添加小麥芽對啤酒發酵中化學物質變化的影響

馬韶華（包頭輕工職業技術學院，內蒙古包頭014035）

添加小麥芽對啤酒發酵中化學物質變化的影響

馬韶華
（包頭輕工職業技術學院，內蒙古包頭014035）

目的：通過配制不同配比的混合麥芽發酵啤酒，運用化學方法分析啤酒發酵過程中主要化學物質變化的影響來探討混合麥芽用于啤酒發酵對啤酒品質的影響。方法：采用剛果紅法、高效液相色譜法、氣相色譜法等常用化學方法測定啤酒中β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、有機酸和揮發性物質的含量。結果：隨小麥芽添加量增加啤酒中粘度升高；揮發性物質中醇類先升高后降低，酚類物質、多種有機酸的含量提高；感官評價評分在小麥添加量為50%達到最大值。結論：添加小麥芽可改變啤酒中化學成分的組成，顯著提高啤酒的品質。

混合麥芽，啤酒發酵，化學分析方法，物質含量

傳統麥芽啤酒是指主要以大麥為生產原料一類啤酒，酒精含量較高，色澤較重，口感美味［1］，深受歡迎。隨著經濟快速發展和人們生活水平的不斷提升，我國人均消費啤酒量已經達到世界平均水平［2］，而且有持續增加的趨勢，因此對大麥的需求量將不斷增加。但是當前我國啤酒大麥的千粒重、發芽率低，粒度不均，蛋白質、葡聚糖含量高，浸出率低，難以滿足優質啤酒生產的原料標準［3］，因此為維持大麥啤酒的生產只能依賴越來越高的進口量。單純依賴進口嚴重威脅著我國的大麥生產和啤酒的釀造規模［4］。近年來，隨著對啤酒釀造原理的掌握和對生產工藝的優化，近代啤酒業逐漸出現了小麥啤酒等，小麥啤酒的釀造主要原料為小麥，相較于大麥啤酒，小麥啤酒色澤較淺，口感更加清爽，原料也更加容易獲得［5］，但是小麥啤酒釀造無法完全代替傳統大麥啤酒，如何應對大麥原料缺口和國內外啤酒業壓力，是目前的技術難題。目前國內外對小麥啤酒的研究較少，世界各國對小麥啤酒的定義也不盡相同，尚無形成獨立的小麥啤酒評價體系。本研究在此基礎上分析不同配比小麥芽添加到大麥芽中，通過混合麥芽品質和啤酒品質的有機酸和揮發性物質含量等化學物質的變化來探究不同配比混合麥芽對啤酒品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥品種魯麥21和大麥品種寶黛 進行混合麥芽不同配比實驗；啤酒花、啤酒酵母 由山東青島啤酒有限公司提供；草酸、酒石酸、丙酮酸、蘋果酸、a-酮戊二酸、乳酸、富馬酸、琥珀酸、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、甘露糖、半乳糖 Sigma公司，色譜純；乙酸 天津市四通化工廠，分析純；檸檬酸 天津市大茂化學試劑廠，分析純。

表1 兩種麥芽的指標Table1 Index of wheat and barley

EBC.LF標準麥芽粉碎機 北京德之杰公司；BGT.8A糖化儀 杭州博日科技有限公司；落球式粘度計 HAAKE Thermo Electron GmbH.CO.；EBC比色計 德國HELLIGE公司；KDY.08C自動凱氏定氮儀、KDY.12消化爐 上海瑞正儀器設備有限公司；QL.901漩渦混合器 江蘇海門市麒麟醫用儀器廠；TGL-16G-A離心機 上海安亭科學儀器廠；UV.2100分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；FE20數字式酸度計 梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司；RE.52AA旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；LRH.250生化培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；GC.2010氣相色譜儀 島津公司；Clarus 500 GC PerkinElmer Inc.LC.；20 1 0AT高效液相 色譜儀島津公司；LDZX.30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備不同配比混合麥芽 16℃下浸麥48～60 h 達45%浸麥度→16℃、95%～100%濕度下發芽5～6 d→通過凋萎、干燥、焙焦控制麥芽水分小于50%→除根機除根且用風選除塵，降溫至20℃時得成品麥芽密封包裝→將大麥、小麥芽按照1∶0、2∶1、1∶1、1∶1.2、0∶1比例配比得混合麥芽。

1.2.2 制備麥汁方法 按照加水倍數為1∶3，洗槽加水倍數為1∶3.5，洗槽溫度為75℃對混合麥芽進行糖化。按照1 mg/mL的比例加入啤酒花調節麥汁pH為5.8，煮沸，調整濃度為10%。

1.2.3 啤酒發酵方法 按1.5%的比例添加啤酒酵母泥，充分混勻，發酵溫度控制在25℃，間隔10 h測定發酵液中糖的含量，直至糖濃度低于5%時，封蓋密封發酵10 d，冷藏保存（0～4℃）。

1.2.4 麥芽品質分析 參照QB/T 1686-2008《啤酒麥芽》測定麥芽各項品質指標，如：水分、糖化時間、糖化力、總氮、庫值、色度、濁度、粘度；參照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》測定麥汁各項品質指標，如總氮、色度、濁度、粘度、α-氨基氮、pH、總酸。

1.2.5 啤酒品質分析 參照QB/T 1686-2008《啤酒麥芽》測定啤酒中總氮和α-AN含量。參照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》測定啤酒濁度、色度、酒精度、原麥汁濃度、發酵度、總酸及感觀分析。20℃條件下使用落球式粘度計測定麥汁粘度。參照《啤酒工業分析手冊》測定總糖和還原糖的含量。

1.2.6 啤酒中相關成分測定 啤酒中β-葡聚糖的含量采用剛果紅法測定［6］；啤酒中總酚的含量參考Nakamura［7］和何桂芬［8］的方法測定；啤酒中4-VG的含量采用高效液相色譜法測定；啤酒中的揮發性物質采用氣相色譜法測定；以草酸（144-62-7）、酒石酸（51-42-3）、丙酮酸（127-17-3）、蘋果酸（97-67-6）、α-酮戊二酸（328-50-7）、乳酸（50-21-5）、乙酸（64-19-7）、檸檬酸（5949-29-1）、富馬酸（110-17-8）和琥珀酸（110-15-60）為標準品用高效液相色譜法測定啤酒中有機酸的含量。阿拉伯木聚糖（AX）含量的測定參考Englyst［9］和Loosveld［10］的方法；以鼠李糖（6155-35-7）、阿拉伯糖（147-81-9）、木糖（58-86-6）、甘露糖（69-65-8）、半乳糖（381716-33-2）、葡萄糖（50-99-7）為標準品，用氣相色譜法測定AX的含量。

1.3 數據分析方法

采用DPS-7.05及SPSS 13.0分析軟件對數據進行差異性與相關性分析。所有數據均為3次平行實驗的平均值。

2 結果與分析

2.1 混合麥芽品質及麥汁品質

2.1.1 麥芽品質 發酵混合麥芽啤酒所用麥芽品質如表2所示。所選寶黛大麥所得大麥芽的各項指標如水分、總氮、庫值、濁度等均符合標準，為優級淡色麥芽。相比較，魯麥21所產小麥芽的各項指標如庫值、α-氨基氮含量較低，其他指標均較高，如總氮、色度、濁度等，僅符合二級麥芽的標準，這可能與小麥的結構有關，小麥沒有外殼，吸水能力強，但是持水能力弱，導致在麥芽的制備過程中蛋白質溶解性能，大麥遠遠優于小麥，故小麥麥芽庫值降低，α-氨基氮含量較低，而相對的大麥芽庫值較高，α-氨基氮含量較高。

表2 啤酒發酵用麥芽品質Table2 Characteristics of malts for brewing

2.1.2 麥汁品質 對所得不同配比的混合麥芽所產生的混合麥汁進行分析，結果如表3所示。不同配比發酵麥汁的各項指標除總酸、pH外均存在顯著差異（p＜0.05）。由100%小麥芽麥汁總氮、pH、粘度等指標與大麥芽和混合麥芽相比可得出和表2相同結果，且由于小麥芽總氮含量高、α-氨基氮含量低導致越高的小麥芽添加量得到越高總氮、越低α-氨基氮的混合麥芽汁。小麥汁的添加對混合麥汁的粘度（p＜0.01）、總氮（p＜0.01）、α-氨基氮（p＜0.01）影響最為顯著。

2.2 啤酒發酵過程中還原糖含量、總糖及粘度的變化

2.2.1 粘度的變化 對啤酒發酵過程中品質指標粘度的變化進行分析，結果如圖1所示。100%大麥芽的定型麥汁粘度1.55 mPa·s顯著低于100%小麥芽的定型麥汁粘度1.82 mPa·s（p＜0.05），且小麥芽添加量越多，麥汁、發酵液與啤酒的粘度都越高。分析啤酒發酵的各個階段：主發酵階段：定型麥汁及發酵液的粘度無顯著差異；后發酵階段：定型麥汁及發酵液的粘度無顯著差異。這說明啤酒的發酵過程對發酵液的粘度沒有顯著影響。低溫貯存階段：啤酒粘度顯著降低（p＜0.05），100%小麥芽啤酒粘度（1.41 mPa·s）與100%大麥芽啤酒粘度（1.24 mPa·s）仍存在顯著差異（p＜0.05），這與酵母的沉降有關。

表3 不同配比麥芽制備定型麥汁品質Table3 Characteristics of finish wort with different malt ratios

圖1 發酵過程中粘度的變化Fig.1 Changes of viscosity during fermentation process

2.2.2 總糖含量的變化 對啤酒發酵過程中品質指標總糖含量的變化進行分析，如圖2所示。不同濃度的定型麥汁中總糖含量存在顯著性差異（p＜0.05）。麥汁中總糖含量初始濃度為69.80～78.20 g/L，啤酒發酵各個階段分析如下：主發酵階段：總糖含量顯著降低；啤酒后發酵階段：總糖含量繼續降低且差異顯著（p＜0.05）；低溫貯存階段：總糖含量差異顯著（p＜0.05）。最終啤酒總糖含量為8.32～9.21 g/L。

2.2.3 還原糖含量的變化 對啤酒發酵過程中品質指標還原糖含量的變化進行分析，如圖3所示。不同濃度的定型麥汁中還原糖含量存在顯著性差異（p＜0.05）。還原糖含量初始濃度為61.11～66.86 g/L，啤酒發酵各個階段分析如下：主發酵階段：還原糖含量顯著降低；啤酒后發酵階段：還原糖含量繼續降低且差異顯著（p＜0.05）；低溫貯存階段：還原糖含量差異不顯著。最終啤酒還原糖含量為5.37～5.94 g/L。

圖2 發酵過程總糖含量的變化Fig.2 Changes of total sugar content during fermentation process

圖3 發酵過程中還原糖含量的變化Fig.3 Changes of reducing sugar content during fermentation process

2.3 啤酒品質的分析

2.3.1 啤酒品質指標 對發酵不同配比混合麥芽啤酒進行品質分析，結果如表4所示。隨著小麥芽量的添加，啤酒的品質指標如α-氨基氮、pH降低，而總氮、色度、粘度等增加，這與小麥芽的品質有關。且相較大麥芽，小麥芽中4-乙基愈創木酚的量差異顯著，但是不同配比小麥無顯著差異。這是因為小麥中水溶性阿拉伯糖含量遠高于大麥芽，水溶性阿拉伯糖的側鏈基團的阿魏酸可以從酯鍵解離并轉化為4-乙基愈創木酚。國外一些研究中也發現了添加小麥芽可以提高啤酒泡沫穩定性，Bryce［11］研究小組就得出這樣的結論，但是這對低濃度啤酒影響不顯著。Depractere［12］研究小組發現小麥芽較高的水溶性阿拉伯糖和葡聚糖導致啤酒粘度增加。

2.3.2 啤酒中揮發性物質含量 對啤酒中揮發性物質的含量進行分析，結果如表5所示。啤酒中的正丙醇、異丁醇、異戊醇含量隨著混合麥芽中小麥芽添加量的增加呈現先升高后降低的變化，當配比為2∶1時，含量達到最大。這些醇類物質大部分受到酵母蛋白質合成作用影響，由酮酸經過氨基酸脫氨和轉氨形成。從表中看出，大麥和小麥添加比為1∶1.2時酯類物質含量最高，且顯著高于100%大麥組。這些酯類物質大部分來源是酵母的生物合成和酸與醇的酯化作用，增加小麥芽添加量酯類物質增加。揮發性香來自揮發性酯由酶類對高級醇催化產生，能夠給啤酒帶來果香味。這個結論和王妮婭［13］結果一致，在探究發酵度、α-AN及小麥芽用量對8°P啤酒釀造的影響時發現小麥芽的添加小于10%對啤酒中的酯類物質沒有顯著影響，添加量較大時有利于酯類物質的形成。

2.3.3 啤酒中有機酸含量 對啤酒發酵過程中有機酸的變化分析，結果如表6所示。有機酸在啤酒的風味中起著很重要的作用，對啤酒的老化和非生物穩定性有一定影響。有機酸在啤酒的釀造過程中主要來自原料，另外一部分來自酵母代謝，包括草酸、酒石酸等。而小麥芽的添加可以增加多種有機酸的含量，比如乳酸、富馬酸等，同時能降低蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸的含量，但乙酸和丙酮酸的含量受小麥芽添加量的影響不明顯。王妮婭［13］研究發現啤酒中乳酸與緩沖容量呈負相關，富馬酸和琥珀酸與緩沖容量呈現正相關性。而且啤酒的緩沖性有何老化速度和穩定性相關，與本結果相似。

2.3.4 啤酒感官評價分析 參照GB 4927-2008《啤酒》對啤酒的感官評價進行分析，結果如表7所示。隨著小麥芽配比的增加，啤酒的感官評價分數先升高后降低。單獨使用大麥芽或者小麥芽釀制的啤酒評分較低，因為它的香氣相對單一。小麥的配比為50%時，啤酒感官評分最高，此時啤酒中酯類物質含量接近最大值（見表5），小麥芽能使啤酒中酚香更濃郁，啤酒口感更加綿軟柔和，能提高啤酒品質。

3 結論

表4 啤酒品質指標Table4 Characteristics of beer quality

表5 啤酒中揮發性物質含量Table5 Volatile compounds content of beer

3.1 添加小麥芽主要影響定型麥汁總氮、粘度和α-AN含量，可顯著增加啤酒中4-VG和草酸、酒石酸、α-酮戊二酸等有機酸含量，如100%小麥芽的定型麥汁總氮含量127.8 mg/100 mL高于100%大麥芽的定型麥汁總氮含量105.5 mg/100mL；100%小麥芽的定型麥汁α-AN含量180 mg/L低于100%大麥芽的定型麥汁粘度246 mg/L。

表6 啤酒中有機酸含量Table6 Organic acid content of beer

表7 不同配比麥芽發酵啤酒感官評價Table7 Sensory evaluation of beer with different malt ratios

3.2 隨著小麥芽添加量增加，啤酒中DMS、α-AN、濁度、總酸、多酚含量降低，如100%小麥芽啤酒α-AN含量70 mg/L低于100%大麥芽啤酒粘度125 mg/L，100%小麥芽啤酒濁度1.2EBS低于100%大麥芽啤酒濁度27.4EBS；總氮、色度、粘度、β-葡聚糖和酯類物質含量增加，如100%小麥芽啤酒總氮含量96.3 mg/100mL高于100%大麥芽啤酒總氮含量72.5 mg/100mL，100%小麥芽啤酒β-葡聚糖194.6 mg/L高于100%大麥芽啤酒β-葡聚糖60 mg/L。

3.3 啤酒的粘度變化主要發生在低溫貯藏階段。

3.4 當小麥芽添加量為50%時，啤酒感官評價最好。

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The influence on the chemical materials content in brewing beer of adding wheat

MA Shao-hua
（Baotou Light Industry Vocational Technical College，Inner Mongolia，Baotou 014035，China）

Objective:To discuss the influence of beer qualities brewed with malts mixed by wheat and barley in different ratios by measuring the changes of chemical materials in brewing process.Methods:The common chemical methods，such as Congo red method，high efficiency liquid chromatography and gas chromatography were used to measure the content of β-glucans，araboxylan，organic acid and volatile matter in beer.Results: Adding the wheat malt mainly lead that the viscosity，esters contents and most of organic acid were increased.The alcohol was a liner relation with wheat malt added ratios.When the wheat malt ratio was 50%，wheat beer had the best sensory evaluation.Conclusions:The quality of beer was enhanced obviously measured by the changes of chemical content when wheat mixed in barley malt.

mixed malts；brewing beer；chemical analysis method；material content

TS261.4

A

1002-0306（2016）02-0204-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.033

2015－06－10

馬韶華（1979-），女，大學本科，講師，主要從事食品檢測方面的研究，E-mail：18865489890@163.com。