提高啤酒发酵度的方法探讨

闫素娟，李红，贾士儒*

（1.天津科技大学生物工程学院，天津300457；2.中国食品发酵工业研究院，北京100015）

提高啤酒发酵度的方法探讨

闫素娟1，李红2，贾士儒1*

（1.天津科技大学生物工程学院，天津300457；2.中国食品发酵工业研究院，北京100015）

从发酵原理出发，尝试向麦汁中添加可发酵性糖，通过葡萄糖、果糖、蔗糖以及麦芽糖四种糖的添加，研究高发酵性糖对发酵度的影响。结果表明，当麦汁与相同浓度的蔗糖溶液以2∶5的比例混合时，麦汁极限发酵度提高至85%以上。同时，通过添加氯化铵0.93 g/L，成功解决了添加可发酵性糖后麦汁中α-氨基氮含量不足的问题。

可发酵性糖；氮源；发酵度；α-氨基氮

随着人们生活水平和健康意识的不断提高，低糖、低热量食品相继问世。啤酒作为大众性的饮料酒，酿酒师以及科研工作者在低糖啤酒方面陆续研究开发产品[1-2]。第四届健康食品与文化高峰论坛则大力推广低糖、无糖健康的研究发展[3]，而肥胖群体或是糖尿病患者会更加青睐于糖含量更低的无糖啤酒。《食品营养标签管理规范》中指出无糖（或不含糖）液体食品的要求是：糖≤0.5 g/100 mL[4]。生产无糖啤酒，提高啤酒发酵度是关键，这就要求麦汁中有很高的可发酵性糖（85%～90%），即啤酒的发酵度＞85%。国内传统啤酒的发酵度一般在62%～70%之间，目前尚未见到有发酵度＞80%的啤酒[5]。在影响啤酒发酵度的诸多因素中，除酵母外，糖化工艺是关键之处。在麦汁的糖化制备中，可以用麦汁极限发酵度作为指导糖化工艺的指标[6]。通过对某啤酒厂麦汁极限发酵度和啤酒发酵度的调查显示，麦汁极限发酵度比啤酒发酵度高0.5%～2.0%。

影响啤酒发酵度的糖化因素包括原料组成、粉碎度、料水比、pH值以及糖化温度等，研究表明改善这些糖化条件，并不能使得啤酒和麦汁极限发酵度＞85%[7]。理论上增加麦汁中可发酵性糖，包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖[8]，这些糖会通过各种转运蛋白（蔗糖首先在胞外先转换为葡萄糖和果糖[9]）进入酵母细胞内，麦芽糖和麦芽三糖通过麦芽糖酶分解为葡萄糖，葡萄糖和果糖进入糖酵解，产生乙醇和CO2[10]，最终使得啤酒发酵度增加。而由于通透酶对麦芽三糖亲和力低，使得麦芽三糖的转运成为啤酒发酵的限制性因素[11]，故麦芽三糖是五种可发酵性糖中最不易发酵的糖。故试验通过添加葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖四种可发酵性糖来尝试提高麦汁极限发酵度。

α-氨基氮是酵母发育必需的营养物质，当麦汁中α-氨基氮含量为160～180 mg/L时，所酿出的啤酒口味协调。实验表明添加可发酵性糖后，麦汁中α-氨基氮含量明显降低，为了保证发酵过程中酵母能正常的生长繁殖以及所酿啤酒的口感协调，向麦汁中添加氮源是一种必要措施。实验选取了磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、蛋白胨五种氮源进行添加，通过比较添加氮源后麦汁α-氨基氮以及pH、麦汁极限发酵度等重要理化指标的变化，选择最适氮源。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大麦芽（澳麦）、酿酒酵母：百威英博雪津（南昌）啤酒有限公司；葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖，均为分析纯：天津市大茂化学试剂厂；磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、蛋白胨，均为分析纯：南昌市永安化工有限公司。

1.2 仪器与设备

HB12-BGT-8A糖化仪：肇庆市科之杰仪器有限公司；HZQ-QX全温振荡器：哈尔滨东联电子技术开发有限公司；AntonPaar啤酒分析仪、AntonPaar密度折光系统：奥地利安东帕（中国）有限公司；G20恒温磁力搅拌器：梅特勒托利多仪器（上海）有限公司；DELTA 320 pH计：梅特勒托利多仪器（上海）有限公司；UV-1750紫外分光光度计：岛津（中国）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 麦汁制备工艺

由于大麦芽中α-淀粉酶和β-淀粉酶的最适温度不同[12]，为了使淀粉能充分地被淀粉酶分解，协定糖化工艺中温度控制如图1所示。

图1 协定糖化工艺中温度的控制Fig.1 Conventional saccharification process

1.3.2 糖溶液的配制与添加

根据麦汁的原麦汁浓度配制相同浓度的葡萄糖溶液、果糖溶液、蔗糖溶液以及麦芽糖溶液，按照麦汁与糖溶液比例为7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶2、2∶5，分别将麦汁与糖溶液混合。

1.3.3 发酵度的测定

麦汁极限发酵度是指麦汁中所有酵母可以利用的糖占总糖的比例，通过在麦汁中加入足量高活性酵母强化发酵后测出。其测定方法为：取发酵罐中酵母泥，用真空泵抽滤，取抽干后的酵母饼15 g，分别加入到麦汁和糖溶液混合液200 mL中，摇荡数次，用纱布封好，放于24℃全温振荡器中发酵24 h。加入2.0 g硅藻土到过滤装置中对发酵液进行过滤，振荡以除气，将过滤除气后的发酵液放入Anton Paar啤酒分析仪中进行检测。

发酵液发酵度是主酵后从发酵罐中取样测得的发酵度。其测定方法为：取样后将酵母过滤除去，振荡以除气，用Anton Paar啤酒分析仪进行测定。

清酒发酵度是发酵结束去除酵母后，在啤酒包装之前测得的发酵度。其测定方法为：振荡除气后，用Anton Paar啤酒分析仪进行测定。所有试验处理均设3个重复。

1.3.4 麦汁与蔗糖溶液混合液α-氨基氮含量的测定

麦汁与同浓度蔗糖溶液以7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶2、2∶5的比例混合后，分别测定混合液中α-氨基氮含量[13]。

1.3.5 氮源添加实验

向麦汁与蔗糖溶液2∶5混合液中分别加磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵以及蛋白胨，添加量分别设为0、0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L、2.0 g/L、6.0 g/L。测定不同氮源添加量对麦汁与蔗糖混合液中α-氨基氮含量的影响。

1.3.6 指标检测方法

α-氨基氮含量测定：参照参考文献[13]。

2 结果与分析

2.1 麦汁极限发酵度和啤酒发酵度的调查结果

为了了解麦汁极限发酵度、发酵液发酵度以及清酒发酵度之间的关系，实验调查检测了某酒厂两种类型的啤酒相对应的发酵度情况，其结果见图2。

图2 某啤酒厂啤酒W品种(A)及WD品种(B)发酵度调查Fig.2 A brewery fermentation degree questionnaire for variety W(A) and variety WD(B)

由图2可知，就W品种而言，相比麦汁极限发酵度，发酵液发酵度平均降低了0.78%，清酒发酵度平均降低了1.30%。而WD品种相比麦汁极限发酵度，发酵液发酵度平均降低了1.31%，清酒发酵度平均降低了0.83%。所以，用麦汁极限发酵度来衡量啤酒发酵度具有一定的可行性。

2.2 添加可发酵性糖对麦汁极限发酵度的影响

麦汁与同浓度可发酵糖溶液以7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶4、2∶5比例混合后，对麦汁极限发酵度的影响结果见图3。

图3 麦汁与同浓度糖溶液不同比例对麦汁极限发酵度的影响Fig.3 Effects of different ratio of wort and sugar solution on limit fermentation degree of wort

由图3可知，随着麦汁与同浓度糖溶液混合比例的降低，其混合液极限发酵度逐渐升高。这就意味着向麦汁中添加的可发酵性糖，可以提高极限发酵度，随着糖溶液比例的增加，混合液中可发酵性糖增加，最终导致极限发酵度增加。当麦汁与同浓度葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖溶液分别以2∶5的比例混合时，极限发酵度分别达到了87.21%、85.77%、87.93%、87.51%，均＞85%，符合酿造无糖啤酒所需发酵度的要求。

通过图3可以得出，可发酵糖添加量（x）和麦汁极限发酵度（y）的关系为：

葡萄糖y=0.201 9x+72.479，R2=0.999 4；

果糖y=0.185 2x+72.593，R2=0.997 2；

蔗糖y=0.229 9x+71.817，R2=0.998 5；

麦芽糖y=0.223 0x+71.818，R2=0.997 8。

蔗糖在四种可发酵性糖中，提高极限发酵度的效果是最快的。同时考虑到葡萄糖的阻遏效应[14]以及糖转运机制中通透酶亲和力的问题，在本试验选择蔗糖进行添加以提高麦汁极限发酵度。

2.3 添加蔗糖对麦汁中α-氨基氮含量的影响

当麦汁与同浓度的蔗糖溶液按照7∶0、6∶1、5∶2、4∶3、3∶4、2∶5的比例混合时，随着蔗糖溶液添加量的增加，其混合液中α-氨基氮含量均呈现降低趋势，结果见图4。

由图4可知，麦汁中α-氨基氮最适含量为160～180mg/L[15]，当麦汁与同浓度蔗糖溶液比例≥6∶1时α-氨基氮＞160mg/L，不需要添加氮源，而当麦汁与同浓度蔗糖溶液比例＜6∶1时α-氨基氮＜160 mg/L，此时需添加氮源。酿制无糖啤酒，需要最大可能地提高麦汁极限发酵度，即本试验中麦汁与同浓度的蔗糖溶液最佳比例是2∶5，此时α-氨基氮含量为63.82 mg/L，远远低于麦汁中α-氨基氮含量的要求，这就需要向混合液中添加氮源，以满足酵母生长所需α-氨基氮。

图4 添加蔗糖溶液的比例对α-氨基氮含量的影响Fig.4 Effects of sucrose solution proportion onα-amino nitrogen content in wort

2.4 添加氮源对麦汁中α-氨基氮含量的影响

向麦汁中分别添加0、0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L、2.0 g/L、6.0 g/L磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、蛋白胨五种氮源，不同氮源添加量对α-氨基氮含量的影响结果见图5。

图5 氮源添加量对麦汁中α-氨基氮含量的影响Fig.5 Effects of nitrogen source addition onα-amino nitrogen content in wort

由图5可知，添加不同氮源对麦汁中α-氨基氮含量的影响不同，α-氨基氮含量提高的效果顺序为：氯化铵＞硫酸铵＞磷酸铵＞碳酸氢铵＞蛋白胨。氮源添加量（x）与麦汁中α-氨基氮含量（y）的关系如下：

氯化铵y=99.464x+67.452，R2=0.999 3；

硫酸铵y=80.211x+68.972，R2=0.999 6；

磷酸铵y=74.354x+63.394，R2=0.995 9；

碳酸氢铵y=57.721x+61.842，R2=0.997 0；

蛋白胨y=11.696x+73.776，R2=0.915 7。

在以上五种氮源中，当氯化铵添加量为0.93 g/L时便能够提高α-氨基氮含量至160 mg/L，而硫酸铵、磷酸铵、碳酸氢铵以及蛋白胨需要分别添加1.13 g/L、1.30 g/L、1.70g/L、7.37 g/L才能使麦汁中α-氨基氮达到目标值，同时氯化铵添加后对麦汁pH影响不大，不会影响麦汁发酵。因此，氮源选择氯化铵添加量0.93 g/L为宜。

3 结论

麦汁极限发酵度比啤酒发酵度高0.5%～2.0%，用麦汁极限发酵度为指标来衡量啤酒发酵度具有一定的可行性。

添加可发酵性糖葡萄糖、果糖、蔗糖以及麦芽糖能提高麦汁极限发酵度。当麦汁与同浓度的蔗糖溶液以2∶5的比例混合时，极限发酵度能提高至85%以上。

氯化铵添加量0.93 g/L就能使麦汁中α-氨基氮含量达到160 mg/L，解决了添加可发酵性糖后麦汁中α-氨基氮含量不足的问题，同时不会影响麦汁发酵。

[1]马亚宏，王春霞，王尧，等.高浓发酵生产6°P低糖低醇啤酒[J].中国酿造，2010，29（1）：154-157.

[2]彭召海，谭春林.采用耐高温糖化酶酿制低糖啤酒[J].啤酒科技，2002（9）：54-58.

[3]薛毅.力促低糖、无糖健康食品发展[J].中国食品添加剂，2010（1）：41-41.

[4]中华人民共和国卫生部.GB 28050—2011食品安全国家标准预包装食品营养标签通则[S].北京：中国标准出版社，2011.

[5]钱中华，尹花，单连菊.超高发酵度啤酒酿造技术的研究[J].啤酒科技，2010（5）：31-32.

[6]丁波，石杰.麦汁极限发酵度的实验室检测[J].啤酒科技，2009（2）：58-58.

[7]王志坚.影响啤酒发酵度因素及提高发酵度的途径[J].山东食品发酵，2006（1）：23-26.

[8]管敦仪.啤酒工业手册[M].北京：中国轻工业出版社，1998.

[9]郜秋果，张亚雄，余华顺，等.酿酒酵母中的蔗糖转换酶基因（SUC2）研究进展[J].酿酒科技，2007（5）：85-88.

[10]ALVES-JR S L,HERBERTS R A,HOLLATZ C,et al.Maltose and maltotriose active transport and fermentation bySaccharomyces cerevisiae[J].J Am Soc Brew Chem,2007,65(2):99-104.

[11]ZASTROW C R,MATTOS M A,HOLLATZ C,et al.Maltotriose metabolism bySaccharomyces cerevisiae[J].Biotechnol Lett,2000,22 (6):455-459.

[12]任永新.浅谈影响啤酒发酵度的工艺途径[J].山东食品发酵，2005（3）：16-20.

[13]张永国，秦锐兰.麦汁中α-氨基氮含量的测定方法[J].啤酒科技，2008（3）：35-37.

[14]池振明，马再超.酵母菌诱导和阻遏分子机理的研究进展[J].中国海洋大学学报：自然科学版，2013，43（1）：47-55.

[15]何熙.麦汁最适α-氨基氮的探讨[J].啤酒科技，2008（7）：50-51.

Discussion of methods for improving beer fermentation degree

YAN Sujuan1,LI Hong2,JIA Shiru1*
(1.College of Bioengineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China; 2.China National Research Institute of Food&Fermentation Industries,Beijing 100015,China)

From the principles of fermentation,in order to research the effect of high fermentable sugar on fermentation degree,the fermentable sugar, including glucose,fructose,sucrose and maltose were added to the wort.Results showed that when the wort mixed the same concentration of sugar solution by the proportion of 2∶5,the limit of wort fermentation degree increased to more than 85%.At the same time,when adding 0.93 g/L ammonium chloride into the wort,the problem ofα-amino nitrogen content shortage after adding fermentable sugar was successfully solved.

fermentable sugar;nitrogen source;fermentation degree;α-amino nitrogen

TS261.4

A

0254-5071（2014）11-0118-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.11.027

2014-09-16

国家国际科技合作专项项目（2014DFG31770）

闫素娟（1988-），女，硕士研究生，研究方向为酿酒技术。

*通讯作者：贾士儒（1954-），男，博士，教授，主要从事发酵工程方面的研究。