CN102662036A - 模拟啤酒组分的溶液模型及制备方法以及评价啤酒稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟啤酒组分的溶液模型，本发明还提供了一种模拟啤酒组分的溶液模型的制备方法，以及利用上述溶液模型评价啤酒胶体及泡沫稳定性的方法。本发明对研究对象的稳定性和一致性奠定了基础。本发明既可以用于研究啤酒胶体稳定性，也可以用于研究啤酒的泡沫稳定性，此外还可以研究啤酒胶体稳定性和和泡沫稳定性的平衡关系。避免了啤酒的原料和生产工艺对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的复杂影响，聚焦于不同的啤酒成分对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的影响。本发明能够人为进行多种试验设计，进行一些工厂无法进行的极端实验，研究一些物质的超量添加对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的影响，从而使得研究更有针对性和广泛性。

Description

模拟啤酒组分的溶液模型及制备方法以及评价啤酒稳定性的方法

技术领域

本发明涉及啤酒领域，尤其涉及一种模拟啤酒中的组分，可以精确定量控制的溶液模型的制备方法及利用该模型进行啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性评价的方法。 

背景技术

随着人民生活水平的提高和啤酒市场竞争的日益激烈，消费者对啤酒的认识水平和鉴赏能力不断提高，对啤酒的挑选亦愈严格。因此，啤酒质量稳定性在很大程度上决定了产品的竞争能力。对于消费者来说，评价啤酒质量主要是通过其外观和口感。外观包括泡沫是否丰富和酒体是否澄清，这主要涉及啤酒的泡沫稳定性和胶体稳定性。 

在我国，随着啤酒工业的高速发展，原料的变化、工艺的革新，对胶体稳定性的要求越来越高。如果因为酒体混浊出现批量反馈，啤酒生产厂家往往会因此蒙受巨大的经济损失，而比经济损失更为巨大的是品牌形象的破坏，因此，无论哪家啤酒商都对此问题高度重视。 

啤酒自身物质组成复杂，其中的蛋白质、酒花、多糖等物质都会对啤酒的泡沫稳定性和胶体稳定性产生影响。啤酒的胶体稳定性和泡沫稳定性都是评价啤酒质量的重要指标。目前对于两者的研究还是孤立的。国外一些研究团体在进行泡沫蛋白的蛋白质组学研究时从泡沫蛋白中发现个别蛋白也参与混浊物质的形成，因此说明两者在物质组成上具有相关性。澳大利亚塔斯马尼亚大学的Evans教授从啤酒原料中分离鉴定出几种混浊蛋白。他通过对泡沫蛋白、混浊蛋白以及硅胶吸附蛋白进行氨基酸分析，发现硅胶吸附蛋白Glu和Pro含量很高，而混浊蛋白中这两个氨基酸含量相对较低，因此Evans认为硅胶吸附的蛋白可能是混浊蛋白形成的前体，其决定了混浊蛋白的形成。泡沫蛋白中的Glu和Pro含量相比较硅胶吸附蛋白中的更高，说明泡沫蛋白中有醇溶蛋白存在。日本三得利啤酒公司的研发团队发现了酵母中的一些物质参与混浊的形成。通过电泳分离鉴定发现啤酒混浊中存在酵母细胞壁中的甘露糖蛋白Cwp2p。通过研究Cwp2p蛋白的表达量，发现其同混浊颗粒大小呈对应关系，Cwp2p蛋白的表达量越大，混浊颗粒越小。对比有氧发酵和厌氧发酵，发现在好氧发酵的条件下酵母表达的Cwp2p蛋白更多，其成品酒中的颗粒物质更小。 

从胶体稳定性角度上考虑需要尽可能减少引起混浊产生的物质，但是从泡沫稳定性的角度考虑应该保留对于泡沫有益的物质。而同时考虑胶体和泡沫稳定性相互关系的研究尚没有开展。 

常规研究方式采取的是归纳方法。大体步骤是从生产的整个过程中采集样品，进行相关指标的测定获得相应的数据然后进行分析。这种方法第一需要进行大量的样品采集。采集过程繁琐，从采集现场到试验室距离较远，费时费力；第二需要样品具有一定差异性，从而能够反映出变化规律。但是在实际生产过程中由于啤酒自身的物质不断发生变化，原料配方、生产工艺都会对采集样品的数据指标产生影响，由此造成指标数据存在干扰和误差，无法真实反映其变化规律；第三由于实际大生产以质量保证为前提，无法对一些关键因素的极端范围进行试验，获得的数据相互之间差异性较低；第四，由于啤酒成分复杂，影响胶体和泡沫稳定性的因素错综复杂且存在相互作用。基于以上原因，在啤酒实际样品中研究啤酒泡沫稳定性和胶体稳定性非常困难。 

如何能够排除生产过程的干扰，获得理化指标较为稳定的研究对象，是对啤酒的胶体稳定性和泡沫稳定性进行研究的一条捷径。 

啤酒成分复杂，不同物质成分和含量决定了啤酒的胶体稳定性和泡沫稳定性。通过模拟啤酒中的物质成分开发精确定量控制的溶液模型。该溶液模型从化学组成到理化性质都应同啤酒类似。利用该溶液模型既可以有针对性地、单独研究不同组分对于啤酒胶体稳定性或泡沫稳定性的影响，同时也可以研究啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的相互关系。相比较传统的仅以啤酒为研究对象的思路，开发溶液模型能够人为进行试验设计从而使得研究更有针对性和广泛性。 

发明内容

本发明针对现有技术中啤酒原料成分复杂，不能有效平衡啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性两者关系的不足，一种模拟啤酒中的组分，可以精确定量控制的溶液模型的制备方法及利用该模型进行啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性评价的方法。 

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现： 

一种模拟啤酒组分的溶液模型，其特征在于它包括以下组分： 

牛血清蛋白BSA  质量体积比浓度为0.005％-0.030％； 

糖浆           体积比浓度为2％-5％； 

六氢酒花浸膏   体积比浓度为0.0005％-0.002％； 

磷酸二氢钾     质量体积比浓度为0.02％-0.05％； 

柠檬酸         质量体积比浓度为0.02％-0.05％； 

无水乙醇       体积比浓度为2％-5％； 

其余组分为水。 

优选的是，所述溶液模型的pH值为4.0-4.6。 

优选的是，所述溶液模型的二氧化碳含量为0.35％-0.65％。 

本发明还提供了一种模拟啤酒组分的溶液模型的制备方法，它包括以下步骤： 

(1)缓冲液的配制：配制柠檬酸浓度为0.02％-0.05％、磷酸二氢钾浓度为0.02％-0.05％的缓冲液，溶剂为水，所述缓冲液pH值为4.0-4.6； 

(2)啤酒基质溶液的配制：以所述缓冲液为溶剂，配制牛血清蛋白BSA浓度为0.005％-0.030％、六氢酒花浸膏浓度为0.0005％-0.002％、糖浆浓度为2％-5％、无水乙醇浓度为2％-5％的啤酒基质溶液； 

(3)碳酸化：将所述啤酒基质溶液进行碳酸化处理，使溶液中的二氧化碳含量在0.35-0.65％，即得到啤酒的溶液模型。 

利用上述溶液模型评价啤酒胶体及泡沫稳定性的方法，包括以下步骤： 

1)配制啤酒模型溶液； 

2)将可能影响泡沫稳定性的啤酒成分，如蛋白、多糖等加入溶液模型，利用溶液的泡沫高度变化评价泡沫稳定性，确定这些物质的定量范围； 

3)将可能影响胶体稳定性的啤酒成分，如蛋白、多酚和多糖等加入溶液模型，利用溶液的浊度判断胶体稳定性，确定这些物质的定量范围； 

4)将可能同时影响泡沫稳定性和胶体稳定性的啤酒成分，如多酚、多糖和蛋白等相互组合后加入模型溶液中，测定溶液浊度变化和泡沫高度变化，制作胶体稳定性和泡沫稳定性的曲面图，根据将多酚和蛋白两两组合加入模型溶液中，测定溶液胶体变化和泡沫高度变化，制作胶体稳定性和泡沫稳定性的曲面图，根据曲面图确定这些物质的定量范围。 

本发明的有益效果为： 

与以往以成品啤酒为研究对象进行啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性研究的方法相比，本发明具有以下优点和有益效果： 

1、本发明通过模拟啤酒中的各种物质成分和对各种物质组分的精确定量控制，对研究对象的稳定性和一致性奠定了基础。同时对于不同类型的啤酒可以有针对性的进行研究。 

2、本发明既可以用于研究了啤酒胶体稳定性，也可以用于研究啤酒的泡沫稳定性，此外还可以研究啤酒胶体稳定性和和泡沫稳定性的平衡关系。避免了啤酒的原料和生产工艺对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的复杂影响，聚焦于不同的啤酒成分对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的影响。 

3、本发明能够人为进行多种试验设计，进行一些工厂无法进行的极端实验，研究一些物质的超量添加对于啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的影响，从而使得研究更有针对性和广泛性。 

附图说明

图1.利用液体模型检测单宁酸对于模型胶体稳定性的影响柱状图； 

图2.利用溶液模型检测醇溶蛋白对于模型胶体稳定性的影响柱状图； 

图3.利用溶液模型检测多糖对于模型胶体稳定性的影响柱状图； 

图4.利用溶液模型检测单宁酸对于模型泡沫稳定性的影响柱状图； 

图5.利用溶液模型检测醇溶蛋白对于模型泡沫稳定性的影响柱状图； 

图6.利用溶液模型检测多糖对于模型泡沫稳定性的影响柱状图； 

图7.单宁酸和醇溶蛋白的交互对于模型的胶体稳定性的影响曲面图； 

图8.单宁酸和醇溶蛋白的交互对于模型的泡沫稳定性的影响曲面图； 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。 

本发明通过模拟啤酒的蛋白质、多糖、多酚、异α酸、有机酸、无机盐离子、高级醇等物质组分，采用特定的化学物质替代啤酒中相关物质从而开发啤酒溶液模型。啤酒中蛋白质采用牛血清蛋白BSA替代，浓度为0.005％-0.030％；多糖采用糖浆替代，浓度为2-5％；异α酸采用六氢酒花浸膏替代，浓度为0.0005-0.002％；无机盐离子采用磷酸二氢钾替代，浓度为0.02-0.05％；有机酸采用柠檬酸替代，浓度为0.02-0.05％；溶液中酒精终浓度为2-5％。所述柠檬酸、磷酸二氢钾、牛血清蛋白BSA和单宁酸的浓度为质量百分比(w/v)，质量百分比以g/100ml作为一个百分比单位，所述酒精、六氢酒花浸膏和糖浆的浓度为体积比(v/v)。 

实施例1 

按照如下步骤配制模拟低浓度啤酒A的溶液模型A： 

1、缓冲液的配制：准确称取0.320g柠檬酸和0.2g磷酸二氢钾，加入去离子水定容到1L，用氢氧化钾调节pH值至4.2，此时配制的溶液为啤酒缓冲液。 

2、啤酒基质溶液的配制：分别称取33ml无水乙醇、0.12g的牛血清蛋白BSA、10μl的六氢酒花浸膏和30ml的糖浆，充分搅拌溶解。然后加入所述啤酒缓冲液定容到1L，用氢氧化钾调节pH值至4.2，得到啤酒基质溶液。 

3、碳酸化：对所述啤酒基质溶液用二氧化碳进行碳酸化处理，将溶液中的二氧化碳含量控制在0.45％(v/v)得到了1升模拟啤酒A的模型溶液A。 

分别利用浊度计测定浊度，振荡法测定泡沫高度，啤酒分析仪测定密度和酒精度，表面张力仪测定表面张力，落球粘度计测定液体粘度，pH计测定pH值，啤酒A和溶液模型A两 者的对比结果如下表1。 

表1啤酒和溶液模型理化性质比较 

	啤酒A	溶液模型A
			浊度EBC	0.09	0.06
泡沫高度mm	38	40
			密度g/ml	1.0052	1.0022
酒精度％V/V	3.37	3.30
			表面张力mN/m	44.3	42.6
粘度mPa.s	1.25	1.15
			pH值	4.22	4.20

从表1可以看出，啤酒A和溶液模型A两者之间的性质很相似。两者的浊度都小于0.1EBC，且相差不大，说明两者的胶体稳定性类似，泡沫高度类似说明两者之间的泡沫稳定性类似，此外在密度、酒精度、表面张力、粘度和pH值上也相差不大，说明开发的溶液模型A能够反映出啤酒A的主要理化性质。 

实施例2 

按照如下步骤配制高浓度啤酒B的溶液模型B： 

1、缓冲液的配制：准确称取0.500g柠檬酸和0.400g磷酸二氢钾，加入去离子水定容到11，用氢氧化钾调节pH值至4.6，此时配制的溶液为啤酒缓冲液。 

2、啤酒基质溶液的配制：分别称取48ml乙醇、0.19g的牛血清蛋白BSA、15μl的六氢酒花浸膏和50ml的糖浆，充分搅拌溶解，加入缓冲液定容到1L，用氢氧化钾调节pH值至4.6，得到啤酒基质溶液。 

3、碳酸化：将所述啤酒基质溶液用二氧化碳进行碳酸化处理，使溶液中的二氧化碳含量在0.55％，至此得到了1升模拟啤酒B的模型溶液B。 

利用如实施例所示方法分别测定啤酒和溶液模型的浊度、泡沫高度、密度、酒精度、表面张力、液体粘度和pH值，结果如下表2所示。 

表2啤酒B和溶液模型B理化性质比较 

	啤酒B	溶液模型B
			浊度EBC	0.10	0.12
泡沫高度mm	48	46

[0062] 

密度g/ml	1.0072	1.0069
			酒精度％V/V	4.76	4.80
表面张力mN/m	45.6	45.1
			粘度mPa.s	1.39	1.36
pH值	4.58	4.60

从表2可以看出，啤酒B和溶液模型B两者之间的性质很相似。两者的浊度相差不大，说明两者的胶体稳定性类似，泡沫高度也相差不大说明两者之间的泡沫稳定性类似，此外在密度、酒精度、表面张力、粘度和pH值上也相差不大，说明开发的溶液模型能够反映出啤酒的主要理化性质。 

实施例3 

啤酒中的大分子物质包括多酚、多糖、蛋白。这些物质可能都会对啤酒的胶体稳定性产生影响。为此，利用该溶液模型，在模型溶液中分别加入不同种类和浓度的的多酚、多糖、蛋白，来研究其对于啤酒胶体稳定性的影响。利用溶液模型的浊度变化来评价胶体稳定性。溶液的浊度越低说明胶体稳定性越好。 

其中多酚物质中有代表性的是单宁酸。单宁酸是啤酒酒花和麦芽中一类多酚物质。其在啤酒中残存的较多。单宁酸浓度范围从1ppm到100ppm。从图1可以看出，随着单宁酸浓度的增加溶液浊度明显上升，大于20ppm之后，其浊度大于1EBC。说明单宁酸对于啤酒的胶体稳定性影响较大。 

蛋白选取的是醇溶蛋白gliadin。这是一种在大麦中溶解度较差的大分子蛋白。醇溶蛋白浓度范围是0ppm到500ppm。从图2可以看出，随着醇溶蛋白添加量的增加，溶液浊度成比例上升，说明醇溶蛋白对于啤酒的胶体稳定性有影响。 

多糖选取的是溶解度较低的淀粉多糖和非淀粉多糖。包括葡聚糖、木聚糖以及淀粉和糊精。添加的多糖浓度从0ppm到500ppm。从图3可以看出，糊精、木聚糖、高粘度葡聚糖对于啤酒胶体稳定性影响较大。 

利用上述结论可以得知对于啤酒的胶体稳定性影响较大的有多酚、蛋白和多糖。这些结论同理论研究有较好的对应性。理论上通过对啤酒中的混浊物质进行鉴定发现了多酚和蛋白类物质，但是缺乏量化的数据。本方法能够对这些物质进行定量试验，为生产过程中有针对性的进行上述物质的控制对于啤酒的胶体稳定性有积极的作用。 

实施例4 

啤酒中的大分子物质包括多酚、多糖、蛋白。这些物质可能都会对啤酒的泡沫稳定性产生影响。为此，利用该溶液模型，在模型溶液中分别加入不同种类和浓度的的多酚、多糖、 蛋白，来研究其对于啤酒泡沫稳定性的影响。利用溶液模型的泡沫高度来评价泡沫稳定性。溶液的泡沫高度越高说明泡沫稳定性越好。 

其中多酚物质中有代表性的是单宁酸。单宁酸是啤酒酒花和麦芽中一类多酚物质。其在啤酒中残存的较多。单宁酸浓度范围从1ppm到100ppm。从图4可以看出，单宁酸在低浓度是能够促进啤酒的泡沫稳定性，但是随着浓度的升高，转而又会抑制泡沫。这可能是由于起初形成的小颗粒混浊物作为泡沫的晶核对泡沫起促进作用，之后随着单宁酸结合大量的蛋白，造成蛋白的损失从而降低了泡沫的高度。 

蛋白选取的是醇溶蛋白gliadin。这是一种在大麦中溶解度较差的大分子蛋白。醇溶蛋白浓度范围是0ppm到500ppm。从图5可以看出，随着醇溶蛋白添加量的增加泡沫高度逐渐增加，尤其是大于200ppm的醇溶蛋白对泡沫有较为明显的促进。这也进一步的验证了蛋白是啤酒泡沫的重要组成部分，是构成泡沫的骨架这一理论。 

多糖选取的是溶解度较低的淀粉多糖和非淀粉多糖。包括葡聚糖、木聚糖以及淀粉和糊精。添加的多糖浓度从0ppm到500ppm。从图6可以看出，在各种多糖中淀粉和木聚糖对于泡沫有一定的促进作用，这主要是由于不溶解的淀粉、多糖颗粒作为泡沫晶核的促进了泡沫的形成。 

实施例5： 

通过实例4和实例5发现多酚、蛋白、多糖对于模型的胶体稳定性存在负面影响，同时蛋白和部分多糖对于模型的泡沫稳定性存在正面影响。一方面为了提高啤酒的胶体稳定性，需要减少多酚、蛋白、多糖的含量，另外一方面为为了提高啤酒的泡沫稳定性，需要增加蛋白和多糖的含量。从啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性平衡的关系上考虑，利用溶液模型可以研究两者的平衡关系。选择了多酚和蛋白进行研究。多酚选择的是单宁酸，蛋白选择的是醇溶蛋白gliadin。 

以模型为基础，分别选取不同浓度的单宁酸和醇溶蛋白两两组合进行添加，测定溶液浊度变化和泡沫高度变化。获得了不同试验条件下的代表胶体稳定性的浊度和代表泡沫稳定性的泡沫高度。 

图7是两者对于胶体稳定性的影响的曲面图，图中颜色越红代表浊度越高，其胶体稳定性越差。单一的单宁酸或者醇溶蛋白对于浊度的影响都有限，两者之间的成比例上升时溶液浊度增加的最快。单宁酸和醇溶蛋白的浓度比值在1∶5的时候浊度最高，胶体稳定性最差。 

图8是两者对于泡沫稳定性的影响的曲面图，图中颜色越红代表泡沫高度越高，其泡沫 稳定性越好。单宁酸结合醇溶蛋白对泡沫高度不利，尤其是当单宁酸大于50ppm时会明显降低泡沫高度。 

综合胶体和泡沫稳定性，认为啤酒中的单宁酸含量＜5ppm，醇溶蛋白含量大于150ppm时其胶体稳定性和泡沫稳定性都较为理想。利用该溶液模型从啤酒的胶体稳定性和泡沫稳定性的平衡性上考虑，得到了两种物质的定量范围。为下步的生产控制提供了参考。 

本发明采用仪器分析以确定啤酒中主要物质组分和含量，其中高分子蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法测定，异α酸、四氢、六氢、寡糖含量是利用高压液相色谱测定，有机酸和阴阳离子利用离子色谱测定，酒精含量采用啤酒分析仪进行测定。并对溶液模型和酒液的相关理化性质进行了测定，利用浊度计测定浊度，振荡法测定泡沫高度，啤酒分析仪测定密度和酒精度，表面张力仪测定表面张力，落球粘度计测定液体粘度，pH计测定pH值。从而开发评价啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性的溶液模型。 

在本发明所述溶液模型的基础上添加同啤酒胶体稳定性和泡沫稳定性相关的化学物质从而评价这些物质对于胶体稳定性和泡沫稳定性的影响，以及胶体稳定性和泡沫稳定性的平衡关系。利用单宁酸替代敏感多酚；醇溶蛋白替代敏感蛋白；淀粉糖浆、糊精替代淀粉多糖。通过向溶液中添加不同浓度的上述物质，可以测定其对于溶液胶体稳定性和泡沫稳定性的影响，此外可以根据胶体稳定性和泡沫稳定性的平衡关系确定这些相关物质含量的控制范围。 

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。 

Claims (5)

1.一种模拟啤酒组分的溶液模型，其特征在于它包括以下组分：

牛血清蛋白BSA    质量体积比浓度为0.005％-0.030％；

糖浆             体积比浓度为2％-5％；

六氢酒花浸膏     体积比浓度为0.0005％-0.0020％；

磷酸二氢钾       质量体积比浓度为0.02％-0.05％；

柠檬酸           质量体积比浓度为0.02％-0.05％；

无水乙醇         体积比浓度为2％-5％；

其余组分为水。

2.根据权利要求1所述的一种模拟啤酒组分的溶液模型，其特征在于所述溶液模型的pH值为3.6-4.6。

3.根据权利要求1所述的一种模拟啤酒组分的溶液模型，其特征在于所述溶液模型的二氧化碳含量为体积比浓度0.35％-0.65％。

4.一种如权利要求1所述的模拟啤酒组分溶液模型的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)缓冲液的配制：配制柠檬酸浓度为0.02％-0.05％、磷酸二氢钾浓度为0.02％-0.05％的缓冲液，溶剂为水，所述缓冲液pH值为3.6-4.6；

2)啤酒基质溶液的配制：以所述缓冲液为溶剂，配制牛血清蛋白BSA浓度为0.005％-0.030％、六氢酒花浸膏浓度为0.0005％-0.002％、糖浆浓度为2％-5％、无水乙醇浓度为2％-5％的啤酒基质溶液；

3)碳酸化：将所述啤酒基质溶液进行碳酸化处理，使溶液中的二氧化碳含量在0.35-0.65％，即得到啤酒的溶液模型。

5.一种利用溶液模型评价啤酒胶体及泡沫稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制啤酒模型溶液；

2)将可能影响泡沫稳定性的啤酒成分，如蛋白、多糖等加入溶液模型，利用溶液的泡沫高度变化评价泡沫稳定性，确定这些物质的定量范围；

3)将可能影响胶体稳定性的啤酒成分，如蛋白、多酚和多糖等加入溶液模型，利用溶液的浊度判断胶体稳定性，确定这些物质的定量范围；

4)将可能同时影响泡沫稳定性和胶体稳定性的啤酒成分，如多酚、多糖和蛋白等相互组合后加入模型溶液中，测定溶液浊度变化和泡沫高度变化，制作胶体稳定性和泡沫稳定性的曲面图，根据将多酚和蛋白两两组合加入模型溶液中，测定溶液胶体变化和泡沫高度变化，制作胶体稳定性和泡沫稳定性的曲面图，根据曲面图确定这些物质的定量范围。

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