山荊子果啤釀造工藝的研究

張鈺皎，王中健，滿都拉，孫子羽，陳忠軍

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

山荊子，又稱山丁子、林荊子，屬薔薇科落葉禾木。山荊子廣泛分布于內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)，是一種具有豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和觀賞價(jià)值的野生植物[1]。山荊子含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其葉的主要成分是黃酮類和多酚類化合物，據(jù)研究表明，山荊子葉具有抗氧化、降血脂和減肥等功效[2-3]。山荊子果實(shí)的有機(jī)酸含量超過(guò)蘋果的一倍以上，成熟后的山荊子果實(shí)可直接食用，也可用于加工蜜餞、果醬和清涼飲料等食品[4]。啤酒是以大麥芽、酒花和水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵而成的一種富含CO2的低酒精度飲品[5]。隨著人民生活水平的日益提高，保健食品受到了越來(lái)越多人的喜愛(ài)[6]。以大麥芽和山荊子為原料制得的保健型果啤不僅豐富了保健食品的種類，也為我國(guó)的果品和啤酒發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

野生山荊子果實(shí)：黑龍江大興安嶺市售；啤酒酵母：安琪酵母股份有限公司；優(yōu)質(zhì)大麥芽、小麥芽、酒花：市購(gòu)；其它化學(xué)試劑：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳研樓發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室自備。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2104N 電子天平：上海菁海儀器有限公司；pHS-3C pH 計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；A-103 多功能榨汁攪拌機(jī)：新塘鎮(zhèn)新升電子音響器材廠；LDZX-75KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；WSZ-30 電熱保溫蒸煮桶：廣東偉納斯不銹鋼實(shí)業(yè)有限公司；HWS-12 電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DPX-9162B-1 恒溫培養(yǎng)箱：上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；PAL-1 型數(shù)顯手持測(cè)糖儀：廣州市愛(ài)宕科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 山荊子果啤的加工工藝流程

1.3.1.1 山荊子汁的制備

破碎榨汁：將野生山荊子果實(shí)洗凈后用破碎機(jī)將其破碎，破碎直徑以0.5 cm 左右為宜，破碎過(guò)細(xì)會(huì)導(dǎo)致種籽破裂而加重苦澀味[7]。將破碎后的碎果醬裝入洗凈的8 層濾布中并對(duì)其施壓，使汁液緩慢流出。

1.3.1.2 麥汁的制備

粉碎：大麥芽和小麥芽在發(fā)酵前先進(jìn)行粉碎，要保證皮殼破而不碎，因?yàn)槠み^(guò)碎會(huì)導(dǎo)致苦澀味物質(zhì)過(guò)多浸出，影響啤酒的色澤和口味，而且麥殼皮過(guò)細(xì)會(huì)造成過(guò)濾困難[8-9]。

糖化：將粉碎混合后的麥芽在37 ℃下于恒溫水浴鍋中進(jìn)行糖化，均勻攪拌并升溫至最佳糖化溫度，糖化至淀粉完全水解。滴定碘液不再變藍(lán)即為判定終點(diǎn)[10]。

煮沸：向煮沸的糖化醪中分兩次加入適量酒花。第一次是煮沸5 min 后加入0.2%的苦酒花，第二次是煮沸20 min 后加入0.2%的香酒花，再繼續(xù)煮沸10 min后停止煮沸。麥汁煮沸可蒸發(fā)多余的水分并破壞酶的活性，使其生物化學(xué)變化終止[11-12]。

過(guò)濾：煮沸結(jié)束后，用8 層濾網(wǎng)將麥汁和麥糟分開(kāi)以得到較為澄清的麥汁，并調(diào)整麥芽汁濃度為10°P。殺菌后冷卻至室溫。

1.3.1.3 發(fā)酵及后處理

主發(fā)酵：將制得的原麥汁和山荊子汁按一定比例混合后，在適宜的條件下進(jìn)行發(fā)酵。

后熟：4 ℃還原雙乙酰至0.1 mg/L。

1.3.2 小麥芽添加比例的確定

將小麥芽與大麥芽粉碎后按不同比例混合，小麥芽添加量按質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、20%和25%添加。在65 ℃下糖化并添加10%的山荊子果汁后，以3%接種量在12 ℃下發(fā)酵5 d 后測(cè)其殘?zhí)呛蚿H 值，并進(jìn)行感官評(píng)定，得出大麥芽和小麥芽的最佳比例。

1.3.3 麥芽汁糖化溫度的確定

在最佳麥芽配比下，將醪液分別置于60.0、65.0、70.0 ℃3個(gè)梯度下進(jìn)行水浴加熱至淀粉全部水解。加入10%的山荊子果汁后，將活化后的啤酒酵母以3%接種量在12 ℃下發(fā)酵5 d 測(cè)其殘?zhí)呛蚿H 值，并進(jìn)行感官評(píng)定，得出最佳糖化溫度。

1.3.4 山荊子果啤發(fā)酵工藝的確定

1.3.4.1 山荊子汁添加量的確定

山荊子汁的添加量不宜過(guò)多，添加過(guò)多不僅會(huì)增加成本，同時(shí)不利于啤酒的非生物穩(wěn)定性；添加過(guò)少，顯現(xiàn)不出山荊子的氣味。因此本研究以8%、9%、10%、11%、12% 5個(gè)梯度的添加量進(jìn)行試驗(yàn)比較，以期確定山荊子最佳添加量。

1.3.4.2 酵母添加量的確定

啤酒酵母以體積分?jǐn)?shù)1 %、2 %、3 %、4 %、5 %5個(gè)梯度接種后于12 ℃下發(fā)酵5 d，主發(fā)酵完后測(cè)其pH 值和殘?zhí)?，進(jìn)行感官評(píng)定，確定出最佳接種量。

1.3.4.3 發(fā)酵溫度的確定

發(fā)酵溫度選擇 12、15、18 ℃ 3個(gè)溫度梯度進(jìn)行發(fā)酵后測(cè)pH 值和殘?zhí)牵M(jìn)行感官評(píng)定，確定出較優(yōu)的發(fā)酵溫度。

1.3.4.4 發(fā)酵時(shí)間的確定

果啤發(fā)酵 3、4、5、6、7 d 后測(cè) pH 值和殘?zhí)牵⑦M(jìn)行感官評(píng)定，確定出較優(yōu)的發(fā)酵時(shí)間。

1.3.4.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化山荊子果啤的發(fā)酵工藝

本工程采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引切縫施工技術(shù)，工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，縮短了工期，減少了施工成本，施工工藝更加便捷。施工過(guò)程中極大地規(guī)避了安全隱患，適用面較廣泛，施工更加簡(jiǎn)便。

根據(jù)單因素結(jié)果，選取山荊子果汁添加量、酵母接種量和發(fā)酵時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，確定出山荊子果啤的最佳發(fā)酵工藝條件。因素及水平的設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Orthogonal experiment factors and levels

1.3.5 山荊子果啤的質(zhì)量分析

糖度的測(cè)定：手持糖度計(jì)直接測(cè)定；pH 值的測(cè)定：酸度計(jì)直接測(cè)定；酒精度的測(cè)定：蒸餾法[13]；成品酒總酸的測(cè)定：酸堿滴定法[14]；細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)采用平板計(jì)數(shù)法；大腸菌群檢測(cè)采用稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法。

感官評(píng)定：選請(qǐng)了20位有經(jīng)驗(yàn)學(xué)者進(jìn)行感官評(píng)定并取平均值，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表2[15-16]。

表2 山荊子果啤感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Sensory scoring criteria of malus baccata beer

2 結(jié)果與分析

2.1 麥芽的配比對(duì)果啤品質(zhì)的影響

大麥芽和小麥芽的配比對(duì)山荊子果啤品質(zhì)的影響如圖1所示。

圖1 不同麥芽配比對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of different malt ratio on the quality of fruit beer

由圖1可知，小麥芽添加量的感官評(píng)分隨著添加量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。在小麥芽的添加量為質(zhì)量比20%時(shí)感官評(píng)分最高，因此在山荊子果啤加工中應(yīng)選用此添加量進(jìn)行發(fā)酵。小麥芽含有的豐富淀粉酶可解決啤酒發(fā)酵過(guò)程中酶不足的問(wèn)題，另外小麥芽中的高糖蛋白有利于加強(qiáng)啤酒的泡沫性能。雖然小麥麥芽有很多優(yōu)點(diǎn)，但由研究發(fā)現(xiàn)，小麥芽的過(guò)量會(huì)使啤酒穩(wěn)定性較差，外觀渾濁。

2.2 麥汁糖化溫度對(duì)果啤品質(zhì)的影響

山荊子果啤的最佳麥汁糖化溫度結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同糖化溫度對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different temperature of wort on the quality of fruit beer

由圖2可知，在發(fā)酵5 d 后，山荊子果啤的感官評(píng)分隨著糖化溫度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。在糖化溫度為65 ℃時(shí)，感官評(píng)定為最佳。此溫度下發(fā)酵制得的果啤有光澤，澄清透明，甜酸適口，濃郁醇厚，具有和諧的山荊子特殊果香和酒香。糖化溫度會(huì)對(duì)麥芽中的α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性產(chǎn)生影響，使麥汁的糖類組分和酵母的代謝發(fā)生改變，進(jìn)而影響啤酒的風(fēng)味，因此確定最佳糖化溫度尤為重要。

2.3 果啤發(fā)酵工藝的優(yōu)化

2.3.1 山荊子汁添加量對(duì)果啤品質(zhì)的影響

山荊子添加量對(duì)山荊子果啤品質(zhì)的影響如圖3所示。

圖3 不同山荊子添加量對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of different malus baccata juice on the quality of fruit beer

由圖3可知，在一定的發(fā)酵時(shí)間范圍內(nèi)，山荊子果啤感官評(píng)分隨著添加量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。在山荊子果汁添加量為10%時(shí)，感官評(píng)定為最佳。適量的果汁添加量可以增加果味啤酒的風(fēng)味，但是當(dāng)果汁添加量過(guò)大時(shí)，不僅酸度的增加會(huì)抑制啤酒酵母的發(fā)酵，還會(huì)使啤酒失去自身的感官特性。

2.3.2 酵母添加量對(duì)果啤品質(zhì)的影響

酵母添加量對(duì)山荊子果啤品質(zhì)的影響如圖4所示。

圖4 不同酵母添加量對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of different yeast on the quality of fruit beer

酵母添加量對(duì)啤酒的泡持性、酒精度有著重要的作用。由圖4可以看出添加量在1%～5%之間時(shí)，感官評(píng)分隨著添加量的增加先上升后下降。當(dāng)接種量為3%時(shí)，果啤呈金黃色，有光澤，澄清透明，無(wú)懸浮物，無(wú)沉淀，甜酸適口，柔和豐滿，殘?zhí)请S著酵母添加量的增多而減少，酒精度也在不斷攀升。因此選定山荊子果啤酵母的最佳添加量為3%。

2.3.3 發(fā)酵溫度對(duì)果啤品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度對(duì)山荊子果啤品質(zhì)的影響如圖5所示。

圖5 不同發(fā)酵溫度對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of different temperatures on the quality of fruit beer

由圖5可以看出，發(fā)酵溫度在15 ℃時(shí)感官評(píng)分最高，此溫度下的果啤甜酸適口，柔和豐滿且具有和諧的山荊子特殊果香。發(fā)酵溫度對(duì)啤酒中的還原糖的利用起著關(guān)鍵作用。發(fā)酵溫度越高，還原糖利用的越充分，啤酒非生物穩(wěn)定性就越高。但隨著溫度的不斷升高，過(guò)高的糖度反而抑制了酵母的生長(zhǎng)，使酒精度呈下降趨勢(shì)，導(dǎo)致果啤的酒味不醇厚。

2.3.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)果啤品質(zhì)的影響

山荊子果啤的最佳發(fā)酵時(shí)間結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)果啤品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of different times on the quality of fruit beer

由圖6可以看出，發(fā)酵時(shí)間在3 d～5 d 時(shí)，感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而提高，啤酒的外觀隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而變得更加清亮透明，口味醇正，香氣宜人。在第5天時(shí)，山荊子果啤感官指標(biāo)達(dá)到峰值，之后隨著發(fā)酵時(shí)間的增加感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。因此5 d為山荊子果啤最佳發(fā)酵時(shí)間。

2.3.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化山荊子果啤的發(fā)酵工藝

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（33）正交試驗(yàn)表對(duì)發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析Table 3 Orthogonal experiment and result analysis of fermentation

從表3中的R 值可以判斷出各因素對(duì)感官指標(biāo)影響的主次順序?yàn)锳＞B＞C，即山荊子汁的添加量＞酵母的添加量＞發(fā)酵時(shí)間。因此山荊子果啤的最佳配方為A2B2C2，即山荊子汁添加量為10%、酵母添加量為3.0%、發(fā)酵時(shí)間為5 d。對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證，在最佳配方條件下進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，所得的山荊子果啤的綜合評(píng)分為90.3。在此工藝條件下的山荊子果啤外觀透亮有光澤，口感濃郁醇厚，風(fēng)味突出，是一款獨(dú)具特色的果啤。正交試驗(yàn)的方差分析見(jiàn)表4。

從表4方差分析結(jié)果可知，山荊子汁的添加量和酵母的添加量對(duì)山荊子果啤的影響極顯著，而發(fā)酵時(shí)間對(duì)山荊子果啤的影響較小。

2.4 理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的分析結(jié)果

果啤的理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 正交試驗(yàn)方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

由表5可知，山荊子果啤的理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)GB 4927-2008《啤酒》，且具有山荊子酸甜可口的特有風(fēng)味。

表5 果啤的理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的分析結(jié)果Table 5 Analysis results of physicochemical and hygienic indexes of fruit beer

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)的方法，得出了山荊子果啤的最佳發(fā)酵工藝條件：添加20%小麥芽于65 ℃糖化至終點(diǎn)后，將10%山荊子汁與10°P 麥芽汁混合，并添加3.0%的啤酒酵母后于15 ℃下發(fā)酵5 d。此條件下所得的山荊子果啤顏色純正、口感濃郁醇厚、殺口感突出、酒體豐滿，是一款具有山荊子的酸甜可口和優(yōu)質(zhì)啤酒特征的特色果啤。