降低洋槐蜜黑啤酒中高級醇的含量

劉連成

江蘇食品藥品職業技術學院（淮安 223003）

黑啤酒又稱濃色啤酒，是在普通麥芽原料基礎上加上焦香麥芽和黑色麥芽釀制而成，酒液呈黑褐色，原麥芽汁濃度12～20 °P，酒體突出麥芽焦香味，口味醇厚[1]。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[2-3]，洋槐蜜含有果糖、葡萄糖、維生素、還原酶等物質，還含有黃酮、酚酸等抗氧化物質，以及多種無機鹽和有利于身體健康的微量元素。洋槐蜜黑啤酒是在黑啤酒釀制發酵過程中，黑麥汁在煮沸回旋冷卻后添加少量的洋槐蜜，以提高黑啤酒的抗菌消炎、養顏和潤腸等保健功能[4]。

高級醇是洋槐蜜黑啤酒發酵代謝的副產物之一，主要成分是異戊醇，其次為活性戊醇、β-苯乙醇、異丁醇和正丙醇等。高級醇含量超過一定濃度會引起啤酒雜醇臭味和不愉快的苦味，在黑啤酒中含量一般低于100 mg/L，黑啤酒中高級醇含量高，飲用過量會導致上頭，會引起人劇烈頭痛和頭暈[5]，但適量的高級醇能賦予黑啤酒酒體豐滿，口感醇厚柔和。在釀造過程中把高級醇含量控制在合理范圍內，同時控制合適的醇酯比顯得非常重要。啤酒中高級醇和酯類物質的形成，受到眾多因素的影響，有酵母菌種、接種量、發酵溫度、麥汁組成、發酵壓力和溶氧水平等[6-8]，試驗利用學校啤酒教學工廠小型啤酒生產線對黑啤酒中高級醇含量影響因素進行優化研究。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

試驗用洋槐蜜黑啤酒：江蘇食品藥品職業技術學院釀造的14 °P洋槐蜜保健黑啤酒。

1.2 儀器與設備

光電自動菌落計數器，江蘇達康醫療用品有限公司；M-2型；6820氣相色譜儀：美國Agilent公司；啤酒生產設備，來自學院啤酒教學工廠200 L小型現代啤酒生產設備（粉碎機、糖化設備、發酵設備、過濾設備等），山東中德啤酒設備有限公司。

1.3 方法

黑啤酒中高級醇及總酯含量測定采用氣相色譜法[9]。

黑啤酒發酵液中酵母細胞數測定采用自動菌落計數器法[10]。

黑麥芽中α-氨基氮含量的測定采用茚三酮法[11]。

洋槐蜜黑啤酒的生產：以普通麥芽、焦香麥芽、黑麥芽為原料，按照黑啤酒生產的90∶5∶5的原料比例，二次煮出糖化法進行麥汁糖化，酒花為香料，麥汁冷卻入罐時加少量洋槐蜜，采用下面發酵工藝生產14 °P洋槐蜜保健黑啤酒。

1.3.1 研究酵母接種量對黑啤酒高級醇含量的影響

洋槐蜜黑啤酒糖化和發酵工藝同常規14 °P洋槐蜜黑啤酒生產工藝，下同。采用不同酵母接種量，測定滿罐時的酵母細胞數，研究單因素接種量對洋槐蜜黑啤酒高級醇含量的影響。

1.3.2 研究發酵壓力對黑啤酒高級醇含量的影響

黑啤酒發酵工藝采用帶壓發酵，選擇0.01～0.04 MPa不同主發酵壓力，后發酵壓力升至0.1 MPa，發酵結束測定高級醇含量。

1.3.3 研究不同α-氨基氮含量的麥汁對黑啤酒高級醇含量的影響

通過添加酵母膏等方式控制黑麥芽汁不同α-氨基氮含量（160～200 mg/L），其他發酵條件相同，檢測發酵后黑啤酒高級醇含量。

1.3.4 研究不同麥汁溶解氧含量對黑啤酒高級醇含量的影響

通過控制黑麥芽汁不同溶解氧含量（4～12 mg/L），其他發酵條件相同，檢測高級醇含量。

1.3.5 研究發酵溫度對黑啤酒高級醇含量的影響

黑啤酒發酵采用的是下面酵母發酵，發酵溫度為8～12 ℃，選擇不同溫度進行主發酵試驗，當發酵度達60%時升溫至12 ℃進行雙乙酰還原，還原結束降溫至0 ℃，發酵結束測定啤酒高級醇含量。

1.3.6 試驗優化

在上述單因素試驗基礎上，選擇對黑啤酒高級醇含量影響較大的四個因素，每個因素取三個水平，進行正交試驗，并對正交試驗結果進行驗證。

2 結果與分析

2.1 酵母接種量對黑啤酒高級醇影響的單因素試驗

有研究[5,12-13]表明，不同的酵母菌種對啤酒高級醇的影響有重要作用，陳長毅等[12]研究發現凝聚性酵母比粉末性酵母產高級醇少，試驗研究采用下面發酵法生產洋槐蜜黑啤酒，使用的啤酒酵母為凝聚性酵母，發酵前采用不同酵母添加量，成品黑啤酒的高級醇、總酯及醇酯比見圖1。通過不同酵母添加量的研究可以看出：酵母接種量少，促進酵母增殖，形成高級醇的數量增加；增加酵母接種量，酵母增殖減少，高級醇形成量下降，促進總酯含量增加，有利于醇酯比下降，增加啤酒的風味品質。

表1 酵母接種量對黑啤酒高級醇含量的影響

2.2 發酵壓力對黑啤酒高級醇影響的單因素試驗

目前大多數啤酒廠采用低壓帶壓發酵的方法釀造啤酒，本試驗采用不同的主酵壓力，后酵壓力保持0.1 MPa左右，主酵壓力對黑啤酒高級醇含量的影響如表2。從表2可以看出，主酵壓力越高，高級醇含量越少，醇酯比下降。但是主酵壓力過高不利于發酵副產物硫化氫、乙醛等異味物質的揮發，影響啤酒的風味。

表2 發酵壓力對黑啤酒高級醇含量的影響

2.3 不同α-氨基氮含量對黑啤酒高級醇影響的單因素試驗

形成高級醇的代謝途徑有降解代謝途徑和合成代謝途徑兩種，其中合成代謝途徑占75%。合成代謝途徑是由糖類提供生物合成α-氨基酸的碳骨架，在其合成的過程中形成α-酮酸，經過脫羧和還原，形成相應的高級醇[14]。黑啤酒中的大部分高級醇，如異戊醇、異丁醇等都是由糖代謝生成氨基酸的過程中產生的，麥汁中氨基酸含量會直接影響高級醇的形成。不同α-氨基氮對黑啤酒高級醇含量的影響見表3，含量高的α-氨基氮（200 mg/L）可促進酵母增殖，通過氨基酸代謝轉換消耗α-氨基氮，中間產物α-酮酸的含量增加，高級醇相應增加；如果麥汁中α-氨基氮偏低（160 mg/L），酵母可經過糖代謝的酮酸路線形成α-酮酸，再通過聯合轉氨基作用合成氨基酸，同樣會產生較多的高級醇。從表3可以看出，黑啤酒的麥汁含量可控制在180 mg/L左右。

表3 不同α-氨基氮對黑啤酒高級醇含量的影響

2.4 麥汁溶解氧對黑啤酒高級醇影響的單因素試驗

麥汁溶解氧對黑啤酒高級醇的影響見表4。從表4可以看出：當冷麥汁充氧量由低到高從4 mg/L到12 mg/L時，高級醇含量逐漸上升，總酯含量下降，該階段冷麥汁充氧量對高級醇的形成起了重要作用，同時它明顯抑制了總酯的形成。因此，降低麥汁充氧量，酒液總酯升高，醇酯比降低。但充氧量太低不利于酵母增殖，延長發酵周期。

表4 麥汁溶氧水平對黑啤酒高級醇含量影響

2.5 發酵溫度對黑啤酒高級醇影響的單因素試驗

發酵溫度越高，酵母增殖速度越快，高級醇的生成量也就相應增加[15]，低溫發酵雖然可以控制高級醇的含量，但是發酵周期延長，因此，可采用低溫主發酵、高溫還原雙乙酰的方法降低高級醇的含量和促進啤酒的成熟。發酵溫度對黑啤酒高級醇影響試驗結果見表5。從表5可以看出，發酵溫度12 ℃，高級醇含量較高，總酯增量不大；發酵溫度8 ℃，高級醇含量較低，醇酯比也低，有利于提高黑啤酒的風味品質。

表5 發酵溫度對黑啤酒高級醇含量影響

2.6 綜合試驗確定不同因素對黑啤酒高級醇含量的影響

根據影響黑啤酒高級醇含量單因素試驗結果，選擇影響成品洋槐蜜黑啤酒高級醇含量變化較大的4個因素，即酵母接種量、α-氨基氮含量、麥汁溶解氧及發酵溫度。主發酵壓力采用0.02 MPa，每個因素分別取3個水平進行正交試驗（表6），通過測定成品黑啤酒高級醇含量確定最佳工藝條件，測定結果見表7。由表7可知，最佳正交組合為A3B1C1D1，即酵母接種量1.8×107個/mL，α-氨基氮含量170 mg/L，麥汁溶解氧為6 mg/L，發酵溫度8 ℃，雙乙酰還原溫度為12 ℃。而從極差R值來看，對黑啤酒高級醇含量的影響順序是發酵溫度＞麥汁溶解氧＞酵母接種量＞α-氨基氮含量。

表6 黑啤酒高級醇含量正交試驗因素水平

表7 黑啤酒高級醇含量正交試驗結果分析

2.7 黑啤酒高級醇含量最佳正交組合的驗證

為了進一步驗證正交試驗的結果，按最佳正交組合A3B1C1D1進行試驗，平行測定3次成品黑酒高級醇的含量，取其平均值，測定結果見表8。從表中可以看出，最佳正交組合的黑啤酒高級醇含量達75.76 mg/L，相比優化前（90.37 mg/L）下降了16.17%，醇酯比為5.58，酒體口味醇厚，焦香味濃，有效地改善了啤酒的風味品質。

表8 驗證試驗結果

3 結論

影響黑啤酒中高級醇形成的因素很多，其中80%高級醇是在黑啤酒主發酵期間形成的，酵母菌種質量、接種量的多少、α-氨基氮含量、溶氧情況、啤酒發酵溫度、壓力、酵母的回收排放均能影響高級醇的形成。研究試驗在高濃黑啤酒發酵工藝中對酵母接種量、α-氨基氮含量、溶氧情況、啤酒發酵溫度及壓力方面對高級醇的形成研究進行優化，試驗結果表明：采用0.02 MPa微壓帶壓發酵，酵母接種量1.8×107個/mL、α-氨基氮含量控制在170 mg/L，麥汁溶解氧為6 mg/L，發酵溫度8 ℃，雙乙酰還原溫度為12 ℃，14 °P黑啤酒高級醇含量達75.76 mg/L，相比優化前（90.37 mg/L）下降了16.17%，醇酯比為5.58，改善了啤酒的風味品質。對黑啤酒高級醇影響因素從大到小順序依次是發酵溫度、麥汁溶解氧、酵母接種量及α-氨基氮含量。