洋槐蜜保健黑啤酒的酿造工艺研究

刘连成

(江苏食品药品职业技术学院健康学院，江苏淮安223003)

洋槐蜜保健黑啤酒的酿造工艺研究

刘连成

(江苏食品药品职业技术学院健康学院，江苏淮安223003)

在黑啤酒酿制工艺基础上增加部分洋槐蜜改变麦汁成分，通过单因素实验和响应面法优化洋槐蜜保健黑啤酒的发酵条件。结果表明，优化条件：15%洋槐蜜添加量为14.68 L、麦汁pH5.3、发酵温度为9℃。按照此优化条件实测啤酒质量评分为93.80，酿制的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和理化指标均能达到国标GB 4927—2008优级黑啤酒的要求，并且其中的氨基酸、维生素、总酚酸物质含量均高于常规含量。

洋槐蜜；黑啤；发酵；条件优化

洋槐蜜是蜜蜂从洋槐花的花朵中采得的花蜜在蜂巢中酿制的蜜。据研究分析，洋槐蜜含有果糖、葡萄糖、淀粉酶、氧化酶、还原酶等物质，还含有与人体血液浓度相接近的多种无机盐和维生素、铁、钙、铜、锰、钾、磷等多种有利于身体健康的微量元素，具有滋养、润燥、解毒、抗菌消炎、美白养颜、提高免疫力、润肠之功效。黑啤酒又叫浓色啤酒，酒液一般为咖啡色或黑褐色。黑啤酒除具有一般啤酒的特点外，黑色麦芽和焦香麦芽香味更突出，口味相对浓厚醇正，原麦芽汁浓度为12%(m/m)以上，稍有甜味。

本实验研究在黑啤酒酿造工艺基础上，在配方中添加一定比例的洋槐蜜，创新研究洋槐蜜保健黑啤酒酿造工艺，生产出具有一定保健功能的洋槐蜜黑啤酒，并对洋槐蜜黑啤酒进行感官和理化质量分析评价，为洋槐蜜资源的有效利用提供科学依据。

1 材料及方法

1.1 原料与设备

1.1.1 主要原辅料

大麦芽、焦香麦芽、黑麦芽，金秋麦业有限公司；酒花，Premiant(美国进口)，Hop pelletT-90；啤酒酵母，安琪酵母股份有限公司；洋槐蜜，江苏农达蜜蜂园有限公司。

1.1.2 主要设备

ZD200GC小型自动化酿酒设备(200 L)，山东中德酿造设备有限公司；小型麦芽增湿粉碎机ZFS-600，高邮市铸锋机械制造有限公司；单机反渗透装置ZFSC-NA，高邮市铸锋机械制造有限公司。

1.2 洋槐蜜保健黑啤酒酿造工艺

洋槐蜜保健黑啤酒酿造工艺流程如下：

1.2.1 湿法粉碎

按照黑啤酒生产的90∶5∶5的原料比例，分别称取36 kg、2 kg、2 kg的普通麦芽、焦香麦芽、黑麦芽，将麦芽投入连续湿法粉碎机加料口，设置浸麦温度60℃、调浆温度42℃，料水比1∶4，粉碎后将料浆泵入到糖化锅。1.2.2浸出糖化

采用浸出糖化法工艺，加热方式采用夹套蒸汽加热，糖化期间分为4个阶段：第1阶段：加热到39℃，然后恒温保持30m in；第2阶段：蒸汽加热到52℃，恒温保持40m in；第3阶段：温度升到64℃，恒温保持1 h；然后用碘液检验糖化程度，如果变蓝，说明需要继续糖化；反之，则糖化完全；第4阶段：碘检合格，升温至78℃，维持15m in。糖化升温要求：1m in升1～1.5℃，升温过程糖化锅搅拌持续开启，转速15～20 r/m in。

1.2.3 麦汁过滤

糖化结束后，提升过滤槽刮板，打开糖化搅拌，将糖化醪液通过导醪泵泵入过滤槽，开启过滤搅拌2m in，静置20m in，当形成稳定的过滤层后进行回流操作，开始回流时泵速调到最大，间隔10 s转速降低10 r/m in，最后稳定在15～20 r/m in，回流5m in后，通过视镜观察麦芽汁的澄清度；如果麦汁澄清，则泵入煮沸锅中；然后2～3次洗糟，回流至澄清，再泵入煮沸锅。

1.2.4 煮沸

第二道过滤麦汁完成后，开启煮沸锅蒸汽开始加热，洗糟后的麦汁完全液泵入煮沸锅中后，麦汁煮沸后10m in时加第1次酒花20 g；20min后加入第2次酒花40 g；煮沸结束前10m in，加入第3次酒花20 g[1]；恒温煮沸60～70 m in。调节煮沸蒸汽压力，控制煮沸强度在8%～10%。

1.2.5 洋槐蜜的添加方式

根据实验要求加入不同体积的15%的洋槐蜜溶液至酵母添加罐，与活化后的酵母混匀并通过氧气压送至发酵罐进行发酵实验。

1.2.6 回旋沉淀

将煮沸完成的麦汁打入回旋沉淀槽中，静置20～25m in，待热凝固物静置于设备底部的排渣口，然后将热凝固物排出。然后经过2段冷却的薄板换热器，冷却至9℃以下，同时对麦汁进行充氧，将充氧麦汁泵入发酵罐中。

1.2.7 发酵

发酵整个过程主要分为3个阶段：前发酵阶段、双乙酰还原阶段、低温储存阶段（后发酵期）[2]。

1.3 洋槐蜜啤酒的感官和部分理化评分标准

1.3.1 理化指标的测定

酒精度、发酵度、VDK、浊度、原麦汁浓度、泡持性：国家标准GB/T 4928—2008啤酒分析法[3]。

啤酒中可溶性糖含量的测定[4]：蒽酮比色法。

啤酒中低聚糖含量的测定[5]：蒽酮比色法和DNS法。

啤酒中氨基酸含量的测定[5]：阳离子交换色谱分离、茚三酮柱后衍生法。

啤酒中总酚酸含量的测定[6]：参考Folin-Ciocalteu法测定。

1.3.2 洋槐蜜啤酒的感官和部分理化评分标准[7]

洋槐蜜啤酒的感官评分标准见表1。

表1 洋槐蜜保健黑啤酒感官评分标准

洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化评分标准见表2。

表2 洋槐蜜保健黑啤酒的部分重要理化评分标准

1.4 洋槐蜜啤酒的发酵单因素实验设计

1.4.1 酵母接种量的处理

量取2 L的煮沸麦汁和2 L冷却至室温的白开水加入5 L的酵母添加罐，冷却至室温，加入不同接种量50～150 g啤酒活性干酵母进行酵母活化，通过压缩空气泵入200 L酵母罐，按照1.2.7的发酵方法进行发酵管理，发酵结束后测定啤酒感官和理化评分，感官和理化评分各占50%，每个处理做平行实验3次，计算发酵啤酒质量评分平均值，下同。

1.4.2 麦芽汁pH值处理

用NaOH或乳酸调节煮沸后进入回旋沉淀槽的麦汁pH值，设置4.0～6.0不同的pH值，按100 g活性干酵母的接种量进行发酵管理，计算发酵啤酒质量评分的平均值。

1.4.3 主发酵温度处理

按照1.2.7的发酵方法，100 g活性干酵母，pH5.2，设置不同主发酵温度5～15℃，发酵结束后计算发酵啤酒质量的评分平均值。

1.4.4 洋槐蜜的添加量处理

按照1.2.7的发酵方法，100 g活性干酵母，pH5.2，9℃主发酵，分别添加15%洋槐蜜溶液5～20 L，定容至200 L发酵罐，发酵结束后计算发酵啤酒的评分平均值。

1.5 洋槐蜜啤酒的发酵工艺的优化设计

通过单因素实验研究，选择对啤酒的质量评分有显著影响的3个因素主发酵温度、麦芽汁pH值、洋槐蜜的添加量进行响应面实验设计，单因素实验可得主发酵温度、麦芽汁pH值、洋槐蜜的添加量3因素的最佳发酵条件，以最佳发酵条件为中心点，设计3因素3个水平，根据响应面实验设计软件（Design Expert）对设计的实验数据进行多元回归分析，优化洋槐蜜保健黑啤酒的发酵条件。

2 结果与分析

2.1 啤酒活性干酵母接种量对啤酒质量的影响

啤酒活性干酵母接种量的多少与啤酒发酵周期长短有关。接种量多，可促进酵母发酵，缩短发酵周期。接种量不足，会改变酵母生长规律，延长发酵周期，同时可导致染菌和发酵异常等情况（图1）。

图1 酵母接种量对啤酒质量的影响

图1显示在200 L发酵罐中添加不同的酵母接种量（50～150 g）对啤酒质量的综合评价影响，结果表明，在接种量50～100 g范围内，啤酒质量评分随着酵母量的增加而增大，但增长趋势不太明显，当酵母接种量达150 g时，啤酒质量评分低于接种量为100 g时的评分，初步确定啤酒发酵适宜酵母添加量为100 g。

2.2 麦汁pH值对啤酒质量的影响

麦汁pH值在4～6范围内对啤酒质量的影响见图2，从图2可以看出，当发酵初始麦汁pH值为5.2时，啤酒质量评分达到最大值，为90。当pH值高于或低于5.2时，啤酒质量评分有下降趋势，说明啤酒酵母适宜生长pH值在5.2左右。

2.3 主发酵温度对啤酒质量的影响

本实验研究酵母是采用购置的活性干酵母，适宜低温发酵，实验在不同发酵温度下（5～15℃）进行发酵测定啤酒质量评分，结果见图3。从3图可看出，当发酵温度从5℃开始每隔2℃依次升到9℃时，啤酒质量评分随着温度升高而增加，在9℃时评分最高为90，当发酵温度超过9℃时，评分有下降趋势，当发酵温度为15℃时，啤酒质量最低为84，固初步选定适宜的发酵温度为9℃。

图2 麦汁pH值对啤酒质量的影响

图3 主发酵温度对啤酒质量的影响

2.4 洋槐蜜（15%）的添加量对啤酒质量的影响

实验研究在不同洋槐蜜的添加量（5～20 L）条件下，酵母发酵对啤酒质量的影响（图4），从图4发现，15%洋槐蜜溶液添加量为14 L时啤酒质量评分最高，为91，后有下降趋势，初步确定洋槐蜜的适宜添加量为14 L。

图4 洋槐蜜的添加量对啤酒质量的影响

2.5 洋槐蜜啤酒的发酵工艺响应面法分析

影响洋槐蜜黑啤酒发酵质量的因素较多，单因素实验没有完全考虑到影响啤酒发酵的其他因素。根据多年的国内外啤酒企业的发酵情况和很多文献研究显示，本研究的单因素实验对啤酒发酵影响因素比较大，将单因素实验结果结合Design Expert中Box-Benhnken的中心组合设计原理，以A、B和C代表15%洋槐蜜的添加量、麦汁pH值和主发酵温度3个因素，每个因素设计3水平分别以-1、0、1进行编码，具体实验设计见表3。中心组合设计方案及实验结果见表4。

表3 3因素3水平编码设计

表4 Box-Behnken设计方案与质量评价结果

对表4中的质量评价响应值进行统计分析，确立如下回归方程：

对回归方程方差分析的结果见表5。由表5可知，p＜0.0001，说明模型较显著（p＜0.0001），模型决定系数R2=0.9953，说明该模型拟合程度较好；失拟项中p＞0.05，影响不显著，表明模型与实验值能够较好的拟合；一次项(A)15%洋槐蜜添加量对啤酒质量评价影响大；各因素的二次项对啤酒质量影响较显著，在所取的各因素水平范围内，按照对啤酒质量结果影响排序为：15%洋槐蜜添加量影响最大，主发酵温度次之，麦芽汁pH值影响最小。

为研究各因素间交互作用对啤酒质量的影响，通过Design Expert软件对回归方程的分析获得各因素间的响应面图（图5、图6、图7）。由图5可以看出，15%洋槐蜜添加量和麦汁pH值交互作用对啤酒质量影响较显著，与表5回归方程方差分析结果相符合。

图5 15%洋槐蜜添加量和pH值交互影响啤酒质量评分的响应面

图6表明，啤酒发酵温度和pH值对啤酒质量的影响，可以看出啤酒发酵温度曲面变化幅度大于pH值曲面变化幅度，说明啤酒发酵温度对啤酒质量的影响较pH值大，响应面的最高点对应着等高线中的最小椭圆的中心点。

图7表明，15%洋槐蜜添加量和发酵温度交互作用对啤酒质量的影响，可以看出发酵温度曲面变化幅度和15%洋槐蜜添加量曲面变化幅度相互影响不大，曲面相对扁平，因此发酵温度和15%洋槐蜜添加量对啤酒质量的交互影响不显著。

2.6 最佳培养条件的预测和实验验证

根据Design Expert建立的数学模型的优化分析，得出洋槐蜜保健黑啤酒的发酵优化条件为15%洋槐蜜添加量为14.68 L、麦芽汁的pH5.3、主发酵温度为9℃，在此条件下，啤酒质量评分预测为93.70。为此，根据上述优化发酵条件对洋槐蜜保健黑啤酒进行验证实验，按照Design Expert建立的数学模型优化条件做平行6次实验测得啤酒质量评分实际平均值为93.80，与模型预测相差0.12%。检验结果见表6。

表5 回归方程方差分析

表6 洋槐蜜保健黑啤酒感官和的部分理化质量评分

图6 发酵温度和pH值交互影响啤酒质量的响应面

图7 15%洋槐蜜添加量和发酵温度交互影响啤酒质量的响应面

通过优化设计酿造的洋槐蜜保健黑啤酒在感官和部分理化指标上质量评分最终为93.80，与预测结果接近。

此外，优化的洋槐蜜保健黑啤酒的酒精度、发酵度、苦味值、总酸、和可溶性糖都达到国标GB 4927—2008优级啤酒的要求，微生物检验结果：细菌总数平均为20 cfu/m L；未检出大肠菌群和致病菌，符合GB 2758中的卫生标准。

3 结论

本研究以洋槐蜜保健黑啤酒质量评分为量化指标，单因素实验初步确定洋槐蜜保健黑啤酒15%洋槐蜜添加量、pH值、发酵温度、pH值和酵母接种量4因素的适宜条件，采用响应面法对设计的实验数据进行回归分析和优化，利用15%洋槐蜜添加量、pH值和发酵温度3个影响较大的因素和啤酒质量评价之间关系建立多元二次回归模型。通过回归方程的优化确定洋槐蜜保健黑啤酒优化发酵条件为在接种量为100 g的基础上，15%洋槐蜜添加量为14.68 L、pH5.3、发酵温度为9℃。按照此优化条件实测啤酒质量评分为93.80，与理论值相差0.12%。可见响应面法能很好的预测洋槐蜜保健黑啤酒发酵条件。

[1]刘燕兰.酵母的添加方式对啤酒发酵的影响[J].技术交流,2009 (3)：37-39.

[2]刘慧,张文.利用小黑麦生产啤酒的发酵工艺[J].中国酿造, 2000(3)：28-30.

[3]全国食品工业标准化技术委员会.啤酒分析方法：GB/T 4928—2008[S].北京：中国标准出版社,2009.

[4]唐春江,邓放明,王乔隆,等.大豆低聚糖的研究进展[J].粮食加工,2008(2)：33-37.

[5]李勇.营养与食品卫生学实习指导[M].北京：人民卫生出版社, 2007.

[6]赵保路.氧自由基和天然抗氧化剂[M].北京：科学出版社, 1999：77-96.

[7]韩龙.指标赋权法在啤酒品评中的应用[J].啤酒科技,2008(7)：15-17.

Production of Black Beer with Black Locust Honey

LIU Liancheng
(College of Health,Jiangsu Food and Pharmaceutical Science College,Huai'an,Jiangsu 223003,China)

In the experiments,black locust honey was added in the brewing process of black beer to change the wort composition.The optimum technical conditions were obtained by single factor test and orthogonal test as follow s:the adding level of 15%black locust honey was 14.68 L,wort pH value was 5.3,and fermentation temperature was at 9.05℃.Under the optimized conditions,the quality score of the produced beer was 93.80,and its sensory indexes and physiochemical indexes met the requirements of national standard GB 4927—2008.In addition,the content of amino acids,vitamins,total phenolic acids in the produced beer was higher than before.

black locust honey;black beer;fermentation;optimization

TS262.5；TS261.4

A

1001-9286（2017）01-0076-05

10.13746/j.njkj.2016288

2016-09-22

刘连成（1973-），男，讲师，硕士，主要从事生物发酵的教学和研究，发表科研论文多篇。

优先数字出版时间：2016-11-25；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161125.1402.007.html。