提高啤酒發(fā)酵度的方法探討

閆素娟，李紅，賈士儒*

（1.天津科技大學生物工程學院，天津300457；2.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京100015）

提高啤酒發(fā)酵度的方法探討

閆素娟1，李紅2，賈士儒1*

（1.天津科技大學生物工程學院，天津300457；2.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京100015）

從發(fā)酵原理出發(fā)，嘗試向麥汁中添加可發(fā)酵性糖，通過葡萄糖、果糖、蔗糖以及麥芽糖四種糖的添加，研究高發(fā)酵性糖對發(fā)酵度的影響。結果表明，當麥汁與相同濃度的蔗糖溶液以2∶5的比例混合時，麥汁極限發(fā)酵度提高至85%以上。同時，通過添加氯化銨0.93 g/L，成功解決了添加可發(fā)酵性糖后麥汁中α-氨基氮含量不足的問題。

可發(fā)酵性糖；氮源；發(fā)酵度；α-氨基氮

隨著人們生活水平和健康意識的不斷提高，低糖、低熱量食品相繼問世。啤酒作為大眾性的飲料酒，釀酒師以及科研工作者在低糖啤酒方面陸續(xù)研究開發(fā)產品[1-2]。第四屆健康食品與文化高峰論壇則大力推廣低糖、無糖健康的研究發(fā)展[3]，而肥胖群體或是糖尿病患者會更加青睞于糖含量更低的無糖啤酒。《食品營養(yǎng)標簽管理規(guī)范》中指出無糖（或不含糖）液體食品的要求是：糖≤0.5 g/100 mL[4]。生產無糖啤酒，提高啤酒發(fā)酵度是關鍵，這就要求麥汁中有很高的可發(fā)酵性糖（85%～90%），即啤酒的發(fā)酵度＞85%。國內傳統(tǒng)啤酒的發(fā)酵度一般在62%～70%之間，目前尚未見到有發(fā)酵度＞80%的啤酒[5]。在影響啤酒發(fā)酵度的諸多因素中，除酵母外，糖化工藝是關鍵之處。在麥汁的糖化制備中，可以用麥汁極限發(fā)酵度作為指導糖化工藝的指標[6]。通過對某啤酒廠麥汁極限發(fā)酵度和啤酒發(fā)酵度的調查顯示，麥汁極限發(fā)酵度比啤酒發(fā)酵度高0.5%～2.0%。

影響啤酒發(fā)酵度的糖化因素包括原料組成、粉碎度、料水比、pH值以及糖化溫度等，研究表明改善這些糖化條件，并不能使得啤酒和麥汁極限發(fā)酵度＞85%[7]。理論上增加麥汁中可發(fā)酵性糖，包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖[8]，這些糖會通過各種轉運蛋白（蔗糖首先在胞外先轉換為葡萄糖和果糖[9]）進入酵母細胞內，麥芽糖和麥芽三糖通過麥芽糖酶分解為葡萄糖，葡萄糖和果糖進入糖酵解，產生乙醇和CO2[10]，最終使得啤酒發(fā)酵度增加。而由于通透酶對麥芽三糖親和力低，使得麥芽三糖的轉運成為啤酒發(fā)酵的限制性因素[11]，故麥芽三糖是五種可發(fā)酵性糖中最不易發(fā)酵的糖。故試驗通過添加葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖四種可發(fā)酵性糖來嘗試提高麥汁極限發(fā)酵度。

α-氨基氮是酵母發(fā)育必需的營養(yǎng)物質，當麥汁中α-氨基氮含量為160～180 mg/L時，所釀出的啤酒口味協(xié)調。實驗表明添加可發(fā)酵性糖后，麥汁中α-氨基氮含量明顯降低，為了保證發(fā)酵過程中酵母能正常的生長繁殖以及所釀啤酒的口感協(xié)調，向麥汁中添加氮源是一種必要措施。實驗選取了磷酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、蛋白胨五種氮源進行添加，通過比較添加氮源后麥汁α-氨基氮以及pH、麥汁極限發(fā)酵度等重要理化指標的變化，選擇最適氮源。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大麥芽（澳麥）、釀酒酵母：百威英博雪津（南昌）啤酒有限公司；葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖，均為分析純：天津市大茂化學試劑廠；磷酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、蛋白胨，均為分析純：南昌市永安化工有限公司。

1.2 儀器與設備

HB12-BGT-8A糖化儀：肇慶市科之杰儀器有限公司；HZQ-QX全溫振蕩器：哈爾濱東聯電子技術開發(fā)有限公司；AntonPaar啤酒分析儀、AntonPaar密度折光系統(tǒng)：奧地利安東帕（中國）有限公司；G20恒溫磁力攪拌器：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；DELTA 320 pH計：梅特勒托利多儀器（上海）有限公司；UV-1750紫外分光光度計：島津（中國）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 麥汁制備工藝

由于大麥芽中α-淀粉酶和β-淀粉酶的最適溫度不同[12]，為了使淀粉能充分地被淀粉酶分解，協(xié)定糖化工藝中溫度控制如圖1所示。

圖1 協(xié)定糖化工藝中溫度的控制Fig.1 Conventional saccharification process

1.3.2 糖溶液的配制與添加

根據麥汁的原麥汁濃度配制相同濃度的葡萄糖溶液、果糖溶液、蔗糖溶液以及麥芽糖溶液，按照麥汁與糖溶液比例為7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶2、2∶5，分別將麥汁與糖溶液混合。

1.3.3 發(fā)酵度的測定

麥汁極限發(fā)酵度是指麥汁中所有酵母可以利用的糖占總糖的比例，通過在麥汁中加入足量高活性酵母強化發(fā)酵后測出。其測定方法為：取發(fā)酵罐中酵母泥，用真空泵抽濾，取抽干后的酵母餅15 g，分別加入到麥汁和糖溶液混合液200 mL中，搖蕩數次，用紗布封好，放于24℃全溫振蕩器中發(fā)酵24 h。加入2.0 g硅藻土到過濾裝置中對發(fā)酵液進行過濾，振蕩以除氣，將過濾除氣后的發(fā)酵液放入Anton Paar啤酒分析儀中進行檢測。

發(fā)酵液發(fā)酵度是主酵后從發(fā)酵罐中取樣測得的發(fā)酵度。其測定方法為：取樣后將酵母過濾除去，振蕩以除氣，用Anton Paar啤酒分析儀進行測定。

清酒發(fā)酵度是發(fā)酵結束去除酵母后，在啤酒包裝之前測得的發(fā)酵度。其測定方法為：振蕩除氣后，用Anton Paar啤酒分析儀進行測定。所有試驗處理均設3個重復。

1.3.4 麥汁與蔗糖溶液混合液α-氨基氮含量的測定

麥汁與同濃度蔗糖溶液以7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶2、2∶5的比例混合后，分別測定混合液中α-氨基氮含量[13]。

1.3.5 氮源添加實驗

向麥汁與蔗糖溶液2∶5混合液中分別加磷酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨以及蛋白胨，添加量分別設為0、0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L、2.0 g/L、6.0 g/L。測定不同氮源添加量對麥汁與蔗糖混合液中α-氨基氮含量的影響。

1.3.6 指標檢測方法

α-氨基氮含量測定：參照參考文獻[13]。

2 結果與分析

2.1 麥汁極限發(fā)酵度和啤酒發(fā)酵度的調查結果

為了了解麥汁極限發(fā)酵度、發(fā)酵液發(fā)酵度以及清酒發(fā)酵度之間的關系，實驗調查檢測了某酒廠兩種類型的啤酒相對應的發(fā)酵度情況，其結果見圖2。

圖2 某啤酒廠啤酒W品種(A)及WD品種(B)發(fā)酵度調查Fig.2 A brewery fermentation degree questionnaire for variety W(A) and variety WD(B)

由圖2可知，就W品種而言，相比麥汁極限發(fā)酵度，發(fā)酵液發(fā)酵度平均降低了0.78%，清酒發(fā)酵度平均降低了1.30%。而WD品種相比麥汁極限發(fā)酵度，發(fā)酵液發(fā)酵度平均降低了1.31%，清酒發(fā)酵度平均降低了0.83%。所以，用麥汁極限發(fā)酵度來衡量啤酒發(fā)酵度具有一定的可行性。

2.2 添加可發(fā)酵性糖對麥汁極限發(fā)酵度的影響

麥汁與同濃度可發(fā)酵糖溶液以7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶4、2∶5比例混合后，對麥汁極限發(fā)酵度的影響結果見圖3。

圖3 麥汁與同濃度糖溶液不同比例對麥汁極限發(fā)酵度的影響Fig.3 Effects of different ratio of wort and sugar solution on limit fermentation degree of wort

由圖3可知，隨著麥汁與同濃度糖溶液混合比例的降低，其混合液極限發(fā)酵度逐漸升高。這就意味著向麥汁中添加的可發(fā)酵性糖，可以提高極限發(fā)酵度，隨著糖溶液比例的增加，混合液中可發(fā)酵性糖增加，最終導致極限發(fā)酵度增加。當麥汁與同濃度葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖溶液分別以2∶5的比例混合時，極限發(fā)酵度分別達到了87.21%、85.77%、87.93%、87.51%，均＞85%，符合釀造無糖啤酒所需發(fā)酵度的要求。

通過圖3可以得出，可發(fā)酵糖添加量（x）和麥汁極限發(fā)酵度（y）的關系為：

葡萄糖y=0.201 9x+72.479，R2=0.999 4；

果糖y=0.185 2x+72.593，R2=0.997 2；

蔗糖y=0.229 9x+71.817，R2=0.998 5；

麥芽糖y=0.223 0x+71.818，R2=0.997 8。

蔗糖在四種可發(fā)酵性糖中，提高極限發(fā)酵度的效果是最快的。同時考慮到葡萄糖的阻遏效應[14]以及糖轉運機制中通透酶親和力的問題，在本試驗選擇蔗糖進行添加以提高麥汁極限發(fā)酵度。

2.3 添加蔗糖對麥汁中α-氨基氮含量的影響

當麥汁與同濃度的蔗糖溶液按照7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶4、2∶5的比例混合時，隨著蔗糖溶液添加量的增加，其混合液中α-氨基氮含量均呈現降低趨勢，結果見圖4。

由圖4可知，麥汁中α-氨基氮最適含量為160～180mg/L[15]，當麥汁與同濃度蔗糖溶液比例≥6∶1時α-氨基氮＞160mg/L，不需要添加氮源，而當麥汁與同濃度蔗糖溶液比例＜6∶1時α-氨基氮＜160 mg/L，此時需添加氮源。釀制無糖啤酒，需要最大可能地提高麥汁極限發(fā)酵度，即本試驗中麥汁與同濃度的蔗糖溶液最佳比例是2∶5，此時α-氨基氮含量為63.82 mg/L，遠遠低于麥汁中α-氨基氮含量的要求，這就需要向混合液中添加氮源，以滿足酵母生長所需α-氨基氮。

圖4 添加蔗糖溶液的比例對α-氨基氮含量的影響Fig.4 Effects of sucrose solution proportion onα-amino nitrogen content in wort

2.4 添加氮源對麥汁中α-氨基氮含量的影響

向麥汁中分別添加0、0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L、2.0 g/L、6.0 g/L磷酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、蛋白胨五種氮源，不同氮源添加量對α-氨基氮含量的影響結果見圖5。

圖5 氮源添加量對麥汁中α-氨基氮含量的影響Fig.5 Effects of nitrogen source addition onα-amino nitrogen content in wort

由圖5可知，添加不同氮源對麥汁中α-氨基氮含量的影響不同，α-氨基氮含量提高的效果順序為：氯化銨＞硫酸銨＞磷酸銨＞碳酸氫銨＞蛋白胨。氮源添加量（x）與麥汁中α-氨基氮含量（y）的關系如下：

氯化銨y=99.464x+67.452，R2=0.999 3；

硫酸銨y=80.211x+68.972，R2=0.999 6；

磷酸銨y=74.354x+63.394，R2=0.995 9；

碳酸氫銨y=57.721x+61.842，R2=0.997 0；

蛋白胨y=11.696x+73.776，R2=0.915 7。

在以上五種氮源中，當氯化銨添加量為0.93 g/L時便能夠提高α-氨基氮含量至160 mg/L，而硫酸銨、磷酸銨、碳酸氫銨以及蛋白胨需要分別添加1.13 g/L、1.30 g/L、1.70g/L、7.37 g/L才能使麥汁中α-氨基氮達到目標值，同時氯化銨添加后對麥汁pH影響不大，不會影響麥汁發(fā)酵。因此，氮源選擇氯化銨添加量0.93 g/L為宜。

3 結論

麥汁極限發(fā)酵度比啤酒發(fā)酵度高0.5%～2.0%，用麥汁極限發(fā)酵度為指標來衡量啤酒發(fā)酵度具有一定的可行性。

添加可發(fā)酵性糖葡萄糖、果糖、蔗糖以及麥芽糖能提高麥汁極限發(fā)酵度。當麥汁與同濃度的蔗糖溶液以2∶5的比例混合時，極限發(fā)酵度能提高至85%以上。

氯化銨添加量0.93 g/L就能使麥汁中α-氨基氮含量達到160 mg/L，解決了添加可發(fā)酵性糖后麥汁中α-氨基氮含量不足的問題，同時不會影響麥汁發(fā)酵。

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Discussion of methods for improving beer fermentation degree

YAN Sujuan1,LI Hong2,JIA Shiru1*
(1.College of Bioengineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China; 2.China National Research Institute of Food&Fermentation Industries,Beijing 100015,China)

From the principles of fermentation,in order to research the effect of high fermentable sugar on fermentation degree,the fermentable sugar, including glucose,fructose,sucrose and maltose were added to the wort.Results showed that when the wort mixed the same concentration of sugar solution by the proportion of 2∶5,the limit of wort fermentation degree increased to more than 85%.At the same time,when adding 0.93 g/L ammonium chloride into the wort,the problem ofα-amino nitrogen content shortage after adding fermentable sugar was successfully solved.

fermentable sugar;nitrogen source;fermentation degree;α-amino nitrogen

TS261.4

A

0254-5071（2014）11-0118-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.11.027

2014-09-16

國家國際科技合作專項項目（2014DFG31770）

閆素娟（1988-），女，碩士研究生，研究方向為釀酒技術。

*通訊作者：賈士儒（1954-），男，博士，教授，主要從事發(fā)酵工程方面的研究。