白啤发酵工艺研究

2021-01-08吴荣荣赵娟娟

绿色科技 2020年22期

吴荣荣，赵娟娟，高越，张辉

(衡水学院生命科学学院, 河北衡水 053000))

1 引言

白啤酒是一种低酒精度的饮料酒，其源于中世纪欧洲，受到宫廷贵族钟爱并专享，在欧洲被誉为“贵族啤酒”[1，2]。小麦可作为啤酒酿造的原料，其组成成分以及各比例适中，其酿造的白啤，作为淡爽型啤酒受到大众青睐[3]。白啤以大麦芽(60%～70%)和小麦芽(25%～40%)为原料，经上面啤酒酵母发酵而成，其特点是酒体浓厚，入口柔和，且回味悠久，杀口力强，挂杯较持久。它不但具有良好的品质特征，而且富含有人体所必需氨基酸和维生素，有较高的营养价值，符合亚洲人的饮用习惯[4，5]。

由于白啤酒采用上面酵母发酵，因上面酵母有同化特性，且主发酵温度高于下面酵母一般为16～22 ℃，所以主发酵进行的十分迅速，降糖速度更是优于下面发酵，3～4 d的时间便可发酵完全，对于工业化生产可缩短啤酒发酵周期，减少设备的空置率，增大企业利润空间[6]。小麦啤酒的风味一般与所含的脂类、醇类的含量和配比有很大关系，但影响因素很复杂，例如双乙酰就十分重要，含量低酸味和苦味都会显现[7]。相比于其他种类啤酒，小麦啤酒具有更高的质量指数[8]。

本实验通过对上面酵母的活化、扩培，用小麦芽部分替代大麦芽进行麦汁制备。将制备好的麦汁调到实验所需的条件，添加上面酵母进行白啤酒的发酵，通过研究不同糖度、接种量、温度和主发酵时间等参数，按酒精度进行评价，结合感官评价，来确定最佳发酵条件，根据我国啤酒消费习惯酿造出小麦芽淡爽型啤酒，丰富市场上啤酒产品类型。

2 材料与方法

2.1 材料与试剂

麦芽：购于海南盛世生物技术有限公司;啤酒花：购于海南盛世生物技术有限公司;上面啤酒酵母：购于衡水海华生物有限公司。

麦芽浸粉，蛋白胨，糖化酶，β-葡聚糖酶均为生物试剂，葡萄糖、氢氧化钠、盐酸、邻苯二胺、甘油聚醚、苯二甲酸氢钾、乳酸均为分析纯。试剂购于衡水瑞丰生物技术公司。

2.2 仪器与设备

紫外分光光度计：UV-2540UV-250，日本岛津；分析天平；附温比重瓶：1860A，衡水瑞丰生物有限公司；酒精蒸馏装置：W-10，衡水瑞丰生物有限公司；酒精计: 0-40 40-70 70-100，河间市龙腾塑料有限公司;双乙酰蒸馏装置: BLSH-500, 衡水瑞丰生物有限公司;净化工作台: BJ-2CD，济南博华仪器有限公司;灭菌锅: YX-24LD，济南博华仪器有限公司; pH计: PHS-3C，上海雷磁仪器厂;小型啤酒生产线:XTB-X200, 济南尚德生物技术有限公司。

2.3 方法

2.3.1 菌种制备

将衡水学院研发的上面酵母菌种活化，以进行后期的白啤发酵实验。配制麦芽汁培养基活化菌种，然后5 mL→10 mL→30 mL→300 mL→500 mL进行渐进扩培。

2.3.2 麦芽汁的制备

将大麦芽和小麦芽按一定比例不同细度的粉碎，进行糖化、过滤、煮沸及添加酒花、旋沉、冷却至发酵温度。

2.3.3 白啤酒酿造单因素发酵实验

研究不同发酵糖度(9°P、10°P 、11°P、12°P、)、接种量(0.4% 、0.5% 、0.6% 、0.7% 、发酵初始温度(16 ℃、18 ℃、20 ℃、22 ℃)和主发酵时间(2.5 d、3 d、3.5 d、4 d)等参数对白啤酒的影响，检测最终白啤酒的酒精度、发酵度、总酸含量等指标[9,10]，同时结合感观品评进行打分以获得最佳参数。

2.3.4 响应面优化白啤酿造工艺实验

设计不同糖度(A)、时间(B)、接种量(C)和温度(D)4个因子，每个因子设3个水平，进行白啤酒发酵，发酵结束后对白啤酒的酒精度、发酵度、总酸、双乙酰、等相关指标进行测定，结合感官品评得分，寻找最佳的发酵工艺条件[11,12]，见表1。

表1 因子水平对照

2.3.5 啤酒感官评定

引起啤酒风味变化的因素是非常多的，不能一一检测。所以啤酒风味的评价，仍以品尝为主，也是最有效最直接的方法。本实验啤酒感官指标作为试验指标的参考项，具体品评项目见表2。

表2 淡色啤酒品评

3 结果与分析

3.1 单因素实验结果

3.1.1 发酵温度的确定

在糖度、接种量等条件不变的情况下，分别在16 ℃、18 ℃、20 ℃和22 ℃温度下进行主发酵，检测白啤酒的酒精度，同时结合感观品评，确定最适发酵温度。其结果如图1所示。

由图1可知，随着主发酵温度的升高酒精度基本上也在升高，在20 ℃的发酵温度时有所由图1可知酒精度随着主发酵温度的升高酒精度基本上也在升高，在20℃的发酵温度时有所下降，造成的原因可能是随着温度的升高，适合上面酵母的生长温度，糖消耗量增加，酒精转变速度增快，再结合感官评趋势线，先降低在升高，在20 ℃时再次降低，可能的原因是在16 ℃相对低的温度下风味物质缓慢产出口味较协调，而在18 ℃时温度升高，风味物质产出速度不一，口味较单一，20 ℃时符合发酵最适温度，口味和风味产生都相互协调，酒体饱满，泡沫洁白细腻，22 ℃时风味物质速度产生再次加快，但产出速度不协调，导致成品酒的酒体淡薄，口味粗糙，整体评分再次下降，所以由图1两种趋势线可以确定主发酵温度为20 ℃。

图1 主发酵温度与酒精度及感官评分的折线图

3.1.2 发酵初始糖度的确定

分别调整糖度至9°P、10°P、11°P和12°P，固定其接种量，然后在20 ℃下发酵，检测白啤酒的酒精度，同时结合感观品评，确定最佳初始糖度。结果如图2所示。

图2 初始糖度与酒精度及感官评分的折线图

图2显示，随着初始糖度的升高酒精度随着升高，因为在接种量不变的情况下，初始糖度的增高意味着转变酒精的能力增加，符合理论依据。再结合感官评定趋势线，糖度为9°P时酒体无异味，但风味物质不明显，10°P时挂杯性增强，但口感较差，酵母味和双乙酰为明显，且有收口性较差有涩味，说明酒体并不成熟，11°P口感有明显的改善，但小麦啤酒特有的麦芽香气却不突出，导致酒体寡淡无味，12°P评分风味协调，香气浓郁，泡沫洁白细腻。由图2两种趋势线可以确定初始糖度为12°P。

3.1.3 接种量的确定

分别设定0.4%、0.5%、0.6%和0.7%等不同接种量，接种酵母，检测白啤酒的酒精度，同时结合感观品评，确定最佳接种量。结果如图3所示。

图3 接种量与酒精度及感官评分的折线图

从图3可知，接种量为0.5% 时酒精度最高，酒精度随着接种量的增加随有所反复，但都小于最大值，分析原因可能是，随着接种量的增大酵母繁殖力增大，酒精转化力增大，但是达到临界点以后虽有反复，但是超过了它本身最大容纳量，酵母死亡率也在增大。再结合感官评定趋势线，接种量的增大风味物质产出越好，但是随着酵母接种量临界点的来临，酵母的死亡率也在增加，同时过多的接种量导致风味物质产出不均一口感不协调，感官品评明显可以感受到酵母的味道，以及酒体不饱满整体不和谐，感官评分大打折扣。由图3可确定最适接种量为0.5% 。

3.1.4 主发酵时间的确定

在20 ℃下，主发酵时间分别为2.5 d、3 d、3.5 d和4 d，检测白啤酒的酒精度，同时结合感观品评，确定最佳主发酵时间。其结果如图4所显示。

图4 主发酵时间与酒精度及感官评分的折线图

由图4可判定，主发酵时间为3.5 d时酒精度最高，趋势线先增加再减少，可能的原因是随着主发酵时间的增加，酵母繁殖多代，转变酒精能力增加，但随着主发酵时间超过3.5 d时，酵母死亡率也在增加，转变酒精能力减弱。再结合感官评定趋势线，右上图可知感官评定趋势线基本和酒精度趋势线保持一致，是因为主发酵时间的增加，风味物质析出越来越好，口味越来越协调，口感越来越饱满，但超过3.5 d时，由于酵母味的增加和高级醇味的突出，导致整体评分下滑，可能是酵母死亡率的增加也同时导致了风味物质不能很好地析出。由图4两种趋势线可以判定最佳发酵时间为3.5 d。

3.2 响应面优化白啤酿造工艺

根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理，综合单因素实验结果，选择发酵初始糖度、主发酵时间、发酵温度和接种量4个因素作为自变量设计响应面分析实验，分别以A、B、C、D表示，每个自变量分低、中、高水平分别以-1、0、1分别进行编码，以最终酒精度和感官评分作为响应值Y。详细实验因素及水平安排见表3。

由表4～7数据得出，酒精度和感官评分作为Y值得回归方程具有显著性，且线性相关系数R在置信区间95%，两者的失拟相都不显著，由此可得到两个模型与实际实验拟合性都较好。可用于代替实验点对实验结果进行分析。以酒精度为指标的交互项AB、AC、BC和以感官评分作为指标的AC、BC都有显著性影响，并作相应的响应面3D图，结果如图5、图6。