山荆子果啤酿造工艺的研究

张钰皎，王中健，满都拉，孙子羽，陈忠军

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

山荆子，又称山丁子、林荆子，属蔷薇科落叶禾木。山荆子广泛分布于内蒙古大兴安岭地区，是一种具有丰富营养价值和观赏价值的野生植物[1]。山荆子含有丰富的营养物质，其叶的主要成分是黄酮类和多酚类化合物，据研究表明，山荆子叶具有抗氧化、降血脂和减肥等功效[2-3]。山荆子果实的有机酸含量超过苹果的一倍以上，成熟后的山荆子果实可直接食用，也可用于加工蜜饯、果酱和清凉饮料等食品[4]。啤酒是以大麦芽、酒花和水为主要原料，经酵母发酵而成的一种富含CO2的低酒精度饮品[5]。随着人民生活水平的日益提高，保健食品受到了越来越多人的喜爱[6]。以大麦芽和山荆子为原料制得的保健型果啤不仅丰富了保健食品的种类，也为我国的果品和啤酒发展起到了促进作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

野生山荆子果实：黑龙江大兴安岭市售；啤酒酵母：安琪酵母股份有限公司；优质大麦芽、小麦芽、酒花：市购；其它化学试剂：内蒙古农业大学乳研楼发酵实验室自备。

1.2 仪器与设备

FA2104N 电子天平：上海菁海仪器有限公司；pHS-3C pH 计：上海仪电科学仪器股份有限公司；A-103 多功能榨汁搅拌机：新塘镇新升电子音响器材厂；LDZX-75KBS 立式压力蒸汽灭菌锅：上海申安医疗器械厂；WSZ-30 电热保温蒸煮桶：广东伟纳斯不锈钢实业有限公司；HWS-12 电热恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司；DPX-9162B-1 恒温培养箱：上海福玛实验设备有限公司；PAL-1 型数显手持测糖仪：广州市爱宕科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 山荆子果啤的加工工艺流程

1.3.1.1 山荆子汁的制备

破碎榨汁：将野生山荆子果实洗净后用破碎机将其破碎，破碎直径以0.5 cm 左右为宜，破碎过细会导致种籽破裂而加重苦涩味[7]。将破碎后的碎果酱装入洗净的8 层滤布中并对其施压，使汁液缓慢流出。

1.3.1.2 麦汁的制备

粉碎：大麦芽和小麦芽在发酵前先进行粉碎，要保证皮壳破而不碎，因为皮壳过碎会导致苦涩味物质过多浸出，影响啤酒的色泽和口味，而且麦壳皮过细会造成过滤困难[8-9]。

糖化：将粉碎混合后的麦芽在37 ℃下于恒温水浴锅中进行糖化，均匀搅拌并升温至最佳糖化温度，糖化至淀粉完全水解。滴定碘液不再变蓝即为判定终点[10]。

煮沸：向煮沸的糖化醪中分两次加入适量酒花。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，再继续煮沸10 min后停止煮沸。麦汁煮沸可蒸发多余的水分并破坏酶的活性，使其生物化学变化终止[11-12]。

过滤：煮沸结束后，用8 层滤网将麦汁和麦糟分开以得到较为澄清的麦汁，并调整麦芽汁浓度为10°P。杀菌后冷却至室温。

1.3.1.3 发酵及后处理

主发酵：将制得的原麦汁和山荆子汁按一定比例混合后，在适宜的条件下进行发酵。

后熟：4 ℃还原双乙酰至0.1 mg/L。

1.3.2 小麦芽添加比例的确定

将小麦芽与大麦芽粉碎后按不同比例混合，小麦芽添加量按质量分数15%、20%和25%添加。在65 ℃下糖化并添加10%的山荆子果汁后，以3%接种量在12 ℃下发酵5 d 后测其残糖和pH 值，并进行感官评定，得出大麦芽和小麦芽的最佳比例。

1.3.3 麦芽汁糖化温度的确定

在最佳麦芽配比下，将醪液分别置于60.0、65.0、70.0 ℃3个梯度下进行水浴加热至淀粉全部水解。加入10%的山荆子果汁后，将活化后的啤酒酵母以3%接种量在12 ℃下发酵5 d 测其残糖和pH 值，并进行感官评定，得出最佳糖化温度。

1.3.4 山荆子果啤发酵工艺的确定

1.3.4.1 山荆子汁添加量的确定

山荆子汁的添加量不宜过多，添加过多不仅会增加成本，同时不利于啤酒的非生物稳定性；添加过少，显现不出山荆子的气味。因此本研究以8%、9%、10%、11%、12% 5个梯度的添加量进行试验比较，以期确定山荆子最佳添加量。

1.3.4.2 酵母添加量的确定

啤酒酵母以体积分数1 %、2 %、3 %、4 %、5 %5个梯度接种后于12 ℃下发酵5 d，主发酵完后测其pH 值和残糖，进行感官评定，确定出最佳接种量。

1.3.4.3 发酵温度的确定

发酵温度选择 12、15、18 ℃ 3个温度梯度进行发酵后测pH 值和残糖，进行感官评定，确定出较优的发酵温度。

1.3.4.4 发酵时间的确定

果啤发酵 3、4、5、6、7 d 后测 pH 值和残糖，并进行感官评定，确定出较优的发酵时间。

1.3.4.5 正交试验优化山荆子果啤的发酵工艺

本工程采用卷扬机牵引切缝施工技术，工程质量符合设计和规范要求，缩短了工期，减少了施工成本，施工工艺更加便捷。施工过程中极大地规避了安全隐患，适用面较广泛，施工更加简便。

根据单因素结果，选取山荆子果汁添加量、酵母接种量和发酵时间3个因素进行L9（33）正交试验，确定出山荆子果啤的最佳发酵工艺条件。因素及水平的设计见表1。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Orthogonal experiment factors and levels

1.3.5 山荆子果啤的质量分析

糖度的测定：手持糖度计直接测定；pH 值的测定：酸度计直接测定；酒精度的测定：蒸馏法[13]；成品酒总酸的测定：酸碱滴定法[14]；细菌菌落计数采用平板计数法；大肠菌群检测采用稀释培养计数法计数法。

感官评定：选请了20位有经验学者进行感官评定并取平均值，评定标准如表2[15-16]。

表2 山荆子果啤感官评分标准表Table 2 Sensory scoring criteria of malus baccata beer

2 结果与分析

2.1 麦芽的配比对果啤品质的影响

大麦芽和小麦芽的配比对山荆子果啤品质的影响如图1所示。

图1 不同麦芽配比对果啤品质的影响Fig.1 Effect of different malt ratio on the quality of fruit beer

由图1可知，小麦芽添加量的感官评分随着添加量的增加呈现先增加后减少的趋势。在小麦芽的添加量为质量比20%时感官评分最高，因此在山荆子果啤加工中应选用此添加量进行发酵。小麦芽含有的丰富淀粉酶可解决啤酒发酵过程中酶不足的问题，另外小麦芽中的高糖蛋白有利于加强啤酒的泡沫性能。虽然小麦麦芽有很多优点，但由研究发现，小麦芽的过量会使啤酒稳定性较差，外观浑浊。

2.2 麦汁糖化温度对果啤品质的影响

山荆子果啤的最佳麦汁糖化温度结果见图2。

图2 不同糖化温度对果啤品质的影响Fig.2 Effect of different temperature of wort on the quality of fruit beer

由图2可知，在发酵5 d 后，山荆子果啤的感官评分随着糖化温度的增加呈现先增加后减少的趋势。在糖化温度为65 ℃时，感官评定为最佳。此温度下发酵制得的果啤有光泽，澄清透明，甜酸适口，浓郁醇厚，具有和谐的山荆子特殊果香和酒香。糖化温度会对麦芽中的α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性产生影响，使麦汁的糖类组分和酵母的代谢发生改变，进而影响啤酒的风味，因此确定最佳糖化温度尤为重要。

2.3 果啤发酵工艺的优化

2.3.1 山荆子汁添加量对果啤品质的影响

山荆子添加量对山荆子果啤品质的影响如图3所示。

图3 不同山荆子添加量对果啤品质的影响Fig.3 Effect of different malus baccata juice on the quality of fruit beer

由图3可知，在一定的发酵时间范围内，山荆子果啤感官评分随着添加量的增加呈现先增加后减少的趋势。在山荆子果汁添加量为10%时，感官评定为最佳。适量的果汁添加量可以增加果味啤酒的风味，但是当果汁添加量过大时，不仅酸度的增加会抑制啤酒酵母的发酵，还会使啤酒失去自身的感官特性。

2.3.2 酵母添加量对果啤品质的影响

酵母添加量对山荆子果啤品质的影响如图4所示。

图4 不同酵母添加量对果啤品质的影响Fig.4 Effect of different yeast on the quality of fruit beer

酵母添加量对啤酒的泡持性、酒精度有着重要的作用。由图4可以看出添加量在1%～5%之间时，感官评分随着添加量的增加先上升后下降。当接种量为3%时，果啤呈金黄色，有光泽，澄清透明，无悬浮物，无沉淀，甜酸适口，柔和丰满，残糖随着酵母添加量的增多而减少，酒精度也在不断攀升。因此选定山荆子果啤酵母的最佳添加量为3%。

2.3.3 发酵温度对果啤品质的影响

发酵温度对山荆子果啤品质的影响如图5所示。

图5 不同发酵温度对果啤品质的影响Fig.5 Effect of different temperatures on the quality of fruit beer

由图5可以看出，发酵温度在15 ℃时感官评分最高，此温度下的果啤甜酸适口，柔和丰满且具有和谐的山荆子特殊果香。发酵温度对啤酒中的还原糖的利用起着关键作用。发酵温度越高，还原糖利用的越充分，啤酒非生物稳定性就越高。但随着温度的不断升高，过高的糖度反而抑制了酵母的生长，使酒精度呈下降趋势，导致果啤的酒味不醇厚。

2.3.4 发酵时间对果啤品质的影响

山荆子果啤的最佳发酵时间结果见图6。

图6 不同发酵时间对果啤品质的影响Fig.6 Effect of different times on the quality of fruit beer

由图6可以看出，发酵时间在3 d～5 d 时，感官评分随着发酵时间的增加而提高，啤酒的外观随着发酵时间的延长而变得更加清亮透明，口味醇正，香气宜人。在第5天时，山荆子果啤感官指标达到峰值，之后随着发酵时间的增加感官评分呈下降趋势。因此5 d为山荆子果啤最佳发酵时间。

2.3.5 正交试验优化山荆子果啤的发酵工艺

根据单因素试验结果，采用L9（33）正交试验表对发酵工艺条件进行优化，正交试验结果见表3。

表3 正交试验设计与结果分析Table 3 Orthogonal experiment and result analysis of fermentation

从表3中的R 值可以判断出各因素对感官指标影响的主次顺序为A＞B＞C，即山荆子汁的添加量＞酵母的添加量＞发酵时间。因此山荆子果啤的最佳配方为A2B2C2，即山荆子汁添加量为10%、酵母添加量为3.0%、发酵时间为5 d。对最优组合进行验证，在最佳配方条件下进行3 次平行试验，所得的山荆子果啤的综合评分为90.3。在此工艺条件下的山荆子果啤外观透亮有光泽，口感浓郁醇厚，风味突出，是一款独具特色的果啤。正交试验的方差分析见表4。

从表4方差分析结果可知，山荆子汁的添加量和酵母的添加量对山荆子果啤的影响极显著，而发酵时间对山荆子果啤的影响较小。

2.4 理化指标和卫生指标的分析结果

果啤的理化指标和卫生指标的分析结果见表5。

表4 正交试验方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

由表5可知，山荆子果啤的理化指标和卫生指标均符合国标GB 4927-2008《啤酒》，且具有山荆子酸甜可口的特有风味。

表5 果啤的理化指标和卫生指标的分析结果Table 5 Analysis results of physicochemical and hygienic indexes of fruit beer

3 结论

采用单因素试验及正交试验的方法，得出了山荆子果啤的最佳发酵工艺条件：添加20%小麦芽于65 ℃糖化至终点后，将10%山荆子汁与10°P 麦芽汁混合，并添加3.0%的啤酒酵母后于15 ℃下发酵5 d。此条件下所得的山荆子果啤颜色纯正、口感浓郁醇厚、杀口感突出、酒体丰满，是一款具有山荆子的酸甜可口和优质啤酒特征的特色果啤。