山荊子果啤釀造工藝的研究

張鈺皎，王中健，滿都拉，孫子羽，陳忠軍

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

山荊子，又稱山丁子、林荊子，屬薔薇科落葉禾木。山荊子廣泛分布于內蒙古大興安嶺地區，是一種具有豐富營養價值和觀賞價值的野生植物[1]。山荊子含有豐富的營養物質，其葉的主要成分是黃酮類和多酚類化合物，據研究表明，山荊子葉具有抗氧化、降血脂和減肥等功效[2-3]。山荊子果實的有機酸含量超過蘋果的一倍以上，成熟后的山荊子果實可直接食用，也可用于加工蜜餞、果醬和清涼飲料等食品[4]。啤酒是以大麥芽、酒花和水為主要原料，經酵母發酵而成的一種富含CO2的低酒精度飲品[5]。隨著人民生活水平的日益提高，保健食品受到了越來越多人的喜愛[6]。以大麥芽和山荊子為原料制得的保健型果啤不僅豐富了保健食品的種類，也為我國的果品和啤酒發展起到了促進作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

野生山荊子果實：黑龍江大興安嶺市售；啤酒酵母：安琪酵母股份有限公司；優質大麥芽、小麥芽、酒花：市購；其它化學試劑：內蒙古農業大學乳研樓發酵實驗室自備。

1.2 儀器與設備

FA2104N 電子天平：上海菁海儀器有限公司；pHS-3C pH 計：上海儀電科學儀器股份有限公司；A-103 多功能榨汁攪拌機：新塘鎮新升電子音響器材廠；LDZX-75KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠；WSZ-30 電熱保溫蒸煮桶：廣東偉納斯不銹鋼實業有限公司；HWS-12 電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；DPX-9162B-1 恒溫培養箱：上海福瑪實驗設備有限公司；PAL-1 型數顯手持測糖儀：廣州市愛宕科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 山荊子果啤的加工工藝流程

1.3.1.1 山荊子汁的制備

破碎榨汁：將野生山荊子果實洗凈后用破碎機將其破碎，破碎直徑以0.5 cm 左右為宜，破碎過細會導致種籽破裂而加重苦澀味[7]。將破碎后的碎果醬裝入洗凈的8 層濾布中并對其施壓，使汁液緩慢流出。

1.3.1.2 麥汁的制備

粉碎：大麥芽和小麥芽在發酵前先進行粉碎，要保證皮殼破而不碎，因為皮殼過碎會導致苦澀味物質過多浸出，影響啤酒的色澤和口味，而且麥殼皮過細會造成過濾困難[8-9]。

糖化：將粉碎混合后的麥芽在37 ℃下于恒溫水浴鍋中進行糖化，均勻攪拌并升溫至最佳糖化溫度，糖化至淀粉完全水解。滴定碘液不再變藍即為判定終點[10]。

煮沸：向煮沸的糖化醪中分兩次加入適量酒花。第一次是煮沸5 min 后加入0.2%的苦酒花，第二次是煮沸20 min 后加入0.2%的香酒花，再繼續煮沸10 min后停止煮沸。麥汁煮沸可蒸發多余的水分并破壞酶的活性，使其生物化學變化終止[11-12]。

過濾：煮沸結束后，用8 層濾網將麥汁和麥糟分開以得到較為澄清的麥汁，并調整麥芽汁濃度為10°P。殺菌后冷卻至室溫。

1.3.1.3 發酵及后處理

主發酵：將制得的原麥汁和山荊子汁按一定比例混合后，在適宜的條件下進行發酵。

后熟：4 ℃還原雙乙酰至0.1 mg/L。

1.3.2 小麥芽添加比例的確定

將小麥芽與大麥芽粉碎后按不同比例混合，小麥芽添加量按質量分數15%、20%和25%添加。在65 ℃下糖化并添加10%的山荊子果汁后，以3%接種量在12 ℃下發酵5 d 后測其殘糖和pH 值，并進行感官評定，得出大麥芽和小麥芽的最佳比例。

1.3.3 麥芽汁糖化溫度的確定

在最佳麥芽配比下，將醪液分別置于60.0、65.0、70.0 ℃3個梯度下進行水浴加熱至淀粉全部水解。加入10%的山荊子果汁后，將活化后的啤酒酵母以3%接種量在12 ℃下發酵5 d 測其殘糖和pH 值，并進行感官評定，得出最佳糖化溫度。

1.3.4 山荊子果啤發酵工藝的確定

1.3.4.1 山荊子汁添加量的確定

山荊子汁的添加量不宜過多，添加過多不僅會增加成本，同時不利于啤酒的非生物穩定性；添加過少，顯現不出山荊子的氣味。因此本研究以8%、9%、10%、11%、12% 5個梯度的添加量進行試驗比較，以期確定山荊子最佳添加量。

1.3.4.2 酵母添加量的確定

啤酒酵母以體積分數1 %、2 %、3 %、4 %、5 %5個梯度接種后于12 ℃下發酵5 d，主發酵完后測其pH 值和殘糖，進行感官評定，確定出最佳接種量。

1.3.4.3 發酵溫度的確定

發酵溫度選擇 12、15、18 ℃ 3個溫度梯度進行發酵后測pH 值和殘糖，進行感官評定，確定出較優的發酵溫度。

1.3.4.4 發酵時間的確定

果啤發酵 3、4、5、6、7 d 后測 pH 值和殘糖，并進行感官評定，確定出較優的發酵時間。

1.3.4.5 正交試驗優化山荊子果啤的發酵工藝

本工程采用卷揚機牽引切縫施工技術，工程質量符合設計和規范要求，縮短了工期，減少了施工成本，施工工藝更加便捷。施工過程中極大地規避了安全隱患，適用面較廣泛，施工更加簡便。

根據單因素結果，選取山荊子果汁添加量、酵母接種量和發酵時間3個因素進行L9（33）正交試驗，確定出山荊子果啤的最佳發酵工藝條件。因素及水平的設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Orthogonal experiment factors and levels

1.3.5 山荊子果啤的質量分析

糖度的測定：手持糖度計直接測定；pH 值的測定：酸度計直接測定；酒精度的測定：蒸餾法[13]；成品酒總酸的測定：酸堿滴定法[14]；細菌菌落計數采用平板計數法；大腸菌群檢測采用稀釋培養計數法計數法。

感官評定：選請了20位有經驗學者進行感官評定并取平均值，評定標準如表2[15-16]。

表2 山荊子果啤感官評分標準表Table 2 Sensory scoring criteria of malus baccata beer

2 結果與分析

2.1 麥芽的配比對果啤品質的影響

大麥芽和小麥芽的配比對山荊子果啤品質的影響如圖1所示。

圖1 不同麥芽配比對果啤品質的影響Fig.1 Effect of different malt ratio on the quality of fruit beer

由圖1可知，小麥芽添加量的感官評分隨著添加量的增加呈現先增加后減少的趨勢。在小麥芽的添加量為質量比20%時感官評分最高，因此在山荊子果啤加工中應選用此添加量進行發酵。小麥芽含有的豐富淀粉酶可解決啤酒發酵過程中酶不足的問題，另外小麥芽中的高糖蛋白有利于加強啤酒的泡沫性能。雖然小麥麥芽有很多優點，但由研究發現，小麥芽的過量會使啤酒穩定性較差，外觀渾濁。

2.2 麥汁糖化溫度對果啤品質的影響

山荊子果啤的最佳麥汁糖化溫度結果見圖2。

圖2 不同糖化溫度對果啤品質的影響Fig.2 Effect of different temperature of wort on the quality of fruit beer

由圖2可知，在發酵5 d 后，山荊子果啤的感官評分隨著糖化溫度的增加呈現先增加后減少的趨勢。在糖化溫度為65 ℃時，感官評定為最佳。此溫度下發酵制得的果啤有光澤，澄清透明，甜酸適口，濃郁醇厚，具有和諧的山荊子特殊果香和酒香。糖化溫度會對麥芽中的α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性產生影響，使麥汁的糖類組分和酵母的代謝發生改變，進而影響啤酒的風味，因此確定最佳糖化溫度尤為重要。

2.3 果啤發酵工藝的優化

2.3.1 山荊子汁添加量對果啤品質的影響

山荊子添加量對山荊子果啤品質的影響如圖3所示。

圖3 不同山荊子添加量對果啤品質的影響Fig.3 Effect of different malus baccata juice on the quality of fruit beer

由圖3可知，在一定的發酵時間范圍內，山荊子果啤感官評分隨著添加量的增加呈現先增加后減少的趨勢。在山荊子果汁添加量為10%時，感官評定為最佳。適量的果汁添加量可以增加果味啤酒的風味，但是當果汁添加量過大時，不僅酸度的增加會抑制啤酒酵母的發酵，還會使啤酒失去自身的感官特性。

2.3.2 酵母添加量對果啤品質的影響

酵母添加量對山荊子果啤品質的影響如圖4所示。

圖4 不同酵母添加量對果啤品質的影響Fig.4 Effect of different yeast on the quality of fruit beer

酵母添加量對啤酒的泡持性、酒精度有著重要的作用。由圖4可以看出添加量在1%～5%之間時，感官評分隨著添加量的增加先上升后下降。當接種量為3%時，果啤呈金黃色，有光澤，澄清透明，無懸浮物，無沉淀，甜酸適口，柔和豐滿，殘糖隨著酵母添加量的增多而減少，酒精度也在不斷攀升。因此選定山荊子果啤酵母的最佳添加量為3%。

2.3.3 發酵溫度對果啤品質的影響

發酵溫度對山荊子果啤品質的影響如圖5所示。

圖5 不同發酵溫度對果啤品質的影響Fig.5 Effect of different temperatures on the quality of fruit beer

由圖5可以看出，發酵溫度在15 ℃時感官評分最高，此溫度下的果啤甜酸適口，柔和豐滿且具有和諧的山荊子特殊果香。發酵溫度對啤酒中的還原糖的利用起著關鍵作用。發酵溫度越高，還原糖利用的越充分，啤酒非生物穩定性就越高。但隨著溫度的不斷升高，過高的糖度反而抑制了酵母的生長，使酒精度呈下降趨勢，導致果啤的酒味不醇厚。

2.3.4 發酵時間對果啤品質的影響

山荊子果啤的最佳發酵時間結果見圖6。

圖6 不同發酵時間對果啤品質的影響Fig.6 Effect of different times on the quality of fruit beer

由圖6可以看出，發酵時間在3 d～5 d 時，感官評分隨著發酵時間的增加而提高，啤酒的外觀隨著發酵時間的延長而變得更加清亮透明，口味醇正，香氣宜人。在第5天時，山荊子果啤感官指標達到峰值，之后隨著發酵時間的增加感官評分呈下降趨勢。因此5 d為山荊子果啤最佳發酵時間。

2.3.5 正交試驗優化山荊子果啤的發酵工藝

根據單因素試驗結果，采用L9（33）正交試驗表對發酵工藝條件進行優化，正交試驗結果見表3。

表3 正交試驗設計與結果分析Table 3 Orthogonal experiment and result analysis of fermentation

從表3中的R 值可以判斷出各因素對感官指標影響的主次順序為A＞B＞C，即山荊子汁的添加量＞酵母的添加量＞發酵時間。因此山荊子果啤的最佳配方為A2B2C2，即山荊子汁添加量為10%、酵母添加量為3.0%、發酵時間為5 d。對最優組合進行驗證，在最佳配方條件下進行3 次平行試驗，所得的山荊子果啤的綜合評分為90.3。在此工藝條件下的山荊子果啤外觀透亮有光澤，口感濃郁醇厚，風味突出，是一款獨具特色的果啤。正交試驗的方差分析見表4。

從表4方差分析結果可知，山荊子汁的添加量和酵母的添加量對山荊子果啤的影響極顯著，而發酵時間對山荊子果啤的影響較小。

2.4 理化指標和衛生指標的分析結果

果啤的理化指標和衛生指標的分析結果見表5。

表4 正交試驗方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

由表5可知，山荊子果啤的理化指標和衛生指標均符合國標GB 4927-2008《啤酒》，且具有山荊子酸甜可口的特有風味。

表5 果啤的理化指標和衛生指標的分析結果Table 5 Analysis results of physicochemical and hygienic indexes of fruit beer

3 結論

采用單因素試驗及正交試驗的方法，得出了山荊子果啤的最佳發酵工藝條件：添加20%小麥芽于65 ℃糖化至終點后，將10%山荊子汁與10°P 麥芽汁混合，并添加3.0%的啤酒酵母后于15 ℃下發酵5 d。此條件下所得的山荊子果啤顏色純正、口感濃郁醇厚、殺口感突出、酒體豐滿，是一款具有山荊子的酸甜可口和優質啤酒特征的特色果啤。