打瓜啤酒生产工艺的优化

贾文野，马彦飞，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）

打瓜又名寒瓜，为葫芦科植物，其水分含量超过90%，富含不饱和脂肪酸、蛋白质、碳水化合物、B族维生素及钙、铁、锌等矿物质元素，营养价值极高，适宜于高血压患者、心脑血管疾病患者、高胆固醇患者。全国打瓜产地主要集中在内蒙古、宁夏、甘肃和新疆等省区，湖北、安徽、广西等省区也有部分种植[1-5]。

啤酒是以麦芽、酒花、水为主要原料，添加啤酒花，经酿酒酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度的酿造酒。含有丰富的营养物质，如蛋白质、氨基酸、维生素（尤其是B族维生素）、矿物质、抗氧化物等。适量饮用可使动脉硬化和白内障的发病率降低、增进食欲、开胃健脾，啤酒中的有机酸具有清新、提神的作用，可降低人的过度兴奋和紧张情绪，促进肌肉松弛[6-11]。

近年来，果味啤酒的研制成为新型啤酒开发的热点。果味啤酒既保持啤酒的基本口味，具有所加水果的风味特征，且富含水果中丰富的营养物质。将打瓜开发成一种啤酒原料，可部分取代麦芽，解决打瓜滞销等难题[12-17]。本研究对打瓜啤酒的酿造工艺进行了研究，并对酿造出的打瓜啤酒的味觉特征、香味物质和有机酸含量均进行了分析，以期为实际生产提供理论参考，为打瓜资源的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

打瓜、大麦芽、啤酒花、白砂糖：市售；弗曼迪斯拉格干酵母S-189：弗曼迪斯有限公司；草酸、酒石酸、D-苹果酸、α-酮戊二酸、乳酸、柠檬酸、L-焦谷氨酸、L-苹果酸、琥珀酸标准品，乙醛、甲醇、乙醇、正丙醇、乙酸乙酯、仲丁醇、异丁醇、乙缩醛、正丁醇、异戊醇、丁酸乙酯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、正己醇、己酸乙酯标准溶液（色谱纯）：呼和浩特市泽生生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

DPX-9162B-1恒温培养箱：上海福玛实验设备有限公司；Smartongue电子舌：北京盈盛恒泰科技有限责任公司；WZB数显折光仪：上海仪电物理光学仪器有限公司；PHS-3C pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；PAL-1糖度仪：日本ATAGO公司；GC-7900气相分析检测仪：北京中惠普分析技术研究所。

1.3 方法

1.3.1 打瓜啤酒工艺流程及操作要点

操作要点：

打瓜汁的制备：选取成熟度好、无病虫害、无腐烂、无机械损伤的打瓜，去皮，去籽，榨汁，过滤后得到澄清的打瓜汁，冷藏备用。

原料处理：麦芽粉碎至皮破而不碎，料水比为1∶4（g∶mL）。

糖化工艺：采用浸出糖化法。浸出糖化法共分为4个阶段，第一阶段：边投料边搅拌，温度为35 ℃，恒温保持30 min；第二阶段：升温至50 ℃，恒温保持30 min；第三阶段：升温至65 ℃，恒温保持30 min（此阶段结束进行碘试，若碘试合格进行下一阶段，若不合格延长恒温时间直至碘试合格）；第四阶段：升温至78 ℃，糖化结束。

麦汁煮沸：麦汁煮沸时分2次添加酒花，第一次是煮沸5 min后加入0.1%的苦酒花，第二次是煮沸20 min后加入0.1%的香酒花，再继续煮沸10 min后停止煮沸。

过滤：煮沸结束后，用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。

发酵：将制得的原麦汁和打瓜汁按一定比例混合后，搅拌均匀，在适宜的条件下进行主发酵。主发酵后期每日糖降小于0.3°Bx时进入后发酵，后发酵升温至13 ℃以还原双乙酰，当双乙酰含量降至0.1 mg/L以下时。即可过滤，制得成品。

1.3.2 打瓜啤酒发酵工艺优化单因素试验

在其他发酵条件不变的情况下，分别调整打瓜汁添加量（12%、14%、16%、18%、20%）、酵母添加量（0.06 g/L、0.08 g/L、0.10 g/L、0.12 g/L、0.14 g/L）、初始pH值（3.0、3.5、4.0、4.5、5.0）、主发酵温度（8 ℃、9 ℃、10 ℃、11 ℃、12 ℃）对打瓜啤酒理化指标及感官评定的影响。

1.3.3 正交试验优化打瓜啤酒的发酵工艺

以打瓜汁添加量（A）、酵母添加量（B）、初始pH值（C）、主发酵温度（D）为主要影响因素，进行4因素3水平L9（34）正交试验设计，正交试验因素与水平见表1。

表1 打瓜啤酒发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for watermelon beer fermentation condition optimization

1.3.4 测定方法

糖度：使用手持糖度计进行测定；pH值：使用酸度计进行测定；酒精度的测定：蒸馏法[18]；成品酒总酸的测定：酸碱滴定法[19]；细菌菌落计数：平板计数法[20]；大肠菌群检测：MPN计数法[21]；双乙酰的测定：紫外分光光度计法[22]。

打瓜啤酒香气成分测定的气相色谱条件：载气为氮气（N2）；检测器为氢火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）；检测温度230 ℃；气化温度220 ℃；样品量1 mL；进样量1 μL。柱温在50 ℃保持6 min，然后以8 ℃/min的速度升温至170 ℃。内标物为乙酸正丁酯。

打瓜啤酒有机酸的测定高效液相色谱条件：利用Poroshell 120 EC-C18色谱柱（4.6 mm×150 mm，4 μm），流动相为磷酸二氢钾（0.01 mol/L、pH2.5、流速0.30 mL/min），柱温40 ℃，紫外检测波长210 nm，进样量10 μL。

打瓜啤酒滋味的测定：取40 mL打瓜啤酒，过滤后加入电子舌专用样品杯中。电子舌由8根化学传感器组成，能对酸味、咸味、鲜味、甜味、苦味、苦味回味、涩味及涩味回味具有专一响应性。数据采集前，对电子舌系统会进行活化、自检、校准等步骤。以Ag/AgCl作为参比电极，在室温条件下（25 ℃）进行数据采集，采集时间为120 s、平行测定3次。

参照GB/T4927—2008《啤酒》，建立打瓜啤酒的感官评分标准，结果见表2，选取10名有相关经验的人员进行品评打分，将品评分数取平均值为该样品最终的评分结果。

表2 打瓜啤酒感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of watermelon beer

续表

2 结果与分析

2.1 打瓜啤酒发酵工艺条件的确定

2.1.1 打瓜汁添加量的优化

图1 不同打瓜汁添加量对打瓜啤酒品质的影响Fig.1 Effect of different watermelon juice addition on the quality of watermelon beer

由图1可知，随打瓜汁添加量的增加，打瓜啤酒酒精度、感官评分均呈现先增加后降低的趋势；当打瓜汁添加量为18%时酒精度、感官评分均达到最高，分别为4.2%vol、86分。打瓜汁添加量较低，打瓜香味不足，感官评分较低；打瓜添加量过高，导致打瓜啤酒口感单薄，缺乏厚重感。当打瓜汁添加量为18%时，打瓜味突出，口感协调，麦芽香浓郁。因此，选择打瓜汁添加量为18%。

2.1.2 酵母添加量的优化

图2 不同酵母添加量对打瓜啤酒品质的影响Fig.2 Effect of different yeast inoculum on the quality of watermelon beer

由图2可知，随酵母添加量的增加，打瓜啤酒感官评分呈现先增加后降低的趋势，酒精度呈现增加的趋势。酵母添加量为1.0 g/L时感官评分达到最高，为88分；1.4 g/L时酒精度达到最高，为5.2%vol。酵母添加量过低时，口感寡淡；酵母添加量过高，打瓜香味不足。酵母添加量1.0 g/L时，酒液有明显的麦芽香、酒香、打瓜香，口味醇正，酒体协调无异味，感官评分最高。因此，选择酵母添加量为1.0 g/L。

2.1.3 初始pH的优化

图3 不同初始pH值对打瓜啤酒品质的影响Fig.3 Effect of different initial pH on the quality of watermelon beer

由图3可知，随初始pH值的增加，打瓜啤酒感官评分呈现先增加后降低的趋势，酒精度变化趋势不明显；当初始pH值为5.0时酒精度、感官评分均达到最高，分别为4.7%vol、88分。初始pH值过低时打瓜啤酒口感偏酸，发酵缓慢，发酵期长；初始pH值过高，口感偏甜，感官评分较低。初始pH值为5.0时，打瓜啤酒酸甜适口，醇和协调。因此选择初始pH值为5.0。

2.1.4 主发酵温度的优化

图4 不同主发酵温度对打瓜啤酒品质的影响Fig.4 Effect of different main fermentation temperatures on the quality of watermelon beer

由图4可知，随主发酵温度的增加，打瓜啤酒酒精度、感官评分均呈现先增加后降低的趋势。主发酵温度为10 ℃时感官评分达到最高，为87分；11 ℃时酒精度达到最高，为4.3%vol。主发酵温度过低，口味寡淡，苦味过重；主发酵温度过高，酒体风味较差。主发酵温度10 ℃时感官评分最高，酒精度较佳，此时的打瓜啤酒酒体丰满醇厚，圆滑爽口，同时具备打瓜的清新和啤酒的醇香。因此，选择主发酵温度为10 ℃。

2.2 正交试验优化打瓜啤酒的发酵工艺

表3 打瓜啤酒发酵条件优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for watermelon beer fermentation condition optimization

由表3可知，各因素对感官指标影响的主次顺序为A＞C＞D＞B，即打瓜汁添加量＞初始pH值＞主发酵温度＞酵母的添加量。打瓜啤酒的最佳配方A2B2C3D3，即打瓜汁添加量为18%、酵母添加量为1.0 g/L、初始pH值为5.2、主发酵温度10.5 ℃。对最优组合进行验证，在最佳发酵条件下进行3次平行试验，所得的打瓜啤酒的感官评分为93.3分，酒液清澈透明，无明显悬浮物，酒香、打瓜香突出，圆滑爽口，是一款独具特色的果啤。

2.3 打瓜啤酒的理化指标和卫生指标

表4 打瓜啤酒的理化指标和卫生指标Table 4 Physicochemical and hygienic indexes of watermelon beer

由表4可知，打瓜啤酒的理化、卫生指标均符合国标GB4927—2008《啤酒》中要求。

2.4 打瓜啤酒味觉成分分析

啤酒电子舌分析结果如表5与图5所示，电子舌的9个传感器对打瓜啤酒的滋味均能做出不同程度的响应，打瓜啤酒主要包括咸味、咸味、甜味，其中咸味和鲜味的响应值最强，酸味的响应值最弱，说明打瓜啤酒的整体滋味偏咸和鲜，丰富度饱满。

表5 打瓜啤酒味觉强度指标响应值Table 5 Response value of taste intensity index of watermelon beer

图5 打瓜啤酒味觉强度指标雷达图Fig.5 Radar chart of taste intensity index of watermelon beer

2.5 打瓜啤酒气相色谱检测结果

将发酵制得的打瓜啤酒进行蒸馏。以15种组分为标准样，利用气相色谱分析打瓜啤酒中的成分，结果分别见图6和表6。

图6 打瓜啤酒气相色谱图Fig.6 Gas chromatogram of watermelon beer

表6 打瓜啤酒成分的测定结果Table 6 Determination results of composition of watermelon beer

从图6和表6可以看出，打瓜啤酒中除乙醇外含有多种香味物质。打瓜啤酒检测出10种香气成分，包括乙醛、正丙醇、乙酸乙酯、仲丁醇、异丁醇、异戊醇、丁酸乙酯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、正己醇。其中酯类物质436.04 mg/mL，醇类物质7 413.03 mg/mL，醛类物质0.406 mg/mL。醇类物质是酒的主要成分，除乙醇外，打瓜啤酒中醇类物质主要为正丙醇，含量为7 228.59 mg/mL，正丙醇可赋予酒体特殊香味，同时可衬托酯香。酯类物质是构成打瓜啤酒香味物质的重要成分，打瓜啤酒中酯类物质主要为丁酸乙酯，丁酸乙酯具有令人愉快的香气，含量为286.39 mg/mL。

2.6 打瓜啤酒有机酸组成分析

有机酸是影响果酒风味和香味的主要物质，对果酒的感官特性起关键作用。利用所建立的有机酸含量测定方法，对打瓜啤酒中9种有机酸含量进行分析，结果如图7和表7所示。

图7 9种有机酸混合标准溶液的高效液相色谱图Fig.7 High performance liquid chromatogram of 9 organic acids mixed standard solutions

表7 打瓜啤酒9种有机酸含量测定结果Table 7 Determination results of 9 organic acids in watermelon beer g/L

由图7可知，在试验所设定的色谱条件下，9种有机酸的色谱分离效果较好，可满足定量分析的基本要求，分析的9种有机酸在打瓜啤酒中均有检出，草酸、酒石酸、D-苹果酸、α-酮戊二酸、乳酸、柠檬酸、L-焦谷氨酸、L-苹果酸和琥珀酸的保留时间分别为4.543 min、4.918 min、5.973 min、6.501min、7.487min、8.753min、8.973min，9.939min、12.261min。其中柠檬酸含量最高，为（9.30±0.038）g/L，是打瓜啤酒有机酸组成的主体。这可能是由于发酵过程中酵母菌具有代谢产生柠檬酸的功能。

3 结论

采用单因素试验及正交试验方法，得出打瓜啤酒最佳发酵工艺条件为打瓜汁添加量18%、酵母添加量为1.0 g/L、初始pH5.2、主发酵温度10.5 ℃。此条件下酿造的打瓜啤酒酒体丰富，醇和协调，打瓜香、酒香突出，是一款具有打瓜的酸甜可口和啤酒典型风格的特色果啤。使用电子舌、气相色谱和高效液相色谱仪检测发现：打瓜啤酒咸味和鲜味偏高，酸味偏低；打瓜啤酒中共检测出10种香气成分，包括乙醛、正丙醇、乙酸乙酯、仲丁醇、异丁醇、异戊醇、丁酸乙酯、乳酸乙酯、戊酸乙酯和正己醇；打瓜啤酒中有机酸种类和含量丰富，其中柠檬酸含量最高，为（9.30±0.038）g/L。