添加小麦芽对啤酒发酵中化学物质变化的影响

马韶华（包头轻工职业技术学院，内蒙古包头014035）

添加小麦芽对啤酒发酵中化学物质变化的影响

马韶华
（包头轻工职业技术学院，内蒙古包头014035）

目的：通过配制不同配比的混合麦芽发酵啤酒，运用化学方法分析啤酒发酵过程中主要化学物质变化的影响来探讨混合麦芽用于啤酒发酵对啤酒品质的影响。方法：采用刚果红法、高效液相色谱法、气相色谱法等常用化学方法测定啤酒中β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、有机酸和挥发性物质的含量。结果：随小麦芽添加量增加啤酒中粘度升高；挥发性物质中醇类先升高后降低，酚类物质、多种有机酸的含量提高；感官评价评分在小麦添加量为50%达到最大值。结论：添加小麦芽可改变啤酒中化学成分的组成，显著提高啤酒的品质。

混合麦芽，啤酒发酵，化学分析方法，物质含量

传统麦芽啤酒是指主要以大麦为生产原料一类啤酒，酒精含量较高，色泽较重，口感美味［1］，深受欢迎。随着经济快速发展和人们生活水平的不断提升，我国人均消费啤酒量已经达到世界平均水平［2］，而且有持续增加的趋势，因此对大麦的需求量将不断增加。但是当前我国啤酒大麦的千粒重、发芽率低，粒度不均，蛋白质、葡聚糖含量高，浸出率低，难以满足优质啤酒生产的原料标准［3］，因此为维持大麦啤酒的生产只能依赖越来越高的进口量。单纯依赖进口严重威胁着我国的大麦生产和啤酒的酿造规模［4］。近年来，随着对啤酒酿造原理的掌握和对生产工艺的优化，近代啤酒业逐渐出现了小麦啤酒等，小麦啤酒的酿造主要原料为小麦，相较于大麦啤酒，小麦啤酒色泽较浅，口感更加清爽，原料也更加容易获得［5］，但是小麦啤酒酿造无法完全代替传统大麦啤酒，如何应对大麦原料缺口和国内外啤酒业压力，是目前的技术难题。目前国内外对小麦啤酒的研究较少，世界各国对小麦啤酒的定义也不尽相同，尚无形成独立的小麦啤酒评价体系。本研究在此基础上分析不同配比小麦芽添加到大麦芽中，通过混合麦芽品质和啤酒品质的有机酸和挥发性物质含量等化学物质的变化来探究不同配比混合麦芽对啤酒品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦品种鲁麦21和大麦品种宝黛 进行混合麦芽不同配比实验；啤酒花、啤酒酵母 由山东青岛啤酒有限公司提供；草酸、酒石酸、丙酮酸、苹果酸、a-酮戊二酸、乳酸、富马酸、琥珀酸、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、甘露糖、半乳糖 Sigma公司，色谱纯；乙酸 天津市四通化工厂，分析纯；柠檬酸 天津市大茂化学试剂厂，分析纯。

表1 两种麦芽的指标Table1 Index of wheat and barley

EBC.LF标准麦芽粉碎机 北京德之杰公司；BGT.8A糖化仪 杭州博日科技有限公司；落球式粘度计 HAAKE Thermo Electron GmbH.CO.；EBC比色计 德国HELLIGE公司；KDY.08C自动凯氏定氮仪、KDY.12消化炉 上海瑞正仪器设备有限公司；QL.901漩涡混合器 江苏海门市麒麟医用仪器厂；TGL-16G-A离心机 上海安亭科学仪器厂；UV.2100分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；FE20数字式酸度计 梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司；RE.52AA旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；LRH.250生化培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；GC.2010气相色谱仪 岛津公司；Clarus 500 GC PerkinElmer Inc.LC.；20 1 0AT高效液相 色谱仪岛津公司；LDZX.30KBS立式压力蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂。

1.2 实验方法

1.2.1 制备不同配比混合麦芽 16℃下浸麦48～60 h 达45%浸麦度→16℃、95%～100%湿度下发芽5～6 d→通过凋萎、干燥、焙焦控制麦芽水分小于50%→除根机除根且用风选除尘，降温至20℃时得成品麦芽密封包装→将大麦、小麦芽按照1∶0、2∶1、1∶1、1∶1.2、0∶1比例配比得混合麦芽。

1.2.2 制备麦汁方法 按照加水倍数为1∶3，洗槽加水倍数为1∶3.5，洗槽温度为75℃对混合麦芽进行糖化。按照1 mg/mL的比例加入啤酒花调节麦汁pH为5.8，煮沸，调整浓度为10%。

1.2.3 啤酒发酵方法 按1.5%的比例添加啤酒酵母泥，充分混匀，发酵温度控制在25℃，间隔10 h测定发酵液中糖的含量，直至糖浓度低于5%时，封盖密封发酵10 d，冷藏保存（0～4℃）。

1.2.4 麦芽品质分析 参照QB/T 1686-2008《啤酒麦芽》测定麦芽各项品质指标，如：水分、糖化时间、糖化力、总氮、库值、色度、浊度、粘度；参照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》测定麦汁各项品质指标，如总氮、色度、浊度、粘度、α-氨基氮、pH、总酸。

1.2.5 啤酒品质分析 参照QB/T 1686-2008《啤酒麦芽》测定啤酒中总氮和α-AN含量。参照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》测定啤酒浊度、色度、酒精度、原麦汁浓度、发酵度、总酸及感观分析。20℃条件下使用落球式粘度计测定麦汁粘度。参照《啤酒工业分析手册》测定总糖和还原糖的含量。

1.2.6 啤酒中相关成分测定 啤酒中β-葡聚糖的含量采用刚果红法测定［6］；啤酒中总酚的含量参考Nakamura［7］和何桂芬［8］的方法测定；啤酒中4-VG的含量采用高效液相色谱法测定；啤酒中的挥发性物质采用气相色谱法测定；以草酸（144-62-7）、酒石酸（51-42-3）、丙酮酸（127-17-3）、苹果酸（97-67-6）、α-酮戊二酸（328-50-7）、乳酸（50-21-5）、乙酸（64-19-7）、柠檬酸（5949-29-1）、富马酸（110-17-8）和琥珀酸（110-15-60）为标准品用高效液相色谱法测定啤酒中有机酸的含量。阿拉伯木聚糖（AX）含量的测定参考Englyst［9］和Loosveld［10］的方法；以鼠李糖（6155-35-7）、阿拉伯糖（147-81-9）、木糖（58-86-6）、甘露糖（69-65-8）、半乳糖（381716-33-2）、葡萄糖（50-99-7）为标准品，用气相色谱法测定AX的含量。

1.3 数据分析方法

采用DPS-7.05及SPSS 13.0分析软件对数据进行差异性与相关性分析。所有数据均为3次平行实验的平均值。

2 结果与分析

2.1 混合麦芽品质及麦汁品质

2.1.1 麦芽品质 发酵混合麦芽啤酒所用麦芽品质如表2所示。所选宝黛大麦所得大麦芽的各项指标如水分、总氮、库值、浊度等均符合标准，为优级淡色麦芽。相比较，鲁麦21所产小麦芽的各项指标如库值、α-氨基氮含量较低，其他指标均较高，如总氮、色度、浊度等，仅符合二级麦芽的标准，这可能与小麦的结构有关，小麦没有外壳，吸水能力强，但是持水能力弱，导致在麦芽的制备过程中蛋白质溶解性能，大麦远远优于小麦，故小麦麦芽库值降低，α-氨基氮含量较低，而相对的大麦芽库值较高，α-氨基氮含量较高。

表2 啤酒发酵用麦芽品质Table2 Characteristics of malts for brewing

2.1.2 麦汁品质 对所得不同配比的混合麦芽所产生的混合麦汁进行分析，结果如表3所示。不同配比发酵麦汁的各项指标除总酸、pH外均存在显著差异（p＜0.05）。由100%小麦芽麦汁总氮、pH、粘度等指标与大麦芽和混合麦芽相比可得出和表2相同结果，且由于小麦芽总氮含量高、α-氨基氮含量低导致越高的小麦芽添加量得到越高总氮、越低α-氨基氮的混合麦芽汁。小麦汁的添加对混合麦汁的粘度（p＜0.01）、总氮（p＜0.01）、α-氨基氮（p＜0.01）影响最为显著。

2.2 啤酒发酵过程中还原糖含量、总糖及粘度的变化

2.2.1 粘度的变化 对啤酒发酵过程中品质指标粘度的变化进行分析，结果如图1所示。100%大麦芽的定型麦汁粘度1.55 mPa·s显著低于100%小麦芽的定型麦汁粘度1.82 mPa·s（p＜0.05），且小麦芽添加量越多，麦汁、发酵液与啤酒的粘度都越高。分析啤酒发酵的各个阶段：主发酵阶段：定型麦汁及发酵液的粘度无显著差异；后发酵阶段：定型麦汁及发酵液的粘度无显著差异。这说明啤酒的发酵过程对发酵液的粘度没有显著影响。低温贮存阶段：啤酒粘度显著降低（p＜0.05），100%小麦芽啤酒粘度（1.41 mPa·s）与100%大麦芽啤酒粘度（1.24 mPa·s）仍存在显著差异（p＜0.05），这与酵母的沉降有关。

表3 不同配比麦芽制备定型麦汁品质Table3 Characteristics of finish wort with different malt ratios

图1 发酵过程中粘度的变化Fig.1 Changes of viscosity during fermentation process

2.2.2 总糖含量的变化 对啤酒发酵过程中品质指标总糖含量的变化进行分析，如图2所示。不同浓度的定型麦汁中总糖含量存在显著性差异（p＜0.05）。麦汁中总糖含量初始浓度为69.80～78.20 g/L，啤酒发酵各个阶段分析如下：主发酵阶段：总糖含量显著降低；啤酒后发酵阶段：总糖含量继续降低且差异显著（p＜0.05）；低温贮存阶段：总糖含量差异显著（p＜0.05）。最终啤酒总糖含量为8.32～9.21 g/L。

2.2.3 还原糖含量的变化 对啤酒发酵过程中品质指标还原糖含量的变化进行分析，如图3所示。不同浓度的定型麦汁中还原糖含量存在显著性差异（p＜0.05）。还原糖含量初始浓度为61.11～66.86 g/L，啤酒发酵各个阶段分析如下：主发酵阶段：还原糖含量显著降低；啤酒后发酵阶段：还原糖含量继续降低且差异显著（p＜0.05）；低温贮存阶段：还原糖含量差异不显著。最终啤酒还原糖含量为5.37～5.94 g/L。

图2 发酵过程总糖含量的变化Fig.2 Changes of total sugar content during fermentation process

图3 发酵过程中还原糖含量的变化Fig.3 Changes of reducing sugar content during fermentation process

2.3 啤酒品质的分析

2.3.1 啤酒品质指标 对发酵不同配比混合麦芽啤酒进行品质分析，结果如表4所示。随着小麦芽量的添加，啤酒的品质指标如α-氨基氮、pH降低，而总氮、色度、粘度等增加，这与小麦芽的品质有关。且相较大麦芽，小麦芽中4-乙基愈创木酚的量差异显著，但是不同配比小麦无显著差异。这是因为小麦中水溶性阿拉伯糖含量远高于大麦芽，水溶性阿拉伯糖的侧链基团的阿魏酸可以从酯键解离并转化为4-乙基愈创木酚。国外一些研究中也发现了添加小麦芽可以提高啤酒泡沫稳定性，Bryce［11］研究小组就得出这样的结论，但是这对低浓度啤酒影响不显著。Depractere［12］研究小组发现小麦芽较高的水溶性阿拉伯糖和葡聚糖导致啤酒粘度增加。

2.3.2 啤酒中挥发性物质含量 对啤酒中挥发性物质的含量进行分析，结果如表5所示。啤酒中的正丙醇、异丁醇、异戊醇含量随着混合麦芽中小麦芽添加量的增加呈现先升高后降低的变化，当配比为2∶1时，含量达到最大。这些醇类物质大部分受到酵母蛋白质合成作用影响，由酮酸经过氨基酸脱氨和转氨形成。从表中看出，大麦和小麦添加比为1∶1.2时酯类物质含量最高，且显著高于100%大麦组。这些酯类物质大部分来源是酵母的生物合成和酸与醇的酯化作用，增加小麦芽添加量酯类物质增加。挥发性香来自挥发性酯由酶类对高级醇催化产生，能够给啤酒带来果香味。这个结论和王妮娅［13］结果一致，在探究发酵度、α-AN及小麦芽用量对8°P啤酒酿造的影响时发现小麦芽的添加小于10%对啤酒中的酯类物质没有显著影响，添加量较大时有利于酯类物质的形成。

2.3.3 啤酒中有机酸含量 对啤酒发酵过程中有机酸的变化分析，结果如表6所示。有机酸在啤酒的风味中起着很重要的作用，对啤酒的老化和非生物稳定性有一定影响。有机酸在啤酒的酿造过程中主要来自原料，另外一部分来自酵母代谢，包括草酸、酒石酸等。而小麦芽的添加可以增加多种有机酸的含量，比如乳酸、富马酸等，同时能降低苹果酸、柠檬酸、琥珀酸的含量，但乙酸和丙酮酸的含量受小麦芽添加量的影响不明显。王妮娅［13］研究发现啤酒中乳酸与缓冲容量呈负相关，富马酸和琥珀酸与缓冲容量呈现正相关性。而且啤酒的缓冲性有何老化速度和稳定性相关，与本结果相似。

2.3.4 啤酒感官评价分析 参照GB 4927-2008《啤酒》对啤酒的感官评价进行分析，结果如表7所示。随着小麦芽配比的增加，啤酒的感官评价分数先升高后降低。单独使用大麦芽或者小麦芽酿制的啤酒评分较低，因为它的香气相对单一。小麦的配比为50%时，啤酒感官评分最高，此时啤酒中酯类物质含量接近最大值（见表5），小麦芽能使啤酒中酚香更浓郁，啤酒口感更加绵软柔和，能提高啤酒品质。

3 结论

表4 啤酒品质指标Table4 Characteristics of beer quality

表5 啤酒中挥发性物质含量Table5 Volatile compounds content of beer

3.1 添加小麦芽主要影响定型麦汁总氮、粘度和α-AN含量，可显著增加啤酒中4-VG和草酸、酒石酸、α-酮戊二酸等有机酸含量，如100%小麦芽的定型麦汁总氮含量127.8 mg/100 mL高于100%大麦芽的定型麦汁总氮含量105.5 mg/100mL；100%小麦芽的定型麦汁α-AN含量180 mg/L低于100%大麦芽的定型麦汁粘度246 mg/L。

表6 啤酒中有机酸含量Table6 Organic acid content of beer

表7 不同配比麦芽发酵啤酒感官评价Table7 Sensory evaluation of beer with different malt ratios

3.2 随着小麦芽添加量增加，啤酒中DMS、α-AN、浊度、总酸、多酚含量降低，如100%小麦芽啤酒α-AN含量70 mg/L低于100%大麦芽啤酒粘度125 mg/L，100%小麦芽啤酒浊度1.2EBS低于100%大麦芽啤酒浊度27.4EBS；总氮、色度、粘度、β-葡聚糖和酯类物质含量增加，如100%小麦芽啤酒总氮含量96.3 mg/100mL高于100%大麦芽啤酒总氮含量72.5 mg/100mL，100%小麦芽啤酒β-葡聚糖194.6 mg/L高于100%大麦芽啤酒β-葡聚糖60 mg/L。

3.3 啤酒的粘度变化主要发生在低温贮藏阶段。

3.4 当小麦芽添加量为50%时，啤酒感官评价最好。

［1］王志坚.啤酒中有机酸及其对啤酒风味的影响［J］.酿酒科技，2006（9）：121-122.

［2］李娜，胡聃，冯强.中国啤酒生产的物质、能量消耗几环境影响分析［J］.生态学杂志，2008，27（8）：1373-1378.

［3］黄学源，周金生，曾亚文.积极发展优质大麦生产［J］.云南农业科技，1992（15）：27-28.

［4］句芳，王小林，辛岭.世界麦芽产品市场供求现状分析［J］.中国粮食经济，2007（7）：30-32.

［5］逯家富，翁连海，徐亚杰，等.小麦啤酒的生产工艺［J］.食品工业科技，2006（6）：190-196.

［6］李永仙，尹象胜，顾国贤.刚果红法测定麦汁和啤酒中的β-葡聚糖［J］.无锡轻工大学学报，1997（16）：8-13.

［7］Nakamura T，Coichev N，Moya H D.Modified CUPRAC spectrophotometric quantification of total polyphenol content in beer samples using Cu（II）/neocuproine complexes［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2012（28）：126-134.

［8］何桂芬.浑浊小麦啤酒贮存老化的初步研究［D］.泰安：山东农业大学，2013.

［9］Englyst H N，Cummings J H.Simplified method for the measurement of total non-starch polysaccharides by gas-liquid chromatography of constituent sugars as alditol acetates［J］.Analyst，1984（109）：937-942.

［10］Loosveld A-M A，Grobet P J，Delcour J A.Contents and structural features of water-extractable arabinogalactan in wheat flour fractions［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1997（45）：1998-2002.

［11］Bryce J H，Cooper D J，Stewart G G.The potential to improve foam stability of high gravity brewed beer［J］.European Brewery Convention Monograph 27，Fachverlag Hans Carl：Nürnberg，1998：141-153.

［12］Depraetere S A，Delvaux F，Coghe S et al.Wheat variety and barley malt properties：influence on haze intensity and foam stability of wheat beer［J］.Journal of the Institute Brewing，2004，110（3）：200-206.

［13］王妮娅.发酵度、α-AN及小麦芽用量对8°P啤酒酿造的影响研究［D］.泰安：山东农业大学，2008.

The influence on the chemical materials content in brewing beer of adding wheat

MA Shao-hua
（Baotou Light Industry Vocational Technical College，Inner Mongolia，Baotou 014035，China）

Objective:To discuss the influence of beer qualities brewed with malts mixed by wheat and barley in different ratios by measuring the changes of chemical materials in brewing process.Methods:The common chemical methods，such as Congo red method，high efficiency liquid chromatography and gas chromatography were used to measure the content of β-glucans，araboxylan，organic acid and volatile matter in beer.Results: Adding the wheat malt mainly lead that the viscosity，esters contents and most of organic acid were increased.The alcohol was a liner relation with wheat malt added ratios.When the wheat malt ratio was 50%，wheat beer had the best sensory evaluation.Conclusions:The quality of beer was enhanced obviously measured by the changes of chemical content when wheat mixed in barley malt.

mixed malts；brewing beer；chemical analysis method；material content

TS261.4

A

1002-0306（2016）02-0204-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.033

2015－06－10

马韶华（1979-），女，大学本科，讲师，主要从事食品检测方面的研究，E-mail：18865489890@163.com。