啤酒酵母代謝形成 SO2影響因素的研究

周梅,李紅,杜金華

1(山東農業大學食品科學與工程學院,山東泰安,271018) 2(中國食品發酵工業研究院,北京,100027)

現代研究表明,提高啤酒中 SO2的含量有利于提高啤酒的抗氧化能力[1-2],但含量過高時,會使啤酒產生硫刺激性氣味,影響啤酒的風味,也不利于食品安全[3]。我國食品添加劑使用衛生標準 GB 2760-2007中規定,啤酒中 SO2的最大殘留量為 0.01 g/kg。所以對啤酒中 SO2的含量需要進行合理控制。

控制啤酒中 SO2的含量在基因工程和遺傳育種方面取得了一定的進展[4-7]。雖然可以從分子生物學通過基因調控來控制啤酒中 SO2的含量,但是基因工程菌很難應用于實際工業化生產中。因此,從工藝上研究啤酒中 SO2的控制更具有可行性和應用性。本研究根據我國啤酒釀造工藝的實際情況從麥汁組成、糖化工藝和發酵工藝三個方面對啤酒發酵程中影響酵母代謝形成 SO2的因素進行研究,以期為啤酒釀造提供一定的實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

DTNB[5,5′-二 硫 代 雙 -(2-硝 基 苯 甲 酸 )]、Na2SO4、Na3PO4·12H2O、Na2S2O3:分析純 ,均購于國藥集團化學試劑有限公司;蛋氨酸、蘇氨酸:生化試劑,均購于北京經科宏達生物技術有限公司。

1.2 儀器

光學顯微鏡:CH20,OLY MPUS;可見紫外分光光度計:UV-2450,日本島津;臺式高速冷凍離心機:CT14RD,上海天美生化儀器設備有限公司;糖化儀:LB-8,德國 LB公司;全自動啤酒分析儀:5611 SCABA,瑞士 FOSS。

1.3 檢測方法

(1)SO2的檢測:參考 ASBC中亞硫酸鹽檢測方法[8]。

(2)發酵度的檢測:SCABA儀器法。

1.4 試驗方法

1.4.1 麥汁制備工藝

料水比為 1∶4,在 64-65℃時投料,保溫 1h;升溫至 70℃,保溫 15-20 min;再升溫至 78℃保溫 2 min;過濾,加入啤酒花煮沸 1h,靜止冷卻后過濾,將麥汁滅菌備用。原麥汁濃度為 11.5°P。

1.4.2 實驗室發酵工藝

三角瓶 12℃等溫發酵,接種量保證初始酵母數為 1 500-2 000萬個 /mL,CO2失重小于 0.1 g時發酵結束。

2 結果與討論

2.1 麥汁組成對酵母代謝形成 SO2的影響

2.1.1 麥汁中蛋氨酸對酵母代謝形成 SO2的影響

將添加不同濃度蛋氨酸的麥汁與不添加蛋氨酸的麥汁在同一條件下進行實驗室規模發酵,發酵結束后檢測發酵液中 SO2的含量,試驗結果見表 1。由表1可知,添加蛋氨酸的麥汁發酵后發酵液中 SO2的含量明顯減少,當蛋氨酸的添加量為 100 mg/L時,SO2的含量降低了 60%,但隨著麥汁中蛋氨酸添加量的進一步增加,發酵液中 SO2含量的降低趨勢并不顯著,這說明增加麥汁中的蛋氨酸可以減少酵母代謝形成 SO2的量,但當麥汁中蛋氨酸的含量達到一定值時,繼續增加麥汁中蛋氨酸的含量,降低效果并不顯著。

表 1 麥汁中蛋氨酸對酵母代謝形成 SO2的影響

2.1.2 麥汁中蘇氨酸對酵母代謝形成 SO2的影響

向麥汁中添加不同濃度的蘇氨酸,相同條件下發酵后檢測發酵液中 SO2的含量,研究蘇氨酸對酵母產生 SO2的影響,所得結果見圖 1。

圖 1 蘇氨酸對酵母產 SO2的影響

如圖 1所示,與不添加蘇氨酸的麥汁相比,添加蘇氨酸后發酵液中 SO2的含量明顯增加。當蘇氨酸添加量為 100 mg/L時,SO2含量增加 86%,當麥汁中蘇氨酸添加量為 200 mg/L,500 mg/L時,SO2含量分別增加 107%,118%。這說明在麥汁中添加蘇氨酸可以促進 SO2的生成,當蘇氨酸濃度低時,增加麥汁中的蘇氨酸對發酵液中 SO2含量的增加效果明顯,當蘇氨酸含量達到一定值時,再增加蘇氨酸的量,SO2含量的增加效果變弱。

2.2 糖化工藝對啤酒酵母代謝形成 SO2的影響

2.2.1 輔料使用比例對酵母代謝形成 SO2的影響

在本研究中使用無氮糖漿作為糖化輔助原料,糖漿使用比例分別為 0%,15%,30%,45%,將這些不同糖漿比例的麥汁在相同條件下進行三角瓶發酵,對發酵后的 SO2含量以及發酵度進行檢測,所得結果如圖3。

圖 2 對酵母產 SO2的影響

圖 3 不同輔料比例對酵母產 SO2的影響

如圖 3所示,隨著輔料比的增加,發酵度呈上升趨勢,而發酵液中 SO2的含量呈降低趨勢。輔料的使用使得麥汁中蛋氨酸含量減少,可以使得發酵產生的SO2增多,但麥汁中可發酵性糖含量增加,酵母代謝旺盛,這就需要酵母代謝合成更多的自身生長需要的蛋氨酸,為此更多的亞硫酸鹽用于合成蛋氨酸,會減少發酵液中 SO2的含量。此外,輔料的使用降低了麥汁中蘇氨酸的含量,也使 SO2含量減少。

2.2.2 麥汁中 Zn2+的添加對酵母代謝形成 SO2的影響

在麥汁中添加不同濃度的 Zn2+,研究 Zn2+對酵母產生 SO2的影響,所得結果見表 2。從表 2可以看出,添加 Zn2+后,發酵液中 SO2的含量明顯增加。當添加 Zn2+量為 0.5 mg/L時,SO2的含量提高了75%。而進一步增加 Zn2+的添加量,發酵液中 SO2的含量增加仍為 75%左右,增加效果并不顯著。

表 2 麥汁中 Zn2+的添加對酵母代謝形成 SO2的影響

2.3 發酵工藝對啤酒酵母代謝形成 SO2的影響

2.3.1 麥汁充氧量對酵母代謝形成 SO2的影響

為了研究麥汁充氧量對酵母代謝形成 SO2的影響,改變三角瓶中麥汁的裝液量進行發酵,發酵結束后檢測發酵液中 SO2的含量,所得結果見圖 4。

圖 4 麥汁充氧量對發酵后 SO2的影響

如圖 4所示,當空氣和麥汁體積比為 0.5和 1時,發酵產生 SO2的量無明顯增加,但是隨著麥汁充氧量的進一步增加,即空氣和麥汁體積比為 2、5時,SO2的含量明顯降低。這說明了麥汁充氧量較多時發酵產生 SO2較少,這與 Dufour[10]的研究結果一致。

2.3.2 酵母接種量對酵母代謝形成 SO2的影響

改變酵母接種量,在實驗室水平進行試驗,結果見圖 5。如圖 5所示,隨著接種量的增加,發酵產生SO2的量呈降低趨勢。可能是因為接種量多時,酵母代謝旺盛,使得更多的亞硫酸鹽被酵母代謝合成自身代謝所需的氨基酸,產生的 SO2較少。

圖 5 接種量對發酵產生 SO2的影響

2.3.3 發酵液麥汁的濃度對酵母代謝形成 SO2的影響

在實驗室制備濃度分別為 6°P,9°P,12°P,15°P,18°P的麥汁,然后在相同的條件下進行三角瓶發酵試驗,發酵結束后檢測發酵液中 SO2的含量,結果見圖 6。如圖 6所示,隨著發酵麥汁濃度的增加,發酵時產生的 SO2的濃度增加,麥汁濃度越高,增加效果越明顯。對發酵液中 SO2的含量與麥汁濃度關系趨勢進行擬合發現,二者關系的趨勢以指數函數擬合度最高,其關系方程式為底數大于 1的指數函數(y=2.548e0.4915x),這說明高濃釀造比原濃釀造產生的SO2更多。這與 Gyllang[11]等人的研究一致,他們認為麥汁濃度高,可發酵性糖含量高,增加了酵母細胞的滲透壓,改變了酵母對葡萄糖的代謝途徑,使得葡萄糖通過糖酵解途徑產生了較多的丙酮酸,乙醛,乙醇等,而丙酮酸、乙醛與亞硫酸鹽易結合,亞硫酸鹽與羰基化合物的加合產物通過細胞膜分泌到發酵液中,使發酵液中 SO2含量增加。

圖 6 麥汁濃度對發酵后 SO2的影響

表 3 不同濃度麥汁發酵后 SO2的含量

3 結論

(1)發酵過程中酵母代謝形成 SO2的量受到麥汁組成的影響,研究結果表明,增加麥汁中蛋氨酸的含量對 SO2的產生有抑制作用,增加麥汁中蘇氨酸和硫酸根的含量均可以促進 SO2的生成。

(2)在糖化時使用無氮輔料,發酵產生的 SO2減少,并且輔料使用比例增加時,發酵液中 SO2含量呈降低的趨勢;在麥汁中添加鋅離子會使發酵產生的SO2增加,當 Zn2+添加量為 0.5 mg/L時,可使 SO2的含量提高 75%。

(3)對發酵工藝的研究結果表明,提高麥汁充氧量可以減少發酵產生的 SO2的量;較低接種量有利于發酵產生 SO2;高濃發酵時可明顯增加發酵時產生的SO2。

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