黃芪枸杞啤酒的釀制及工藝優(yōu)化

朱其順,顏守保,王新宇,顏佳妮,胡家源

1.淮南師范學(xué)院生物工程學(xué)院,安徽淮南,232038;2.資源與環(huán)境生物技術(shù)安徽省普通高校重點實驗室,安徽淮南,232038

黃芪為一種豆科植物,在我國東北、華北、西北等地均有栽植,也是常見中藥材,以內(nèi)蒙古黃芪品質(zhì)較為突出[1]。其主要含有黃芪多糖、黃芪皂苷、黃酮類化合物,還含有綠原酸、氨基酸、咖啡酸、維生素D、葉酸、微量元素等多種成分[2],具有減輕疲勞、延遲衰老、防輻射、抗癌癥、調(diào)節(jié)血糖和免疫力等功效[3-7]。黃芪多糖是一種重要的天然活性成分[8-9],也是黃芪藥效中最重要的大分子物質(zhì)[10-12]。黃芪作為藥食同源類中藥,可被開發(fā)成一些功能性食品,如田雨等[13]綜述了黃芪等藥食同源類中藥功能性成分與腸道菌群的相互作用。目前已有將黃芪用于保健酒類的應(yīng)用,如胡彥營[14]進(jìn)行黃芪保健啤酒的研制;王靜等[15]研制一種黃芪紅景天銀杏發(fā)酵型功能性復(fù)合飲料;劉全亮等[16]開發(fā)燕麥黃芪酒;馮子瑤等[17]開發(fā)蘋果渣、板栗渣、黃芪配制酒;賴敏輝等[18]進(jìn)行了黃芪黍米黃酒釀造工藝的研究;柴智等[19]對發(fā)酵蒸餾型黃芪酒的最優(yōu)釀制工藝進(jìn)行了篩選等。

枸杞為茄科植物,藥食同源,歷史久遠(yuǎn),主要栽植于我國西北地區(qū)[20]。枸杞色澤暗紅、味甘肉潤, 臨床試驗證明,枸杞富含具有多種藥理功效成分和微量元素[21],具有增強機體免疫細(xì)胞的活性,護(hù)肝滋腎,潤肺明目,滋潤皮膚,延緩衰老等作用[22-27]。而添加枸杞進(jìn)行啤酒釀造也有相關(guān)研究,如趙春杰[28]、賀小賢等[29]研究制定出保健型枸杞純生啤酒釀造工藝等。

綜上,黃芪、枸杞相搭具有抗衰老[30]、降血糖[31]、抗氧化[32]、調(diào)節(jié)免疫[33]等保健功效,目前國內(nèi)已有開發(fā)枸杞黃芪茶[34]、黃芪枸杞復(fù)合飲料[35-36]等,但二者配伍進(jìn)行啤酒的釀造,目前尚未查到相關(guān)研究報告。本課題在精釀啤酒的工藝中,以不同比例的黃芪汁和枸杞汁作為輔料添加,釀制一種特色功能啤酒,為精釀啤酒的新產(chǎn)品開發(fā)和提高中草藥的經(jīng)濟附加值提供思路和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗材料與試劑:大麥芽(優(yōu)級,鄭州龍海)、淺色焦香麥芽(鄭州)、內(nèi)蒙古黃芪、寧夏枸杞、白砂糖(優(yōu)級)、啤酒苦花(馬格努門,德國)、啤酒香花(布魯克,德國)、S-189型啤酒干酵母;碘液、鄰苯二胺(分析純)、鹽酸(4 mol/L)、消泡劑、苯酚(5%)、葡萄糖溶液(0.1 mg/mL)、濃硫酸(95.5%)等。

實驗儀器與設(shè)備:麥芽破碎機、小型啤酒釀造設(shè)備(CG-100,山東中德)、分析天平(FA1104N,上海民橋)、水浴鍋(SC-30,上海漢諾)、附溫密度瓶(50 mL,天長千玻)、可見分光光度計(DU-730,貝克曼庫爾特)、雙乙酰定氮蒸餾裝置(530×400 mm)、pH計(PB-10,Sartorius)、圓底酒精蒸餾器(500 mL,四川蜀牛)等。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

黃芪枸杞啤酒釀制工藝流程如圖1所示。

圖1 黃芪枸杞啤酒釀制工藝流程圖

1.2.2 操作要點

(1)枸杞汁和黃芪汁的制備。 取適量干枸杞和黃芪片,分別清洗烘干后打碎,稱取適量黃芪粉,加堿水(CaO水溶液,60 ℃)回流提取2次,每次1 h,過濾得到澄清黃芪汁;稱取適量枸杞粉,熱水(60 ℃)保溫浸提,渣汁分離后得到澄清枸杞汁。

(2)麥芽破碎。 大麥芽均勻潤水后粉碎,控制粗細(xì)粒比約為2.5∶1,淺焦麥芽直接破碎添加。

(3)糖化和過濾。 采用二段式升溫浸出糖化法[37],將大麥芽粉和焦香麥芽粉投入70±1 ℃熱水中,投料量和熱水量的比約為2∶1攪勻,控制溫度為55±1 ℃,保溫時間60 min,此過程為一段糖化;再加入90±1 ℃熱水,熱水量約投料量的2倍,控制溫度為70±1 ℃攪勻,保溫時間60 min,此過程為二段糖化。碘檢合格后,糖化過程結(jié)束。控制麥汁流量,過濾收集得到清亮麥汁,測定糖化終了麥汁濃度如表1所示。

表1 麥汁濃度測定結(jié)果

(4)煮沸。 對過濾后的麥汁進(jìn)行煮沸,分別同時添加枸杞和黃芪浸提汁,煮沸時間70～80 min;啤酒香花和苦花比例為1∶2,采用3次添加法[37],酒花添加量為麥汁總量的0.1%。控制麥汁pH值在5.6以下,以減少高級醇的生成,煮沸過程主要工藝參數(shù)見表2。

表2 煮沸過程工藝參數(shù)

(5)冷卻。 煮沸結(jié)束后回旋沉淀約20 min,排出凝固沉淀物,快速冷卻至發(fā)酵溫度,添加高活性啤酒酵母液,從下方打入發(fā)酵罐,充氧約10 min,促使酵母均勻分布在麥汁中待發(fā)酵。

(6)發(fā)酵。 控制主發(fā)酵溫度為10±0.5 ℃,微壓發(fā)酵(罐壓0.04 MPa)。當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)菫?.4±0.1 BX時,控制罐壓為0.15±0.01 MPa,保壓3～5 d,升溫至13±0.5 ℃,進(jìn)行后發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵液殘?zhí)菫?.6±0.1 BX時,降溫到5 ℃保持24 h,再降溫至2 ℃排雜,0～2 ℃貯酒。

1.2.3 多糖的測定方法

采用苯酚-硫酸法[38]進(jìn)行測定,方法如下:

(1)分別吸取0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL葡萄糖溶液(0.1 mg/mL)于試管中補水至1.0 mL,分別加入5 %苯酚溶液1 mL和濃硫酸5 mL,混勻,室溫放置10 min以純水對照,測定490 nm處光密度,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(2)取黃芪粉5.0 g,加CaO水溶液50 mL,60 ℃提取2次(60 min/次)過濾,取濾液0.2 mL至100 mL量瓶中,純水定容,即為供試品溶液。

(3)取枸杞粉5.0 g,加入適量水?dāng)噭蚝?60 ℃水浴鍋保溫浸提2次(60 min/次),離心分離取上清液。減壓蒸發(fā)制得枸杞多糖提取濃縮液,適當(dāng)稀釋后為待測溶液。

(4)按照葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定,由公式(1)計算多糖提取量,再由公式(2)計算多糖提取率。

多糖量(g)= (c×v×n)/1 000

(1)

其中,c:糖濃度,mg/mL;v:提取液體積,mL;n:稀釋倍數(shù)。

(2)

1.2.4 單因素試驗探究黃芪最佳浸提條件[38]

(1)黃芪與水比例的確定。 設(shè)定浸提時間90 min,浸提溫度60 ℃,黃芪與水的料液比為1∶20、1∶25、1∶30、1∶35和1∶40 g/mL這5個梯度進(jìn)行試驗,以黃芪多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。

(2)浸提時間的確定。 以1.2.4(1)最佳比例,浸提溫度為60 ℃,分別以浸提時間為70 min、80 min、90 min、100 min和110 min進(jìn)行試驗,以黃芪多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。

(3)浸提溫度的確定。 以1.2.4(1)最佳比例和1.2.4(2)最佳浸提時間,分別以浸提溫度為50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃和 70 ℃進(jìn)行試驗,以黃芪多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。為減少誤差,重復(fù)3次平行實驗,然后結(jié)果取平均值。

支出標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)初見成效。在山東省各級財政評審機構(gòu)的共同努力下，項目支出預(yù)算編制規(guī)范和項目支出標(biāo)準(zhǔn)漸成體系，在全面規(guī)范財政預(yù)算管理、提高財政資金分配效益等方面發(fā)揮了重要作用。如，省財政出臺了辦公業(yè)務(wù)用房維修改造支出標(biāo)準(zhǔn)，制定了政務(wù)信息化軟件開發(fā)項目支出評審標(biāo)準(zhǔn)，著手開展政務(wù)信息化項目運行維護(hù)費用支出預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)制定。

1.2.5 單因素試驗探究枸杞最佳浸提條件[39-40]

(1)枸杞與水比例的確定。 設(shè)定浸提時間為30 min,浸提溫度為50 ℃,枸杞與水的料液比為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6和1∶7 g/mL這5個梯度進(jìn)行試驗,以枸杞多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。

(2)浸提時間的確定。 以1.2.5(1)最佳比例,浸提溫度為50 ℃,設(shè)置浸提時間為20 min、25 min、30 min、35 min和40 min進(jìn)行試驗,以枸杞多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。

(3)浸提溫度的確定。以1.2.5(1)最佳比例和1.2.5(2)最佳浸提時間,分別以浸提溫度為40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃和60 ℃進(jìn)行試驗,以枸杞多糖提取率為評判標(biāo)準(zhǔn)。為減少誤差,重復(fù)3次平行實驗,然后結(jié)果取平均值。

1.2.6 單因素試驗確定輔料添加量

(1)黃芪汁添加量。 在其他因素不變的情況下,以感官評價為指標(biāo),探討黃芪汁添加量分別為1%、2%、3%時對啤酒品質(zhì)的影響。

(2)枸杞汁添加量。 在1.2.6(1)最佳條件下,以感官評價為指標(biāo),探討枸杞汁添加量分別為1%、2%、3%時對啤酒品質(zhì)的影響。

1.2.7 響應(yīng)面優(yōu)化生產(chǎn)工藝

根據(jù)Box-Behnken組合原理,以感官評分為評價指標(biāo),選取黃芪汁添加量、枸杞汁添加量和白砂糖添加量這3個因素做響應(yīng)面分析試驗,用Design-expert軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,表3為試驗因素及水平編碼。

表3 試驗因素與水平編碼

1.2.8 質(zhì)量評價方法

邀請經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的食品感官評定人員(男、女學(xué)生各5名)進(jìn)行打分,評分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照《GB/T 4927-2008 啤酒》要求,總酸按《GB 12456-2021 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》測定,雙乙酰按《GB/T 4928-2008 啤酒分析方法》測定,酒精度按照《GB 5009.225-2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 酒中乙醇濃度的測定》測定,甲醛含量按《GB/T 5009.49-2008 發(fā)酵酒及其配制酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》測定。

主要衛(wèi)生指標(biāo)測定方法:大腸菌群按照《GB 4789.3-2016 食品微生物檢驗 大腸菌群計數(shù)》中的MPN計數(shù)法測定,金黃色葡萄球菌依照《GB 4789.10-2016 食品微生物檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗》MPN計數(shù)法測定,沙門氏菌按照《GB 4789.4-2016 食品微生物學(xué)檢驗 沙門氏菌檢驗》方法檢測。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析

運用Design-expert、Excel和SPSS等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗探究最佳浸提條件

令梯度i=1、2、3、4、5;ai、bi、ci分別表示在1.2.4(1)—(3)條件下黃芪多糖的提取率,用以表達(dá)單因素條件作用下的因素水平。結(jié)合多糖提取率作圖,見圖2。可知浸提條件對多糖提取率的影響都表現(xiàn)為先上升后下降。其中當(dāng)黃芪與水的比例為1∶30,浸提時間為100 min,浸提溫度為60 ℃時,黃芪多糖提取率分別達(dá)到最高值9.7%、10.4%、11.2%。各單因素在不同水平的黃芪多糖提取率的方差統(tǒng)計,可以看出平均值大小依次為:aibi>ci。

圖2 單因素條件對黃芪多糖提取率的影響

同理,另設(shè)ai、bi、ci分別表示在1.2.4(1)—(3)條件下枸杞多糖的提取率,用以表達(dá)單因素條件作用下的因素水平。結(jié)合多糖提取率作圖,見圖3。可得出,當(dāng)與水的比例為1∶5、浸提時間30 min、浸提溫度55 ℃時,枸杞多糖提取率達(dá)最高值分別為7.6%、8.3%和8.9%。各單因素在不同水平的枸杞多糖提取率的方差統(tǒng)計可以看出,平均值大小依次為:aj

2.2 單因素試驗最佳添加量

由圖4可知,隨黃芪汁添加量的增加感官總分先增加后降低,當(dāng)黃芪汁添加量為2%時,感官總分最大為87.6;枸杞汁添加量為2%時,感官總分最大為93.2分;白砂糖添加量為0.5%時,感官總分最大為94.1分。

圖4 各因素對啤酒感官總分的影響

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化工藝參數(shù)

2.3.1 模型建立及顯著性檢驗

為考察輔料添加量對啤酒品質(zhì)的影響程度,創(chuàng)建目標(biāo)函數(shù)感官總分(Y)與黃芪汁添加量(A)、枸杞汁添加量(B)和白糖添加量(C)的二次回歸模型,對實驗結(jié)果進(jìn)行多元擬合,得到回歸方程如下:

Y=91.64+1.61A+5.31B+1.73C-0.75AB+2.82AC-1.83BC-3.72A2-2.17B2-3.25C2

模型的方差分析及顯著性檢驗,結(jié)果見表5。

表5 方差分析及顯著性檢驗結(jié)果

由表5可知,顯著性影響大小依次為:B>C>A,說明存在交互作用。其中B項為極顯著,A、C項為顯著;交互項AB為不顯著,BC為顯著,AC為極顯著。二次項B2為顯著,A2和C2為極顯著。總概率P=0.000 2<0.01,表明該模型為極顯著。而失擬項P=0.562 4>0.100 0,表示模型和正交試驗結(jié)果擬合良好。決定系數(shù)為R2=0.970 5,說明所選變量的97.05%和響應(yīng)值(感官總分)變化有關(guān)系。基于上述分析得出,用該回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的真實關(guān)系較為可靠。

2.3.2 響應(yīng)面分析確定最優(yōu)條件

圖5、圖6和圖7分別是模型的響應(yīng)曲面及等高線圖。等高線的形狀可以反映交互作用的強弱,如近似圓形表示交互作用不顯著,越趨于橢圓形表示交互作用越顯著。由此分析得出,影響啤酒感官分值的高低分別是:枸杞汁添加量(B)>白砂糖添加量(C)>黃芪汁添加量(A)。兩因素對感官分值的交互作用顯著性程度為:AC>BC>AB,與表5顯著性影響分析的結(jié)果是一致的,說明該模型可信度較高。

圖6 黃芪汁添加量與白砂糖添加量的響應(yīng)曲面及等高線圖

圖7 枸杞汁添加量與白砂糖添加量的響應(yīng)曲面及等高線圖

根據(jù)模型響應(yīng)面分析得出最優(yōu)工藝條件為:黃芪汁添加量2.02%、枸杞汁添加量2.03%和白砂糖添加量0.51%,在此條件下黃芪枸杞啤酒的感官總分理論值可達(dá)96.8。考慮到實際實驗情況,修正為黃芪汁添加量,枸杞汁添加量和白砂糖添加量分別為2%、2%和0.5%,在上述最佳條件下,3次平行驗證試驗的實測感官總分平均為96.3,與理論預(yù)測值較為接近,誤差約為0.42%,說明實際情況能用該模型真實反映,與2.2所得結(jié)論相符。

3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

對啤酒進(jìn)行感官評定,酒體外觀清亮透明,呈淺紅色;泡沫潔白細(xì)膩,掛杯持久;具有協(xié)調(diào)的酒花香、麥芽香、黃芪和枸杞香氣;口感純正,殺口感強烈,酒體協(xié)調(diào),苦味清爽宜口,主要感官指標(biāo)皆為優(yōu)級。對成品啤酒進(jìn)行主要理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)測定,結(jié)果見表6、表7,均符合國標(biāo)《GB/T 4927-2008 啤酒》中對濃色優(yōu)級啤酒的要求。

表6 產(chǎn)品主要理化指標(biāo)

表7 產(chǎn)品主要衛(wèi)生指標(biāo)

4 結(jié) 論

采用黃芪、枸杞作為輔料進(jìn)行啤酒釀造,釀制出一種有藥理作用的特色精釀原漿啤酒。單因素試驗結(jié)果得出最優(yōu)浸提條件為:黃芪料水比1∶30 g/mL,浸提時間100 min和浸提溫度60 ℃;枸杞料水比1∶5 g/mL、浸提時間30 min和浸提溫度55 ℃;單因素試驗結(jié)合正交試驗和響應(yīng)面分析的方法,以感官品評得分為標(biāo)準(zhǔn),得出了最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為黃芪汁添加量2%、枸杞汁添加量2%和白砂糖添加量0.5%。所得啤酒色澤清亮、起泡好,有明顯的輔料(藥材)香氣,口感純正,酒體協(xié)調(diào),主要理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)符合國標(biāo)《GB/T 4927-2008 啤酒》中對濃色優(yōu)級啤酒的要求,具有優(yōu)質(zhì)啤酒的典型特征。

所研發(fā)產(chǎn)品的生產(chǎn),不需要對已有釀造設(shè)備進(jìn)行改造,工藝簡單,技術(shù)可行。產(chǎn)品在保持精釀啤酒原有風(fēng)格基礎(chǔ)上,增加了輔料的特有風(fēng)味和養(yǎng)生功能。該結(jié)果為特色功能啤酒釀造和應(yīng)用推廣提供一定的基礎(chǔ)依據(jù),同時提升中草藥的經(jīng)濟附加值。