洋槐蜜保健黑啤酒的釀造工藝研究

劉連成

(江蘇食品藥品職業技術學院健康學院，江蘇淮安223003)

洋槐蜜保健黑啤酒的釀造工藝研究

劉連成

(江蘇食品藥品職業技術學院健康學院，江蘇淮安223003)

在黑啤酒釀制工藝基礎上增加部分洋槐蜜改變麥汁成分，通過單因素實驗和響應面法優化洋槐蜜保健黑啤酒的發酵條件。結果表明，優化條件：15%洋槐蜜添加量為14.68 L、麥汁pH5.3、發酵溫度為9℃。按照此優化條件實測啤酒質量評分為93.80，釀制的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和理化指標均能達到國標GB 4927—2008優級黑啤酒的要求，并且其中的氨基酸、維生素、總酚酸物質含量均高于常規含量。

洋槐蜜；黑啤；發酵；條件優化

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，還含有與人體血液濃度相接近的多種無機鹽和維生素、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、潤燥、解毒、抗菌消炎、美白養顏、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。

本實驗研究在黑啤酒釀造工藝基礎上，在配方中添加一定比例的洋槐蜜，創新研究洋槐蜜保健黑啤酒釀造工藝，生產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行感官和理化質量分析評價，為洋槐蜜資源的有效利用提供科學依據。

1 材料及方法

1.1 原料與設備

1.1.1 主要原輔料

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

1.1.2 主要設備

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

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，將麥芽投入連續濕法粉碎機加料口，設置浸麥溫度60℃、調漿溫度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；然后用碘液檢驗糖化程度，如果變藍，說明需要繼續糖化；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開啟，轉速15～20 r/m in。

1.2.3 麥汁過濾

糖化結束后，提升過濾槽刮板，打開糖化攪拌，將糖化醪液通過導醪泵泵入過濾槽，開啟過濾攪拌2m in，靜置20m in，當形成穩定的過濾層后進行回流操作，開始回流時泵速調到最大，間隔10 s轉速降低10 r/m in，最后穩定在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時加第1次酒花20 g；20min后加入第2次酒花40 g；煮沸結束前10m in，加入第3次酒花20 g[1]；恒溫煮沸60～70 m in。調節煮沸蒸汽壓力，控制煮沸強度在8%～10%。

1.2.5 洋槐蜜的添加方式

根據實驗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酵罐進行發酵實驗。

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備底部的排渣口，然后將熱凝固物排出。然后經過2段冷卻的薄板換熱器，冷卻至9℃以下，同時對麥汁進行充氧，將充氧麥汁泵入發酵罐中。

1.2.7 發酵

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

1.3 洋槐蜜啤酒的感官和部分理化評分標準

1.3.1 理化指標的測定

酒精度、發酵度、VDK、濁度、原麥汁濃度、泡持性：國家標準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準[7]

洋槐蜜啤酒的感官評分標準見表1。

表1 洋槐蜜保健黑啤酒感官評分標準

洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化評分標準見表2。

表2 洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化評分標準

1.4 洋槐蜜啤酒的發酵單因素實驗設計

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的發酵方法進行發酵管理，發酵結束后測定啤酒感官和理化評分，感官和理化評分各占50%，每個處理做平行實驗3次，計算發酵啤酒質量評分平均值，下同。

1.4.2 麥芽汁pH值處理

用NaOH或乳酸調節煮沸后進入回旋沉淀槽的麥汁pH值，設置4.0～6.0不同的pH值，按100 g活性干酵母的接種量進行發酵管理，計算發酵啤酒質量評分的平均值。

1.4.3 主發酵溫度處理

按照1.2.7的發酵方法，100 g活性干酵母，pH5.2，設置不同主發酵溫度5～15℃，發酵結束后計算發酵啤酒質量的評分平均值。

1.4.4 洋槐蜜的添加量處理

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

1.5 洋槐蜜啤酒的發酵工藝的優化設計

通過單因素實驗研究，選擇對啤酒的質量評分有顯著影響的3個因素主發酵溫度、麥芽汁pH值、洋槐蜜的添加量進行響應面實驗設計，單因素實驗可得主發酵溫度、麥芽汁pH值、洋槐蜜的添加量3因素的最佳發酵條件，以最佳發酵條件為中心點，設計3因素3個水平，根據響應面實驗設計軟件（Design Expert）對設計的實驗數據進行多元回歸分析，優化洋槐蜜保健黑啤酒的發酵條件。

2 結果與分析

2.1 啤酒活性干酵母接種量對啤酒質量的影響

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

圖1 酵母接種量對啤酒質量的影響

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

2.2 麥汁pH值對啤酒質量的影響

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

2.3 主發酵溫度對啤酒質量的影響

本實驗研究酵母是采用購置的活性干酵母，適宜低溫發酵，實驗在不同發酵溫度下（5～15℃）進行發酵測定啤酒質量評分，結果見圖3。從3圖可看出，當發酵溫度從5℃開始每隔2℃依次升到9℃時，啤酒質量評分隨著溫度升高而增加，在9℃時評分最高為90，當發酵溫度超過9℃時，評分有下降趨勢，當發酵溫度為15℃時，啤酒質量最低為84，固初步選定適宜的發酵溫度為9℃。

圖2 麥汁pH值對啤酒質量的影響

圖3 主發酵溫度對啤酒質量的影響

2.4 洋槐蜜（15%）的添加量對啤酒質量的影響

實驗研究在不同洋槐蜜的添加量（5～20 L）條件下，酵母發酵對啤酒質量的影響（圖4），從圖4發現，15%洋槐蜜溶液添加量為14 L時啤酒質量評分最高，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量的影響

2.5 洋槐蜜啤酒的發酵工藝響應面法分析

影響洋槐蜜黑啤酒發酵質量的因素較多，單因素實驗沒有完全考慮到影響啤酒發酵的其他因素。根據多年的國內外啤酒企業的發酵情況和很多文獻研究顯示，本研究的單因素實驗對啤酒發酵影響因素比較大，將單因素實驗結果結合Design Expert中Box-Benhnken的中心組合設計原理，以A、B和C代表15%洋槐蜜的添加量、麥汁pH值和主發酵溫度3個因素，每個因素設計3水平分別以-1、0、1進行編碼，具體實驗設計見表3。中心組合設計方案及實驗結果見表4。

表3 3因素3水平編碼設計

表4 Box-Behnken設計方案與質量評價結果

對表4中的質量評價響應值進行統計分析，確立如下回歸方程：

對回歸方程方差分析的結果見表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R2=0.9953，說明該模型擬合程度較好；失擬項中p＞0.05，影響不顯著，表明模型與實驗值能夠較好的擬合；一次項(A)15%洋槐蜜添加量對啤酒質量評價影響大；各因素的二次項對啤酒質量影響較顯著，在所取的各因素水平范圍內，按照對啤酒質量結果影響排序為：15%洋槐蜜添加量影響最大，主發酵溫度次之，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量影響較顯著，與表5回歸方程方差分析結果相符合。

圖5 15%洋槐蜜添加量和pH值交互影響啤酒質量評分的響應面

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

圖7表明，15%洋槐蜜添加量和發酵溫度交互作用對啤酒質量的影響，可以看出發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，因此發酵溫度和15%洋槐蜜添加量對啤酒質量的交互影響不顯著。

2.6 最佳培養條件的預測和實驗驗證

根據Design Expert建立的數學模型的優化分析，得出洋槐蜜保健黑啤酒的發酵優化條件為15%洋槐蜜添加量為14.68 L、麥芽汁的pH5.3、主發酵溫度為9℃，在此條件下，啤酒質量評分預測為93.70。為此，根據上述優化發酵條件對洋槐蜜保健黑啤酒進行驗證實驗，按照Design Expert建立的數學模型優化條件做平行6次實驗測得啤酒質量評分實際平均值為93.80，與模型預測相差0.12%。檢驗結果見表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量評分

圖6 發酵溫度和pH值交互影響啤酒質量的響應面

圖7 15%洋槐蜜添加量和發酵溫度交互影響啤酒質量的響應面

通過優化設計釀造的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和部分理化指標上質量評分最終為93.80，與預測結果接近。

此外，優化的洋槐蜜保健黑啤酒的酒精度、發酵度、苦味值、總酸、和可溶性糖都達到國標GB 4927—2008優級啤酒的要求，微生物檢驗結果：細菌總數平均為20 cfu/m L；未檢出大腸菌群和致病菌，符合GB 2758中的衛生標準。

3 結論

本研究以洋槐蜜保健黑啤酒質量評分為量化指標，單因素實驗初步確定洋槐蜜保健黑啤酒15%洋槐蜜添加量、pH值、發酵溫度、pH值和酵母接種量4因素的適宜條件，采用響應面法對設計的實驗數據進行回歸分析和優化，利用15%洋槐蜜添加量、pH值和發酵溫度3個影響較大的因素和啤酒質量評價之間關系建立多元二次回歸模型。通過回歸方程的優化確定洋槐蜜保健黑啤酒優化發酵條件為在接種量為100 g的基礎上，15%洋槐蜜添加量為14.68 L、pH5.3、發酵溫度為9℃。按照此優化條件實測啤酒質量評分為93.80，與理論值相差0.12%。可見響應面法能很好的預測洋槐蜜保健黑啤酒發酵條件。

[1]劉燕蘭.酵母的添加方式對啤酒發酵的影響[J].技術交流,2009 (3)：37-39.

[2]劉慧,張文.利用小黑麥生產啤酒的發酵工藝[J].中國釀造, 2000(3)：28-30.

[3]全國食品工業標準化技術委員會.啤酒分析方法：GB/T 4928—2008[S].北京：中國標準出版社,2009.

[4]唐春江,鄧放明,王喬隆,等.大豆低聚糖的研究進展[J].糧食加工,2008(2)：33-37.

[5]李勇.營養與食品衛生學實習指導[M].北京：人民衛生出版社, 2007.

[6]趙保路.氧自由基和天然抗氧化劑[M].北京：科學出版社, 1999：77-96.

[7]韓龍.指標賦權法在啤酒品評中的應用[J].啤酒科技,2008(7)：15-17.

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，主要從事生物發酵的教學和研究，發表科研論文多篇。

優先數字出版時間：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1402.007.html。