采用CDR BeerLab分析儀檢測啤酒理化指標(biāo)的研究

張海夢，張皓哲，崔云前*

（1.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）中德啤酒技術(shù)中心，山東 濟(jì)南 250353；2.山東女子學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250300）

在啤酒釀造過程中，檢測啤酒中各項(xiàng)理化指標(biāo)已成為評(píng)判啤酒質(zhì)量合格與否的重要手段之一。目前啤酒工業(yè)大多使用錐形發(fā)酵罐進(jìn)行啤酒發(fā)酵，其較高的液位及壓力無疑增加了監(jiān)控啤酒質(zhì)量指標(biāo)的難度，因此定期取樣進(jìn)行相應(yīng)的檢測，已成為研究人員不可或缺的工作之一。根據(jù)CDR BeerLab分析儀的適用范圍，本研究選用啤酒質(zhì)量中極其重要的色度、苦味值和酒精度3個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行了相應(yīng)傳統(tǒng)法和儀器法的檢測。

色度[1-2]是啤酒中極其重要的理化指標(biāo)之一，根據(jù)色度的深淺，可將啤酒分為三類：淡色啤酒、濃色啤酒和黑色啤酒[3]。色度與啤酒質(zhì)量息息相關(guān)，影響色度深淺的原因主要包含：①麥芽與酒花中多酚物質(zhì)及其衍生物的浸出量；②麥汁制備過程中類黑素的生成；③其他有機(jī)化合物的氧化。國標(biāo)GB/T4928—2008《啤酒分析方法》的色度分析法包含歐洲釀造協(xié)定（European BrewingConvention，EBC）比色計(jì)法和分光光度計(jì)法，其次還包含碘液比色法和可見分光光度法等[4-5]。苦味值也是啤酒中極其重要的理化指標(biāo)之一，在發(fā)酵過程中，苦味值分別受酒花種類和添加量、發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵參數(shù)、麥芽種類和氧氣等影響，正常的苦味值可使酒體協(xié)調(diào)、風(fēng)味穩(wěn)定，故啤酒的苦味值需保持在一定水平。國標(biāo)GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》中并沒有規(guī)定苦味值的分析方法[6]，但異辛烷萃取法[7-9]已是各大啤酒廠和高校首選的傳統(tǒng)方法。啤酒的酒精度與原料的質(zhì)量和種類、原麥汁濃度、酵母和發(fā)酵過程緊密關(guān)聯(lián)，酒精度數(shù)過低的啤酒含有大量的雜醇，會(huì)引起較強(qiáng)的頭痛感，故其也是啤酒另一重要的理化指標(biāo)。國標(biāo)GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》的酒精度測定方法包含密度瓶法、氣相色譜法和儀器法[10-13]。

CDR BeerLab分析儀是一款新型的恒溫式啤酒分析儀，基于發(fā)光二極管（light emitting diodes，LED）分光光度計(jì)原理能夠準(zhǔn)確而又快速的分析啤酒和麥汁的某些參數(shù)指標(biāo)。它的適用范圍廣泛，除了可以測定啤酒色度、酒精度、苦味值、雙乙酰等指標(biāo)之外，還可以檢測釀造水中鈣、鎂、碳酸氫鈉等參數(shù)指標(biāo)。CDR BeerLab分析儀的優(yōu)勢具體如下：①檢測項(xiàng)目廣泛，一機(jī)多用。②不需要對(duì)樣品進(jìn)行較復(fù)雜的前期處理。③可監(jiān)管整個(gè)發(fā)酵過程。④實(shí)驗(yàn)操作流程簡單。⑤檢測時(shí)間大為縮短。⑥結(jié)果準(zhǔn)確。CDRBeerLab分析儀具有某些缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：①可能引入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)結(jié)果。②操作的靈活性有待提高。③受試劑影響較大。

本研究為了確定CDR BeerLab分析儀對(duì)啤酒理化指標(biāo)分析的準(zhǔn)確性，分別選用紫外分光光度計(jì)法、異辛烷萃取法及密度瓶法對(duì)8款啤酒理化指標(biāo)中的色度、苦味值和酒精度進(jìn)行了傳統(tǒng)法分析，并將兩者所測數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。CDR BeerLab分析儀的優(yōu)勢不僅可以大大縮短研究人員的檢測時(shí)間，而且適用范圍廣泛，對(duì)于資金不足的小型啤酒廠而言，無疑是檢測啤酒理化指標(biāo)和控制發(fā)酵過程的一把利器。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

青島奧古特啤酒：青島啤酒有限公司；青島原漿啤酒：青島德曼啤酒技術(shù)裝備有限公司；精釀瑪卡啤酒：本實(shí)驗(yàn)室釀造；精釀黑啤酒：煙臺(tái)吉斯波爾公司；鵝島IPA（GOOSE IPA）：百威英博碑酒集團(tuán)公司；林德曼櫻桃水果藍(lán)比克（Lindmans Kriek Fruit Lambic）：林德曼啤酒廠；維森深色小麥啤酒（Weihensteohaner Hefeweissbier Dunkel）：維森啤酒廠；督威比利時(shí)烈性金色愛爾啤酒（Duvel Belgian Strong Golder Ale）：督威釀酒廠。

1.1.2 化學(xué)試劑

正辛醇（分析純）、濃硫酸（分析純）：萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠；濃鹽酸（分析純）、重鉻酸鉀（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；異辛烷（分析純）、無水乙醚（分析純）、無水乙醇（分析純）：天津富宇有限公司。CDR BeerLab色度、苦味值和酒精度提取試劑盒：意大利CDR公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1004電子天平：天津天馬衡基儀器有限公司；TDL-5-A大型高速離心機(jī)：鄭州明天儀器設(shè)備有限公司；UV2350紫外可見分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；XT5205-R20-D31電熱恒溫水浴鍋：杭州雪中炭恒溫技術(shù)有限公司；CDR BeerLab分析儀：意大利CDR公司；101電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；Eppendorf 5424R小型離心機(jī)；德國Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 色度的分析方法

傳統(tǒng)法：采用紫外可見分光光度計(jì)[14]檢測啤酒的色度，其原理是：在430nm的波長條件下測量啤酒的吸光度值，并通過相應(yīng)的換算公式計(jì)算出最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即啤酒的色度。

儀器法：使用CDR BeerLab分析儀測定啤酒色度，其具體操作流程如下：①啤酒樣品的預(yù)處理。使用定性濾紙對(duì)冷的新鮮啤酒樣品進(jìn)行除氣和酵母過濾，然后使用色度試劑盒中0.45 μm濾膜對(duì)初步除氣后的啤酒樣品進(jìn)行過濾。②儀器的調(diào)零過程。將純水加入到空比色皿中，再放入儀器測量模塊的藍(lán)光處進(jìn)行調(diào)零。③樣品色度的測量。先將純水倒掉，再加入處理好的樣品，放入測量模塊的藍(lán)光處讀數(shù)即可。

1.3.2 苦味值的分析方法

傳統(tǒng)法：采用異辛烷萃取法測定啤酒的苦味值[15-16]，其原理是：經(jīng)鹽酸酸化的啤酒在異辛烷和正丁醇的相互作用下萃取苦味物質(zhì)，并在275 nm的波長條件下測定吸光度值，再通過相應(yīng)的換算公式進(jìn)行換算即可。

儀器法：CDR BeerLab分析儀測定啤酒苦味值所用試劑均來自提取試劑盒，具體操作流程如下：①試劑與樣品的添加。先往2 mL離心管中加入1 mL未除氣/除氣的啤酒樣品，然后像離心管中加入100 μL的R1a試劑，最后再加入1mL的苦味提取液；②萃取過程。搖晃離心管1min，然后在5000r/min條件下離心3min；③儀器調(diào)零。將500μL的R1加入到空白比色皿中，在儀器恒溫培養(yǎng)模塊中溫浴5 min，然后搖晃比色皿2～3次，再放入儀器測量模塊的藍(lán)光處讀空白；④苦味值的測量。取離心后的上清液500μL到比色皿中，搖晃比色皿2～3次后，放入儀器測量模塊藍(lán)光處讀數(shù)。

1.3.3 酒精度的分析方法

傳統(tǒng)法：采用蒸餾法測定啤酒的酒精度[17-20]，其實(shí)驗(yàn)原理是：利用20℃的酒精水溶液與同體積純水質(zhì)量之比，求得相對(duì)密度，然后查表得出樣品中酒精含量。

儀器法：CDR BeerLab分析儀測定啤酒酒精度所用試劑均來自提取試劑盒，具體操作步驟如下：①試劑R1的溫浴。將含有R1試劑的比色皿放于儀器恒溫培養(yǎng)模塊中溫浴10min；②樣品的稀釋。將樣品與酒精度試劑盒中的稀釋液（10mL）以1∶100的比例進(jìn)行稀釋。③儀器調(diào)零。向預(yù)熱好的比色皿中皆添加100 μL的R1a試劑和稀釋樣品，搖晃比色皿2～3次，放入儀器恒溫培養(yǎng)模塊中溫浴1min，然后放入測量模塊的藍(lán)光處讀空白；④酒精度的測量。將50 μL的R2試劑加入到上述比色皿中，搖晃2～3次，然后放入儀器恒溫恒溫培養(yǎng)模塊中溫浴10 min，最后將溫浴完成后的比色皿放入測量模塊藍(lán)光處讀數(shù)即可。

1.3.4 計(jì)算公式

（1）傳統(tǒng)法測定色度的計(jì)算公式

E=A430nm×25×n

式中：E為樣品的色度，EBC；A430nm為樣品在波長430 nm條件下測得的吸光度值；25為換算成標(biāo)準(zhǔn)比色皿的厚度，mm；n為稀釋倍數(shù)。

（2）傳統(tǒng)法測定苦味值的計(jì)算公式

W=A275nm×50

式中：W為樣品的苦味值，BU；A275nm為樣品在波長275 nm條件下測得的吸光度值；50為換算系數(shù)。

（3）傳統(tǒng)法測定酒精度的計(jì)算公式

2 結(jié)果與分析

采用傳統(tǒng)法和CDR BeerLab分析儀重復(fù)驗(yàn)證了8款啤酒的色度、苦味值和酒精度。8款啤酒樣品的酒精度范圍在3%vol～9%vol之間，色度范圍在5～120 EBC之間，苦味值范圍在9～55 BU之間，每個(gè)樣品需進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，最終取其平均值。

2.1 氣泡對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

使用傳統(tǒng)法和儀器法測定啤酒色度時(shí)，需去除啤酒中的二氧化碳。為避免啤酒氧化，色度的測量過程需迅速而又準(zhǔn)確，比色皿中流動(dòng)的氣泡會(huì)影響紫外分光光度計(jì)讀數(shù)的穩(wěn)定性，對(duì)樣品的吸光度值造成極大的誤差。使用傳統(tǒng)法和儀器法測定啤酒苦味值時(shí)，無需對(duì)啤酒樣品進(jìn)行脫氣操作，這與后期的萃取過程和離心過程息息相關(guān)，高速離心過程能去除啤酒中剩余的二氧化碳，可大大降低實(shí)驗(yàn)誤差。使用傳統(tǒng)法測定酒精度時(shí)，二氧化碳的去除是極其重要的。啤酒初沸時(shí)，由于受到大氣壓和錐形瓶容積的限制，未脫氣的啤酒樣品會(huì)被吸入到蛇形冷凝管中，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；使用儀器法測量酒精度時(shí)，由于儀器法對(duì)樣品的需求量極少（100 μL即可），故樣品中二氧化碳的殘留對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不大，從而降低了二氧化碳對(duì)結(jié)果的影響。

2.2 啤酒色度測定結(jié)果和分析

使用CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法測試了啤酒中的色度情況，結(jié)果見表1。由表1可知，儀器法測定精釀黑啤酒、瑪卡啤酒、奧古特、青島原漿、鵝島IPA、林德曼櫻桃、維森深色小麥和督威比利時(shí)烈性金色愛爾啤酒的平均值分別為120EBC、56EBC、5EBC、13EBC、10EBC、47EBC、40EBC和7 EBC，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。傳統(tǒng)法測定上述8款啤酒的平均值分別為120.00EBC、56.50EBC、5.57EBC、13.79 EBC、10.19 EBC、47.43 EBC、40.54 EBC和7.30 EBC。根據(jù)儀器法和傳統(tǒng)法的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析（見圖1）。由圖1可知，兩種方法測的色度相關(guān)系數(shù)R2為0.999 99，從相關(guān)系數(shù)R2和8款啤酒的測定值皆可看出，兩種方法的一致性較高，故儀器法可替代傳統(tǒng)法測定啤酒色度。

表1 CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法檢測啤酒色度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Detecting results of beer chroma by CDR BeerLab analyzer and traditional method

圖1 傳統(tǒng)法和CDR BeerLab儀器法檢測啤酒色度的相關(guān)性分析Fig.1 Correlation analysis of beer chroma by CDR BeerLab analyzer and traditional method

2.3 啤酒苦味值測定結(jié)果和分析

使用CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法測試了啤酒的苦味值情況，結(jié)果見表2。由表2可知，使用儀器法測定瑪卡啤酒、奧古特、青島原漿、精釀黑啤酒、鵝島IPA、林德曼櫻桃、維森深色小麥和督威比利時(shí)烈性金色愛爾啤酒的平均苦味值分別是14.00BU、19.50BU、9.73BU、15.20BU、55.03BU、18.40BU、14.23 BU和33.50 BU，而傳統(tǒng)法測定上述啤酒的平均苦味值分別是15.20 BU、18.01 BU、9.40 BU、14.50 BU、54.02 BU、16.69 BU、14.89 BU和34.48 BU。兩種方法的重復(fù)性較高，但存在一定誤差，引起誤差的最主要原因是萃取過程中搖晃力度的不同。使用CDR BeerLab分析儀進(jìn)行啤酒苦味值分析的過程中，同樣需要1 min的手動(dòng)萃取過程，手動(dòng)萃取過程是分析啤酒苦味值的關(guān)鍵步驟，由于每個(gè)人萃取時(shí)的搖晃力度不同，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定誤差，故前期對(duì)研究人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)是至關(guān)重要的。根據(jù)儀器法和傳統(tǒng)法的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析（見圖2）。由圖2可知，兩種方法測的苦味值相關(guān)系數(shù)R2為0.994 34，儀器法苦味值測定結(jié)果與傳統(tǒng)法接近，故儀器法可較好的替代傳統(tǒng)法來測定啤酒苦味值。

表2 CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法檢測啤酒苦味值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Detecting results of beer bitterness by CDR BeerLab analyzer and traditional method

圖2 傳統(tǒng)法和CDR BeerLab儀器法檢測啤酒苦味值的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of beer bitterness value by CDR BeerLab analyzer and traditional method

2.4 啤酒酒精度測定結(jié)果和分析

使用CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法測試了啤酒的酒精度，結(jié)果見表3。由表3可知，使用儀器法測定瑪卡啤酒、奧古特、青島原漿、精釀黑啤酒、鵝島IPA、林德曼櫻桃、維森深色小麥和督威比利時(shí)烈性金色愛爾啤酒的平均酒精度分別是8.37%vol、5.00%vol、5.40%vol、4.40%vol、5.90%vol、3.50%vol、5.30%vol和8.50%vol，平行實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。使用傳統(tǒng)法測定上述啤酒的平均酒精度分別是8.20%vol、4.70%vol、5.45%vol、4.46%vol、5.59%vol、3.68%vol、5.38%vol和8.82%vol。根據(jù)儀器法和傳統(tǒng)法的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析（見圖3）。由圖3可知，兩種方法測的酒精度相關(guān)系數(shù)R2為0.996 48，從相關(guān)系數(shù)R2和8款啤酒的測定值皆可看出，兩種方法的數(shù)據(jù)無顯著差異，且一致性較高，故儀器法可以替代傳統(tǒng)法測量啤酒的酒精度。

表3 CDR BeerLab分析儀和傳統(tǒng)法檢測啤酒酒精度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Detecting results of beer alcohol content by CDR BeerLab analyzer and traditional method

圖3 傳統(tǒng)法和CDR BeerLab儀器法檢測啤酒酒精度的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of beer alcohol contents by CDR BeerLab analyzer and traditional method

3 結(jié)論

在這個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，研究人員使用儀器法檢測啤酒中各項(xiàng)指標(biāo)的情況已較為普遍。本研究采用CDRBeerLab分析儀對(duì)8款啤酒的色度、苦味值和酒精度進(jìn)行了快速檢測，同時(shí)使用紫外分光光度計(jì)法、異辛烷萃取法和密度瓶法分別對(duì)色度、苦味值和酒精度進(jìn)行了傳統(tǒng)法測定。根據(jù)儀器法和傳統(tǒng)法的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別得出色度、苦味值和酒精度的回歸方程，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.999 97、0.990 65和0.994 34。由此可見，在色度和酒精度的測定過程中，傳統(tǒng)法數(shù)據(jù)與儀器法數(shù)據(jù)高度一致，而在苦味值的測定中，傳統(tǒng)法與儀器法分析結(jié)果存在一定誤差，但可以通過恰當(dāng)操作避免。根據(jù)上述結(jié)果所知，CDR BeerLab分析儀的數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確，準(zhǔn)確率較高，可快速、精確地檢測每一個(gè)樣品，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)法所帶來的種種不便，是研究人員的得力助手之一。