優(yōu)化富含總黃酮的麥汁糖化工藝,釀造富含總黃酮并且風(fēng)味獨(dú)特藜麥啤酒,有明顯區(qū)別于其他啤酒特有的藜麥的清香和香草氣息,集營(yíng)養(yǎng)與保健于一體,是時(shí)尚健康的養(yǎng)生酒飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥(西藏藜米貢布8號(hào)):西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院植科學(xué)院;大麥芽:山東辛巴赫生物科技有限公司;酵母(上面干粉酵母US-05):弗曼迪斯酵母有限公司;啤酒花(青島大花90型顆粒,α-酸含量6.5%):甘肅天馬啤酒花有限公司;啤酒花(美國(guó)進(jìn)口香型顆粒Cascade-90型,α-酸含量5.5%):雅基瑪貿(mào)易(深圳)有限公司。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%):北京索萊寶科技有限公司;亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、甲醇、乳酸、體積分?jǐn)?shù)95%無(wú)水乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、茚三酮、果糖、碘酸鉀、甘氨酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%):上海純優(yōu)生物科技有限公司。所有實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LB-8型EBC糖化儀:德國(guó)FUNKE公司;HH.S-6高精度恒溫水浴鍋:上海精科實(shí)業(yè)有限公司;ME204分析天平(感量0.000 1 g):梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HK-3C型臺(tái)式精密酸度計(jì):北京華科儀科技股份有限公司;DLFU W23050實(shí)驗(yàn)室麥芽標(biāo)準(zhǔn)磨:瑞士Buhler公司;752紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;RCT磁力攪拌器:德國(guó)IKA集團(tuán);SW-CJ-2D無(wú)菌超凈工作臺(tái):長(zhǎng)沙科怡儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 藜麥啤酒的加工工藝流程

原料粉碎→糖化工藝→麥汁過(guò)濾→麥汁煮沸→麥汁冷卻和充氧→酵母擴(kuò)培和添加→發(fā)酵→成品

原料粉碎:大麥芽和藜麥利用實(shí)驗(yàn)室麥芽標(biāo)準(zhǔn)磨來(lái)粉碎,盤(pán)間距分別設(shè)定為0.45 mm和0.10 mm。

糖化工藝:采用單因素及正交試驗(yàn)研究糖化時(shí)的下料溫度、料水比和投料水pH對(duì)麥汁總黃酮含量的影響,確定最佳糖化工藝。

麥汁過(guò)濾:把78℃的熱水頂入過(guò)濾槽,目的將濾板以及糟底內(nèi)的空氣全部排出,避免麥汁受到氧化,同時(shí)也可以保證麥汁過(guò)濾的正常進(jìn)行。將糖化醪液泵入過(guò)濾槽之后,靜置20 min,大麥皮會(huì)沉降成過(guò)濾層。然后進(jìn)行麥汁回流,來(lái)加強(qiáng)麥汁的澄清度。過(guò)濾時(shí)觀察過(guò)濾槽中糖化醪的情況,當(dāng)剛剛露出糟層的時(shí)候,加入洗糟水洗糟。

麥汁煮沸:麥汁煮沸時(shí)間為70 min,蒸發(fā)量為7%,定型麥汁數(shù)量為50 L。麥汁開(kāi)鍋后10 min第一次添加青島大花顆粒13.46 g,煮沸結(jié)束前10 min添加Cascade顆粒15.91 g。

麥汁冷卻和充氧:麥汁通過(guò)換熱器冷卻到19～20℃,同時(shí)給麥汁充氧,冷麥汁溶解氧量控制在9.0～11.0 mg/L。

啤酒酵母的擴(kuò)培和添加:取2 g干粉酵母US-05,接種到裝有2 000 mL麥汁的大三角瓶中,27℃培養(yǎng)48 h,得到種子發(fā)酵液。接種冷麥汁前,將種子液每2 h降溫1℃,逐步降溫到22℃,培養(yǎng)過(guò)程中每2 h搖一次容器,每瓶種子液接種50 L冷麥汁。

發(fā)酵工藝:每罐麥汁50 L,接種酵母種子液2 000 mL,并檢測(cè)滿罐酵母數(shù),主發(fā)酵溫度控制為19～20℃,每4 h檢測(cè)一次糖度,糖度為3.5°P時(shí),保壓封罐,封罐壓力保持在0.12～0.14 MPa,封罐后第3天開(kāi)始跟蹤雙乙酰,當(dāng)雙乙酰含量下降至0.10 mg/L,降溫到5℃保持24 h,然后降溫至0℃后熟5 d。

1.3.2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線制備

以蘆丁作為藜麥總黃酮含量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)品[9]。精密稱量20 mg蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇定容至100 mL容量瓶中,得到質(zhì)量濃度為0.2mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液,采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[10]測(cè)定溶液吸光度值。

分別精密吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL、2.00 mL、2.50 mL加入10 mL具塞試管中,按順序依次加入5%的NaNO2溶液0.5 mL,搖勻,靜置6 min,再加入10%的Al(NO3)3溶液0.5 mL,搖勻,靜置6 min,之后再加4%的NaOH溶液4 mL,搖勻,靜置15 min,最后用體積分?jǐn)?shù)為70%甲醇定容。于波長(zhǎng)510 nm處測(cè)定吸光度值,測(cè)3次取平均值。按照蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算樣品中總黃酮含量。

1.3.3 分析檢測(cè)

α-氨基酸態(tài)氮的測(cè)定采用茚三酮比色法[11];啤酒雙乙酰含量采用分光光度法測(cè)定[12];啤酒酒精度等其他理化指標(biāo)測(cè)定采用啤酒全自動(dòng)分析儀進(jìn)行。成品酒菌落數(shù)檢測(cè)采用平板計(jì)數(shù)法[13],大腸桿菌檢測(cè)采用MPN計(jì)數(shù)法[14]。

麥汁感官品評(píng)聘請(qǐng)15名專業(yè)人士從麥汁的香味、口感、外觀3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分,其中香味、口感各占40分,外觀占20分,總評(píng)得分為3項(xiàng)得分之和,將15人評(píng)分的平均值作為最終結(jié)果(滿分為100分),具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 麥汁感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table1 Sensory evaluation standards of wort

1.3.4 糖化工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

(1)藜麥的添加量

糖化溫度曲線與歐洲啤酒釀造協(xié)會(huì)(EuropeanBrewery Convention,EBC)協(xié)定法溫度設(shè)定一致,具體流程為45℃投料(保溫30min)→以1℃/min升溫→70℃(保溫60min)→過(guò)濾。料水比為1∶4(g∶mL),藜麥的添加量分別為10%、20%、30%、40%、50%,糖化后取得麥汁用濾紙過(guò)濾,考察藜麥的添加量對(duì)麥汁感官品質(zhì)的影響。

(2)下料溫度

精確稱取大麥芽40 g和藜麥10 g,藜麥添加量為20%,料水比為1∶4.0(g∶mL),通過(guò)八皿糖化儀進(jìn)行糖化,下料溫度分別為37℃、42℃、47℃、52℃、55℃、57℃、62℃、65℃,制得麥汁后,濾紙過(guò)濾,取1 mL麥汁按照1.3.2的方法測(cè)所得麥汁總黃酮含量,考察下料溫度對(duì)麥汁總黃酮含量的影響。

(3)料水比

藜麥添加量為20%,下料溫度為57℃,料水比分別為1∶3.0、1∶3.5、1∶4.0、1∶4.5、1∶5.0(g∶mL),通過(guò)糖化儀進(jìn)行糖化,制得麥汁后用濾紙過(guò)濾,并用純水調(diào)整糖度到11°P,取1mL麥汁按照1.3.2的方法測(cè)所得麥汁總黃酮含量,考察料水比對(duì)麥汁總黃酮含量的影響。

(4)投料水pH

藜麥添加量為20%,料水比為1∶4.0(g∶mL),用乳酸調(diào)整投料水的pH分別為7.0、6.5、6.0、5.5、5.0,制得麥汁后,濾紙過(guò)濾,取1 mL麥汁,按照1.3.2的方法測(cè)所得麥汁的總黃酮含量,考察投料水pH對(duì)麥汁總黃酮含量的影響。

1.3.5 糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,以下料溫度、料水比、投料水pH為影響因素,麥汁總黃酮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo),進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

表2 糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for saccharification process optimization

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線

以蘆丁質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo),吸光度值(y)為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。由圖1可知,蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=11.602x-0.005,相關(guān)系數(shù)R2=0.996 3。結(jié)果表明,蘆丁質(zhì)量濃度在0.005～0.050 mg/mL范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of rutin

2.2 藜麥的添加量的確定

添加不同比例的藜麥?zhǔn)果溨目诟胁町惷黠@,麥汁感官品評(píng)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

由于高原紅藜麥富含黃酮和皂甙[15],隨著其添加量的提高,所得麥汁味道逐漸變苦,同時(shí)會(huì)引起麥汁的渾濁,藜麥香氣過(guò)于突出,很不協(xié)調(diào)。當(dāng)藜麥添加量達(dá)到50%的時(shí)候,麥汁極苦,無(wú)法飲用;但過(guò)低的添加量使得麥汁中藜麥的風(fēng)味不明顯。通過(guò)對(duì)麥汁進(jìn)行感官品評(píng),最終確定添加量為20%,所得麥汁既有濃濃的麥香,也有藜麥特殊的清香,麥汁微苦,口感極佳。

表3 不同藜麥添加量對(duì)麥汁感官評(píng)分的影響Table 3 Effects of different adding proportion of quinoa on sensory score of wort

2.3 糖化工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.3.1 下料溫度

圖2 下料溫度對(duì)麥汁總黃酮含量的影響Fig.2 Effect of feeding temperature on total flavonoids content in wort

由圖2可知,在保持其他條件和總糖化時(shí)間不變的前提下,在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的下料溫度范圍內(nèi),麥汁總黃酮的含量隨著下料溫度的升高而提高,但當(dāng)溫度接近52℃時(shí)又呈下降趨勢(shì);為下料溫度超過(guò)55℃時(shí),麥汁總黃酮含量又開(kāi)始增加,到62℃時(shí)達(dá)到峰值,這可能是由于隨著溫度的增加,分子運(yùn)動(dòng)加快,有效成分的浸出增加,但當(dāng)溫度為52℃時(shí),接近藜麥的蘆丁降解酶最適作用溫度[16-17],因而麥汁總黃酮含量反而下降,下料溫度＞55℃后,蘆丁降解酶的活性降低,直至失活,因而麥汁里總黃酮含量又開(kāi)始增加;當(dāng)下料溫度超過(guò)62℃時(shí),由于氧化作用,麥汁中總黃酮含量又急劇下降。因此,選擇57℃、60℃、62℃這三個(gè)下料溫度進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.3.2 料水比

由圖3可知,在保持其他條件不變的情況下,通過(guò)料水比對(duì)麥汁總黃酮含量的研究發(fā)現(xiàn),在1∶3.0～1∶5.0(g∶mL)的料水比的范圍內(nèi),隨著料水比的增加,相同濃度的麥汁其總黃酮的含量呈現(xiàn)出先急后緩的上升趨勢(shì),但過(guò)高的料水比對(duì)于啤酒釀造是不適合的,影響浸出物得率,因此選擇料水比1∶4.0、1∶4.5和1∶5.0(g∶mL)進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 料水比對(duì)麥汁總黃酮含量的影響Fig.3 Effect of material-water ratio on total flavonoids content in wort

2.3.3 投料水pH

圖4 投料水pH對(duì)麥汁總黃酮含量的影響Fig.4 Effect of and feeding water pH on total flavonoids content in wort

由圖4可知,在其他條件不變的情況下,通過(guò)投料水pH對(duì)麥汁總黃酮含量的研究發(fā)現(xiàn),在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的投料水pH的范圍內(nèi),麥汁總黃酮的含量隨著投料水pH值的降低而增加,顯現(xiàn)出先急后緩的趨勢(shì),但考慮到啤酒釀造對(duì)投料水pH的要求,選擇投料水pH值為6.0、5.5、5.0進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.4 糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

固定藜麥添加量為20%,采用L9(33)正交設(shè)計(jì)從下料溫度、料液比、投料水pH三個(gè)方面以麥汁總黃酮含量為考察指標(biāo)優(yōu)化糖化工藝,正交試驗(yàn)因素與水平結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知,極差結(jié)果分析顯示影響麥汁總黃酮含量的主次因素依次為A(投料溫度)＞B(料水比)＞C(投料水pH值)。最終優(yōu)化之后得到的麥汁的最佳糖化工藝條件為A2B3C3,即投料溫度60 ℃,料水比為1∶5.0(g∶mL),投料水pH值為5.0。在此最佳糖化工藝條件下,進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn),得到11度麥汁的總黃酮含量平均值為0.320 mg/mL。

表4 糖化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for saccharification process optimization

2.5 藜麥啤酒品質(zhì)分析

2.5.1 藜麥啤酒感官品評(píng)[18]

藜麥啤酒外觀淡黃,色澤鮮亮;泡持性較好,持久掛杯,因藜麥富含皂素[19],藜麥的添加使得啤酒泡持達(dá)260 s;藜麥的清香、酵母發(fā)酵產(chǎn)生的酯香、酒花香交織在一起,氣味迷人、高雅柔和;泡沫潔白、細(xì)膩;口感順滑。

2.5.2 藜麥啤酒理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)檢測(cè)分析結(jié)果

表5 藜麥啤酒理化、衛(wèi)生指標(biāo)檢測(cè)分析結(jié)果Table 5 Detection and analysis results of physicochemical and hygienic indexes of beer

由表5可知,產(chǎn)品的感官指標(biāo)、理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)GB 4927—2008《啤酒》,具有藜麥啤酒獨(dú)具特色的風(fēng)味。

3 結(jié)論

黃酮類化合物作為植物中非常重要的一類次生代謝產(chǎn)物,在植物中廣泛存在。具有降低血脂及膽固醇,抗菌抗病毒,防治高血壓,保肝護(hù)腎等多種藥理作用。經(jīng)優(yōu)化后得到的最佳糖化條件:投料溫度60℃,料水比為1∶5.0(g∶mL),投料水pH為5.0,在此工藝條件下,麥汁總黃酮含量高達(dá)0.320mg/mL,由此釀造的藜麥啤酒總黃酮含量為0.230mg/mL,具有藜麥獨(dú)特的風(fēng)味,飽滿扎實(shí),泡沫潔白、細(xì)膩,口感順滑是一款集營(yíng)養(yǎng)與保健一體的精釀啤酒。

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BIAN Meng1,2,ZHOU Guangtian2*
(1.School of Biology and Pharmaceutical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;2.College of Bioengineering,Qilu University of Technology,Jinan 250353,China)

TS262.5

0254-5071(2017)11-0180-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.039

2017-04-18

山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金(2014BSB01118)

卞 猛(1984-),男,助理工程師,碩士,研究方向?yàn)槲⑸飳W(xué)。

*通訊作者:周廣田(1954-),男,教授,本科,研究方向?yàn)楝F(xiàn)代釀酒技術(shù)。