脫胚玉米糝在啤酒釀造中的應用

鄭英訓，鄭飛云，朱林江，劉春鳳，袁夕茹，李崎*

1(江南大學，工業生物技術教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學 生物工程學院，江蘇 無錫，214122)

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脫胚玉米糝在啤酒釀造中的應用

鄭英訓1,2，鄭飛云1,2，朱林江1,2，劉春鳳1,2，袁夕茹1,2，李崎1,2*

1(江南大學，工業生物技術教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學 生物工程學院，江蘇 無錫，214122)

脫胚玉米糝因分布廣泛、價格低廉及富含淀粉和蛋白質等原因成為替代大米的重要潛在啤酒輔料。該研究對不同粒徑玉米糝及其他輔料的各項指標進行了對比分析，通過200 L中試發酵，研究脫胚玉米糝的釀造特性，分析其對啤酒風味品質的影響。結果表明，脫胚玉米糝的粒徑不僅對其浸出率有較大影響，而且也影響其脂肪含量和脂肪酸值的變化；粒徑為900～600 μm范圍內的脫胚玉米糝可以替代大米用作啤酒釀造的輔料，且在風味及感官品評上均表現良好，與大米輔料的啤酒品質相似。發酵過程理化指標、成品酒風味物質組成以及感官品評等結果表明，合適粒徑的脫胚玉米糝是一個良好的啤酒釀造輔料，能夠作為大米輔料的替代品。

啤酒；輔料；脫胚玉米糝；粒徑；中試；風味物質

啤酒的傳統加工方法是用麥芽、啤酒花、酵母和水釀制而成。為了降低成本，在實際生產中通常采用添加一定比例的輔料代替部分麥芽[1]，而我國啤酒釀造中常使用大米作為輔料[2]。但是近年來隨著人民生活水平的提高，大米需求量日趨緊張，價格也在不斷上漲。而且因地理條件不同，以大米為單一輔料釀制啤酒在非大米產區受到地域限制。在可選擇的啤酒輔料中，玉米因產量大、分布廣、價格低廉、成分接近大米而被首選為替代大米的輔料[3]。但是，玉米脂肪是影響啤酒質量的重要因素，直接關系到啤酒風味與泡沫。因此釀制啤酒用玉米必須經脫胚加工制成玉米糝。鄧時榮等人提到可采用玉米提胚工藝，通過除雜清理，著水調濕，脫皮、破糝、脫胚，高篩分級和分離提胚制得脫胚玉米糝[4]。國外認為玉米糝脂肪含量0.5%以下為優；0.5%～1.0%為較好；1.0%～1.5%為一般；超過1.5%則不宜用[5]。

在南斯拉夫、德國、法國、意大利、丹麥等國家，以低脂玉米糝為輔料釀制啤酒，早已進入工業化生產階段[6]。目前，國內對以大米為代表的多種啤酒輔料已有較多的研究和應用。然而，對脫胚玉米糝輔料的研究卻比較少。主要是由于國內現有脫胚玉米糝加工企業的工藝和設備較為落后，生產的脫胚玉米糝缺乏統一的標準，導致其含有較多的脂肪和脂肪酸。使用這樣的原料，不僅會給啤酒帶來一種不愉快的異味，影響啤酒的風味[7]；同時，還會產生老化前驅物質，加快啤酒老化[8]。因此，以玉米糝為輔料釀制啤酒的生產實踐在國內啤酒廠尚未得到很好的開展。本文首先探討了粒徑對脫胚玉米糝各指標的影響，然后采用200 L中試發酵、風味物質分析及感官品評來驗證脫胚玉米糝作為啤酒輔料的可行性，對比得到適于啤酒釀造的玉米糝粒徑范圍，以推進脫胚玉米糝在啤酒企業中的應用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

麥芽：澳大利亞一級麥芽，購自中糧麥芽(江陰)有限公司；酒花：購自玉門拓璞科技開發有限責任公司；大米：市購金龍魚新鮮優質梗米；釀酒酵母：編號G03，實驗室選育和保藏；高溫淀粉酶：購自諾維信(中國)投資有限公司；脫胚玉米糝：由河南久久集團有限公司提供。

1.2 儀器與設備

生化培養箱BSP-250，上海博迅公司；阿貝折光儀，泰光有限公司；DLEUW22050麥芽粉碎機，Buhler-Miag公司；KjeltecTM8400全自動凱氏定氮儀，FOSS公司；雙乙酰蒸餾裝置，北京玻璃儀器廠；低溫水浴槽，上海博迅公司；200L小型啤酒教學發酵設備，溫州新洲輕工機械有限公司；頂空氣相色譜儀(GC-2010)，日本島津(Shimadzu)公司等。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同原輔料常規理化指標分析

不同原輔料水分、灰分、蛋白質、脂肪及脂肪酸含量，分別采用GB 5497—1985、GB 5505—2008、GB 5009.5—2010、GB 5512—2008、GB 5510—2011標準方法進行測定。

1.3.2 脫胚玉米糝中脂肪酸成分分析[9]

首先對玉米糝樣品中的玉米油進行提取及甲酯化，之后采用氣相色譜-質譜(GC-MS)分析脂肪酸成分，分析條件為：GC條件：PEG-20M彈性石英毛細管柱，30 m×0.25 m×0.25 μm；載氣為高純氦氣，恒定流量為0.8 mL/min；升溫程序：從180 ℃開始，保持2 min，以3 ℃/min升溫到230 ℃，保持10 min；進樣口溫度250 ℃，出樣口溫度200 ℃；檢測電壓350 V。MS條件：EI離子源，發射電流200 μA，電子能量70 eV，掃描范圍20～550 amu。

1.3.3 200L中試啤酒發酵

采用200 L小型啤酒發酵設備進行中試，原麥汁濃度為12°P，分別釀造全麥芽啤酒，大米輔料、玉米糝輔料啤酒(輔料比為30%)，并在糊化鍋中加入適量高溫淀粉酶。酒花添加量為0.05%，釀酒酵母接種后將密度控制在(1.0～1.2)×107個/mL。每天記錄大罐溫度及罐壓，同時跟蹤測定發酵液的外觀濃度和VDK的變化。當發酵液外觀濃度降到5%以下時，開始封罐，發酵液罐壓控制在0.8 MPa左右；當發酵液VDK低于0.1 mg/L時，開始降低罐溫。

1.3.4 麥汁、發酵液常規理化指標分析[10]

麥汁和發酵液的各項指標的測定，如原麥汁濃度、發酵度、酒精度、色度、pH、總氮、黏度、α-氨基氮、總酸、TBA值、雙乙酰、泡持性，分別依據GB 4928—2008 啤酒分析方法和《啤酒工業手冊》(中冊)的方法進行。

1.3.5 啤酒風味物質測定[11]

采用頂空氣相色譜儀(GC-2010)進行測定。具體測定條件為：頂空進樣器平衡溫度：70 ℃，平衡時間：30 min，傳輸線溫度：130 ℃，進樣時間：0.04 min，進樣口溫度：200 ℃，檢測器溫度：250 ℃，色譜柱初始溫度：40 ℃，經程序升溫10 ℃/min到180 ℃，柱流量：1.2 mL/min，載氣(N2)流量：30 mL/min，燃氣(H2)流量：47 mL/min，助燃氣(空氣)流量：400 mL/min，加鹽量：0.36 g/mL。

1.3.6 感官品評[12]

該研究組織本校經過感覺品評培訓的老師及學生對中試得到的4種啤酒進行感官品評，對比分析4種啤酒的風味特點；同時，組織未經過感官品評培訓的在校大學生，采用差別品評法中的三杯法，檢測脫胚玉米糝輔料啤酒和大米輔料啤酒的差異性是否顯著。

2 結果與分析

2.1 粒徑對脫胚玉米糝各指標的影響分析

2.1.1 不同粒徑脫胚玉米糝理化指標分析

依據國標，對以下不同粒徑的脫胚玉米糝樣品進行理化指標檢測，結果如表1所示。

表1 脫胚玉米糝的理化指標

由表1可知，不同粒徑脫胚玉米糝的水分、灰分、蛋白質含量相差不大。但是其脂肪含量差異性較顯著，3#、4#、5#脫胚玉米糝的脂肪含量相近，維持在0.5%左右；2#脫胚玉米糝的脂肪含量較高，為0.68%；而1#脫胚玉米糝的脂肪含量則已經接近1.5%，不適于用于啤酒釀造。

2.1.2 粒徑對脫胚玉米糝關鍵指標的影響

浸出率是指浸出物質量與輔料或麥芽質量之比，釀造過程中浸出率的高低將直接影響啤酒的生產成本[13]。脫胚玉米糝粒徑的大小會影響各種酶對原料的作用面積，因此對浸出率的影響較大，其趨勢如圖1A所示，隨著粒徑的減小，玉米糝浸出率逐漸升高，且在3#玉米糝處有較大的提升。同時，要嚴格控制脫胚玉米糝的脂肪酸值，因為如果脂肪酸值太高，玉米糝會產生一股令人不愉快的腐敗氣味，并將這股不良的味道帶給麥汁，溶于麥汁的部分具有熱穩定性的氧化產物能使啤酒很快變質[14]。脫胚玉米糝粒徑的大小對脂肪酸值的影響趨勢如圖1B所示，隨著粒徑的減小，玉米糝脂肪酸值逐漸降低，且在2#玉米糝處有較大的降幅。

(A)粒徑對脫胚玉米糝浸出率的影響；(B)粒徑對脫胚玉米糝脂肪酸值的影響圖1 粒徑對脫胚玉米糝關鍵指標的影響Fig.1 Particle size effect the key indicators of degermed corn grits

由圖1可知，粒徑對脫胚玉米糝浸出率和脂肪酸值的影響顯著。隨著粒徑的減小，玉米糝浸出率會逐漸上升，而脂肪酸值則會逐漸降低。同時依據表1結果綜合考慮，可選用2#玉米糝代表較大粒徑、4#玉米糝代表較小粒徑，前者脂肪含量、脂肪酸值較高，浸出率較低；而后者浸出率較高，脂肪含量、脂肪酸值較低。本研究后續試驗均采用這兩種脫胚玉米糝作為研究對象。

2.2 脫胚玉米糝脂肪酸組分分析

通過GC-MS分析兩種脫胚玉米糝的主要脂肪酸組成，并進行對比分析，其檢測結果如表2所示。

表2 兩種脫胚玉米糝脂肪酸組成分析

由表2可知，經GC-MS分析，脫胚玉米糝的脂肪酸中含量最高的兩種化合物為9,12-十八碳二烯酸和9-十八碳烯酸，約占80%。但這些長鏈不飽和脂肪酸對啤酒的風味影響很大，由于酶的作用或自由基反應引起脂肪酸氧化作用形成氫過氧化物，氫過氧化物經過進一步裂解或聚合反應生成低級脂肪醛、酸和其他化合物從而使啤酒中產生老化氣味[15]。

2.3 脫胚玉米糝及其他原輔料理化指標分析

依據國標，對啤酒原輔料：麥芽、大米、2#玉米糝、4#玉米糝進行理化指標檢測，結果如表3所示。

表3 不同原輔料的理化指標

由表3可知，兩種玉米糝的蛋白質含量低于麥芽，但與大米相近；脂肪含量以大米為最低，但4#玉米糝和大米相差不大，麥芽的脂肪含量最高，2#玉米糝次之；脂肪酸值以2#玉米糝為最高，4#玉米糝次之，麥芽和大米較低；4#玉米糝的浸出率和大米的浸出率相差不大，2#玉米糝次之，遠高于麥芽。因此，根據組分分析，兩種脫胚玉米糝指標均在合理范圍之內，初步確定4#玉米糝和2#玉米糝可以用作啤酒輔料。

2.4 脫胚玉米糝及其他原輔料的中試分析

為驗證脫胚玉米糝作為啤酒輔料的可行性，本研究進行了中試發酵。采用200 L小型啤酒發酵設備，分別釀造全麥芽啤酒、大米輔料啤酒、2#玉米糝輔料啤酒及4#玉米糝輔料啤酒。

2.4.1 中試發酵中麥汁指標比較分析

麥汁制備過程中，原輔料糊化的料水比為1∶5(g∶mL)，糖化的料水比為1∶3.5(g∶mL)。4種麥汁的理化指標如表4所示。

由表4可知，兩種玉米糝輔料麥汁的總氮含量和α-氨基氮含量與大米輔料麥汁相近，低于全麥芽麥汁。TBA值以大米輔料麥汁為最低，兩種玉米糝輔料麥汁和全麥芽麥汁相近。硫代巴比妥酸值(TBA值)可反映麥汁中羰基化合物的多少，常用于評價啤酒老化前驅物的含量[16]。因此，玉米糝輔料經糊化糖化可得到適宜啤酒發酵的麥汁，但相對于大米輔料，玉米糝輔料會給麥汁帶來相對多的老化前驅物。

表4 四種麥汁的理化指標

2.4.2 中試發酵過程中主要理化指標變化

外觀濃度是一個非常重要的變量，與三大可發酵性糖(葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖)的殘余濃度對應，可反映發酵度的變化[17]。如圖2A所示，4種發酵液的外觀濃度隨時間變化明顯，在第9天下降趨勢減緩，在第15天時，基本都達到3%左右；且4種發酵液外觀濃度的變化趨勢相近。VDK(聯二酮)是啤酒發酵過程中酵母自身代謝產生的一種副產物，通過閾值試驗得出啤酒發酵成熟評價中VDK的控制標準為0.10 mg/L[18]。如圖2B所示，4種發酵液的VDK含量均呈現先上升后下降的趨勢，且在第5天時出現峰值；全麥芽發酵液的VDK峰值相對要高很多，其他3種發酵液的則相差無幾；發酵第15天時，4種發酵液的VDK含量均低于0.10 mg/L，標志著啤酒的成熟。

(A)發酵過程中4種發酵液外觀濃度的變化；(B)發酵過程中4種發酵液VDK的變化圖2 中試發酵過程中主要理化指標變化Fig.2 The change of main physical and chemical indicators in the process of pilot fermentation

2.4.3 中試發酵成品酒的指標及風味物質分析

2.4.3.1 中試發酵成品酒指標分析

經過15天左右的發酵，對發酵成熟后的4種成品酒進行各項理化指標分析，其結果如表5所示。

表5 四種成品酒各指標分析結果

如表5所示，以玉米糝為輔料釀制的啤酒和大米輔料釀制的啤酒在各項指標上基本相似，但和全麥芽啤酒的部分指標有一定差別。同時，大米輔料啤酒和4#脫胚玉米糝輔料啤酒的TBA值相近；全麥芽啤酒和2#脫胚玉米糝輔料啤酒的TBA值相近，且高于前兩者。成品酒的各項指標顯示，2#玉米糝和4#玉米糝均可作為輔料添加到啤酒釀造中，但4#脫胚玉米糝作為輔料在啤酒老化方面更有優勢。

2.4.3.2 中試發酵成品酒風味物質分析

通過頂空氣相色譜法檢測四種啤酒的風味物質，并進行對比分析，其檢測結果如表6所示。

表6 四種成品酒的風味物質檢測結果

由表6可知，兩種脫胚玉米糝輔料啤酒的主要風味物質均與其他兩種啤酒無異。其中，4#玉米糝輔料啤酒的總高級醇和總酯含量與大米輔料啤酒相近并均在全麥芽啤酒和大米輔料啤酒之間，而2#玉米糝輔料啤酒的總高級醇和總酯含量均明顯高于其余3種啤酒。高級醇能賦予啤酒豐滿、厚實的口感，但若過多會引起雜醇臭，飲用時引起頭脹頭痛；酯類能賦予啤酒芳香，但酯香太重會掩蓋酒花香而呈異香[19]。因此，應嚴格控制啤酒釀造中高級醇和酯的含量，相對于2#玉米糝，4#脫胚玉米糝顯然能賦予啤酒更協調的風味。

2.5 脫胚玉米糝輔料啤酒的感官品評

組織本校擁有感覺品評培訓經歷的老師及學生，對中試的4種酒樣進行了感官品評，從表7的品評結果可知，4#脫胚玉米糝輔料啤酒在口感和風味上均表現良好，且有特殊風味，總體而言相當不錯；而2#玉米糝輔料啤酒在口感和風味上表現欠佳，之后應適當調整釀造工藝，監控發酵過程中風味物質等指標變化，以改善其不足。

表7 四種啤酒感官品評結果

另外，組織50余名未經過感官品評訓練的在校大學生，采用三杯法品評，來區別大米輔料啤酒和4#玉米糝輔料啤酒。通過統計，只有39%的學生可以做出正確區分。說明對于普通消費者而言，4#脫胚玉米糝輔料啤酒在口感方面和大米輔料啤酒差別不大。

由兩批感官品評的結果可知，4#玉米糝輔料啤酒在風味和口感上均表現良好，說明4#脫胚玉米糝(粒徑900～600 μm)適宜作為啤酒輔料用于啤酒釀造。

3 結論

本論文評價了脫胚玉米糝作為啤酒釀造輔料的應用特性，結果表明粒徑為900～600 μm范圍內的脫胚玉米糝可以替代大米用作啤酒釀造的輔料。且由中試發酵分析及綜合評價可知，該脫胚玉米糝為輔料釀造的啤酒，在風味及感官品評上均表現良好，與大米為輔料釀造的啤酒并沒有太大區別。同時，粒徑除了對脫胚玉米糝脂肪含量有一定影響外，還對脫胚玉米糝浸出率和脂肪酸值有較大影響，隨著粒徑的減小，玉米糝浸出率會逐漸上升，而脂肪酸值則會逐漸降低。由于脂肪和脂肪酸對啤酒釀造的不良影響，導致脫胚玉米糝粒徑還可進一步影響到啤酒的風味和老化，因此脫胚玉米糝輔料對啤酒風味穩定性的影響將作為以后研究重點之一。

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The application of degermed corn grits as adjunct in beer brewing

ZHENG Ying-xun1,2,ZHENG Fei-yun1,2,ZHU Lin-jiang1,2, LIU Chun-feng1,2,YUAN Xi-ru1,2, LI Qi1,2*

1(The Key Laboratory of Industrial Biotechnology,Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi 214122, China) 2(School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Due to wide distribution, low price and richness in starch, degermed corn grits could be a promising beer-brewing adjunct. In this study, corn grits with different particle size were used to research the brewing characteristics, and the effects on the beer flavor were also evaluated via 200 L pilot fermentation. The results indicated that degermed corn grits in the range of 900-600 μm could be alternative adjuncts in beer brewing. The flavor and taste of corn grits beer were similar with that of rice beer based on the flavor compound analysis and tasting tests. Meanwhile, the particle sizes of degermed corn grits not only affected the extraction rate, but also affected the fat content and fatty acid value. The comparative analysis of the flavor composition in beers and sensory evaluation during the fermentation process revealed that the corn grits with suitable particle size could be a fine beer adjunct to replace rice.

beer; adjunct; degermedcorn grits; particle size;pilot scale test; flavor substances

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610015

碩士研究生(李崎教授為通訊作,E-mail：liqi@jiangnan.edu.cn)。

國家高技術研究發展計劃(863計劃，No.2013AA102106-03)；國家自然科學基金(No.31271919，No. 31571942和No.31301539)；江蘇省自然科學基金(BK20150159)；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(PAPD)；江蘇基礎研究資助項目(JUSRP51306A, JUSRP51402A & JUDCF13008)

2016-02-27，改回日期：2016-03-31