啤酒組分與泡沫穩(wěn)定性的相關性研究*

陳熙，王金晶，楊晗，李崎

1(江南大學工業(yè)生物技術教育部重點實驗室，江蘇無錫，214122)

2(江南大學釀酒科學與工程研究室，江蘇無錫，214122)

啤酒泡沫作為評價啤酒質(zhì)量的首要因素之一，一直以來是釀造界研究的重點［1］。按照歐洲釀造協(xié)會的規(guī)定，泡沫的評價可分為起泡性、泡沫穩(wěn)定性和泡沫質(zhì)量這3個方面，而在這3個泡沫性能中，泡沫穩(wěn)定性因使得消費者能最為直觀地評價泡沫的好壞而備受關注。有報道稱啤酒泡持性與蛋白質(zhì)、異α-酸、多糖、多酚類物質(zhì)、金屬離子、酒精等組分均有關系［2-9］，但究竟哪種組分隊泡沫穩(wěn)定性的影響最大，或者哪幾種組分有協(xié)同作用，尚沒有完整報道。

存在于啤酒體系中的眾多組分均會對啤酒泡沫穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，其中總多酚對泡沫穩(wěn)定性的影響與異α-酸類似，均是通過與蛋白質(zhì)的交聯(lián)，增加泡沫的表面張力來達到的［6］。糖類，作為啤酒中最豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，不僅為酵母菌的生長提供營養(yǎng)，而且對泡沫穩(wěn)定性也有一定影響。單糖種類多，含量少，也間接說明啤酒糖類的復雜性;多糖一部分通過增加啤酒的黏度從而提高其泡持性、掛杯性［10］，另一方面有可能與其他組分有機結(jié)合在一起，共同作用泡沫穩(wěn)定性［11］。啤酒各組分通過與蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用對泡沫穩(wěn)定性發(fā)揮作用，而泡沫蛋白質(zhì)作為啤酒泡沫的骨架，對泡沫穩(wěn)定性的影響尤為明顯。本研究選取26種不同啤酒，以泡持時間作為評價泡沫穩(wěn)定性的指標，對其蛋白質(zhì)、總糖、總多酚、pH、黏度、酒精度進行測定，通過分析其與泡持性的關系，得出啤酒各組分對泡沫穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 樣品

選取26種生產(chǎn)日期相近的市售啤酒作為分析樣品，其中23種國內(nèi)品牌，3種國外品牌。

1.1.2 主要試劑

考馬斯亮藍(G-250)，乙醇，H3PO4，苯酚，H2SO4，新鮮配制的羥甲基纖維素試劑和三價鐵溶液，氨試劑，重蒸水。

1.1.3 主要儀器

Centrifuge 5804R型低溫高速離心機，德國Eppendorf公司;HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業(yè)有限公司;UV1102型紫外分光光度計，上海天美科學儀器有限公司;1838型毛細管黏度計，上海隆拓儀器設備有限公司;泡持杯。

1.2 實驗方法

1.2.1 啤酒泡持性的測定

根據(jù)國標GBT 4928-2008分析方法中‘7.2秒表法’。為了數(shù)據(jù)的準確性，本研究的所有數(shù)據(jù)均做3個平行實驗，取其平均值。

1.2.2 Bradford法測定啤酒總蛋白質(zhì)含量

考馬斯亮藍法測定是目前靈敏度最高的蛋白質(zhì)測定法之一。當考馬斯亮藍和蛋白質(zhì)在酸性條件下結(jié)合時，溶液顏色由棕黑色轉(zhuǎn)為藍色，最大吸收波長由456 nm轉(zhuǎn)至495 nm，吸光值與蛋白質(zhì)的含量在一定濃度范圍內(nèi)有較好的線性關系，通過測定吸光值大小并對照標準蛋白的吸光值，推算出蛋白濃度。以牛血清白蛋白作為標準蛋白。

1.2.3 總糖

根據(jù)ASBC法7.41.1［12］中，對啤酒總糖含量進行測定。在H2SO4存在下，葡萄糖與苯酚進一步發(fā)生反應，生成一種有色物質(zhì)，可以用分光光度計檢測其含量。在490 nm處測定樣品、空白樣的吸光度，并對照標樣的吸光度，得出總糖含量。

1.2.4 總多酚

根據(jù)ASBC法7.35［12］中，對啤酒總多酚含量進行測定。在堿性溶液中，啤酒與Fe3+反應，產(chǎn)生可測定的紅色。在600 nm下，以空白為對照，對各啤酒樣品的吸光度進行測定。得到的吸光度再乘以820即是啤酒樣品的總多酚含量。

1.2.5 黏度

根據(jù)ASBC法7.32［12］中對啤酒樣品的黏度進行測定。該方法基于在20℃下對比啤酒樣品與純水在毛細管黏度計的變化。

1.2.6 pH及酒精度

根據(jù)ASBC法7.9及7.4.3［12］中所闡述的方法，使用pH計及折光儀法對啤酒樣品的pH和酒精度進行測定。pH計使用前應校準，折光儀使用前后都需要用蒸餾水沖洗，并用軟布擦干。啤酒樣品測定前均需完全除氣。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析

借助SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析。對所購26種啤酒的所測得的總蛋白、總糖、總多酚、黏度進行偏相關分析。

2 實驗結(jié)果

2.1 啤酒泡持性的測定

根據(jù)方法1.2.1，對所購的26種啤酒的泡持性進行測定，每種啤酒泡持性均測定3次，并取其平均值作為該品牌啤酒的泡持性，結(jié)果見圖1。

圖1 啤酒的泡持性Fig.1 Beer foam retention

根據(jù)輔料添加種類的不同，把啤酒分為:1～3號為純麥芽啤酒、4～16號為添加大米輔料的啤酒、17～22號添加玉米淀粉輔料的啤酒、22～23號添加小麥輔料的啤酒及24～26號為添加糖漿輔料的啤酒。其中，2～4號為國外品牌。

從圖1可以看出，國外啤酒泡持性相對較高。國內(nèi)啤酒泡持時間普遍在250～300秒，添加大米或小麥輔料的啤酒的泡持性明顯要好于添加玉米淀粉和糖漿的。啤酒泡沫的好壞是評價啤酒質(zhì)量的重要指標，輔料的添加會影響泡沫的質(zhì)量，因此如何選擇輔料及輔料比例顯得尤其重要。

2.2 蛋白質(zhì)含量與泡持性的關系

蛋白質(zhì)是啤酒泡沫的主要組成部分，是啤酒泡沫的骨架，對啤酒泡沫的穩(wěn)定性起著重要的作用［13］。Bradford法測定蛋白濃度具有靈敏度高，操作簡單等優(yōu)點。通過對各啤酒樣品蛋白濃度進行測定，以考察蛋白濃度與啤酒泡持性的關系。結(jié)果見圖2，不同品牌的啤酒蛋白質(zhì)含量差異很大，并且蛋白質(zhì)濃度越高，泡持性越高。啤酒中蛋白質(zhì)濃度與泡持性的相關性較高(R2=0.335 4)，說明泡持性與蛋白質(zhì)濃度之間有較大的關系。

圖2 蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度與泡持性的關系Fig.2 Correlation analysis of foam retention and protein content

2.3 總糖含量與泡持性的關系

測總糖主要有高效液相色譜法、DNS法及苯酚-硫酸法等。高效液相色譜色譜法操作繁瑣，成本較高。DNS法中二硝基水楊酸試劑需要新鮮配制且容易受啤酒顏色影響，對實驗結(jié)果造成誤差等。而本研究中采用的苯酚-硫酸法作為ASBC法中測啤酒總糖含量的標準方法，操作簡單、靈敏快速且重復性好。用苯酚-硫酸法測啤酒中總糖含量以考察總糖與泡持性的關系見圖3。

在啤酒體系中，糖的含量最高，其中主要有低聚糖及非淀粉多糖。由圖3可以看出，啤酒泡持性與總糖含量的關系相對來說是最大(0.393 8)，說明啤酒泡持性與總糖含量有很大的相關性。以往學者們對非淀粉多糖或麥芽低聚糖對泡沫穩(wěn)定性的關系產(chǎn)生了很大爭議，一方面可能是由于啤酒樣品數(shù)的缺乏，另一方面則可能是不同的泡沫穩(wěn)定性的評價方法。

圖3 總糖含量與泡持性的關系Fig.3 Correlation analysis of foam retention and total saccharide

2.4 總多酚與泡持性的關系

多酚是啤酒中重要的風味物質(zhì)，對啤酒質(zhì)量(風味及口感、非生物穩(wěn)定性)有著十分重要的影響。啤酒中多酚主要來源于麥芽等原料和啤酒花中，圖4即為其對泡沫穩(wěn)定性的關系的研究。輔料的添加會降低啤酒中多酚含量，而隨著總多酚含量的增加，泡沫穩(wěn)定性越強。相對于蛋白質(zhì)濃度及總糖，總多酚對啤酒泡持性的關系略低(R2=0.35)。

圖4 總多酚含量與泡持性的關系Fig.4 Correlation analysis of foam retention and total polyphenol

2.5 黏度、pH及酒精度與泡持性的關系

圖5～圖7分別是黏度、pH及酒精度與泡持性的關系。可以看出，啤酒的黏度與泡持性的相關性較大(R2=0.275)，而pH及酒精度之間的差異很小，與泡持性相關性很小，分別為0.001，0.023 81。啤酒的黏度主要是啤酒中糖類含量的影響，因此與泡持性相關度較高。

圖5 黏度與泡持性的關系Fig.5 Correlation analysis of foam retention and viscosity

圖6 pH與泡持性的關系Fig.6 Correlation analysis of foam retention and pH

圖7 酒精度與泡持性的關系Fig.7 Correlation analysis of foam retention and alcohol

在已研究的啤酒組分中，總糖、蛋白質(zhì)濃度、總多酚和黏度對泡持性的影響較高，同時也無法用某一組分來衡量泡持性的好壞。因此，借助SPSS分析軟件，通過主成分分析及判別分析對啤酒各組分與泡持性的影響進行進一步的研究。

2.6 偏相關分析

啤酒作為一個復雜的體系，一般認為，蛋白質(zhì)作為泡沫的基本骨架，多糖、多酚類物質(zhì)等與之緊密地結(jié)合在一起，共同維持泡沫的形態(tài)。因此，單純2個分析參數(shù)的強烈相關性并不能準確反映它們之間的因果關系，但通過添加某些參數(shù)或許能夠合理解釋其與泡沫穩(wěn)定性之間的關系。

偏相關分析通過對一系列有效數(shù)據(jù)進行分組，并把泡沫穩(wěn)定性作為因變量。用Spss Statistics 19.0軟件對泡持性、蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度、總糖含量、總多酚含量及黏度進行偏相關分析，并以蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作為控制變量，結(jié)果如下表1所示，偏相關分析中，總糖含量與泡持性的偏相關性下降明顯，而總多酚含量的偏相關性下降至0.372。這說明總糖及總多酚對泡持性有較大影響，而蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的差異同樣也會影響到總糖及總多酚對泡持性的關系。

表1 啤酒各組分與泡持性的偏相關性分析Table 1 Partial correlation analysis of beer components and foam retention

3 討論

本研究通過對市售26種啤酒的泡持性與蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度、總糖、總多酚、黏度、pH及酒精度進行相關性分析，并結(jié)合SPSS軟件進行偏相關性研究。結(jié)果顯示，啤酒的泡持性與蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度、總糖、總多酚及黏度均有一定相關性，而與pH和酒精度的相關性很低。偏相關性分析中，泡持性與總糖和總多酚有顯著的相關性(P＜0.01)，而與蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度有較顯著的相關性(P＜0.02)。說明啤酒泡沫穩(wěn)定性并不由單一啤酒組分決定，而是受多種組分間交聯(lián)作用，這也與 Michael［7］、Isabel［8］等的結(jié)論一致。

本研究使用Bradford法測啤酒中總蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度，并對其與泡持性的相關性進行研究，發(fā)現(xiàn)泡持性與蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的相關性很高(0.335 4)。泡沫蛋白質(zhì)作為啤酒泡沫的骨架，對泡沫穩(wěn)定性的影響尤其重要，其他組分對泡沫穩(wěn)定性的影響主要源于其與蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用。蛋白質(zhì)作為泡沫中不可或缺的一部分，僅單一研究其含量對泡沫穩(wěn)定性的影響是遠遠不夠的，研究各個組分與蛋白質(zhì)的相互作用對泡沫穩(wěn)定性的影響更具價值，因此把蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作為控制變量進行偏相關性分析。

糖化及麥汁煮沸過程中，多酚類物質(zhì)保留下來，并在后酵過程中對啤酒體系穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。總多酚與泡持性有一定相關性(0.35)，而偏相關性分析中把蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作為控制變量，相關性下降明顯，說明總多酚對泡沫穩(wěn)定性的影響是通過與蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用，增加泡沫的表面張力來實現(xiàn)的。發(fā)酵過程中，多酚類物質(zhì)的存在促進了蛋白質(zhì)的沉降，使成品啤酒中蛋白質(zhì)含量減少。盡管總多酚與泡沫穩(wěn)定性有一定相關性，但考慮到其含量少且能促進蛋白質(zhì)的沉降，因此，總多酚對泡沫穩(wěn)定性的影響相對有限。

通過研究單一組分與泡持性的相關性及對啤酒主成分分析得出，糖類與泡沫穩(wěn)定性的顯著相關性最高(0.393 8)。而黏度對泡沫穩(wěn)定性的影響主要是由于β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖的存在，提高了啤酒的黏度，從而增強了泡沫穩(wěn)定性能。pH和酒精度與泡沫穩(wěn)定性的相關性不顯著，說明泡沫穩(wěn)定性與pH及酒精度并無太大關系。偏相關分析中，以蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為控制變量，發(fā)現(xiàn)總糖與泡持性的相關性下降，這也間接說明總糖對泡沫穩(wěn)定性的影響是通過與蛋白質(zhì)的相互作用來發(fā)揮作用。啤酒某單一組分對泡沫穩(wěn)定性的影響并不顯著，分析啤酒各組分間相互作用對泡沫穩(wěn)定性的影響還需要進一步的研究。

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