西瓜啤酒制作工艺的研究

王松廷，张彭湃，杨生玉*

（河南大学 生命科学学院，河南 开封 475004）

西瓜（Citrullus lanatus）属于葫芦科植物，又叫寒瓜，由于西瓜美味营养有益人体健康，所以被称为“瓜果之王”。西瓜自古以来就是深受人们喜爱的消夏解暑水果，西瓜主要成分是水，含量超过90%，同时还含有许多西瓜膳食纤维、维生素、番茄红素、蛋白质等对人体有益的营养成分。西瓜有消烦止渴，解暑热，疗咽喉肿痛，宽中下气，利尿，止血痢银酒毒等多种功效[1]。

近年来，果类啤酒的研制成为新型啤酒开发的热点，也带动了相应水果的销售[2]。因此，若能开发出一种西瓜啤酒，势必有利于拓宽西瓜的销售渠道，提高其产品附加值。西瓜啤酒开发的主要意义在于充分利用西瓜富含糖分及水分的特点，将西瓜开发成一种啤酒原料，取代或部分取代大麦麦芽，降低啤酒发酵成本，解决西瓜滞销难题，而通过对西瓜汁处理方式及发酵工艺的研究[3]，可以尽可能减少西瓜中风味物质的损失，将西瓜所具有的独特清新味道尽可能多的保留，使得最终的西瓜啤酒具有较明显的西瓜的清新、爽口的感觉。基于以上考虑，本研究对西瓜啤酒的酿造工艺进行了深入研究，最终得到了一种具有西瓜典型风味的淡爽型啤酒，区别于以往的果啤，不添加香精类物质，纯果汁发酵，西瓜的有益成分及药用价值最大程度的得以保留，部分营养成分还通过发酵作用得以强化，是一种真正意义上的西瓜啤酒[4]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）：河南大学生物工程实验室保藏；精选澳洲大麦芽、优质啤酒花：郑州龙海啤酒物资有限公司；新鲜西瓜：市售。

1.2 仪器与设备

HH-6恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；ATAGO手持糖度计：日本爱拓公司；ZWY-2102恒温振荡培养箱：上海智诚分析仪器制造有限公司；400 L啤酒试验生产线：济南尊皇啤酒设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 西瓜啤酒的生产工艺流程及操作要点

麦汁的制备：采用两段浸出糖化法，热麦汁经薄板冷却器冷却至10～15℃，泵入无菌发酵罐中[5]。

接种及发酵：接种对数期下面发酵啤酒酵母，接种量5%，使菌体浓度达到（20～30）×106CFU/mL，接种温度10℃，主酵温度12℃，发酵第5天糖度降至5～6°Bx，此时升温至13.5℃，同时升压至0.05～0.07 MPa以还原双乙酰；发酵第6天时糖度降至3.5°Bx左右，此时将罐压提高至0.08～0.1MPa；发酵第7天当双乙酰含量降至0.08 mg/L时开始后酵，后酵初期温贮阶段缓慢降温至5～6℃，1～2 d后缓慢降温至0～1℃进入冷贮阶段，每24 h排放一次酵母及沉淀，冷贮7 d以上[6]。

1.3.2 西瓜啤酒的感官评定

由专业人士对西瓜啤酒进行感官评分（满分100分）[7]，感官评分标准见表1。

表1 西瓜啤酒感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria of watermelon beer

1.3.3 西瓜汁处理方式的选择

选择成熟的新鲜西瓜，去青皮后榨汁。分别采取巴氏消毒（65℃，20 min）、高温瞬时灭菌（130℃，15 s）、过滤除菌（0.45 μm滤头）和偏重亚硫酸钠处理（200 mg/L）等方式对西瓜汁进行处理。在发酵第3天加入西瓜汁、原麦汁浓度12°P、添加量为20%的条件下，探讨西瓜汁处理方式对西瓜啤酒品质的影响。

1.3.4 西瓜啤酒工艺优化单因素试验

（1）西瓜汁添加量对西瓜啤酒的影响：西瓜汁添加量梯度选择体积分数5%、10%、15%、20%、25%、30%，发酵第3天加入西瓜汁、原麦汁浓度12°P，考察西瓜汁添加量对西瓜啤酒品质的影响。

（2）西瓜汁添加时间对西瓜啤酒的影响：在原麦汁浓度为12°P的条件下，采用最佳的西瓜汁处理方式，分别在发酵第1天、第3天、第5天、第7天、第9天加入占发酵液体积15%的西瓜汁，考察西瓜汁添加时间对西瓜啤酒的影响。

（3）原麦汁浓度对西瓜啤酒的影响：原麦汁浓度梯度选择为8 °P、12 °P、15 °P、20 °P，采用最佳处理方式，在发酵第3天加入占发酵液体积15%的西瓜汁，考察原麦汁浓度对西瓜啤酒的影响。

1.3.5 响应面分析试验设计

根据Box-Behnken中心组合设计原理，以感官评分为评价指标，选取西瓜汁添加量、西瓜汁添加时间和原麦汁浓度3个因素进行响应面分析试验，并运用SAS软件对试验数据进行处理以确定西瓜啤酒的最佳发酵工艺参数。中心组合试验自变量因素及水平编码见表2，在试验设计中，每个试验点重复3次，结果取平均值。

表2 中心组合试验因素与水平编码Table 2 Factors and levels of central composite design

1.3.6 测定方法

pH的测定：pH计；可溶性固形物含量（totalsolublesolid，TSS）的测定：手持糖度计；酒精度的测定：蒸馏法[8]；发酵度的测定：密度瓶法；总酸含量的测定：酸碱滴定法；总糖含量的测定：斐林试剂法[9]；双乙酰含量的测定：紫外分光光度法[10]；大肠菌群的测定：参照GB 4789.3—2010《食品微生物检验大肠菌群计数》[11]。

2 结果与分析

2.1 西瓜汁处理方式的选择

西瓜中的风味物质多具有易挥发、易氧化的特点，减少处理过程中西瓜风味物质的氧化作用，对于西瓜啤酒酿造中西瓜风味的保留意义重大。合适的西瓜汁处理方式应既能够最大程度的保留西瓜中的风味物质，又不会对产品的口感产生负面影响[12]。不同西瓜汁处理方式对感官评分的影响见表3。

表3 西瓜汁处理方式的选择Table 3 Selection of watermelon juice treatment method

由表3可知，西瓜汁热处理后对西瓜啤酒有不利影响，西瓜汁经巴氏消毒和高温瞬时灭菌处理后所得到的西瓜啤酒中西瓜的清爽口感不突出，并且有严重的烂菜叶味，这可能是因为西瓜汁是热敏性物质，加热会严重破坏其风味物质，产生令人不愉快的口感，两种处理方式最终得分相近，说明西瓜风味在60℃以上时短时间即可破坏殆尽，因此应该严格注意避免热作用西瓜汁[13]。

偏重亚硫酸钠可以抑制杂菌生长，同时也是一种还原剂，可以有效避免果汁被氧化，因此被广泛应用于果汁的处理中。在合适的添加量范围内，偏重亚硫酸钠不会对人体健康和产品风味造成不利影响；过滤除菌可以得到无菌西瓜汁，最大程度上保留了西瓜的风味物质，所以得到的西瓜啤酒品质最好。这两种处理方式所对应的啤酒最终得分相差不多，考虑成本问题，最终选择采用200 mg/L的偏重亚硫酸钠对鲜榨西瓜汁进行处理。

2.2 西瓜汁添加量对西瓜啤酒品质的影响

表4 不同西瓜汁添加量对西瓜啤酒品质的影响Table 4 Effects of watermelon juice addition on beer quality

由表4可知，可溶性固形物含量、酒精度、残糖浓度等指标随着西瓜汁添加量的增加而逐步降低，而实际发酵度却不断升高；这可能是由于西瓜汁的总糖低于麦汁，而其中的可发酵糖高于麦汁所致[14]；西瓜汁添加量较低时，感官得分较低，主要是由于西瓜汁比例少，造成西瓜口感不突出；而西瓜汁添加量过高，又会导致因西瓜汁中低聚物浓度偏低，使得产品口感单薄，缺乏厚重感。结果显示，添加15%西瓜汁的西瓜啤酒既有较突出的西瓜风味，又不失啤酒醇厚的感觉。

2.3 西瓜汁添加时间对西瓜啤酒品质的影响

表5 不同西瓜汁添加时间对西瓜啤酒品质的影响Table 5 Effects of watermelon juice addition time on beer quality

由表5可知，在发酵第3天和第5天加入西瓜汁所得到的产品品质相对较好。由于所用西瓜汁并没有经过高温或膜过滤等无菌处理，刚接种时，啤酒酵母的菌种优势还不是十分明显，西瓜汁中的某些杂菌还会存在一段时间，得到的产品杂味较多，另外，过早加入西瓜汁会使西瓜的风味物质损失较多，所得产品西瓜口感不突出；发酵第7天和第9天加入西瓜汁，西瓜口感和啤酒的融合程度不好，并且生青味较重。

2.4 原麦汁浓度对西瓜啤酒品质的影响

表6 不同原麦汁浓度下所得西瓜啤酒的主要理化指标Table 6 Effects of wort concentration on beer quality

由表6可知，西瓜啤酒的主要理化指标TSS、酒精度、实际发酵度和残糖质量浓度均随着原麦汁浓度的升高而增加，但感官评分并不呈现这样的规律，在原麦汁浓度为12°P时，所得产品的品质相对较好。这主要是由于当原麦汁浓度过低时，原料中内容物质缺乏导致啤酒不够厚重，酒体淡薄，酒精度也不达标；而原麦汁浓度偏高时，酒精度较高，且啤酒传统风味突出，这均会掩盖西瓜的清爽口感。

2.5 西瓜啤酒发酵条件优化响应面试验

2.5.1 中心组合试验设计结果和回归分析

以西瓜汁添加量（X1），西瓜汁添加时间（X2），原麦汁浓度（X3）作为响应因素，感官评分（Y）为响应值，采用响应面分析法对其进行优化，试验结果如表7所示。

表7 中心组合试验设计及结果Table 7 Design and results of central composite design

对试验数据拟合得到二次回归方程为：

Y=93+1.75X1-9X2-0.75X3-7.25X1X1+2X1X2-14.75X2X2-2.5X2X3-2.25X3X3

对所得模型进行回归系数及其显著性测验，结果见表8。

由表8方差分析结果可知，三个因素对响应值的影响大小为X2＞X1＞X3，其中X2对响应值的影响达到了极显著水平，另两个因素则不显著；总模型的概率P=0.001 2，P＜0.01，说明该模型极其显著；模型的校正决定系数R2Adj为0.959 0，说明该模型能解释约95.90%响应值的变化，仅有总变异的约4%不能用此模型来解释；模型的决定系数R2=0.978 2，与R2Adj的值较接近。表明此模型的拟合程度较好[15]，可用此模型对西瓜啤酒的发酵工艺条件进行优化。

2.5.2 响应面优化结果分析

西瓜汁添加量、添加时间、原麦汁浓度对西瓜啤酒感官评分影响的响应面及等高线见图1。

由图1可知，在中心组合试验结果的基础上，采用SAS统计软件编写程序进行极值分析，分析结果表明：当西瓜汁添加量为14.0%、在发酵的第4.5天添加西瓜汁、原麦汁浓度为11.2°P时，回归模型存在最大值，此时，西瓜啤酒的感官评分为94.42分。

表8 回归系数及其显著性测验Table 8 Regression coefficient and significance test

图1 各因素交互作用对西瓜啤酒感官评分影响的响应面和等高线Fig.1 Response surface plots and counter line of effect of interaction between each factors on sensory evaluation of watermelon beer

2.5.3 验证试验

为了验证响应面优化条件，进行了400L啤酒发酵罐的放大试验，最终获得的西瓜啤酒颜色纯正、清亮无浑浊、酒体丰满、口味协调、爽口、具有西瓜的清爽口感和啤酒的典型口感，经过专家感官品评，最终感官评分为96分，与理论预测值接近。验证试验所得西瓜啤酒和国标规定的优级啤酒的理化指标对比结果及西瓜啤酒的卫生指标如表9、表10所示，可见西瓜啤酒的各项指标均达到了优级啤酒的标准，卫生指标符合国标GB 4927—2008《啤酒》的要求[16]。

表9 西瓜啤酒的理化指标Table 8 Physicochemical indicators of watermelon beer

表10 西瓜啤酒的卫生指标Table 10 The hygienic indicators of watermelon beer

3 结论

采用单因素试验及响应面分析的方法，得出了西瓜啤酒的最佳发酵工艺条件：采用200 mg/L偏重亚硫酸钠对鲜榨西瓜汁进行处理，在主发酵的第4.5天添加西瓜汁、西瓜汁添加量14.0%、原麦汁浓度11.2°P，主酵温度为12℃时；所得西瓜啤酒颜色纯正、清亮无浑浊、酒体丰满、口味协调、爽口、具有西瓜的清爽口感和优质啤酒的典型特征。

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