鲜姜暖啤酒酿造工艺的研究

杨永学，孙晓璐，刘艳芳，王明跃，丁寅寅

（阜阳职业技术学院 生化工程系，安徽 阜阳 236031）

近年来，精酿啤酒如雨后春笋得到了较快地发展，随着人民生活水平的提高，消费者在追求高端化、多元化、个性化的同时，保健养生的意识也在不断加强，保健啤酒的研发也是大势所趋［1-2］.但啤酒性凉，不适合在冬季饮用，是制约啤酒行业发展的一个重要因素，因此研发一款适合冬季饮用的保健暖啤，这一诉求也应运而生［3-5］.在精酿啤酒的工艺基础上，在不同生产阶段添加一些能起到调节人体生理机能的食药同源辅料或功能因子［6］，如鲜姜、红枣、菊花、蜂蜜、丁香、枸杞、活性多糖、膳食纤维、微量元素和维生素等［7-9］，从而调节人体机能，起到预防疾病和促进健康的作用.生姜中含糖类8.5%、蛋白质1.4%、脂肪0.7%，此外还含有姜醇、姜烯、姜辣素等活性物质［10］以及淀粉、纤维素、维生素等营养物质［11］，具有较高的保健和药用价值，有祛寒暖胃、止呕止泻、杀菌解毒、降血脂、抗氧化、抑制肿瘤等功能［12-14］.红枣因富含维生素、铁、钙、磷等多种营养物质具有养胃健脾、益血壮神的功效［15］，与鲜姜配伍能缓和鲜姜的辛辣性.枸杞具有滋补肝肾、益精明目等功效［8］，能增加暖啤的功能性成分.

将食药同源材料鲜姜、红枣、枸杞配伍在一起，作为啤酒辅料而酿造出的暖啤，能起到祛寒暖胃、温肾助阳、散寒止吐、健身防病的功效.鲜姜暖啤的研发，不仅使啤酒风味得到了改善，而且还赋予了啤酒一定的功能特性.本试验研发的鲜姜暖啤，以期给啤酒行业的进一步发展带来些许启发，同时也为保健暖啤产品的开发提供相关的技术参考依据.

1 原料、仪器设备和试验方法

1.1 原料及试剂

鲜姜、红枣、枸杞均为市售，大麦芽（中粮“臻麦”艾尔麦芽、结晶麦芽Ⅲ），美国卡斯卡特啤酒花，捷克萨兹酒花，澳洲马利Draught酵母，碘液、邻苯二胺、消泡剂（国药集团，分析纯）等.

1.2 仪器设备

山东尚德啤酒酿造设备，BrewZilla家酿一体机，麦芽粉碎机，生化培养箱，糖度计，电子分析天平，双乙酰蒸馏装置等.

1.3 试验方法

1.3.1 鲜姜暖啤的酿造工艺流程及操作要点

1.鲜姜暖啤的酿造工艺流程

2.鲜姜暖啤的操作要点

麦芽粉碎：采用“回潮粉碎”法将艾尔麦芽和结晶麦芽Ⅲ按质量比25∶1进行粉碎，确保麦皮破而不碎，胚乳粉碎成粗细粉的比例为1∶2.5，从而达到粉碎的目的.按料水比1∶4.5投入糖化锅中［16］.

麦芽糖化：麦芽溶解性好，故采用二段式升温浸出糖化工艺法，首先在62 ℃的水中保温60 min，然后边搅拌边升温至72 ℃后保持30 min，期间取麦汁进行碘检直至合格（必要时可延长时间），最后在搅拌下升温至78 ℃保持10 min，糖化完成.

麦醪过滤：将糖化后的醪液泵入过滤槽，并开启耕刀搅拌1 min后静置约15 min，以促使过滤层有效形成，调整阀门开度确保过滤的稳定性，在回流的麦汁出现澄清状态时开始过滤，得到清亮的麦汁，随后将麦汁泵入到煮沸锅中.

麦汁煮沸：在麦汁煮沸过程中，在不同时间点分别投加啤酒花、鲜姜、红枣和枸杞辅料.啤酒花的投加分3次进行，第1次在麦汁煮沸初期10 min时投加0.1 g·L-1卡斯卡特啤酒花，再经30 min后第2次投加0.2 g·L-1卡斯卡特啤酒花，在煮沸结束前10 min第3次投加0.1 g·L-1捷克萨兹酒花.红枣和枸杞的添加量为2.5%，放于无纺布袋中于煮沸初期加入.鲜姜经切片后按2.5%的添加量放于无纺布袋中，根据试验要求于煮沸结束前不同的时间点加入.整个煮沸过程中，控制煮沸强度为10%（每小时蒸发水分的量）左右，控制煮沸时间为70 min.

回旋沉淀：将煮沸结束后的麦汁泵入回旋沉淀槽中，经泵回流3 min后静置15 min，可快速开关排污阀数次［16］.

冷却：将回旋沉淀后的麦汁泵入薄板换热器设备，调整管路阀门控制麦汁冷却后的温度为18 ℃.

发酵：将酵母用麦汁活化30 min，按试验要求量接种到冷却后的麦汁中进行发酵，控制发酵温度进行前发酵，通过麦汁残糖的测量和计算，在发酵度为70%时封罐进行后发酵，保持恒温恒压发酵5 d，压力控制在0.14 MPa，至双乙酰含量合格，然后缓慢降温，控温在0~1 ℃冷贮8~10 d后啤酒成熟.

1.3.2 鲜姜暖啤酿造工艺条件单因素试验

在鲜姜暖啤酿造过程中，分别考察鲜姜煮沸时间（8、12、16、20、24 min）、酵母接种量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 g·L-1）、发酵温度（15、17、19、21、23 ℃）对鲜姜暖啤感官评分的影响.

1.3.3 鲜姜暖啤酿造工艺条件优化响应面试验

在单因素试验的基础上，依据Box-Behnken实验设计原则，选取鲜姜煮沸时间、酵母接种量、发酵温度3个因素为自变量，因素与水平表现见表1，以感官评分为响应值，共进行17个响应曲面分析试验，通过数据分析得到鲜姜暖啤最佳酿造工艺条件.

表1 鲜姜暖啤酿造工艺条件优化响应面试验因素与水平表

1.4 理化指标和感官评价标准

1.4.1 理化指标的检测

鲜姜暖啤理化检验按照国家标准GB/T 4927—2008测定，酒精度测定按照GB 5009.225—2016进行，总酸测定以GB 12456—2021为依据，双乙酰理化指标检测以GB/T 4928—2008为标准，甲醛含量测定以GB/T 5009.49—2008为依据，沙门氏菌和金黄色葡萄球菌含量检测以GB/T 4789.25—2003为依据.

1.4.2 感官品评

由2位国家级品酒师、2位资深啤酒从业者和6位学生组成感官品评小组，参照啤酒标准GB/T 4927—2008，分别从鲜姜暖啤的外观、泡沫、香气、口味4个方面进行感官品评打分，在去掉最高分和最低分后取平均值为感官评分［17］.感官品评标准见表2.

表2 鲜姜暖啤的感官品评标准

2 结果与分析

2.1 单因素对暖啤的影响

2.1.1 鲜姜煮沸时间对鲜姜暖啤感官评分的影响

由图1可以看出，随着鲜姜煮沸时间的增加，鲜姜暖啤感官评分先增加后降低的趋势，当鲜姜煮沸时间为16 min时，鲜姜暖啤的感官评分最高，此时酒体呈现棕褐色，姜香淡雅，口感协调.当煮沸时间继续增加时，姜香味太浓且口感较辛辣，对感官评分产生了有较大的影响［18］，故选择最佳的鲜姜煮沸时间为16 min.

图1 鲜姜煮沸时间对鲜姜暖啤感官评分的影响

2.1.2 酵母接种量对鲜姜暖啤感官评分的影响

由图2可以看出，随着酵母接种量的增加，鲜姜暖啤感官评分虽然呈现先增加后降低的趋势，但趋势较平缓，整体感官评分接近，这可能是因为试验所选择的酵母接种量均在较佳的范围内且幅度差值变化小.当酵母接种量为0.8 g·L-1时，其感官评分最高.故选择最佳的酵母接种量为0.8 g·L-1.

图2 酵母接种量对鲜姜暖啤感官评分的影响

2.1.3 发酵温度对鲜姜暖啤感官评分的影响

由图3可知，随着发酵温度的增加，鲜姜暖啤感官评分先增加后降低的趋势.当发酵温度为19 ℃时，鲜姜暖啤的感官评分最高.当发酵温度较低时，酵母发酵速度较为缓慢，导致酒体的香味淡薄；当发酵温度较高时，酵母发酵过快，产生的高级醇等副产物对啤酒口感产生了负面的影响［19-20］.故选择最佳的发酵温度为19 ℃.

图3 发酵温度对鲜姜暖啤感官评分的影响

2.2 鲜姜暖啤酿造工艺条件优化响应面法试验分析

响应曲面法的试验设计及结果见表3，运用Design expert 10.0软件对试验数据进行多元回归拟合，设鲜姜煮沸时间、酵母接种量和发酵温度分别为A、B、C，以鲜姜暖啤感官评分为响应值（Y）进行多元回归拟合后的方差分析结果见表4，得到的回归模型方程如下：

表3 响应曲面优化鲜姜暖啤感官评分实验设计与结果

从表4的结果可知该回归模型P＜0.000 1（极显著），其失拟项P=0.199 1＞0.05（不显著），说明模型拟合程度良好，可以对回归方程相应回归值进行预测，同时模型回归系数R2为0.987 1，调节后的R2Adj为0.970 5（大于0.900 0），即97.05%的数据可用该模型解释，说明回归模型可靠性较高.通过分析相关数据可以看出，在试验所选取因素的范围水平内，一次项鲜姜煮沸时间对鲜姜暖啤感官评分具有极显著影响（P＜0.01），发酵温度对鲜姜暖啤感官评分影响显著（P＜0.05），酵母接种量对鲜姜暖啤感官评分影响不显著（P＞0.05），分析各因素的主效应关系为：A＞C＞B，即鲜姜煮沸时间＞发酵温度＞酵母接种量.二次项交互作用AB对鲜姜暖啤感官评分具有极显著的影响（P＜0.01），AC对鲜姜暖啤感官评分的影响显著（P＜0.05），BC对鲜姜暖啤感官评分的影响不显著（P＞0.05），且二次项交互作用对鲜姜暖啤感官评分影响大小程度为AB＞AC＞BC.

表4 方差分析结果

从图4可以看出，在试验所选取因素的范围内，鲜姜暖啤感官评分随鲜姜煮沸时间A呈先缓慢增加后迅速降低的趋势，随酵母接种量B的增加呈先快速增加后缓慢降低的趋势，AB交互曲面图的坡度陡峭，其等高线为椭圆，说明AB两因素相互间的交互作用极显著.从图5可以看出，鲜姜暖啤感官评分随发酵温度C的增加呈先增加后降低的趋势，AC交互曲面图的坡度较为陡峭，其等高线近似椭圆，说明AC两因素间的交互作用较显著.从图6可以看出，鲜姜暖啤感官评分随酵母接种量B和发酵温度C的呈先增加后降低的趋势，但BC交互曲面图的坡度较平缓，其等高线呈圆形，说明BC两因素相互间的交互作用不显著.这与表4方差分析结果相符.

图4 鲜姜煮沸时间、酵母接种量对鲜姜暖啤感官评分的响应面和等高线图

图5 鲜姜煮沸时间、发酵温度对鲜姜暖啤感官评分的响应面和等高线图

图6 酵母接种量、发酵温度对鲜姜暖啤感官评分的响应面和等高线图

根据回归方程模型，得到鲜姜暖啤酿造工艺最优条件为：鲜姜煮沸时间为 14.77 min、酵母接种量为 0.79 g·L-1、发酵温度为18.87 ℃.考虑试验的实际情况，将工艺条件参数调整为鲜姜煮沸时间为 15 min、酵母接种量为 0.8 g·L-1、发酵温度为19 ℃，在此最优条件下经3次平行试验得到平均感官评分为92分，与感官评分预测值91.38分相差不大，证实了预测值和试验值之间的良好相关性.

2.3 鲜姜暖啤品质分析

将最优工艺条件下酿造的鲜姜暖啤进行品质分析检测，成品的酒体呈红褐色或棕褐色；泡沫丰富细腻、泡持性长；姜香淡雅，同时具有酒花香和麦芽香；口感独特，酒体协调，醇厚柔和，杀口感强，其感官、理化和卫生指标符合国标GB/T 4927—2008中特种啤酒的要求，见表5，表中“国家标准要求”为浓色啤酒一级的规定.

表5 鲜姜暖啤指标分析检测结果

3 结论

本试验在精酿啤酒的酿造工艺基础上，添加辅料鲜姜、红枣、枸杞，并研究了鲜姜煮沸时间、酵母接种量和发酵温度3个单因素试验对于暖啤的感官评分的影响，运用响应面分析方法和Design expert分析软件对试验数据进行多元回归拟合，得出鲜姜暖啤的最优酿造工艺参数为鲜姜煮沸时间为15 min，酵母接种量为0.8 g·L-1，发酵温度为19 ℃.此工艺条件下酿造出的鲜姜暖啤感官评分可达92分，可见响应面分析法优化的鲜姜暖啤酿造工艺条件在实际生产中具有重要的现实指导意义.