红色系麦芽的颜色判定

李东东，郑飞云，周虓岳，钮成拓，刘春凤，王金晶，李永仙，李崎

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

颜色是食品的一个重要外观属性，会在视觉感官上直接影响人们对其质量的感知[1]。啤酒的颜色在酿造过程中有所变化，产生颜色的物质主要来自于麦芽，经糖化后转移至麦汁中，进而存在于整个发酵过程中[2]。对啤酒颜色影响最大的物质是类黑素，它是一种棕褐色的高分子聚合反应产物[3]，是在麦芽焙焦及麦汁制备过程中生成的[4-5]。在生产工艺固定的情况下，主要通过调整麦芽色度来调整麦汁和啤酒的颜色[6]。红色是众多食品成熟或食用时的颜色，能够勾起人们的食欲[7]。红啤酒由于颜色、口感、风味的独特性，兼有丰富的营养物质，受到了消费者的青睐[8-9]。如何选择红色系麦芽促使酿造的红啤酒出现番茄红等较为明亮的红色，并在整个酿造过程中不发生剧烈的变化是亟待解决的问题。因此需要对红啤酒酿造过程中的颜色变化进行研究，明确红啤酒出现红色的阶段并借此选择合适的麦芽，这对红啤酒的酿制具有重要的意义。目前，啤酒行业多以色度来表示麦芽的颜色，而国内研究中又常以欧洲酿造协会(European Brewing Convention,EBC)来表示麦芽的色度，其常用的测定方法是分光光度法[10-12]。此外，国外研究人员已经使用国际照明委员会提出的CIE Lab颜色空间模型来描述啤酒或麦汁的颜色，该模型是通过测出液体的明亮度、红绿程度和黄蓝程度形成三坐标空间、饱和度以及色调角来全面的衡量液体的颜色[13-14]。L*(0～100)代表亮度，其中0为黑色，100为白色；a*表示红色(+)与绿色(-)，b*表示黄色(+)与蓝色(-)[15-17]。由于目前国内尚未有人研究过麦芽的颜色与EBC之间的关系，因此本研究通过稀释麦汁的方法，借助现有的颜色表示方法将其进行有效整合，用于分析麦汁的颜色，并引入有效的红色强度将麦汁颜色与之匹配，确定合理的红色系麦芽范围。针对酿造红色啤酒时麦芽的选用没有统一的标准及各生产厂家的麦芽因原料、工艺等因素不同造成差异明显等发展现状，本研究对麦芽的颜色进行了有益探讨，以期达到指导红色啤酒生产的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

表1 麦芽样品、编号及来源Table 1 Malt sample,number and source

注：*，表示该麦芽为国外工厂生产的麦芽，且该麦芽能够搭配浅色基础麦芽酿成红色啤酒。

1.2 仪器与设备

DLEUW22050麦芽粉碎机，Buhler-Miag公司；BGT-8A协定糖化仪，BIOER公司；立式压力蒸汽灭菌器，上海实验仪器有限公司；UH5300日立双光束分光光度计，日立高新技术公司；生化培养箱BSP-250，上海博迅公司；阿贝折光仪，山东泰光电气有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 糖化麦汁制备

为准确地判断麦芽的颜色，浅色基础麦芽与特种麦芽均使用50 g单一麦芽进行糖化，采用Q/BT 1686—2008《啤酒麦芽》标准方法[18]制备麦汁。

1.3.2 糖化稀释麦汁的制备

糖化后的麦汁测定其色度后，加入不同比例的蒸馏水将其稀释为不同的色度梯度稀释麦汁[19]，色度梯度区间为30～130 EBC，色度间隔10 EBC。

1.3.3 发酵麦汁制备及啤酒酿造

将粉碎好的浅色麦芽和特种麦芽按照不同比例混合后加入48 ℃水中，原料与水的质量体积比为1∶4.5(g∶mL)；糖化工艺为：48 ℃ 30 min、63 ℃ 60 min、 72 ℃ 20 min、78 ℃ 10 min；过滤后将麦汁煮沸70 min，分3次添加酒花，刚煮沸时添加1/2，煮沸30 min时添加1/4，煮沸结束前10 min添加剩余的1/4，添加酒花的质量浓度为0.3 g/L；在过滤后的麦汁中加水来调整麦汁浓度，使定型麦汁的浓度为11°Bx。啤酒酵母接种量为1×107个/mL混合麦汁，11 ℃下发酵7 d后结束。

1.3.4 麦汁及啤酒颜色的测定

样液为各色度梯度的稀释糖化液和发酵液，使用蒸馏水作为参比，比色皿规格为10 mm，测定方法使用美国酿造化学家学会(The American Society of Brewing Chemists,ASBC)所提供的三色法计算器[20-21]，在380～780 nm的波长下进行扫描，扫描间隔5 nm，最后将得到的透过率数据导入计算器中转换为Lab颜色参数。每个样品重复分析3次。

1.3.5 颜色比对评定

实验之前，选定实验室感官评定小组中3个经过颜色训练、并有一定经验的研究人员作为感官评定员进行颜色的比对及感官描述。评定员使用RAL K7色卡在TILO标准光源对色灯箱中做颜色比对，比色容器为内径6 cm、高12 cm的均质玻璃杯。只有得到两位评定员相同的感官比对结果，才被认定为有效结果。

1.3.6 实验数据处理

各组实验均做3次重复，采用“均值±标准差”表示实验数据结果。

2 结果与分析

2.1 麦芽常规指标及颜色指标分析

市售麦芽选择了国内外不同工厂生产且在一定程度上能够代表该工厂生产特点的麦芽产品，分析不同品种麦芽的常规指标与颜色指标，结果如表2所示。

表2 不同种类麦芽的常规与颜色指标Table 2 General indicators and color indicators of different types of malt

特种麦芽色度为89～436 EBC，水分随着麦芽色度增加而降低，无水浸出率维持在68.6%～79.0%。随着色度增加，L*一直在下降，表明麦汁亮度在不断变暗；色度与亮度L*表现为明显的负相关。a*逐渐增加达到一定水平后下降，其中5号麦芽的a*数值最高，为38.187。b*同样表现为先增后降，但是却在3号麦芽中最高，为86.097。在全部麦芽中，b*均明显高于a*，说明麦芽中黄色所占的颜色比重远大于红色，这可能是因为黄色发色团优先于红色发色团形成，并且与黄色美拉德反应产物的反应温度低于红色美拉德反应产物有关[5,22]。

2.2 啤酒酿造过程中的颜色变化

由于酿造红啤酒的麦芽色度相较于浅色麦芽相差较大，直接使用深色麦芽进行酿制呈现的颜色较深而不易呈现红色，所以工厂中常添加浅色基础麦芽进行搭配酿制红啤酒。为了比较不同色度的麦芽在啤酒发酵后的颜色差异，分别选用了色度不同的2号、3号、4号、7号与8号麦芽进行不同配比制备麦汁后的发酵实验。评定员使用RAL K7色卡在TILO标准光源对色灯箱中进行颜色比对，肉眼能够认知并接受的红啤酒的红色应包括橘红、番茄红与红玄武土色，3种红色中又以番茄红颜色最佳，其他的红色系列(包括氧化红、紫红、葡萄酒红等)则由于颜色过暗降低了对红啤酒的可接受度。

麦芽糖化及发酵结束后的麦汁色度及呈色结果如表3所示。在红色上，麦芽之间表现出较大差异。2号麦芽在发酵色度为57～79 EBC时表现为番茄红与红玄武土色，3号麦芽表现该两种颜色是在50～74 EBC，4号麦芽在42～63 EBC时为橘红和红玄武土色，7号与8号麦芽则分别在52 EBC和42 EBC表现为番茄红。当麦芽配比一定时，麦汁在发酵前和发酵后的色度、颜色具有一定的对应关系，5种麦芽在一定配比上均表现出该现象。糖化后色度与发酵后色度之间的线性方程为Y=0.959 1X+3.108 2，R2为0.987 5，表现为很强的相关性。2号麦芽在添加比例为28%与41%时，糖化后与发酵后颜色未改变均为同种红色，另外2种比例下发酵后颜色略深但依然为红色；3号麦芽添加比例为18%与26%时，糖化后与发酵后颜色也未改变均为同种红色，其余比例发酵后颜色略深但还是红色。另外3种麦芽在各自添加比例下，大部分都表现出发酵后颜色比糖化后颜色略深的现象，且发酵前后均具有红色调。造成5种麦芽在搭配时出现糖化后的颜色略浅于发酵后的现象，可能是因为麦汁经煮沸后颜色加深，但是在发酵过程中酵母利用麦汁中的营养成分生成了酒精等物质并在酵母细胞和啤酒泡沫的表面吸附一部分颜色物质，使得啤酒色度降低，但是色度降低幅度很小或基本不变，颜色却因此变得纯正[6,23]。由于发酵存在一定的周期，在研究阶段将其做成糖化麦汁进行研究，能够帮助快速的预判发酵后的颜色。因此，对于麦芽制备麦汁酿造啤酒的色度及颜色变化可以通过糖化后的色度及颜色进行表征和分析。

据表3数据显示，3号、8号麦芽糖化后分别在23 EBC与27 EBC时表现为橙色，8号麦芽则在38 EBC时才出现红色；3号麦芽在98 EBC时表现为紫红，7号麦芽则在93 EBC时表现为葡萄酒红，8号麦芽在74 EBC时便表现为黑红。麦芽糖化后的颜色在搭配的色度区间内呈现的颜色具有何种规律，还需要进一步去明确。由实验结果可知，需要明确糖化麦汁在30～100 EBC的颜色变化情况。

表3 糖化麦汁及发酵啤酒的色度变化及呈色结果Table 3 Chromaticity change and color description of saccharified wort and brewed beer

2.3 麦芽的颜色色系分析

为全面的展现糖化麦汁在不同色度下的颜色变化情况，将糖化麦汁色度范围扩大至30～130 EBC。将单一麦芽进行糖化后，按照固定色度值加水稀释。当稀释麦汁色度小于30 EBC时，麦汁颜色多为黄色，大于130 EBC 时多为棕色或黑色(数据未展示)。麦汁的颜色随着色度增加，从黄、橙、红、棕到黑逐渐变化[19]。利用色卡对各稀释麦汁进行颜色比对，结果如表4所示。

表4 麦芽糖化麦汁在不同稀释色度下的呈色结果Table 4 Color description of saccharified wort under different chroma

2号麦芽在70～100 EBC表现为红色，3号和4号麦芽在60～130 EBC表现为红色，5号麦芽在40～120 EBC均在红色内，6号与7号麦芽则在50～110 EBC为红色；8号与9号麦芽则分别在50～60 EBC和40～50 EBC表现为红色，在70 EBC以上表现为棕色或褐色。8号与9号两种麦芽糖化麦汁的红色区间很窄，且颜色偏棕色；这可能是因为色度越高的麦芽，其焙烤温度越高，造成类黑素的含量增加，麦汁颜色便越暗[22]。色度在30～130 EBC的麦汁，按照颜色划分，初步将红色占比多的3号、4号、5号、6号和7号麦芽称为红色系麦芽；2号麦芽称为橙色系麦芽，8号与9号麦芽称为棕色系麦芽。因此，本研究将在30～130 EBC稀释麦汁中具有较大比例红色调且麦芽色度介于132～326 EBC之间的特种麦芽称之为红色系麦芽。

测定的CIE Lab颜色参数的结果如图1所示。5号和7号麦芽的亮度L*、a*与b*均高于其他麦芽，4号麦芽的亮度、红色(+)与黄色(+)均为最小，这可能与麦芽的原料或加工工艺不同有关[24]。不同麦芽的颜色参数具有明显差异，但各参数随着色度的变化趋势是相同的。L*随着稀释麦汁色度增加不断降低；a*则缓慢增加，而后趋于平稳，最高为32.745；b*逐渐增加达到峰值后降低，峰值为79.392。虽然a*与b*能够表示出麦汁内的主要颜色组成，但是其变化规律并不相同，很难有效的表达麦汁内颜色整体的变化情况。

为更好地使用CIE Lab颜色模型来确定麦芽的红色区间，需要进一步明确其他的颜色参数。在颜色中，a*数值为正时表示红色，b*数值为正时表示黄色，麦芽中红色和黄色的比例与麦芽色度存在一定的相关性；为了明确这种关系，本文引入了红色强度(即a*/b*)，用以表征红色与黄色之间的比例。红色强度随着麦汁的颜色变化呈现增加或下降的趋势，结果如表5所示。

A-亮度L*与稀释色度之间的关系；B-红绿色a*与稀释色度之间的关系；C-黄蓝色b*与稀释色度之间的关系图1 麦芽糖化麦汁在不同稀释色度下的Lab颜色参数Fig.1 Lab color parameters of saccharified wort under different chroma

表5 红色系麦芽糖化麦汁在不同稀释色度下的红色强度Table 5 Red intensity of red malt saccharified wort under different chroma

注：a表示该列数值标准偏差小于0.01。

随着色度增加，麦汁的颜色从橙色变成红色，进而变成棕色，红色强度也随之增加。因此红色强度可以有效的表达麦汁的颜色变化。由于橘红、番茄红与红玄武土色的红色较为鲜亮且接受度较高，将表4与表5中数据整合可知，红色系麦芽酿造红啤酒的红色强度范围应控制在0.209～0.331。在该范围内，红色强度数值越小，麦汁表现出的红色越清亮；当红色强度数值越大，麦汁表现出的红色越暗。

2.4 红色系麦芽范围的验证

分别选用3号、4号、5号和7号麦芽进行不同添加比例的发酵实验，以验证前文确定的红色系麦芽范围的准确性及有效性。实验结果如表6所示。

表6 麦芽糖化麦汁发酵后的红色强度及呈色结果Table 6 Red intensity and color description of various malt saccharified wort after fermentation

3号麦芽表现为番茄红与红玄武土色时红色强度分别为0.215和0.302，4号与5号麦芽则分别在0.263与0.257时表现为红玄武土色，7号麦芽则在红色强度为0.226时表现为番茄红。番茄红与红玄武土色是评定员认为最可接受的红色系，4种麦芽均在0.215～0.302表现为这两种颜色，而且该区间处在糖化麦汁时确定的0.209～0.331的红色强度。同时，4种麦芽在0.303～0.330表现为紫红与葡萄酒红，虽然颜色偏暗且接受度较低，却依然为红色。结果显示4种麦芽在0.215～0.330 均表现为红色，与利用糖化麦汁确定的范围0.209～0.331相差无几，因此，发酵结果证明了由糖化麦汁确定的颜色区间是有效的，并将红色强度范围修正为0.215～0.330。当红色强度数值偏向于0.215时，啤酒呈现的红色显得清亮；当红色强度数值偏向于0.330时，啤酒的颜色呈现暗红。为使酿造的红色啤酒出现番茄红等明亮的颜色，应尽量控制其混合麦汁的红色强度在0.215 ～0.302。

3 结论

本研究从不同麦芽配比发酵试验中发现发酵后啤酒的色度、颜色与糖化后麦汁的色度及颜色之间存在一定的对应关系，于是从对红啤酒的发酵研究转移到研究麦汁的颜色特征。通过对麦芽糖化麦汁的分析，发现部分麦芽在稀释色度内呈现鲜明的红色调，并将表现出该红色特征的麦芽定义为红色系麦芽。由于现有的颜色模型无法准确进行颜色特征的描述，所以引入了红色强度来描述麦汁的颜色变化，初步确定了红色系麦芽酿制红啤酒适宜的红色强度范围；最终通过麦芽发酵试验修正了红色强度的范围。受所能收集样品数量的限制，红色强度的范围会受到一定的局限，再加上国内对红色啤酒的颜色等相关研究极为缺乏，本文对此进行了一些探索研究。由于麦芽是颜色和风味的结合体，对红啤酒颜色与风味的综合研究将是以后研究的重点。