藜麥啤酒糖化工藝研究

卞 猛,周廣田*

(1.武漢輕工大學 生物與制藥工程學院,湖北 武漢 430023;2.齊魯工業大學 生物工程學院,山東 濟南 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 生物與制藥工程學院,湖北 武漢 430023;2.齊魯工業大學 生物工程學院,山東 濟南 250353)

采用單因素及正交試驗研究了藜麥啤酒糖化過程中不同的下料溫度、料水比、投料水pH對藜麥麥汁總黃酮含量的影響,同時對藜麥啤酒的感官、理化及微生物指標進行了品評和測定。結果表明,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,泡沫潔白細膩,理化和微生物指標均達啤酒國家標準優級。

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]。藜麥具有極高的營養價值,平均蛋白質含量為16.7%,某些品種蛋白質含量達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,是唯一的全谷全營養完全蛋白食物[2-4],且不含谷蛋白和膽固醇,不會引起谷蛋白過敏[5]。藜麥同時富含多種功能成分,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3.86mg/g[6],其皂甙含量高達5.6%～7.5%[7]。

總黃酮是植物中重要的次生代謝產物之一,具有抗病毒、抗炎、抗癌防癌、防止動脈硬化、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,采用正交試驗優化富含總黃酮的麥汁糖化工藝,釀造富含總黃酮并且風味獨特藜麥啤酒,有明顯區別于其他啤酒特有的藜麥的清香和香草氣息,集營養與保健于一體,是時尚健康的養生酒飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥(西藏藜米貢布8號):西藏大學農牧學院植科學院;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(美國進口香型顆粒Cascade-90型,α-酸含量5.5%):雅基瑪貿易(深圳)有限公司。

蘆丁標準品(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、體積分數95%無水乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、茚三酮、果糖、碘酸鉀、甘氨酸標準品(純度≥98%):上海純優生物科技有限公司。所有實驗試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

LB-8型EBC糖化儀:德國FUNKE公司;HH.S-6高精度恒溫水浴鍋:上海精科實業有限公司;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型臺式精密酸度計:北京華科儀科技股份有限公司;DLFU W23050實驗室麥芽標準磨:瑞士Buhler公司;752紫外可見分光光度計:北京普析通用儀器有限責任公司;RCT磁力攪拌器:德國IKA集團;SW-CJ-2D無菌超凈工作臺:長沙科怡儀器設備有限公司。

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→麥汁過濾→麥汁煮沸→麥汁冷卻和充氧→酵母擴培和添加→發酵→成品

原料粉碎:大麥芽和藜麥利用實驗室麥芽標準磨來粉碎,盤間距分別設定為0.45 mm和0.10 mm。

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

麥汁過濾:把78℃的熱水頂入過濾槽,目的將濾板以及糟底內的空氣全部排出,避免麥汁受到氧化,同時也可以保證麥汁過濾的正常進行。將糖化醪液泵入過濾槽之后,靜置20 min,大麥皮會沉降成過濾層。然后進行麥汁回流,來加強麥汁的澄清度。過濾時觀察過濾槽中糖化醪的情況,當剛剛露出糟層的時候,加入洗糟水洗糟。

麥汁煮沸:麥汁煮沸時間為70 min,蒸發量為7%,定型麥汁數量為50 L。麥汁開鍋后10 min第一次添加青島大花顆粒13.46 g,煮沸結束前10 min添加Cascade顆粒15.91 g。

麥汁冷卻和充氧:麥汁通過換熱器冷卻到19～20℃,同時給麥汁充氧,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48 h,得到種子發酵液。接種冷麥汁前,將種子液每2 h降溫1℃,逐步降溫到22℃,培養過程中每2 h搖一次容器,每瓶種子液接種50 L冷麥汁。

發酵工藝:每罐麥汁50 L,接種酵母種子液2 000 mL,并檢測滿罐酵母數,主發酵溫度控制為19～20℃,每4 h檢測一次糖度,糖度為3.5°P時,保壓封罐,封罐壓力保持在0.12～0.14 MPa,封罐后第3天開始跟蹤雙乙酰,當雙乙酰含量下降至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 蘆丁標準曲線制備

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

分別精密吸取蘆丁標準液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,最后用體積分數為70%甲醇定容。于波長510 nm處測定吸光度值,測3次取平均值。按照蘆丁標準曲線回歸方程計算樣品中總黃酮含量。

1.3.3 分析檢測

α-氨基酸態氮的測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定[12];啤酒酒精度等其他理化指標測定采用啤酒全自動分析儀進行。成品酒菌落數檢測采用平板計數法[13],大腸桿菌檢測采用MPN計數法[14]。

麥汁感官品評聘請15名專業人士從麥汁的香味、口感、外觀3個方面進行評分,其中香味、口感各占40分,外觀占20分,總評得分為3項得分之和,將15人評分的平均值作為最終結果(滿分為100分),具體評分標準見表1。

表1 麥汁感官評分標準Table1 Sensory evaluation standards of wort

1.3.4 糖化工藝優化單因素試驗

(1)藜麥的添加量

糖化溫度曲線與歐洲啤酒釀造協會(EuropeanBrewery Convention,EBC)協定法溫度設定一致,具體流程為45℃投料(保溫30min)→以1℃/min升溫→70℃(保溫60min)→過濾。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濾,考察藜麥的添加量對麥汁感官品質的影響。

(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),通過八皿糖化儀進行糖化,下料溫度分別為37℃、42℃、47℃、52℃、55℃、57℃、62℃、65℃,制得麥汁后,濾紙過濾,取1 mL麥汁按照1.3.2的方法測所得麥汁總黃酮含量,考察下料溫度對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),通過糖化儀進行糖化,制得麥汁后用濾紙過濾,并用純水調整糖度到11°P,取1mL麥汁按照1.3.2的方法測所得麥汁總黃酮含量,考察料水比對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,濾紙過濾,取1 mL麥汁,按照1.3.2的方法測所得麥汁的總黃酮含量,考察投料水pH對麥汁總黃酮含量的影響。

1.3.5 糖化工藝優化正交試驗

在單因素試驗結果基礎上,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價指標,進行L9(33)正交試驗設計,正交試驗因素與水平見表2。

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

2 結果與分析

2.1 蘆丁標準曲線

以蘆丁質量濃度(x)為橫坐標,吸光度值(y)為縱坐標,繪制標準曲線如圖1所示。由圖1可知,蘆丁標準曲線方程為y=11.602x-0.005,相關系數R2=0.996 3。結果表明,蘆丁質量濃度在0.005～0.050 mg/mL范圍內有良好的線性關系。

圖1 蘆丁標準曲線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使麥汁的口感差異明顯,麥汁感官品評結果詳見表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,同時會引起麥汁的渾濁,藜麥香氣過于突出,很不協調。當藜麥添加量達到50%的時候,麥汁極苦,無法飲用;但過低的添加量使得麥汁中藜麥的風味不明顯。通過對麥汁進行感官品評,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 不同藜麥添加量對麥汁感官評分的影響Table 3 Effects of different adding proportion of quinoa on sensory score of wort

2.3 糖化工藝優化單因素試驗

2.3.1 下料溫度

圖2 下料溫度對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間不變的前提下,在實驗設定的下料溫度范圍內,麥汁總黃酮的含量隨著下料溫度的升高而提高,但當溫度接近52℃時又呈下降趨勢;為下料溫度超過55℃時,麥汁總黃酮含量又開始增加,到62℃時達到峰值,這可能是由于隨著溫度的增加,分子運動加快,有效成分的浸出增加,但當溫度為52℃時,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始增加;當下料溫度超過62℃時,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℃這三個下料溫度進行正交試驗。

2.3.2 料水比

由圖3可知,在保持其他條件不變的情況下,通過料水比對麥汁總黃酮含量的研究發現,在1∶3.0～1∶5.0(g∶mL)的料水比的范圍內,隨著料水比的增加,相同濃度的麥汁其總黃酮的含量呈現出先急后緩的上升趨勢,但過高的料水比對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)進行正交試驗。

圖3 料水比對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,通過投料水pH對麥汁總黃酮含量的研究發現,在實驗設定的投料水pH的范圍內,麥汁總黃酮的含量隨著投料水pH值的降低而增加,顯現出先急后緩的趨勢,但考慮到啤酒釀造對投料水pH的要求,選擇投料水pH值為6.0、5.5、5.0進行正交試驗。

2.4 糖化工藝優化正交試驗

固定藜麥添加量為20%,采用L9(33)正交設計從下料溫度、料液比、投料水pH三個方面以麥汁總黃酮含量為考察指標優化糖化工藝,正交試驗因素與水平結果見表4。

由表4可知,極差結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,進行3次驗證試驗,得到11度麥汁的總黃酮含量平均值為0.320 mg/mL。

表4 糖化工藝優化正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for saccharification process optimization

2.5 藜麥啤酒品質分析

2.5.1 藜麥啤酒感官品評[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260 s;藜麥的清香、酵母發酵產生的酯香、酒花香交織在一起,氣味迷人、高雅柔和;泡沫潔白、細膩;口感順滑。

2.5.2 藜麥啤酒理化指標和衛生指標檢測分析結果

表5 藜麥啤酒理化、衛生指標檢測分析結果Table 5 Detection and analysis results of physicochemical and hygienic indexes of beer

由表5可知,產品的感官指標、理化指標和衛生指標均符合國標GB 4927—2008《啤酒》,具有藜麥啤酒獨具特色的風味。

3 結論

黃酮類化合物作為植物中非常重要的一類次生代謝產物,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,保肝護腎等多種藥理作用。經優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,具有藜麥獨特的風味,飽滿扎實,泡沫潔白、細膩,口感順滑是一款集營養與保健一體的精釀啤酒。

[1]魏愛春,楊修仕,么 楊,等.藜麥營養功能成分及生物活性研究進展[J].食品科學,2015,36(15):272-276.

[2]肖正春,張廣倫.藜麥及其資源開發利用[J].中國野生植物資源,2014,33(2):62-66.

[3]REPOCARRASCO R,ESPINOZA C,et al.Nutritional value and use of the Andean crops quinoa(Chenopodium quinoa)andkaniwa(Chenopodium pallidicaule)[J].Food Rev Int,2003,19：179-189.

[4]楊月欣.中國食物成分表(第2冊)[M].北京:北京大學醫學出版社,2005:217-245.

[5]BERTI C,LAMETTI S,PORRINI M,et al.Chenopodium quinoa may represent a viable alternative for gluten-free products[J].Polish J Food Nutr Sci,2002,11：138-140.

[6]董施彬.黎麥黃酮提取工藝、抗氧化活性及抗衰老研究[D].北京:北京林業大學,2016.

[7]MASTEBROEK H D,LIMBURY H,GILLES T,et al.Occurrence of sapogenins in leaves and seeds of quinoa(Chenopodium quinoaWilld)[J].J Sci Food Agr,2000,80(1)：152-156.

[8]趙秀玲.黃酮類化合物的研究進展[J].江蘇調味副食品,2010,27(5):17-22.

[9]藜麥種子黃酮含量的快速檢測技術研究[J].中國種業,2017(7):66-69.

[10]姜秀娟,唐金成,白紅進,等.可見分光光度法測定刺山柏花蕾中總黃麗含量[J].食品科學,2010,31(18):59-63.

[11]中華人民共和國國家發展和改革委員會.QB/T 1686—2008啤酒麥芽[S].北京:中國標準出版社,2008.

[12]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 4928—2008啤酒分析方法[S].北京:中國標準出版社,2008.

[13]中華人民共和國衛生部.GB 4789.2—2010菌落總數測定[S].北京:中國標準出版社,2010.

[14]中華人民共和國衛生部.GB 4789.3—2010大腸菌群計數[S].北京:中國標準出版社,2010.

[15]石振興.國內外藜麥品質分析及其減肥活性研究[D].北京:中國農業科學院,2016.

[16]KIJIMA T,TAKAHASHI S,ITOZAWA T,et al.The activity of rutin degrading enzyme from flower buds of Japanese pagoda tree[J].J Food Tech,2005,3(2)：238-241.

[17]周 凌,孫帥楠,謝彩峰,等.響應面優化外加酶對木薯麥汁中氨基氮的影響[J].輕工科技,2017(4):18-23.

[18]董小雷,周廣田,聶 聰,等.啤酒感官品評[M].北京:化學工業出版社,2007:126-130.

[19]ZHU N Q,SHENG S Q,et al.Triterpene saponins from debittered quinoa(Chenopodium quinoa)seeds[J].Agr Food Chem,2002,50：865-867.

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

山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金(2014BSB01118)

卞 猛(1984-),男,助理工程師,碩士,研究方向為微生物學。

*通訊作者:周廣田(1954-),男,教授,本科,研究方向為現代釀酒技術。