脱胚玉米糁在啤酒酿造中的应用

郑英训，郑飞云，朱林江，刘春凤，袁夕茹，李崎*

1(江南大学，工业生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡，214122)2(江南大学 生物工程学院，江苏 无锡，214122)



脱胚玉米糁在啤酒酿造中的应用

郑英训1,2，郑飞云1,2，朱林江1,2，刘春凤1,2，袁夕茹1,2，李崎1,2*

1(江南大学，工业生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡，214122)2(江南大学 生物工程学院，江苏 无锡，214122)

脱胚玉米糁因分布广泛、价格低廉及富含淀粉和蛋白质等原因成为替代大米的重要潜在啤酒辅料。该研究对不同粒径玉米糁及其他辅料的各项指标进行了对比分析，通过200 L中试发酵，研究脱胚玉米糁的酿造特性，分析其对啤酒风味品质的影响。结果表明，脱胚玉米糁的粒径不仅对其浸出率有较大影响，而且也影响其脂肪含量和脂肪酸值的变化；粒径为900～600 μm范围内的脱胚玉米糁可以替代大米用作啤酒酿造的辅料，且在风味及感官品评上均表现良好，与大米辅料的啤酒品质相似。发酵过程理化指标、成品酒风味物质组成以及感官品评等结果表明，合适粒径的脱胚玉米糁是一个良好的啤酒酿造辅料，能够作为大米辅料的替代品。

啤酒；辅料；脱胚玉米糁；粒径；中试；风味物质

啤酒的传统加工方法是用麦芽、啤酒花、酵母和水酿制而成。为了降低成本，在实际生产中通常采用添加一定比例的辅料代替部分麦芽[1]，而我国啤酒酿造中常使用大米作为辅料[2]。但是近年来随着人民生活水平的提高，大米需求量日趋紧张，价格也在不断上涨。而且因地理条件不同，以大米为单一辅料酿制啤酒在非大米产区受到地域限制。在可选择的啤酒辅料中，玉米因产量大、分布广、价格低廉、成分接近大米而被首选为替代大米的辅料[3]。但是，玉米脂肪是影响啤酒质量的重要因素，直接关系到啤酒风味与泡沫。因此酿制啤酒用玉米必须经脱胚加工制成玉米糁。邓时荣等人提到可采用玉米提胚工艺，通过除杂清理，着水调湿，脱皮、破糁、脱胚，高筛分级和分离提胚制得脱胚玉米糁[4]。国外认为玉米糁脂肪含量0.5%以下为优；0.5%～1.0%为较好；1.0%～1.5%为一般；超过1.5%则不宜用[5]。

在南斯拉夫、德国、法国、意大利、丹麦等国家，以低脂玉米糁为辅料酿制啤酒，早已进入工业化生产阶段[6]。目前，国内对以大米为代表的多种啤酒辅料已有较多的研究和应用。然而，对脱胚玉米糁辅料的研究却比较少。主要是由于国内现有脱胚玉米糁加工企业的工艺和设备较为落后，生产的脱胚玉米糁缺乏统一的标准，导致其含有较多的脂肪和脂肪酸。使用这样的原料，不仅会给啤酒带来一种不愉快的异味，影响啤酒的风味[7]；同时，还会产生老化前驱物质，加快啤酒老化[8]。因此，以玉米糁为辅料酿制啤酒的生产实践在国内啤酒厂尚未得到很好的开展。本文首先探讨了粒径对脱胚玉米糁各指标的影响，然后采用200 L中试发酵、风味物质分析及感官品评来验证脱胚玉米糁作为啤酒辅料的可行性，对比得到适于啤酒酿造的玉米糁粒径范围，以推进脱胚玉米糁在啤酒企业中的应用。

1 材料与方法

1.1 实验材料

麦芽：澳大利亚一级麦芽，购自中粮麦芽(江阴)有限公司；酒花：购自玉门拓璞科技开发有限责任公司；大米：市购金龙鱼新鲜优质梗米；酿酒酵母：编号G03，实验室选育和保藏；高温淀粉酶：购自诺维信(中国)投资有限公司；脱胚玉米糁：由河南久久集团有限公司提供。

1.2 仪器与设备

生化培养箱BSP-250，上海博迅公司；阿贝折光仪，泰光有限公司；DLEUW22050麦芽粉碎机，Buhler-Miag公司；KjeltecTM8400全自动凯氏定氮仪，FOSS公司；双乙酰蒸馏装置，北京玻璃仪器厂；低温水浴槽，上海博迅公司；200L小型啤酒教学发酵设备，温州新洲轻工机械有限公司；顶空气相色谱仪(GC-2010)，日本岛津(Shimadzu)公司等。

1.3 实验方法

1.3.1 不同原辅料常规理化指标分析

不同原辅料水分、灰分、蛋白质、脂肪及脂肪酸含量，分别采用GB 5497—1985、GB 5505—2008、GB 5009.5—2010、GB 5512—2008、GB 5510—2011标准方法进行测定。

1.3.2 脱胚玉米糁中脂肪酸成分分析[9]

首先对玉米糁样品中的玉米油进行提取及甲酯化，之后采用气相色谱-质谱(GC-MS)分析脂肪酸成分，分析条件为：GC条件：PEG-20M弹性石英毛细管柱，30 m×0.25 m×0.25 μm；载气为高纯氦气，恒定流量为0.8 mL/min；升温程序：从180 ℃开始，保持2 min，以3 ℃/min升温到230 ℃，保持10 min；进样口温度250 ℃，出样口温度200 ℃；检测电压350 V。MS条件：EI离子源，发射电流200 μA，电子能量70 eV，扫描范围20～550 amu。

1.3.3 200L中试啤酒发酵

采用200 L小型啤酒发酵设备进行中试，原麦汁浓度为12°P，分别酿造全麦芽啤酒，大米辅料、玉米糁辅料啤酒(辅料比为30%)，并在糊化锅中加入适量高温淀粉酶。酒花添加量为0.05%，酿酒酵母接种后将密度控制在(1.0～1.2)×107个/mL。每天记录大罐温度及罐压，同时跟踪测定发酵液的外观浓度和VDK的变化。当发酵液外观浓度降到5%以下时，开始封罐，发酵液罐压控制在0.8 MPa左右；当发酵液VDK低于0.1 mg/L时，开始降低罐温。

1.3.4 麦汁、发酵液常规理化指标分析[10]

麦汁和发酵液的各项指标的测定，如原麦汁浓度、发酵度、酒精度、色度、pH、总氮、黏度、α-氨基氮、总酸、TBA值、双乙酰、泡持性，分别依据GB 4928—2008 啤酒分析方法和《啤酒工业手册》(中册)的方法进行。

1.3.5 啤酒风味物质测定[11]

采用顶空气相色谱仪(GC-2010)进行测定。具体测定条件为：顶空进样器平衡温度：70 ℃，平衡时间：30 min，传输线温度：130 ℃，进样时间：0.04 min，进样口温度：200 ℃，检测器温度：250 ℃，色谱柱初始温度：40 ℃，经程序升温10 ℃/min到180 ℃，柱流量：1.2 mL/min，载气(N2)流量：30 mL/min，燃气(H2)流量：47 mL/min，助燃气(空气)流量：400 mL/min，加盐量：0.36 g/mL。

1.3.6 感官品评[12]

该研究组织本校经过感觉品评培训的老师及学生对中试得到的4种啤酒进行感官品评，对比分析4种啤酒的风味特点；同时，组织未经过感官品评培训的在校大学生，采用差别品评法中的三杯法，检测脱胚玉米糁辅料啤酒和大米辅料啤酒的差异性是否显著。

2 结果与分析

2.1 粒径对脱胚玉米糁各指标的影响分析

2.1.1 不同粒径脱胚玉米糁理化指标分析

依据国标，对以下不同粒径的脱胚玉米糁样品进行理化指标检测，结果如表1所示。

表1 脱胚玉米糁的理化指标

由表1可知，不同粒径脱胚玉米糁的水分、灰分、蛋白质含量相差不大。但是其脂肪含量差异性较显著，3#、4#、5#脱胚玉米糁的脂肪含量相近，维持在0.5%左右；2#脱胚玉米糁的脂肪含量较高，为0.68%；而1#脱胚玉米糁的脂肪含量则已经接近1.5%，不适于用于啤酒酿造。

2.1.2 粒径对脱胚玉米糁关键指标的影响

浸出率是指浸出物质量与辅料或麦芽质量之比，酿造过程中浸出率的高低将直接影响啤酒的生产成本[13]。脱胚玉米糁粒径的大小会影响各种酶对原料的作用面积，因此对浸出率的影响较大，其趋势如图1A所示，随着粒径的减小，玉米糁浸出率逐渐升高，且在3#玉米糁处有较大的提升。同时，要严格控制脱胚玉米糁的脂肪酸值，因为如果脂肪酸值太高，玉米糁会产生一股令人不愉快的腐败气味，并将这股不良的味道带给麦汁，溶于麦汁的部分具有热稳定性的氧化产物能使啤酒很快变质[14]。脱胚玉米糁粒径的大小对脂肪酸值的影响趋势如图1B所示，随着粒径的减小，玉米糁脂肪酸值逐渐降低，且在2#玉米糁处有较大的降幅。

(A)粒径对脱胚玉米糁浸出率的影响；(B)粒径对脱胚玉米糁脂肪酸值的影响图1 粒径对脱胚玉米糁关键指标的影响Fig.1 Particle size effect the key indicators of degermed corn grits

由图1可知，粒径对脱胚玉米糁浸出率和脂肪酸值的影响显著。随着粒径的减小，玉米糁浸出率会逐渐上升，而脂肪酸值则会逐渐降低。同时依据表1结果综合考虑，可选用2#玉米糁代表较大粒径、4#玉米糁代表较小粒径，前者脂肪含量、脂肪酸值较高，浸出率较低；而后者浸出率较高，脂肪含量、脂肪酸值较低。本研究后续试验均采用这两种脱胚玉米糁作为研究对象。

2.2 脱胚玉米糁脂肪酸组分分析

通过GC-MS分析两种脱胚玉米糁的主要脂肪酸组成，并进行对比分析，其检测结果如表2所示。

表2 两种脱胚玉米糁脂肪酸组成分析

由表2可知，经GC-MS分析，脱胚玉米糁的脂肪酸中含量最高的两种化合物为9,12-十八碳二烯酸和9-十八碳烯酸，约占80%。但这些长链不饱和脂肪酸对啤酒的风味影响很大，由于酶的作用或自由基反应引起脂肪酸氧化作用形成氢过氧化物，氢过氧化物经过进一步裂解或聚合反应生成低级脂肪醛、酸和其他化合物从而使啤酒中产生老化气味[15]。

2.3 脱胚玉米糁及其他原辅料理化指标分析

依据国标，对啤酒原辅料：麦芽、大米、2#玉米糁、4#玉米糁进行理化指标检测，结果如表3所示。

表3 不同原辅料的理化指标

由表3可知，两种玉米糁的蛋白质含量低于麦芽，但与大米相近；脂肪含量以大米为最低，但4#玉米糁和大米相差不大，麦芽的脂肪含量最高，2#玉米糁次之；脂肪酸值以2#玉米糁为最高，4#玉米糁次之，麦芽和大米较低；4#玉米糁的浸出率和大米的浸出率相差不大，2#玉米糁次之，远高于麦芽。因此，根据组分分析，两种脱胚玉米糁指标均在合理范围之内，初步确定4#玉米糁和2#玉米糁可以用作啤酒辅料。

2.4 脱胚玉米糁及其他原辅料的中试分析

为验证脱胚玉米糁作为啤酒辅料的可行性，本研究进行了中试发酵。采用200 L小型啤酒发酵设备，分别酿造全麦芽啤酒、大米辅料啤酒、2#玉米糁辅料啤酒及4#玉米糁辅料啤酒。

2.4.1 中试发酵中麦汁指标比较分析

麦汁制备过程中，原辅料糊化的料水比为1∶5(g∶mL)，糖化的料水比为1∶3.5(g∶mL)。4种麦汁的理化指标如表4所示。

由表4可知，两种玉米糁辅料麦汁的总氮含量和α-氨基氮含量与大米辅料麦汁相近，低于全麦芽麦汁。TBA值以大米辅料麦汁为最低，两种玉米糁辅料麦汁和全麦芽麦汁相近。硫代巴比妥酸值(TBA值)可反映麦汁中羰基化合物的多少，常用于评价啤酒老化前驱物的含量[16]。因此，玉米糁辅料经糊化糖化可得到适宜啤酒发酵的麦汁，但相对于大米辅料，玉米糁辅料会给麦汁带来相对多的老化前驱物。

表4 四种麦汁的理化指标

2.4.2 中试发酵过程中主要理化指标变化

外观浓度是一个非常重要的变量，与三大可发酵性糖(葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖)的残余浓度对应，可反映发酵度的变化[17]。如图2A所示，4种发酵液的外观浓度随时间变化明显，在第9天下降趋势减缓，在第15天时，基本都达到3%左右；且4种发酵液外观浓度的变化趋势相近。VDK(联二酮)是啤酒发酵过程中酵母自身代谢产生的一种副产物，通过阈值试验得出啤酒发酵成熟评价中VDK的控制标准为0.10 mg/L[18]。如图2B所示，4种发酵液的VDK含量均呈现先上升后下降的趋势，且在第5天时出现峰值；全麦芽发酵液的VDK峰值相对要高很多，其他3种发酵液的则相差无几；发酵第15天时，4种发酵液的VDK含量均低于0.10 mg/L，标志着啤酒的成熟。

(A)发酵过程中4种发酵液外观浓度的变化；(B)发酵过程中4种发酵液VDK的变化图2 中试发酵过程中主要理化指标变化Fig.2 The change of main physical and chemical indicators in the process of pilot fermentation

2.4.3 中试发酵成品酒的指标及风味物质分析

2.4.3.1 中试发酵成品酒指标分析

经过15天左右的发酵，对发酵成熟后的4种成品酒进行各项理化指标分析，其结果如表5所示。

表5 四种成品酒各指标分析结果

如表5所示，以玉米糁为辅料酿制的啤酒和大米辅料酿制的啤酒在各项指标上基本相似，但和全麦芽啤酒的部分指标有一定差别。同时，大米辅料啤酒和4#脱胚玉米糁辅料啤酒的TBA值相近；全麦芽啤酒和2#脱胚玉米糁辅料啤酒的TBA值相近，且高于前两者。成品酒的各项指标显示，2#玉米糁和4#玉米糁均可作为辅料添加到啤酒酿造中，但4#脱胚玉米糁作为辅料在啤酒老化方面更有优势。

2.4.3.2 中试发酵成品酒风味物质分析

通过顶空气相色谱法检测四种啤酒的风味物质，并进行对比分析，其检测结果如表6所示。

表6 四种成品酒的风味物质检测结果

由表6可知，两种脱胚玉米糁辅料啤酒的主要风味物质均与其他两种啤酒无异。其中，4#玉米糁辅料啤酒的总高级醇和总酯含量与大米辅料啤酒相近并均在全麦芽啤酒和大米辅料啤酒之间，而2#玉米糁辅料啤酒的总高级醇和总酯含量均明显高于其余3种啤酒。高级醇能赋予啤酒丰满、厚实的口感，但若过多会引起杂醇臭，饮用时引起头胀头痛；酯类能赋予啤酒芳香，但酯香太重会掩盖酒花香而呈异香[19]。因此，应严格控制啤酒酿造中高级醇和酯的含量，相对于2#玉米糁，4#脱胚玉米糁显然能赋予啤酒更协调的风味。

2.5 脱胚玉米糁辅料啤酒的感官品评

组织本校拥有感觉品评培训经历的老师及学生，对中试的4种酒样进行了感官品评，从表7的品评结果可知，4#脱胚玉米糁辅料啤酒在口感和风味上均表现良好，且有特殊风味，总体而言相当不错；而2#玉米糁辅料啤酒在口感和风味上表现欠佳，之后应适当调整酿造工艺，监控发酵过程中风味物质等指标变化，以改善其不足。

表7 四种啤酒感官品评结果

另外，组织50余名未经过感官品评训练的在校大学生，采用三杯法品评，来区别大米辅料啤酒和4#玉米糁辅料啤酒。通过统计，只有39%的学生可以做出正确区分。说明对于普通消费者而言，4#脱胚玉米糁辅料啤酒在口感方面和大米辅料啤酒差别不大。

由两批感官品评的结果可知，4#玉米糁辅料啤酒在风味和口感上均表现良好，说明4#脱胚玉米糁(粒径900～600 μm)适宜作为啤酒辅料用于啤酒酿造。

3 结论

本论文评价了脱胚玉米糁作为啤酒酿造辅料的应用特性，结果表明粒径为900～600 μm范围内的脱胚玉米糁可以替代大米用作啤酒酿造的辅料。且由中试发酵分析及综合评价可知，该脱胚玉米糁为辅料酿造的啤酒，在风味及感官品评上均表现良好，与大米为辅料酿造的啤酒并没有太大区别。同时，粒径除了对脱胚玉米糁脂肪含量有一定影响外，还对脱胚玉米糁浸出率和脂肪酸值有较大影响，随着粒径的减小，玉米糁浸出率会逐渐上升，而脂肪酸值则会逐渐降低。由于脂肪和脂肪酸对啤酒酿造的不良影响，导致脱胚玉米糁粒径还可进一步影响到啤酒的风味和老化，因此脱胚玉米糁辅料对啤酒风味稳定性的影响将作为以后研究重点之一。

[1] 顾国贤.酿造工艺学[M]. 北京: 中国轻工业出版社,1996.

[2] 周林生. 不同品种大米在啤酒酿造中的应用研究[D]. 无锡: 江南大学, 2008.

[3] ALEKSANDER P, AGATA C, MAREK Z, et al. Corn grist adjunct application and influence on the brewing process and beer quality[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2014, 120(1):77-81.

[4] 邓时荣, 张新宁. 玉米糁加工厂提胚工艺设计的探讨[J]. 粮食加工, 2012, 37(1): 52-53.

[5] 王志坚. 以脱胚玉米为辅料酿制淡爽型啤酒[J]. 酿酒科技, 2003(2):53-54.

[6] 温纪平, 赵仁勇, 毕德成.脱胚玉米糁在啤酒生产中的应用研究[J]. 粮食与饲料工业, 2003(3): 37-39.

[7] SCHNITZENBAUMER B, ARENDT E K. A comparative study of oat (Avena sativa) cultivars as brewing adjuncts[J]. European Food Research & Technology, 2013, 236(6):1 015-1 025.

[8] 李红, 方贵权, 李惠萍, 等. 脂肪酸值在啤酒酿造辅料大米新鲜度评价中的应用[J]. 食品科学, 2013, 34(21): 103-106.

[9] 李高阳, 丁霄霖. 亚麻籽油中脂肪酸成分的GC-MS分析[J]. 食品与机械, 2005, 21(5): 30-32.

[10] 管敦仪. 啤酒工业手册(上、中册)[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 1982.

[11] 沈楠, 王金晶, 刘春凤, 等.低产乙醛啤酒酵母的定向驯化筛选[J]. 食品与发酵工业, 2013, 39(7): 94-97.

[12] 董小雷, 贾士儒. 啤酒的感官品评[J]. 酿酒科技, 2007(3): 110-113.

[13] 韩龙. 降低啤酒酿造过程浸出物损耗的措施探析[J]. 啤酒科技, 2012(7): 51-53.

[14] BRAVI E, BENEDETTI P, MARCONI O, et al. Determination of free fatty acids in beer wort[J]. Food Chemistry, 2014, 151(151):374-378.

[15] 李娜. 游离脂肪酸对啤酒老化的影响与控制[D]. 扬州: 扬州大学, 2014.

[16] CAO Lei, ZHOU Guang-qi, GUO Ping, et al.Influence of pasteurising intensity on beer flavour stability[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2011, 117(4): 587-592.

[17] 吴春, 蔡国林, 孙军勇, 等. 同时控制低麦芽啤酒发酵中外观浓度与挥发性化合物的浓度[J]. 啤酒科技, 2010(3):65-69.

[18] LECA J M, PEREIRA A C, VIEIRA A C, et al. Optimal design of experiments applied to headspace solid phase microextraction for the quantification of vicinal diketones in beer through gas chromatography-mass spectrometric detection[J]. Analytica Chimica Acta, 2015, 887:101-110.

[19] 顾国贤, 李崎, 郑飞云. 啤酒风味物质代谢与控制[J]. 啤酒科技, 2009(2): 12-18.

The application of degermed corn grits as adjunct in beer brewing

ZHENG Ying-xun1,2,ZHENG Fei-yun1,2,ZHU Lin-jiang1,2, LIU Chun-feng1,2,YUAN Xi-ru1,2, LI Qi1,2*

1(The Key Laboratory of Industrial Biotechnology,Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi 214122, China) 2(School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Due to wide distribution, low price and richness in starch, degermed corn grits could be a promising beer-brewing adjunct. In this study, corn grits with different particle size were used to research the brewing characteristics, and the effects on the beer flavor were also evaluated via 200 L pilot fermentation. The results indicated that degermed corn grits in the range of 900-600 μm could be alternative adjuncts in beer brewing. The flavor and taste of corn grits beer were similar with that of rice beer based on the flavor compound analysis and tasting tests. Meanwhile, the particle sizes of degermed corn grits not only affected the extraction rate, but also affected the fat content and fatty acid value. The comparative analysis of the flavor composition in beers and sensory evaluation during the fermentation process revealed that the corn grits with suitable particle size could be a fine beer adjunct to replace rice.

beer; adjunct; degermedcorn grits; particle size;pilot scale test; flavor substances

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610015

硕士研究生(李崎教授为通讯作,E-mail：liqi@jiangnan.edu.cn)。

国家高技术研究发展计划(863计划，No.2013AA102106-03)；国家自然科学基金(No.31271919，No. 31571942和No.31301539)；江苏省自然科学基金(BK20150159)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)；江苏基础研究资助项目(JUSRP51306A, JUSRP51402A & JUDCF13008)

2016-02-27，改回日期：2016-03-31