CN106596763B - 一种提高麦芽啤酒风味物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高麦芽啤酒风味物质的方法，该方法包括以下步骤：1)麦芽经过浸麦、发芽、焙燥、粉碎前处理；2)将处理后的麦芽进行糖化，在麦芽糖化过程中添加普鲁兰酶；3)糖化麦汁经过发酵获得麦芽啤酒；4)利用固相微萃取‑气相色谱(SPME‑GC)技术检测分析麦芽啤酒中的风味物质。结果表明，添加普鲁兰酶能够降低啤酒中的醇酯比，当添加量为120U·kg‑1时，麦芽啤酒风味物质产量最高，且该方法精确度较高。用此方法能够控制啤酒中的醇酯比，提高啤酒饮后感。

Description

一种提高麦芽啤酒风味物质的方法
技术领域
本发明涉及生物工程与啤酒发酵方法，具体涉及利用一种普鲁兰酶结合发酵工程技术提高啤酒风味物质的方法。
背景技术
由于啤酒具有富含营养、酒精度低、适宜饮用等特点，随着人民生活水平的不断提高，啤酒已成为人们重要的日常消费饮品，其消费量不断上升。随消费量的与日俱增，其原料的安全性、生产和消费的绿色化、产品的风味一致性以及质量的稳定性也随之受到前所未有的关注。啤酒的风味物质是麦汁经过酵母发酵产生的副产物，其中尤以异戊醇、异丁醇、乙酸乙酯等物质含量居多，它们构成了啤酒特有的香味和口味，风味物质的好坏直接影响到啤酒品质。分析优质啤酒的风味物质可知，发酵成熟后醇酯比在3.5～4.5:1范围内酒体协调性较好。杂醇油和酯类含量过高或过低均对啤酒的风味和口感产生很大影响，适量的杂醇油和酯类能赋予啤酒丰满的口感，醇酯比高达6:1的啤酒容易导致消费者饮用后“上头”。目前，啤酒厂最关心的问题是啤酒风味的协调性及饮后感，这直接关系到啤酒的销售和工厂的效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高啤酒风味物质的方法，该方法能够有效降低醇酯比并改善啤酒饮后感，为麦芽厂和啤酒厂提供技术基础。
本发明采用的技术方案：先将麦芽进行浸麦、发芽、焙燥、粉碎等前处理，再将处理后的麦芽进行糖化，且在麦芽糖化过程中添加普鲁兰酶，糖化麦汁经过发酵获得麦芽啤酒，最后利用固相微萃取-气相色谱技术检测分析麦芽啤酒中的风味物质。
具体步骤如下：
步骤1：称取5kg经粗选除去糠灰、铁等杂质的大麦样品装入容器中，置于0.003％NaOH溶液中浸泡1h。装入水苗盘内置于阴暗处，采用浸四断四的方式浸麦，当浸麦度达到43％时开始发芽。待幼芽长至5cm左右时，终止发芽，置于鼓风干燥箱45℃干燥8h，65℃保持3h，84℃焙燥2h。将干麦芽用粉碎机粉碎至粒度为0.2mm左右。
步骤2：粉碎后的麦芽放入糖化锅中，加入20L水，混匀，于50℃保温搅拌30min进行蛋白质休止后升温至60℃进行麦芽糖化，并用乳酸调节pH为5.5，在四组试验中分别加入0U·kg-1、60U·kg-1、90U·kg-1、120U·kg-1普鲁兰酶，不断搅拌保温糖化40min，然后升温至70℃保持30min，升温至78℃时迅速利用筛板和纱布进行过滤，滤液即为糖化麦汁。
步骤3：升温至100℃，将糖化麦汁煮沸1.5h，并在煮沸20min后加入7.5g的啤酒苦花，煮沸结束前10min加入0.2g啤酒香花，最后用糖度计恒定糖锤度为10.5°Bx。再过滤除去酒花糟与蛋白质热凝固物，获得澄清麦汁。取上述麦芽汁500mL，加等量凉开水，取100g安琪干酵母加入到500mL麦汁中，每隔10min摇2min。活化2h，即可倒入发酵罐内保持9℃发酵。在主发酵过程中，经常关注发酵液糖度的变化，当糖锤度达到5.3°Bx即可进行封罐，压力控制在0.1Mpa。当发酵液糖度达到4.5°Bx时，使酒温自然升至12℃，进行双乙酰还原。3～4d后，降温至5℃保持24h，将酵母从排污口排出。然后进行下酒操作，在发酵罐出酒口接上硅胶管，将发酵罐里的发酵液从出酒口转移至不锈钢贮酒桶罐中，装上排气阀并置于-1℃冷库贮酒，9d左右即可成熟，成熟发酵液装瓶加热到63℃保持30min杀菌。
步骤4：将待测啤酒预先置于4℃冰箱冷藏过夜。萃取前，将萃取头置于GC进样器中于250℃下活化5min。将9mL啤酒、2.74g NaCl和1mL内标液加入到20mL顶空瓶中，加垫密封并编号为A，另取两个顶空瓶做平行样品分别编号B和C。样品在萃取温度为65℃恒温60min条件下达到气-液平衡。到达平衡后，插入100μm PDMS萃取头，萃取头暴露于样品瓶顶空部分，用支座固定萃取针并萃取30min。固相微萃取结束后，将萃取头迅速插入气相色谱进样器中，在220℃不分流模式解吸5min。
步骤5：制备标准液
异丁醇标准液的浓度分别为4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L、12.0mg/L、14.0mg/L，置于4℃冰箱备用；
乙酸乙酯和β-苯乙醇标准液的浓度分别为12mg/L、18mg/L、24mg/L、30mg/L、36mg/L、42mg/L，置于4℃冰箱备用；
异戊醇标准液的浓度分别为24mg/L、36mg/L、48mg/L、60mg/L、72mg/L、84mg/L，置于4℃冰箱备用；
内标液：取100mL容量瓶，准确称取正己醇10mg，加入4％乙醇水溶液定容至刻度，置于4℃冰箱备用。
步骤6：另取1.0mL内标液于6个20mL顶空瓶中，分别加入已配制好的6个不同浓度标准使用液9mL和2.74g NaCl，加垫密封后置于恒温装置中，在65℃条件下恒温60min后进行固相微萃取，立即插入气相色谱的进样口解吸。通过气相色谱结果作标准曲线，并求出回归方程(见表1)。
表1 四种风味物质的回归方程和线性范围
作为优选方案，在步骤2的四组麦芽糖化试验过程中，由于工厂的麦芽使用量较大，从普鲁兰酶使用量的节约角度和产生的醇酯比考虑，选取普鲁兰酶浓度为60U·kg-1的添加量为宜。
本发明采用的普鲁兰酶(Pullulanase)的作用是促进原料糖化完全，能够专一性切开支链淀粉分支点中的α-1,6糖苷键，切下整个分支结构，形成直链淀粉，促进淀粉的分解，提高发酵度，对酒精度、麦芽汁浓度、啤酒发酵度均有提高。普鲁兰酶是符合联合国粮农组织、世界卫生组织及食品化学药典所推荐的食品级酶制剂，相比直接添加金属离子而言更加安全放心。
本发明达到的有益效果：
醇酯比过高的啤酒容易导致消费者饮用后“上头”，对消费者的健康不利。目前，啤酒厂最关心的问题是啤酒风味的协调性及饮后感，这直接关系到啤酒的销售及工厂的效益。本发明通过在麦芽糖化过程中添加普鲁兰酶，能够降低啤酒中的醇酯比，当添加量为120U·kg-1时，麦芽啤酒风味物质产量最高，且该方法的精密度和准确度高。本发明可为改进啤酒生产中的发酵工艺提供有效的技术支持。
附图说明
图1为0U·kg-1普鲁兰酶对啤酒风味物质产生影响的色谱图。
图2为60U·kg-1普鲁兰酶对啤酒风味物质产生影响的色谱图。
图3为90U·kg-1普鲁兰酶对啤酒风味物质产生影响的色谱图。
图4为120U·kg-1普鲁兰酶对啤酒风味物质产生影响的色谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体步骤如下：
步骤1：称取5kg经粗选除去糠灰、铁等杂质的大麦样品装入容器中，置于0.003％NaOH溶液中浸泡1h。装入水苗盘内置于阴暗处，采用浸四断四的方式浸麦，当浸麦度达到43％时开始发芽。待幼芽长至5cm左右时，终止发芽，置于鼓风干燥箱45℃干燥8h，65℃保持3h，84℃焙燥2h。将干麦芽用粉碎机粉碎至粒度为0.2mm左右。
步骤2：粉碎后的麦芽放入糖化锅中，加入20L水，混匀，于50℃保温搅拌30min进行蛋白质休止后升温至60℃进行麦芽糖化，并用乳酸调节pH为5.5，在四组试验中分别加入0U·kg-1、60U·kg-1、90U·kg-1、120U·kg-1普鲁兰酶，不断搅拌保温糖化40min，然后升温至70℃保持30min，升温至78℃时迅速利用筛板和纱布进行过滤，滤液即为糖化麦汁。
步骤3：升温至100℃，将糖化麦汁煮沸1.5h，并在煮沸20min后加入7.5g的啤酒苦花，煮沸结束前10min加入0.2g啤酒香花，最后用糖度计恒定糖锤度为10.5°Bx。再过滤除去酒花糟与蛋白质热凝固物，获得澄清麦汁。取上述麦芽汁500mL，加等量凉开水，取100g安琪干酵母加入到500mL麦汁中，每隔10min摇2min。活化2h，即可倒入发酵罐内保持9℃发酵。在主发酵过程中，经常关注发酵液糖度的变化，当糖锤度达到5.3°Bx即可进行封罐，压力控制在0.1Mpa。当发酵液糖度达到4.5°Bx时，使酒温自然升至12℃，进行双乙酰还原。3～4d后，降温至5℃保持24h，将酵母从排污口排出。然后进行下酒操作，在发酵罐出酒口接上硅胶管，将发酵罐里的发酵液从出酒口转移至不锈钢贮酒桶罐中，装上排气阀并置于-1℃冷库贮酒，9d左右即可成熟，成熟发酵液装瓶加热到63℃保持30min杀菌。
步骤4：将待测啤酒预先置于4℃冰箱冷藏过夜。萃取前，将萃取头置于GC进样器中于250℃下活化5min。将9mL啤酒、2.74g NaCl和1mL内标液加入到20mL顶空瓶中，加垫密封并编号为A，另取两个顶空瓶做平行样品分别编号B和C。样品在萃取温度为65℃恒温60min条件下达到气-液平衡。到达平衡后，插入100μm PDMS萃取头，萃取头暴露于样品瓶顶空部分，用支座固定萃取针并萃取30min。固相微萃取结束后，将萃取头迅速插入气相色谱进样器中，在220℃不分流模式解吸5min。
步骤5：制备标准液
异丁醇标准液的浓度分别为4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L、12.0mg/L、14.0mg/L，置于4℃冰箱备用；
乙酸乙酯和β-苯乙醇标准液的浓度分别为12mg/L、18mg/L、24mg/L、30mg/L、36mg/L、42mg/L，置于4℃冰箱备用；
异戊醇标准液的浓度分别为24mg/L、36mg/L、48mg/L、60mg/L、72mg/L、84mg/L，置于4℃冰箱备用；
内标液：取100mL容量瓶，准确称取正己醇10mg，加入4％乙醇水溶液定容至刻度，置于4℃冰箱备用。
步骤6：另取1.0mL内标液于6个20mL顶空瓶中，分别加入已配制好的6个不同浓度标准使用液9mL和2.74g NaCl，加垫密封后置于恒温装置中，在65℃条件下恒温60min后进行固相微萃取，立即插入气相色谱的进样口解吸。通过气相色谱结果作标准曲线，并求出回归方程(见表1)。
表1 四种风味物质的回归方程和线性范围
作为优选方案，在步骤2的四组麦芽糖化试验过程中，由于工厂的麦芽使用量较大，从普鲁兰酶使用量的节约角度和产生的醇酯比考虑，选取普鲁兰酶浓度为60U·kg-1的添加量为宜。
实施例1：保留时间的确定
本发明中的普鲁兰酶购自江苏锐阳生物科技有限公司，酶活力为1000U·mL-1，最适pH 4.5～5.5，最适温度55～60℃。
对试验研究的四种风味物质和内标物进行色谱分析(n＝3)，测定各物质的保留时间见表2。
表2 四种风味物质与内标物的保留时间
通过对四种风味物质和内标物的单独进样，得到各组分在此色谱条件下的保留时间，之后通过保留时间确定样品中的四种风味物质和内标物，四种风味物质与内标物的保留时间见表2，各物质保留时间的标准偏差不高于0.0042，其精密度高。
实施例2：风味物质的测定
经过0U·kg-1、60U·kg-1、90U·kg-1、120U·kg-1普鲁兰酶处理的麦芽啤酒，对其风味物质进行SPME-GC平行测定3次，其测定结果见表3。
表3 通过添加不同浓度普鲁兰酶处理后啤酒中风味物质的含量
四种不同浓度的普鲁兰酶处理麦芽，对啤酒中风味物质产量的影响不同(表3)，且该试验具有较高的精密度。结论：随着普鲁兰酶添加量的增加，四种风味物质的含量逐渐增加，且含量的增加趋于平稳。当添加120U·kg-1普鲁兰酶时，对四种风味物质影响最大，其中乙酸乙酯提升3.22mg·L-1、异丁醇提升1.79mg·L-1、异戊醇提升6.21mg·L-1、β-苯乙醇提升2.17mg·L-1。在糖类的代谢途径中，形成的α-酮酸在脱羧酶的催化下脱羧成醛，再经过脱氢酶还原成醇。其中，由于异戊醇通常占总杂醇油的50％，故而对含量最多的异戊醇影响效果很明显。
实施例3：醇酯比
郑鹏翔等经研究报道，醇酯比在3.5～4.5:1范围内酒体的协调性和口感较好。
麦芽经不同浓度普鲁兰酶处理后发酵，其风味物质的醇酯比见表4。
表4 醇酯比
结论：普鲁兰酶在一定程度上能够降低醇酯比，且醇酯比均在3.5～4.5:1范围内。啤酒或麦芽厂可根据实际需要，降低较高的醇酯比，以获得良好的酒体协调性和口感。考虑到工厂的麦芽使用量大，从节约普鲁兰酶使用量及醇酯比的角度考虑，以60U·kg-1的普鲁兰酶为适宜浓度。
实施例4：加标回收率的检测
取啤酒样品和配制的标准品加入到顶空瓶中，样品处理同前述，根据加入量和检出量计算回收率(n＝3)，结果见表5。
表5 样品回收率
利用气相色谱对加标的啤酒样品进行分析，其样品回收率见表5，四种风味物质的加标回收率为96.31％～98.56％，检出量的标准偏差不高于0.047，说明本方法的精确度高。
本发明可有效地提高麦芽啤酒中风味物质的含量并降低醇酯比，故麦芽厂和啤酒厂可以采用本发明方法，根据实际需要调节普鲁兰酶的添加量，在控制醇酯比的条件下既能改善啤酒饮后感，又能根据消费者的偏好生产风味物质高的麦芽啤酒。本发明操作简便、灵敏度高、精密度好，可以用于分析麦芽啤酒和其它啤酒中的风味物质。应当指出的是：对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出适当改进，这些改进都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高麦芽啤酒风味物质的方法，所述风味物质包括乙酸乙酯，异丁醇，异戊醇，β-苯乙醇，其特征在于包括如下步骤：
1）麦芽经过浸麦、发芽、焙燥、粉碎前处理；
2）将处理后的麦芽进行糖化，在麦芽糖化过程中添加普鲁兰酶；
3）糖化麦汁经过发酵获得麦芽啤酒；
步骤2）的详细步骤如下：将步骤1）中粉碎后的麦芽放入糖化锅中，加入水，混匀，于50℃保温搅拌30 min进行蛋白质休止后升温至60℃进行麦芽糖化，并用乳酸调节pH为5.5，加入普鲁兰酶，不断搅拌保温糖化，然后升温至70℃保持30 min，升温至78℃时迅速利用筛板和纱布进行过滤，滤液即为糖化麦汁。
2.根据权利要求1所述的提高麦芽啤酒风味物质的方法，其特征在于：所述麦芽啤酒风味物质通过固相微萃取-气相色谱（SPME-GC）技术检测分析。
3.根据权利要求1所述的提高麦芽啤酒风味物质的方法，其特征在于：步骤1）的详细步骤如下：称取经粗选除去杂质的大麦样品装入容器中，置于0.003% NaOH溶液中浸泡1 h；装入水苗盘内置于阴暗处，采用浸四断四的浸麦方式，当浸麦度达到43%时开始发芽；待幼芽长至5 cm左右时，终止发芽；然后置于鼓风干燥箱45℃干燥8 h，65℃保持3 h，84℃焙燥2h；将干麦芽用粉碎机粉碎至粒度为0.2 mm左右。
4.根据权利要求1所述的提高麦芽啤酒风味物质的方法，其特征在于：步骤3）的详细步骤如下：将步骤2中的糖化麦汁升温至100℃，煮沸1.5 h，并在煮沸20 min后加入的啤酒苦花，煮沸结束前10 min二次加入啤酒香花，最后用糖度计恒定糖锤度为10.5° Bx；再过滤除去酒花糟与蛋白质热凝固物，获得澄清麦汁；取上述澄清麦汁，加等量凉开水，取安琪干酵母加入到麦汁中，每隔10 min摇2 min；活化2 h，即可倒入发酵罐内保持9℃发酵；在主发酵过程中，当糖锤度达到5.3° Bx进行封罐，压力控制在0.1 Mpa；当发酵液糖度达到4.5° Bx时，使酒温自然升至12℃，进行双乙酰还原；3～4 d后，降温至5℃保持24 h，将酵母从排污口排出；然后进行下酒操作，下酒时将发酵罐出酒口接上硅胶管，将发酵罐里的发酵液从出酒口转移至不锈钢贮酒桶罐中，装上排气阀并置于-1℃冷库贮酒，9 d左右成熟，成熟发酵液装瓶加热到63℃保持30 min杀菌。
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