啤酒花浸膏中α-酸異構(gòu)化反應(yīng)影響因素研究

閆晶晶，劉淑敏，郭澤青，郝國艷，張海容（忻州師范學院生化分析技術(shù)研究所，山西忻州034000）

啤酒花浸膏中α-酸異構(gòu)化反應(yīng)影響因素研究

閆晶晶，劉淑敏，郭澤青，郝國艷，張海容*
（忻州師范學院生化分析技術(shù)研究所，山西忻州034000）

α-酸是啤酒花的主要成分，也是啤酒苦味的主要物質(zhì)，通過改變外界因素提高α-酸異構(gòu)產(chǎn)率增加啤酒的泡沫穩(wěn)定性，提高啤酒質(zhì)量。采用單因素篩選試驗研究了催化劑種類、催化劑含量、加熱時間、加熱溫度、加熱時pH對α-酸異構(gòu)化產(chǎn)率的影響。影響α-酸異構(gòu)化的最佳異構(gòu)化工藝參數(shù)為：催化劑種類為MgCl2、催化劑質(zhì)量分數(shù)4%、反應(yīng)時間180 min、溫度80℃、pH為10.05，α-酸的異構(gòu)化率達78.6%。試驗獲得的α-酸異構(gòu)化最佳反應(yīng)條件，為工業(yè)開發(fā)啤酒花產(chǎn)品、提高α-酸異構(gòu)化率有重要參考價值。

酒花浸膏；α-酸；異α-酸；異構(gòu)化

啤酒花（Humunus lupulus），學名蛇麻，又稱香蛇麻、蛇麻草和忽布（英語俗名Hop的音譯），是?？迫劜輰俣嗄晟葙|(zhì)蔓生藤本［1］。啤酒花雌雄異株，花單性，雌性球穗花序，簡稱酒花。啤酒花是一種較耐寒但不耐熱的植物，主要分布于我國西北地區(qū)的新疆北部、甘肅、陜西及東北、華東等地。目前我國啤酒花產(chǎn)量約占全世界1/3，僅次于美國和德國，居世界第三位。啤酒花是啤酒釀造中必不可缺的原料之一，它賦予了啤酒特殊的香味和苦味［2］，同時酒花在生產(chǎn)啤酒過程中能把發(fā)酵的乳酸所產(chǎn)生的乳酸菌殺死，防止啤酒腐敗變質(zhì)，其所含的丹寧又能防止啤酒渾濁，提高了啤酒的非生物穩(wěn)定性，促進泡沫的形成，并提高泡沫特性［3］，α-酸含量是衡量啤酒花釀造價值的重要指標［4-5］。近些年來，世界各國對提高酒花利用率的研究很多，而我國還基本上是剛剛起步。啤酒花中的苦味主要來源于酒花中的葎草酮（又名α-酸）和蛇麻酮（β-酸）這兩大類，啤酒花中的α-酸的成分主要包括［2］葎草酮（又名酒花酮humulone）、異葎草酮A（isohumulone A）、異葎草酮B（isohumulone B）、類葎草酮（cohumulone）、聚葎草酮（adhumulone）5種結(jié)構(gòu)類似的同系物，每種同系物又有順反兩種結(jié)構(gòu)。α-酸在光、熱、堿的作用下極易改變其結(jié)構(gòu)。α-酸在弱堿中異構(gòu)化生成異α-酸，即為α-酸1，6碳鏈斷裂，1，5碳鏈形成新鏈。α-酸異構(gòu)化生成異α-酸及其衍生物。α-酸異構(gòu)化在啤酒生產(chǎn)中麥汁煮沸階段完成，異α-酸在麥汁中的溶解度遠高于α-酸，且苦味更強烈，更柔和［6］。已有文獻報道［7-8］酒花浸膏中α-酸經(jīng)異構(gòu)化后，不僅苦味度有很大的增加，而且對光的穩(wěn)定性也有較大的提高。本文通過研究催化劑種類、催化劑含量、加熱時間、加熱溫度、加熱時pH值等諸多因素對α-酸異構(gòu)化產(chǎn)率的影響，旨在探討α-酸異構(gòu)化的最佳反應(yīng)條件，提高啤酒花中α-酸的利用率，從而為制備高品質(zhì)的啤酒添加物提供試驗依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；電動攪拌器：金壇市榮華儀器制造有限公司；HH-2型恒溫水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；AB204-N型電子分析天平：Mettler-Toleclo Group公司；真空泵：鞏義市予華儀器有限公司。

啤酒花浸膏（含量大于97%）：甘肅天工生物科技有限公司；氯化鎂（分析純）：天津市化學試劑三廠；硫酸鎂，氯化鈣（分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司；其余試劑皆分析純。

1.2方法

1.2.1α-酸的提取

稱取5 g的啤酒花浸膏，用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌啤酒花浸膏，將洗滌過的酒花浸膏置于帶電動攪拌器及滴液漏斗的三頸燒瓶中，把0.5 mL 5%的NaOH溶液稀釋到10 mL，加入三頸燒瓶中，在水浴中加熱并攪拌，溫度控制在55℃左右，滴加5%的NaOH溶液，使其pH控制在8.5～9.0之間，繼續(xù)攪拌1 h，室溫下靜置6 h，然后在常溫下用普通漏斗過濾，用鹽酸將濾液酸化，控制在pH＜2，再用甲苯將析出的α-酸萃取出來，用分液漏斗分開，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)得到α-酸（56℃）。

1.2.2A液和B液配制方法：

A液制備：用蒸餾水、甲醇混合溶液250 mL、加入不同量MgCl2分別配制質(zhì)量分數(shù)為1%、2%、3%、4%、5%催化劑溶液。

B液：用移液管取48 mL1mol/L的NaOH溶液于500 mL的容量瓶中，用甲醇定容至刻度。

1.2.3異構(gòu)化率測定［9］

稱取0.5 g α-酸于500 mL的燒杯中，加入催化劑（B液），置于50℃水浴鍋中，不斷攪拌使α-酸全部溶解后（約5 min），加入A液，同時用1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，然后轉(zhuǎn)入500 mL的圓底燒瓶，保持溫度在60℃完成異構(gòu)化反應(yīng)。冷卻至室溫后，再用HCl酸化至pH＜2，用甲苯將析出的α-酸萃取出來，用分液漏斗分開，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)得到異α-酸（56℃）。檢測異α-酸的含量，計算出異構(gòu)化率。

表1 催化劑溶液的配制方法Table 1　Preparation method of the catalyst solution

2　結(jié)果與討論

2.1催化劑種類對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響

主要選擇已發(fā)表的文獻報道中使用到的MgCl2、MgSO4，CaCl23種催化劑，加熱時間120 min、加熱溫度80℃、pH10.05、催化劑的質(zhì)量分數(shù)為2%進行試驗，以α-酸異構(gòu)化率為指標，結(jié)果見表2。

表2　催化劑種類對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響Table 2　Effect of catalyst types on isomerization rate of α-acid in hops

由表2可知，不同種類催化劑MgCl2、MgSO4，CaCl2對α-酸異構(gòu)化率影響較大，MgCl2異構(gòu)化率達64.4%，優(yōu)于MgSO4、CaCl2，確定最佳的催化劑種類為MgCl2。2.2MgCl2質(zhì)量分數(shù)對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響

選擇催化劑MgCl2質(zhì)量分數(shù)分別為1%、2%、3%、4%、5%，加熱時間120 min、加熱溫度80℃、pH為10.05、催化劑為MgCl2進行試驗，以α-酸異構(gòu)化率為指標，試驗結(jié)果見表3。當催化劑MgCl2確定，最佳的催化劑質(zhì)量分數(shù)為4%。

表3　催化劑用量對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響Table 3　Effect of catalyst amounts on isomerization rate of α-acid in hops

2.3pH對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響

在堿性條件下調(diào)控溶液的 pH為 8.05、9.11、10.05、11.03、12.21，加熱時間120 min、加熱溫度80℃、催化劑為MgCl2、催化劑的MgCl2質(zhì)量分數(shù)4%進行試驗，以α-酸異構(gòu)化率為指標，試驗結(jié)果見表4。

表4　pH對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響Table 4　Effect of pH on isomerization rate of α-acid in hops

由表4可知，隨pH增大，α-酸異構(gòu)化率增大；當pH超過10.05時，α-酸異構(gòu)化率不斷減小。因此，選擇最佳的pH為10.05。

2.4加熱時間對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響

選擇加熱時間分別為90、120、150、180、210 min，加熱溫度80℃、催化劑為MgCl2、催化劑質(zhì)量分數(shù)4%，pH為10.05進行試驗，以α-酸異構(gòu)化率為指標，試驗結(jié)果見表5。

表5　加熱時間對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響Table 5　Effect of heating time on isomerization rate of α-acid in hops

試驗選擇最佳的加熱時間為180 min。

2.5加熱溫度對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響

常壓下加熱，溫度依次選擇50、60、70、80、90℃，加熱時間120 min、催化劑為MgCl2、催化劑的質(zhì)量分數(shù)為4%，pH為10.05進行試驗，結(jié)果見表6。

表6　加熱溫度對啤酒花中α-酸異構(gòu)化率的影響Table 6　Effect of heating temperature on isomerization rate of αacid in hops

以α-酸異構(gòu)化率為指標，由表6可知，隨溫度升高，α-酸異構(gòu)化率不斷增大；當溫度超過80℃時，α-酸異構(gòu)化率開始減小。本研究工作選擇確定最佳的加熱溫度為80℃。

2.6最優(yōu)條件下試驗驗證

按照上述優(yōu)化試驗條件與方法，準確稱取0.5 g α-酸于500 mL的燒杯中，加入一定體積催化劑（質(zhì)量分數(shù)4%的MgCl2溶液），置于50℃水浴鍋中，不斷攪拌使α-酸全部溶解后（約5 min），加入A液，同時用1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)至pH為10.05，然后轉(zhuǎn)入500 mL的圓底燒瓶，保持溫度為80℃，加熱180 min，完成異構(gòu)化反應(yīng)。冷卻值至室溫，在用HCl酸化至pH＜2，再用甲苯將析出的α-酸萃取出來，用分液漏斗分開，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)得到異α-酸（56℃）。檢測α-酸、異α-酸的含量分別為0.501 3 g、0.394 0 g，在最佳異構(gòu)化條件下，α-酸的異構(gòu)化率高達78.6%。

3　結(jié)論

綜上所述，本文從生產(chǎn)實踐方面，研究了外界因素催化劑種類、催化劑質(zhì)量分數(shù)、加熱時間、加熱溫度、加熱時pH對α-酸異構(gòu)化率的重要影響，篩選試驗結(jié)果為催化劑選質(zhì)量分數(shù)4%MgCl2溶液，加熱時間為180 min，加熱溫度為80℃，pH為10.05，α-酸的異構(gòu)化率達到78.6%。試驗結(jié)論提出的最佳工作參數(shù)，為相關(guān)酒花加工企業(yè)開發(fā)異α-酸浸膏產(chǎn)品提供了一定的理論依據(jù)和試驗數(shù)據(jù)。

［1］熊皓平，何國慶，陳元龍，等.啤酒花有效成分分析［J］.浙江大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版），2005，31（6）：769-772

［2］陳金娥，王曉文，張海容.HPLC測定啤酒花中α-酸的研究進展［J］.食品研究與開發(fā)，2011，32（9）：141-145

［3］朱恩俊.新型酒花制品在啤酒工業(yè)的應(yīng)用［J］.中國釀造，2006（10）：53-56

［4］左青，白新鵬，芮開長，等.液化烴浸出啤酒花浸膏的研究［J］.武漢食品工業(yè)學院學報，1998（4）：29-32

［5］劉玉梅，高智明，楊麗娟.啤酒花浸膏的異構(gòu)化工藝研究［J］.中國釀造，2009（6）：111-115

［6］朱恩俊.國內(nèi)外酒花制品的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2006（5）：61-63

［7］羅介仁，陸豫.異構(gòu)化浸膏的制備研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)大學學報，1997，23（S1）：33-34

［8］王巖，王少君，翟濱，等，酒花浸膏的分離及α-酸異構(gòu)化［J］.大連輕工業(yè)學院學報，2000，19（2）：95-97

［9］董延虎，贠建民，蒲陸梅，等.利用酒花浸膏制備異α-酸酒花浸膏的異構(gòu)化工藝［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（11）：96-100

Study on Influencing Factors of Isomerization of α-Acids in Hops Extracts

YAN Jing-jing，LIU Shu-min，GUO Ze-qing，HAO Guo-yan，ZHANG Hai-rong*
（Institute of Biochemical Analysis，Xinzhou Teachers University，Xinzhou 034000，Shanxi，China）

α-acids is the main component of hops extracts and also the main element for bitterness of beer.The isomeric compound of α-acids could improve the stabilily of beer foam and the quality of beer.The influencing factors on isomerization of α-acids for the types of catalyst and the amount of catalyst，heating time，temperature and pH were choiced by single factor experiment.The result showed that the optimal conditions of the iso merization of α-acids was obtained respectively，i.e.，MgCl2as the catalyst for the isomerization of α-acids，4%of mass fraction of catalyst，180 min of heating time，80℃of heating temperature，and pH 10.05，respectively.The isomerizating efficiency of α-acid was 78.6%.It was an very important that the optimal conditions of the isomerization of α-acids was obtained for exploring hop products in industry and raising isomerization rate of α-acids.

hops extracts；α-acids；iso-α-acids；isomerization

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.007

2014年山西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2014381）；山西省高等學校教改項目（J2012092）；忻州師范學院應(yīng)用化學創(chuàng)新實踐基地（2013-31）；忻州師范學院科研基金（2011052）資助

閆晶晶（1992—），女（漢），本科，研究方向：天然植物分離及分析。
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張海容（1957—），男（漢），教授，研究方向：天然植物分離及分析。

2014-06-15