梁寶東,魏海香 *,劉 靜,楊永濤,李 俏,牛漢剛
(1.濟寧學院 生命科學與工程系,山東 曲阜 273155;2.西南大學 生命科學學院,重慶 400715)
菱角(Trapa bicornis)又名水栗、菱實,是一年生草本水生植物菱的果實[1]。菱角味甘、性寒,無毒,含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、葡萄糖、不飽和脂肪酸、多種維生素及人體必需的氨基酸,礦物質(zhì)元素和黃酮類化合物含量也較高。黃酮類化合物能有效改善腦血管功能和血液循環(huán),對防治高血壓、動脈硬化、心血管系統(tǒng)疾病有顯著的療效[2]。天然、營養(yǎng)、保健的菱角啤酒具有很大的開發(fā)利用價值和良好的經(jīng)濟效益和社會效益[3]。本實驗在先前初步研究的菱角啤酒的基礎上[4],為降低菱角啤酒的酒精度,更加適應市場的需要,進一步研究其發(fā)酵條件,為菱角保健啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)APV:鄭州雅大集團有限公司;菱角:市售;啤酒花:煙臺杰諾生物酶有限公司;大麥芽:曲阜三孔金豐麥芽有限公司;α-淀粉酶、糖化酶:棗莊杰諾生物酶有限公司;CaCl2(分析純):天津市大茂化學試劑廠;3,5-二硝基水楊酸(分析純):國藥集團化學試劑有限公司。
T6紫外分光光度計:北京普析通用儀器有限公司;BL-100高速多功能粉碎機:浙江省永康市松青五金工具廠;TDL-60B臺式離心機:上海安亭科學儀器廠;YXQ-LS-75SⅡ立式壓力蒸汽滅菌鍋:上海博訊實業(yè)有限公司;FA2004N電子分析天平:上海精密儀器有限公司;LY-0.2A/200啤酒釀制設備:山東良友設備有限公司;FCD-2000智能型恒溫鼓風干燥箱:上?,槴\試驗設備有限公司;PHS-25pH計:上海精密儀器有限公司。
1.3.1 菱角啤酒制備工藝流程[4]
1.3.2 工藝操作要點
菱角汁的制備:用干磨機將脫殼干菱角粉碎,過300目篩,配成質(zhì)量濃度為20%的菱角粉漿,加入0.2%的CaCl2作為保護劑,用乳酸調(diào)整pH值為6.0,以30 U/g干物質(zhì)加入耐高溫α-淀粉酶,在95 ℃液化80 min。液化結(jié)束,冷卻至60 ℃,用乳酸調(diào)整pH值為5.0,以150 U/g干物質(zhì)加入糖化酶,60 ℃糖化2.5 h。菱角汁在85 ℃條件下保持10 min滅酶。快速濾紙進行過濾,得到澄清的菱角汁。
麥芽汁的制備[5-7]:大米與麥芽按1∶3配料。將大米粉碎,過40目篩,細粉超過其質(zhì)量的70%,按1∶5加水,45 ℃保持10 min,升溫至90 ℃保持20 min,煮沸20 min,備用。麥芽粉碎,皮殼破而不爛,37 ℃保持20 min,升溫至50 ℃保持60 min后升溫至65 ℃,加入大米液糖化至碘液反應完全,升溫至78 ℃,過濾。調(diào)整麥芽汁濃度為12°Bx,用乳酸調(diào)整pH值為5.2~5.4。麥汁煮沸過程中添加酒花0.08%,煮沸時間為90 min,過濾。
發(fā)酵:采用低溫發(fā)酵工藝[8-9],按照試驗方案,將麥芽汁和菱角汁加入發(fā)酵罐,接種酵母泥,進行主發(fā)酵和后酵,在發(fā)酵過程中,定時取樣,測量相關工藝參數(shù)變化[10]。
1.3.3 理化指標檢測
氨基酸態(tài)氮測定采用甲醛滴定法[11];pH值測定采用pH計;酒精度測定采用密度瓶法;糖度、原麥汁濃度采用密度瓶法;苦味值采用比色法;泡持性測定采用秒表法;雙乙酰測定采用紫外分光光度法[12];酵母菌數(shù)測定采用血球計數(shù)板計數(shù)[13];還原糖含量測定采用3,5-二硝基水楊酸法[14-15]。
1.3.4 菱角啤酒感官評價標準
菱角啤酒感官評價標準(滿分100分)見表1。
表1 菱角啤酒感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of water chestnut beer
設置酵母菌的接種量為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%,菱角汁的添加量為20%,主酵時間6 d,主酵溫度10 ℃,后酵時間13 d,后酵溫度4 ℃。檢測發(fā)酵液中還原糖下降曲線和酒精度的變化趨勢,結(jié)果見圖1,并進行感官評價。
由圖1可知,發(fā)酵液的還原糖降低速率隨酵母菌接種量的增加而增加,酒精度隨接種量的增加而增加,當酵母菌的接種量為0.1%時,發(fā)酵結(jié)束后殘?zhí)呛枯^高,酒精度偏低;當酵母菌的接種量為0.9%時,還原糖下降速率快,發(fā)酵的高泡期提前,當酵母菌的接種量為0.5%時,殘?zhí)呛亢途凭榷急容^適中。主酵2~3 d時泡沫最豐富,主酵第4天還原糖含量就達到后酵要求的4.5 g/100 mL左右,后酵時酵母菌數(shù)≥7×106CFU/mL,有利于啤酒的成熟[8]。
主酵后期酵母菌提前沉降,影響后期還原糖的繼續(xù)發(fā)酵。在感官評定方面,酵母添加量為0.1%時,有明顯的甜味,口感不清爽;酵母添加量為0.9%時,啤酒缺少醇厚感,口味較淡薄,啤酒殺口力差。接種量為0.5%時,口味較柔和,殺口力強。綜合理化指標和感官評定,酵母菌的接種量為0.5%時菱角啤酒的發(fā)酵條件最佳。
設置菱角汁的添加量為10%、15%、20%、25%、30%,酵母菌的添加量為0.5%,主酵時間6 d,主酵溫度10 ℃,后酵時間13 d,后酵溫度4 ℃。檢測發(fā)酵液中還原糖和酒精度的變化曲線,結(jié)果見圖2,并對啤酒進行感官評價。
圖2 菱角汁添加量對菱角啤酒還原糖含量(A)和酒精度變化(B)的影響Fig.2 Effect of water chestnut juice addition on reducing sugar content (A) and alcohol content (B) in water chestnut beer
由圖2可知,菱角汁添加量越大,發(fā)酵初期發(fā)酵液糖度越低,且菱角汁的添加能降低發(fā)酵過程中的還原糖降低速率。在相同時間段,菱角汁添加量越大,酒精度越低,影響酵母菌的乙醇代謝。當菱角汁的添加量為15%~20%,進入后酵時,發(fā)酵液的還原糖含量在4.5 g/100 mL左右,酒精度在1.54%vol~1.90%vol。菱角汁添加量≥20%時,還原糖下降速率慢,酒精度較低,影響啤酒的品質(zhì)。
在感官評定方面,菱角汁添加量越大,泡沫越豐富,啤酒的苦味越重。不添加菱角汁的啤酒,入口清香,持久性較差;菱角汁添加量為10%~15%,菱角啤酒苦味較淡,清澈透明,無沉淀物;菱角汁添加量為20%,菱角啤酒的苦味適宜,爽口,口感醇厚,在口中的持久力強;菱角汁添加量為25%~30%,菱角啤酒苦味較重,口感差,沉淀物較多。綜合理化指標和感官評定,菱角汁的添加量為20%時菱角啤酒的發(fā)酵條件最佳。
設置主酵時間為4 d、5 d、6 d、7 d、8 d,酵母菌添加量為0.5%,菱角汁添加量為20%,主酵溫度10 ℃,后酵時間13 d,后酵溫度4 ℃。檢測發(fā)酵液中還原糖和酒精度的變化曲線,并對啤酒進行感官鑒定,確定最佳主酵時間。在此過程中,控制酵母接種的時間不同,主酵時間長的提前接種,使它們同時進入后酵。不同主酵時間對發(fā)酵液中還原糖和酒精度變化的影響見圖3。
圖3 主酵時間對菱角啤酒還原糖含量和酒精度的影響Fig.3 Effect of main fermentation time on reducing sugar and alcohol content in water chestnut beer
由圖3可知,啤酒在發(fā)酵過程中,接種12 h后進入發(fā)酵的低泡期,發(fā)酵液開始產(chǎn)生泡沫,還原糖降低速率較慢。3~4 d為發(fā)酵高泡期,泡沫豐富,糖降低速率快。主發(fā)酵第5天進入落泡期,糖降速率有所降低,當還原糖含量降到4.5 g/100 mL時,降溫進入后酵,減緩酵母菌的沉降速率。當主酵時間到第6天時,還原糖含量<4.5 g/100 mL,此時進入后酵,減緩酵母菌沉降的速率,有利于糖的進一步分解和雙乙酰的還原。主酵時間<6 d時,進入后酵時的殘?zhí)呛枯^高,發(fā)酵液最后的殘?zhí)呛扛?,酒精度較低,影響啤酒的口味;主酵時間較長時,酵母菌沉降速率快,不利于雙乙酰的還原。
在感官評定方面,主酵時間為4 d時,啤酒甜味較重,口感不爽口;主酵時間為6 d時,口感清爽,無異味;主酵時間為8 d時,啤酒有酸敗味,可能是由于主酵時間長,雙乙酰峰值延后,后期雙乙酰還原不徹底造成的。綜合理化指標和感官評定,主酵時間為6 d時菱角啤酒的條件最佳。
圖4 后酵時間對菱角啤酒還原糖含量和酒精度的影響Fig.4 Effect of post-fermentation time on reducing sugar and alcohol content in water chestnut beer
設置后酵時間為9 d、11 d、13 d、15 d、17 d,酵母菌添加量為0.5%,菱角汁添加量為20%,主酵時間6 d,主酵溫度10 ℃,后酵溫度4 ℃。檢測還原糖下降曲線和酒精度的變化曲線,結(jié)果見圖4,并對啤酒進行感官評價,確定最佳后酵時間。
由圖4可知,發(fā)酵液進入后酵,酵母菌沉降,發(fā)酵液泡沫減少,還原糖下降緩慢。后酵13 d后還原糖、酒精度基本平穩(wěn),鏡檢發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中的酵母數(shù)很少。因此,菱角啤酒發(fā)酵的后酵時間13 d為宜,周期太長,生產(chǎn)成本增加。
綜上所述,菱角啤酒的最優(yōu)發(fā)酵條件為:酵母接種量0.5%,菱角汁添加量20%,主酵時間6 d,后酵時間13 d。在此條件下進行菱角啤酒發(fā)酵,檢測發(fā)酵液中還原糖,酒精度,雙乙酰的變化,并與不加菱角汁的啤酒中3種物質(zhì)的含量進行對比,其變化曲線見圖5。
圖5 啤酒中酒精度、還原糖、雙乙酰的變化趨勢Fig.5 Change of alcohol,reducing sugar and diacetyl content in water chestnut beer
由圖5可知,添加菱角汁的啤酒初始還原糖含量低,在發(fā)酵過程中糖降速率小,還原糖在主酵3~6 d時下降速率快。發(fā)酵結(jié)束時添加菱角汁的啤酒中還原糖的含量高于不添加菱角汁的啤酒。隨著發(fā)酵時間的增加,啤酒中雙乙酰含量先增大后逐漸降低,且菱角啤酒的雙乙酰含量低,口感清爽。酒精主要是在主酵中后期和后酵前期產(chǎn)生,后酵后期酒精度變化平穩(wěn)。綜上所述,添加菱角汁啤酒初始還原糖的含量低,發(fā)酵結(jié)束時的還原糖含量高,酒精度較低,雙乙酰含量略低,菱角中的某些成分可能影響酵母菌的代謝,有待進一步證實。
2.6.1 菱角啤酒感官指標
清澈透明,無明顯的懸浮物和沉淀物;起泡性好,泡沫細膩,持續(xù)時間長,掛杯持久。具有明顯的菱角味,有酒花香;菱角啤酒口感爽口,苦味值大,殺口力強,無異雜味。
2.6.2 菱角啤酒理化指標
以不加菱角汁的啤酒作為對照,菱角啤酒檢測的理化指標結(jié)果見表2。
表2 菱角啤酒的理化指標Table 2 Physicochemical indexes of water chestnut beer
2.6.3 菱角啤酒衛(wèi)生指標
菌落總數(shù)<50 CFU/mL;大腸桿菌數(shù)<3 MPN/100mL,衛(wèi)生指標符合GB2758—2012《發(fā)酵酒及其配制酒》規(guī)定標準。
菱角啤酒的最優(yōu)發(fā)酵條件為:酵母接種量0.5%,菱角汁添加量20%,主酵時間6 d,后酵時間13 d。在此條件下,啤酒中還原糖殘留量為1.63 g/100 mL,酒精度達3.52%vol,雙乙酰含量為0.06 mg/L。釀制的啤酒清澈透明,呈琥珀色,無沉淀物。泡沫豐富細膩,持久性長。口感清爽,苦味協(xié)調(diào),品質(zhì)良好,理化及衛(wèi)生指標符合國家標準。
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