我國(guó)對(duì)啤酒花顆粒異構(gòu)化的研究

啤酒苦味主要來(lái)源于酒花中的α―酸，在麥汁煮沸過(guò)程中，添加酒花的α―酸會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惁哩D酸。異α―酸主要可使啤酒具有柔和的苦感，α―酸的異構(gòu)化就代表了酒花物質(zhì)在啤酒釀造中的關(guān)鍵反應(yīng)。然而，在麥汁煮沸過(guò)程中，異構(gòu)化產(chǎn)率相對(duì)較低（最高只能達(dá)到50%―60%），再經(jīng)過(guò)麥汁冷卻、發(fā)酵和冷儲(chǔ)等工藝后，最終成品啤酒中含量更低。同時(shí)，存在異構(gòu)化產(chǎn)率的問(wèn)題。

首先，在煮沸鍋中異構(gòu)化過(guò)程受溫度、壓力、煮沸時(shí)間、麥汁pH值、比重、酒花添加率、酒花品種和煮沸方式等影響；其次，α―酸在煮沸過(guò)程中的產(chǎn)品不只是異α―酸，還有反異α―酸，而且α―酸與異α―酸都要經(jīng)過(guò)氧化降解；再次，在回旋槽麥汁澄清階段、發(fā)酵及后熟過(guò)程中，兩者都有不同程度的損失，最終α―酸的利用率最高只能達(dá)到30%―40%。

目前，有關(guān)α―酸異構(gòu)化和在釀造過(guò)程中利用情況的研究報(bào)道很少。一些研究者發(fā)現(xiàn)，在麥汁煮沸后期主要是發(fā)酵過(guò)程中α―酸仍有損失，而異α―酸在發(fā)酵過(guò)程中損失較小。且發(fā)現(xiàn)麥汁初始濃度對(duì)α―酸的利用是一個(gè)重要的參數(shù)，高濃麥汁會(huì)促使更多的異―酸損失，導(dǎo)致低的苦味物質(zhì)產(chǎn)生。在釀造過(guò)程中，合?草酮利用率要比?草酮加上加?草酮高。

曾有研究者指出，合?草酮有較高的利用率是因?yàn)樵谥蠓绣佒?草酮和加?草酮，在發(fā)酵罐中異?草酮和異加?草酮損失較多的緣故。1986年，研究者比較了在實(shí)驗(yàn)500mL與大生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)900hL條件下，α―酸麥汁煮沸過(guò)程中異構(gòu)化率的情況，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里異構(gòu)化率能達(dá)到49%，大生產(chǎn)只能達(dá)到24%，原因是實(shí)驗(yàn)室pH值為5.5，而大生產(chǎn)的pH值為4.8，而且隨著麥汁比重增加，異構(gòu)化率下降，在回旋槽中損失的異α―酸高達(dá)50%。

而研究得出的結(jié)論卻不一致，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)麥汁比重與酒花利用率之間存在負(fù)面關(guān)系；合?草酮與其他同系物相比在釀造過(guò)程中有最高的異構(gòu)化率；與麥汁煮沸相比，在后續(xù)的發(fā)酵和后熟工藝中，異合?草酮與其他異α―酸形式的量沒(méi)有多少改變，也就是說(shuō)成品酒中異α―酸的量是來(lái)自于麥汁煮沸過(guò)程；在發(fā)酵過(guò)程中，異?草酮和異加?草酮以相似比例下降，而異合?草酮下降比例較小。

最近，α―酸異構(gòu)化的動(dòng)力學(xué)研究，表明這個(gè)反應(yīng)遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，其速率隨著溫度而改變。其試驗(yàn)結(jié)論與較早的研究結(jié)論（在模擬系統(tǒng)與麥汁煮沸條件）相一致，而不同的是合?草酮的異構(gòu)化速率等于?草酮和加?草酮的異構(gòu)化速率。鑒于前人對(duì)酒花異構(gòu)化利用情況尚存在很多爭(zhēng)議，本研究主要用響應(yīng)面法分析在酒花顆粒預(yù)異構(gòu)化過(guò)程中影響異構(gòu)化率的關(guān)鍵因素，用HPLC分析α―酸與異α―酸的含量，最終目的是把異α―酸酸化處理再經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥提純后加入到成品啤酒中，用NIBEM―TPH與NIBEM―CLM兩種儀器指標(biāo)評(píng)價(jià)異α―酸對(duì)啤酒泡沫穩(wěn)定性與掛杯性的影響效果。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

酒花：新疆農(nóng)二師27團(tuán)無(wú)湖顆粒啤酒花；MgCl2，甲醇：Sigma試劑公司，分析純。高壓蒸汽滅菌鍋；立式滅菌鍋，4080型，山東新華醫(yī)療器械股份有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：2100型，GE醫(yī)療設(shè)備有限公司；電子天平：AL204型，梅特勒―托利多儀器有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

用分析天平稱(chēng)取一定質(zhì)量的啤酒花顆粒和MgCl2于三角瓶中，倒入一定pH值的緩沖液，混勻，然后將其放入高壓滅菌鍋反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，用冰袋快速降溫至室溫，過(guò)濾待測(cè)。

1.3異α―酸測(cè)定

溶液A：吸取1mL異構(gòu)物于25mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，混勻。溶液B：吸取0.5mL溶液A于裝有約37.5mL醇的50mL容量瓶中，加入NaOH溶液，用甲醇稀釋至刻度，混勻?？瞻?；吸取0.5mL1.5mol/LNaOH溶液于50mL容量瓶中，用甲醇稀釋至刻度，混勻。在255nm下測(cè)定吸光光度值，ε消光度系數(shù)為510。

1.4試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DesignExpert7.0.0專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行分析。

2結(jié)果與討論

2.1影響α―酸異構(gòu)化因素

啤酒花顆粒中的α―酸在自然條件下是沒(méi)有苦味的，只有發(fā)生異構(gòu)化作用生成異α―酸才表現(xiàn)出苦感。而麥汁煮沸過(guò)程中α―酸發(fā)生異構(gòu)化是釀造工藝中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)外化產(chǎn)率，在釀造過(guò)程中影響α―酸異構(gòu)化的因素有很多，且實(shí)驗(yàn)室小試的最佳方案未必符合大生產(chǎn)結(jié)果，所以只能選取一些可控因素如加熱溫度、壓力、緩沖液pH值、酒花添加量和催化劑添加量進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際啤酒生產(chǎn)中，80%左右都添加酒花顆粒，其在熱水中崩解速度快，無(wú)需考慮溶解問(wèn)題，可操作性強(qiáng)，所以考慮用顆粒狀的酒花制品。

2.1.1溫度影響α―酸的異構(gòu)化率同加熱溫度或壓力下對(duì)α―酸異構(gòu)化率的影響結(jié)果。

隨著加熱溫度逐漸升高異構(gòu)化率也在增加，在121℃時(shí)酒花浸膏中α―酸異構(gòu)化率為86.73%，達(dá)到最大值，超過(guò)121℃后繼續(xù)加熱轉(zhuǎn)化率開(kāi)始下降。

2.1.2pH值影響α―酸的異構(gòu)化率

不同pH值對(duì)α―酸的異構(gòu)化率的影響。在酒花顆粒原溶液中異構(gòu)化率僅為53.46%，隨著pH值逐漸增加，異構(gòu)化率先增加，且在pH值為10時(shí)達(dá)到最大值，酒花顆粒α―酸異構(gòu)化率為92.07%，pH值為10以上異構(gòu)化率呈遞減趨勢(shì)，pH值為11.31時(shí)異構(gòu)化率為65.34%。說(shuō)明在異構(gòu)化過(guò)程溶液pH值對(duì)α―酸異構(gòu)化有影響，偏堿性對(duì)其有利。

2.1.3酒花添加量影響α―酸的異構(gòu)化率

隨著添加量增加異構(gòu)化率先增加后減少，在150mL體系中添加4g酒花時(shí)α―酸異構(gòu)化率達(dá)到最大值80.19%，雖然隨著添加量的增加，體系中異α―酸濃度也增加，但是α―酸的轉(zhuǎn)化率反而下降，可以看出，酒花顆粒中α―酸濃度太大，其溶解度受限并不能得到充分異構(gòu)化；而α―酸濃度太低時(shí)發(fā)生的副反應(yīng)較多，使最終異α―酸的含量降低。

2.1.4催化劑量影響α―酸的異構(gòu)化率

隨著催化劑的量逐漸增加，酒花浸膏中α―酸異構(gòu)化率先上升后下降；催化劑的量在3%時(shí)，達(dá)到最大值，α―酸異構(gòu)化率為93.96%，當(dāng)催化劑的用量大于3%時(shí)開(kāi)始下降，在4%時(shí)α―酸異構(gòu)化率下降至74.25%。這表明，一定比例的催化劑MgCl2對(duì)α―酸異構(gòu)化反應(yīng)還是有影響，但是添加量過(guò)多會(huì)對(duì)異構(gòu)化產(chǎn)生負(fù)面作用，破壞反應(yīng)之間的平衡。

2.2響應(yīng)面分析

進(jìn)行單因素試驗(yàn)后，綜合考慮到因素之間存在交互作用也會(huì)影響到α―酸的異構(gòu)化及要找出哪種因素是影響異構(gòu)化率的最主要因素，以加熱溫度、pH值、添加酒花顆粒量、催化劑MgCl2的量作為影響因素，根據(jù)試驗(yàn)中的最優(yōu)值設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)，4個(gè)中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)，共29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.2.1方差分析

加熱溫度、酒花添加量和催化劑量是酒花顆粒異α―酸轉(zhuǎn)化的重要控制因素，其中溫度和酒花添加量、溫度和催化劑添加量有交互作用，且交互作用顯著，說(shuō)明溫度是酒花顆粒異α―酸轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵控制因素。

2.2.2建立二次響應(yīng)面回歸模型

該試驗(yàn)回歸方程為：Y1=93.71―6.32×A―16.96×B+0.22×C+3.73×D+5.85×A×B―0.15×A×C―6.36×A×D―4.76×B×C+6.75×B×D―2.6×C×D―13.71×A2―0.46×B2―0.83×C2―5.79×D2

式中：Y1為酒花α―酸轉(zhuǎn)化為異α―酸的轉(zhuǎn)化率；A為加熱溫度編碼值；B為酒花添加量編碼值；C為pH值編碼值；D為MgCl2添加量編碼值。

回歸方程R2=99.89%，RMSE=0.585，表明回歸方程擬合程度良好，失擬較小，可以用該方程代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行分析。

響應(yīng)面分析圖和等高線分析圖見(jiàn)圖1。從3個(gè)等高線圖看出，當(dāng)C、D兩個(gè)因素水平一定時(shí)，異α―酸的轉(zhuǎn)化率的影響與A、B的影響是一致的。在溫度pH值、催化劑pH值三維圖中均出現(xiàn)極值點(diǎn)，得到較理想的拋物線型三維圖。

2.2.3響應(yīng)因子水平優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案

由二次回歸方程得出了最優(yōu)組合：溫度為116.29℃，酒花添加量為2g，pH值為11，催化劑添加量3%，預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化率值為118.04%。實(shí)際溫度為116℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，實(shí)際測(cè)定值116.03%，擬合度為98.3%。

3結(jié)論

在單因素與響應(yīng)面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，初步研究了啤酒花顆粒在加熱過(guò)程中α―酸發(fā)生異構(gòu)化的影響因素及得到較高異α―酸轉(zhuǎn)化率的最佳條件。

結(jié)果表明，以酒花顆粒為原料，使酒花顆粒在一些列反應(yīng)條件中α―酸轉(zhuǎn)化為異α―酸，用紫外分光光度計(jì)法分析樣品中異α―酸含量，酒花顆粒濃度對(duì)α―酸的異構(gòu)化影響最大，加熱溫度/壓力、催化劑用量、pH值依次遞減。由響應(yīng)面二次回歸方程優(yōu)化出的最佳條件為：溫度116.29℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化率值為118.04%；實(shí)際溫度為116℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，實(shí)際測(cè)定值為116.03%，擬合度為98.3%，此條件下異構(gòu)化程度最好。

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