白啤發酵工藝研究

吳榮榮，趙娟娟，高 越，張 輝

(衡水學院 生命科學學院, 河北 衡水 053000))

1 引言

白啤酒是一種低酒精度的飲料酒，其源于中世紀歐洲，受到宮廷貴族鐘愛并專享，在歐洲被譽為“貴族啤酒”[1，2]。小麥可作為啤酒釀造的原料，其組成成分以及各比例適中，其釀造的白啤，作為淡爽型啤酒受到大眾青睞[3]。白啤以大麥芽(60%～70%)和小麥芽(25%～40%)為原料，經上面啤酒酵母發酵而成，其特點是酒體濃厚，入口柔和，且回味悠久，殺口力強，掛杯較持久。它不但具有良好的品質特征，而且富含有人體所必需氨基酸和維生素，有較高的營養價值，符合亞洲人的飲用習慣[4，5]。

由于白啤酒采用上面酵母發酵，因上面酵母有同化特性，且主發酵溫度高于下面酵母一般為16～22 ℃，所以主發酵進行的十分迅速，降糖速度更是優于下面發酵，3～4 d的時間便可發酵完全，對于工業化生產可縮短啤酒發酵周期，減少設備的空置率，增大企業利潤空間[6]。小麥啤酒的風味一般與所含的脂類、醇類的含量和配比有很大關系，但影響因素很復雜，例如雙乙酰就十分重要，含量低酸味和苦味都會顯現[7]。相比于其他種類啤酒，小麥啤酒具有更高的質量指數[8]。

本實驗通過對上面酵母的活化、擴培，用小麥芽部分替代大麥芽進行麥汁制備。將制備好的麥汁調到實驗所需的條件，添加上面酵母進行白啤酒的發酵，通過研究不同糖度、接種量、溫度和主發酵時間等參數，按酒精度進行評價，結合感官評價，來確定最佳發酵條件，根據我國啤酒消費習慣釀造出小麥芽淡爽型啤酒，豐富市場上啤酒產品類型。

2 材料與方法

2.1 材料與試劑

麥芽：購于海南盛世生物技術有限公司;啤酒花：購于海南盛世生物技術有限公司;上面啤酒酵母：購于衡水海華生物有限公司。

麥芽浸粉，蛋白胨，糖化酶，β-葡聚糖酶均為生物試劑，葡萄糖、氫氧化鈉、鹽酸、鄰苯二胺、甘油聚醚、苯二甲酸氫鉀、乳酸均為分析純。試劑購于衡水瑞豐生物技術公司。

2.2 儀器與設備

紫外分光光度計：UV-2540UV-250，日本島津；分析天平；附溫比重瓶：1860A，衡水瑞豐生物有限公司；酒精蒸餾裝置：W-10，衡水瑞豐生物有限公司；酒精計: 0-40 40-70 70-100，河間市龍騰塑料有限公司;雙乙酰蒸餾裝置: BLSH-500, 衡水瑞豐生物有限公司;凈化工作臺: BJ-2CD，濟南博華儀器有限公司;滅菌鍋: YX-24LD，濟南博華儀器有限公司; pH計: PHS-3C，上海雷磁儀器廠;小型啤酒生產線:XTB-X200, 濟南尚德生物技術有限公司。

2.3 方法

2.3.1 菌種制備

將衡水學院研發的上面酵母菌種活化，以進行后期的白啤發酵實驗。配制麥芽汁培養基活化菌種，然后5 mL→10 mL→30 mL→300 mL→500 mL進行漸進擴培。

2.3.2 麥芽汁的制備

將大麥芽和小麥芽按一定比例不同細度的粉碎，進行糖化、過濾、煮沸及添加酒花、旋沉、冷卻至發酵溫度。

2.3.3 白啤酒釀造單因素發酵實驗

研究不同發酵糖度(9°P、10°P 、11°P、12°P、)、接種量(0.4% 、0.5% 、0.6% 、0.7% 、發酵初始溫度(16 ℃、18 ℃、20 ℃、22 ℃)和主發酵時間(2.5 d、3 d、3.5 d、4 d)等參數對白啤酒的影響，檢測最終白啤酒的酒精度、發酵度、總酸含量等指標[9,10]，同時結合感觀品評進行打分以獲得最佳參數。

2.3.4 響應面優化白啤釀造工藝實驗

設計不同糖度(A)、時間(B)、接種量(C)和溫度(D)4個因子，每個因子設3個水平，進行白啤酒發酵，發酵結束后對白啤酒的酒精度、發酵度、總酸、雙乙酰、等相關指標進行測定，結合感官品評得分，尋找最佳的發酵工藝條件[11,12]，見表1。

表1 因子水平對照

2.3.5 啤酒感官評定

引起啤酒風味變化的因素是非常多的，不能一一檢測。所以啤酒風味的評價，仍以品嘗為主，也是最有效最直接的方法。本實驗啤酒感官指標作為試驗指標的參考項，具體品評項目見表2。

表2 淡色啤酒品評

3 結果與分析

3.1 單因素實驗結果

3.1.1 發酵溫度的確定

在糖度、接種量等條件不變的情況下，分別在16 ℃、18 ℃、20 ℃和22 ℃溫度下進行主發酵，檢測白啤酒的酒精度，同時結合感觀品評，確定最適發酵溫度。其結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著主發酵溫度的升高酒精度基本上也在升高，在20 ℃的發酵溫度時有所由圖1可知酒精度隨著主發酵溫度的升高酒精度基本上也在升高，在20℃的發酵溫度時有所下降，造成的原因可能是隨著溫度的升高，適合上面酵母的生長溫度，糖消耗量增加，酒精轉變速度增快，再結合感官評趨勢線，先降低在升高，在20 ℃時再次降低，可能的原因是在16 ℃相對低的溫度下風味物質緩慢產出口味較協調，而在18 ℃時溫度升高，風味物質產出速度不一，口味較單一，20 ℃時符合發酵最適溫度，口味和風味產生都相互協調，酒體飽滿，泡沫潔白細膩，22 ℃時風味物質速度產生再次加快，但產出速度不協調，導致成品酒的酒體淡薄，口味粗糙，整體評分再次下降，所以由圖1兩種趨勢線可以確定主發酵溫度為20 ℃。

圖1 主發酵溫度與酒精度及感官評分的折線圖

3.1.2 發酵初始糖度的確定

分別調整糖度至9°P、10°P、11°P和12°P，固定其接種量，然后在20 ℃下發酵，檢測白啤酒的酒精度，同時結合感觀品評，確定最佳初始糖度。結果如圖2所示。

圖2 初始糖度與酒精度及感官評分的折線圖

圖2顯示，隨著初始糖度的升高酒精度隨著升高，因為在接種量不變的情況下，初始糖度的增高意味著轉變酒精的能力增加，符合理論依據。再結合感官評定趨勢線，糖度為9°P時酒體無異味，但風味物質不明顯，10°P時掛杯性增強，但口感較差，酵母味和雙乙酰為明顯，且有收口性較差有澀味，說明酒體并不成熟，11°P口感有明顯的改善，但小麥啤酒特有的麥芽香氣卻不突出，導致酒體寡淡無味，12°P評分風味協調，香氣濃郁，泡沫潔白細膩。由圖2兩種趨勢線可以確定初始糖度為12°P。

3.1.3 接種量的確定

分別設定0.4%、0.5%、0.6%和0.7%等不同接種量，接種酵母，檢測白啤酒的酒精度，同時結合感觀品評，確定最佳接種量。結果如圖3所示。

圖3 接種量與酒精度及感官評分的折線圖

從圖3可知，接種量為0.5% 時酒精度最高，酒精度隨著接種量的增加隨有所反復，但都小于最大值，分析原因可能是，隨著接種量的增大酵母繁殖力增大，酒精轉化力增大，但是達到臨界點以后雖有反復，但是超過了它本身最大容納量，酵母死亡率也在增大。再結合感官評定趨勢線，接種量的增大風味物質產出越好，但是隨著酵母接種量臨界點的來臨，酵母的死亡率也在增加，同時過多的接種量導致風味物質產出不均一口感不協調，感官品評明顯可以感受到酵母的味道，以及酒體不飽滿整體不和諧，感官評分大打折扣。由圖3可確定最適接種量為0.5% 。

3.1.4 主發酵時間的確定

在20 ℃下，主發酵時間分別為2.5 d、3 d、3.5 d和4 d，檢測白啤酒的酒精度，同時結合感觀品評，確定最佳主發酵時間。其結果如圖4所顯示。

圖4 主發酵時間與酒精度及感官評分的折線圖

由圖4可判定，主發酵時間為3.5 d時酒精度最高，趨勢線先增加再減少，可能的原因是隨著主發酵時間的增加，酵母繁殖多代，轉變酒精能力增加，但隨著主發酵時間超過3.5 d時，酵母死亡率也在增加，轉變酒精能力減弱。再結合感官評定趨勢線，右上圖可知感官評定趨勢線基本和酒精度趨勢線保持一致，是因為主發酵時間的增加，風味物質析出越來越好，口味越來越協調，口感越來越飽滿，但超過3.5 d時，由于酵母味的增加和高級醇味的突出，導致整體評分下滑，可能是酵母死亡率的增加也同時導致了風味物質不能很好地析出。由圖4兩種趨勢線可以判定最佳發酵時間為3.5 d。

3.2 響應面優化白啤釀造工藝

根據Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理，綜合單因素實驗結果，選擇發酵初始糖度、主發酵時間、發酵溫度和接種量4個因素作為自變量設計響應面分析實驗，分別以A、B、C、D表示，每個自變量分低、中、高水平分別以-1、0、1分別進行編碼，以最終酒精度和感官評分作為響應值Y。詳細實驗因素及水平安排見表3。

由表4～7數據得出，酒精度和感官評分作為Y值得回歸方程具有顯著性，且線性相關系數R在置信區間95%，兩者的失擬相都不顯著，由此可得到兩個模型與實際實驗擬合性都較好。可用于代替實驗點對實驗結果進行分析。以酒精度為指標的交互項AB、AC、BC和以感官評分作為指標的AC、BC都有顯著性影響，并作相應的響應面3D圖，結果如圖5、圖6。

表3 響應面實驗結果

表4 以酒精度為結果的相關系數

表5 以感官評分為結果的相關系數

表6 以酒精度為結果的響應面實驗方差分析

表7 以感官評分為結果的響應面實驗方差分析

由圖5～6可知：以酒精度為指標的交互項AB、AC、BC和以感官評分作為指標的AC、BC都有顯著性影響，兩個衡量指標為結果分析的Y存在極值，以酒精度為指標的交互項B(時間)因素影響最大，以感官評分作為指標的B(時間)因素影響最大，與方差分析結果一致。

圖5 以酒精度為結果的AB、AC、 BC項交互影響3D圖

圖6 以感官評分為結果的AC、BC項交互影響3D圖

4 結論

本實驗結果表明白啤釀造工藝條件為：溫度20 ℃、發酵初始糖度為12.0°P、主發酵時間為3.5 d、酵母接種量0.5 %。最佳工藝的確定，可為白啤酒的研究提供一定的理論依據，同時可指導白啤的實際生產，豐富市場上啤酒品種。