降低洋槐蜜黑啤酒中高级醇的含量

刘连成

江苏食品药品职业技术学院（淮安 223003）

黑啤酒又称浓色啤酒，是在普通麦芽原料基础上加上焦香麦芽和黑色麦芽酿制而成，酒液呈黑褐色，原麦芽汁浓度12～20 °P，酒体突出麦芽焦香味，口味醇厚[1]。洋槐蜜是蜜蜂从洋槐花的花朵中采得的花蜜在蜂巢中酿制的蜜。据研究分析[2-3]，洋槐蜜含有果糖、葡萄糖、维生素、还原酶等物质，还含有黄酮、酚酸等抗氧化物质，以及多种无机盐和有利于身体健康的微量元素。洋槐蜜黑啤酒是在黑啤酒酿制发酵过程中，黑麦汁在煮沸回旋冷却后添加少量的洋槐蜜，以提高黑啤酒的抗菌消炎、养颜和润肠等保健功能[4]。

高级醇是洋槐蜜黑啤酒发酵代谢的副产物之一，主要成分是异戊醇，其次为活性戊醇、β-苯乙醇、异丁醇和正丙醇等。高级醇含量超过一定浓度会引起啤酒杂醇臭味和不愉快的苦味，在黑啤酒中含量一般低于100 mg/L，黑啤酒中高级醇含量高，饮用过量会导致上头，会引起人剧烈头痛和头晕[5]，但适量的高级醇能赋予黑啤酒酒体丰满，口感醇厚柔和。在酿造过程中把高级醇含量控制在合理范围内，同时控制合适的醇酯比显得非常重要。啤酒中高级醇和酯类物质的形成，受到众多因素的影响，有酵母菌种、接种量、发酵温度、麦汁组成、发酵压力和溶氧水平等[6-8]，试验利用学校啤酒教学工厂小型啤酒生产线对黑啤酒中高级醇含量影响因素进行优化研究。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

试验用洋槐蜜黑啤酒：江苏食品药品职业技术学院酿造的14 °P洋槐蜜保健黑啤酒。

1.2 仪器与设备

光电自动菌落计数器，江苏达康医疗用品有限公司；M-2型；6820气相色谱仪：美国Agilent公司；啤酒生产设备，来自学院啤酒教学工厂200 L小型现代啤酒生产设备（粉碎机、糖化设备、发酵设备、过滤设备等），山东中德啤酒设备有限公司。

1.3 方法

黑啤酒中高级醇及总酯含量测定采用气相色谱法[9]。

黑啤酒发酵液中酵母细胞数测定采用自动菌落计数器法[10]。

黑麦芽中α-氨基氮含量的测定采用茚三酮法[11]。

洋槐蜜黑啤酒的生产：以普通麦芽、焦香麦芽、黑麦芽为原料，按照黑啤酒生产的90∶5∶5的原料比例，二次煮出糖化法进行麦汁糖化，酒花为香料，麦汁冷却入罐时加少量洋槐蜜，采用下面发酵工艺生产14 °P洋槐蜜保健黑啤酒。

1.3.1 研究酵母接种量对黑啤酒高级醇含量的影响

洋槐蜜黑啤酒糖化和发酵工艺同常规14 °P洋槐蜜黑啤酒生产工艺，下同。采用不同酵母接种量，测定满罐时的酵母细胞数，研究单因素接种量对洋槐蜜黑啤酒高级醇含量的影响。

1.3.2 研究发酵压力对黑啤酒高级醇含量的影响

黑啤酒发酵工艺采用带压发酵，选择0.01～0.04 MPa不同主发酵压力，后发酵压力升至0.1 MPa，发酵结束测定高级醇含量。

1.3.3 研究不同α-氨基氮含量的麦汁对黑啤酒高级醇含量的影响

通过添加酵母膏等方式控制黑麦芽汁不同α-氨基氮含量（160～200 mg/L），其他发酵条件相同，检测发酵后黑啤酒高级醇含量。

1.3.4 研究不同麦汁溶解氧含量对黑啤酒高级醇含量的影响

通过控制黑麦芽汁不同溶解氧含量（4～12 mg/L），其他发酵条件相同，检测高级醇含量。

1.3.5 研究发酵温度对黑啤酒高级醇含量的影响

黑啤酒发酵采用的是下面酵母发酵，发酵温度为8～12 ℃，选择不同温度进行主发酵试验，当发酵度达60%时升温至12 ℃进行双乙酰还原，还原结束降温至0 ℃，发酵结束测定啤酒高级醇含量。

1.3.6 试验优化

在上述单因素试验基础上，选择对黑啤酒高级醇含量影响较大的四个因素，每个因素取三个水平，进行正交试验，并对正交试验结果进行验证。

2 结果与分析

2.1 酵母接种量对黑啤酒高级醇影响的单因素试验

有研究[5,12-13]表明，不同的酵母菌种对啤酒高级醇的影响有重要作用，陈长毅等[12]研究发现凝聚性酵母比粉末性酵母产高级醇少，试验研究采用下面发酵法生产洋槐蜜黑啤酒，使用的啤酒酵母为凝聚性酵母，发酵前采用不同酵母添加量，成品黑啤酒的高级醇、总酯及醇酯比见图1。通过不同酵母添加量的研究可以看出：酵母接种量少，促进酵母增殖，形成高级醇的数量增加；增加酵母接种量，酵母增殖减少，高级醇形成量下降，促进总酯含量增加，有利于醇酯比下降，增加啤酒的风味品质。

表1 酵母接种量对黑啤酒高级醇含量的影响

2.2 发酵压力对黑啤酒高级醇影响的单因素试验

目前大多数啤酒厂采用低压带压发酵的方法酿造啤酒，本试验采用不同的主酵压力，后酵压力保持0.1 MPa左右，主酵压力对黑啤酒高级醇含量的影响如表2。从表2可以看出，主酵压力越高，高级醇含量越少，醇酯比下降。但是主酵压力过高不利于发酵副产物硫化氢、乙醛等异味物质的挥发，影响啤酒的风味。

表2 发酵压力对黑啤酒高级醇含量的影响

2.3 不同α-氨基氮含量对黑啤酒高级醇影响的单因素试验

形成高级醇的代谢途径有降解代谢途径和合成代谢途径两种，其中合成代谢途径占75%。合成代谢途径是由糖类提供生物合成α-氨基酸的碳骨架，在其合成的过程中形成α-酮酸，经过脱羧和还原，形成相应的高级醇[14]。黑啤酒中的大部分高级醇，如异戊醇、异丁醇等都是由糖代谢生成氨基酸的过程中产生的，麦汁中氨基酸含量会直接影响高级醇的形成。不同α-氨基氮对黑啤酒高级醇含量的影响见表3，含量高的α-氨基氮（200 mg/L）可促进酵母增殖，通过氨基酸代谢转换消耗α-氨基氮，中间产物α-酮酸的含量增加，高级醇相应增加；如果麦汁中α-氨基氮偏低（160 mg/L），酵母可经过糖代谢的酮酸路线形成α-酮酸，再通过联合转氨基作用合成氨基酸，同样会产生较多的高级醇。从表3可以看出，黑啤酒的麦汁含量可控制在180 mg/L左右。

表3 不同α-氨基氮对黑啤酒高级醇含量的影响

2.4 麦汁溶解氧对黑啤酒高级醇影响的单因素试验

麦汁溶解氧对黑啤酒高级醇的影响见表4。从表4可以看出：当冷麦汁充氧量由低到高从4 mg/L到12 mg/L时，高级醇含量逐渐上升，总酯含量下降，该阶段冷麦汁充氧量对高级醇的形成起了重要作用，同时它明显抑制了总酯的形成。因此，降低麦汁充氧量，酒液总酯升高，醇酯比降低。但充氧量太低不利于酵母增殖，延长发酵周期。

表4 麦汁溶氧水平对黑啤酒高级醇含量影响

2.5 发酵温度对黑啤酒高级醇影响的单因素试验

发酵温度越高，酵母增殖速度越快，高级醇的生成量也就相应增加[15]，低温发酵虽然可以控制高级醇的含量，但是发酵周期延长，因此，可采用低温主发酵、高温还原双乙酰的方法降低高级醇的含量和促进啤酒的成熟。发酵温度对黑啤酒高级醇影响试验结果见表5。从表5可以看出，发酵温度12 ℃，高级醇含量较高，总酯增量不大；发酵温度8 ℃，高级醇含量较低，醇酯比也低，有利于提高黑啤酒的风味品质。

表5 发酵温度对黑啤酒高级醇含量影响

2.6 综合试验确定不同因素对黑啤酒高级醇含量的影响

根据影响黑啤酒高级醇含量单因素试验结果，选择影响成品洋槐蜜黑啤酒高级醇含量变化较大的4个因素，即酵母接种量、α-氨基氮含量、麦汁溶解氧及发酵温度。主发酵压力采用0.02 MPa，每个因素分别取3个水平进行正交试验（表6），通过测定成品黑啤酒高级醇含量确定最佳工艺条件，测定结果见表7。由表7可知，最佳正交组合为A3B1C1D1，即酵母接种量1.8×107个/mL，α-氨基氮含量170 mg/L，麦汁溶解氧为6 mg/L，发酵温度8 ℃，双乙酰还原温度为12 ℃。而从极差R值来看，对黑啤酒高级醇含量的影响顺序是发酵温度＞麦汁溶解氧＞酵母接种量＞α-氨基氮含量。

表6 黑啤酒高级醇含量正交试验因素水平

表7 黑啤酒高级醇含量正交试验结果分析

2.7 黑啤酒高级醇含量最佳正交组合的验证

为了进一步验证正交试验的结果，按最佳正交组合A3B1C1D1进行试验，平行测定3次成品黑酒高级醇的含量，取其平均值，测定结果见表8。从表中可以看出，最佳正交组合的黑啤酒高级醇含量达75.76 mg/L，相比优化前（90.37 mg/L）下降了16.17%，醇酯比为5.58，酒体口味醇厚，焦香味浓，有效地改善了啤酒的风味品质。

表8 验证试验结果

3 结论

影响黑啤酒中高级醇形成的因素很多，其中80%高级醇是在黑啤酒主发酵期间形成的，酵母菌种质量、接种量的多少、α-氨基氮含量、溶氧情况、啤酒发酵温度、压力、酵母的回收排放均能影响高级醇的形成。研究试验在高浓黑啤酒发酵工艺中对酵母接种量、α-氨基氮含量、溶氧情况、啤酒发酵温度及压力方面对高级醇的形成研究进行优化，试验结果表明：采用0.02 MPa微压带压发酵，酵母接种量1.8×107个/mL、α-氨基氮含量控制在170 mg/L，麦汁溶解氧为6 mg/L，发酵温度8 ℃，双乙酰还原温度为12 ℃，14 °P黑啤酒高级醇含量达75.76 mg/L，相比优化前（90.37 mg/L）下降了16.17%，醇酯比为5.58，改善了啤酒的风味品质。对黑啤酒高级醇影响因素从大到小顺序依次是发酵温度、麦汁溶解氧、酵母接种量及α-氨基氮含量。