牛蒡柠檬啤酒的酿造工艺研究

苗译文,李 泽,李敬爱

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 生物工程学院 生物基材料与绿色造纸国家重点实验室,山东 济南 250353；2.山东工匠生物科技有限公司,山东 济南 250000；3.济南市商务促进中心,山东 济南 250021

牛蒡,又名大力子,属于桔梗目菊科牛蒡属二年生草本植物,原产于中国,以野生为主,后传入日本,加以改良,因其具有极高的营养价值,故有“东洋参”之誉[1]。牛蒡含有丰富的氨基酸、菊糖、黄酮类化合物等,具有抗菌、抗氧化、抗衰老、降血糖等药理作用[2]。牛蒡在民间作为保健食品食用已久,已于2002年被国家卫生部列入保健食品名单[2]。以牛蒡为原料发酵成啤酒,可以充分保留牛蒡的营养成分,增加啤酒保健功能,满足当下消费者对营养保健的需求。

柠檬,属于双子叶植物纲芸香科柑橘属常绿小乔木,是营养价值极高且非常受欢迎的水果,被誉为“世界上具有药用价值的水果之一”,种植广泛。研究表明,柠檬富含酚酸、类黄酮等活性成分,具有抗癌、抗氧化、抑菌和预防其他慢性疾病等作用[3]。牛蒡虽具有极佳的保健功能,但对啤酒的风味有较大影响[4],而利用柠檬独特的香气能够很好地掩盖牛蒡特有的、不愉快的气味,使啤酒口感、香气更加协调。

本研究在传统啤酒工艺的基础上,加入预处理的牛蒡、柠檬发酵；并通过单因素试验及正交试验,控制酵母接种量、牛蒡超微粉/柠檬添加比例、酒花添加量等关键工艺参数,优化酿造工艺,以得到风味协调、清新爽口,具有保健功效的牛蒡柠檬啤酒,为推动功能型啤酒产品市场的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牛蒡,临沂苍山县；黄柠檬,银座超市；麦芽、酒花,济南市双麦啤酒物资有限公司；酿酒酵母SC203,齐鲁工业大学现代酿酒装置与技术研究所；果胶酶,南宁庞博生物工程有限公司。

1.2 仪器与设备

水果切片机STMS-S20,广东圣托智能设备有限公司；热风循环烘箱,万隆机械制造有限公司；流水式粉碎机YF10,瑞安市永历制药机械有限公司；啤酒生产、发酵线,山东申东设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

牛蒡→清洗→沥干水分→切片→干燥→打粉

↓

麦芽→回潮→粉碎→糖化→麦汁过滤→麦汁煮沸→发酵→降温排渣→成品

↑ ↑

酒花 切片←杀菌←清洗←柠檬

1.3.2 牛蒡预处理

挑选新鲜、无腐败的苍山牛蒡,去除根须、杂质,将表面泥土清洗干净,控干水分后,用水果切片机切成1.0～0.5 cm的薄片；切成的薄片应立即放入1%维生素C溶液中进行护色,以防牛蒡氧化变色[5]；护色15～20 min,放入烘干箱中,60～65℃温度下烘干至湿度不超过12%,通过超微粉碎机粉碎至300目以上,即为牛蒡超微粉,备用[6]。

1.3.3 酿造过程

麦芽粉碎:大麦芽与小麦芽按质量4∶1配料,加适量水回潮5～10 min后,用麦芽粉碎机进行粉碎,要求麦芽“破而不碎”[7]。

麦芽糖化:按麦芽与水1 g∶6 mL的比例,将水加入糖化锅中,升温至37 ℃时加入粉碎好的麦芽,搅拌均匀,通过浸出糖化法进行糖化。

麦汁煮沸、旋沉:糖化结束后,过滤,麦汁导入煮沸锅中煮沸,加入酒花,煮沸总时长为50 min,煮沸第40 min时加入牛蒡超微粉。通过调整煮沸的强度,将原麦汁浓度控制在11～12 °P。煮沸结束后,导入旋沉槽内静置30 min,排出麦汁中的热凝固物。

发酵液制备:柠檬提前清洗干净、紫外灯灭菌30 min,切成0.5～1.0 cm薄片、去核,加入0.2%果胶酶,放入发酵罐中；旋沉后的麦汁,通过板式换热器降温,导入发酵罐中,接种酿酒酵母SC203,设置发酵温度(20±0.5)℃,发酵周期10 d；发酵期间,每天检测麦芽汁残糖量,残糖量在5.5%～6.5%时封罐,封罐后调控发酵罐的压力在0.12～0.15 MPa。

降温、排渣:主发酵结束后,将发酵液降温至5 ℃,维持24 h后,降温至1 ℃,维持48 h后排渣1次,每隔48 h排渣1次,共排渣2～4次,至酒液清澈,无明显酵母悬浮。发酵罐温度维持在0～2 ℃存储即得到牛蒡柠檬鲜啤酒,可进行品鉴。

1.4 指标检测与感官评价

1.4.1 指标检测

酒精度、总酸、原麦汁浓度:按照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》[8]要求检测。残糖量:斐林试剂直接滴定法。理化指标、微生物指标需符合相关国家标准要求。

感官品评标准:品评小组由10位具有丰富啤酒品评经验的专业人员组成,从色泽、口感、香气三个方面对牛蒡柠檬啤酒进行品鉴,按照表1的评分标准[9]打分；无记名打分后取平均值作为最终感官得分。

表1 牛蒡柠檬啤酒感官评分标准

1.5 单因素试验设计

在试验过程中发现酵母接种量、牛蒡超微粉/柠檬添加比例、酒花添加量是影响牛蒡柠檬鲜啤酒风味的主要因素。采用控制单一变量法试验,酵母接种量分别为0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%；牛蒡超微粉、柠檬片添加比例(g∶g)分别为1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9；酒花添加量分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%。以上各组试验酿造的成品酒均需由品评小组成员进行感官品评、打分,并检测相关指标。

1.5.1 正交试验设计

在对单因素试验结果分析的基础上,再进行正交试验设计,选取酵母接种量(A),牛蒡超微粉、柠檬片添加比例(B),酒花添加量(C)三个因素,以感官品评为判断指标,通过3因素3水平正交试验优化牛蒡柠檬啤酒的酿造工艺。正交试验因素水平设计表见表2。

表2 正交试验因素水平设计表

2 结果与分析

2.1 酵母接种量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

按工艺流程制备发酵液,酿酒酵母接种量分别为0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%；发酵温度为20 ℃,发酵周期10 d；分析酿酒酵母接种量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响,结果如表3。

表3 酵母接种量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

由表3可知,随着酵母接种量的逐渐增加,牛蒡柠檬啤酒的酒精度也呈递增趋势,残糖量则相应减少。当酵母接种量低于0.04%时,啤酒发酵速度缓慢,发酵不完全,啤酒中酒精度很低、残糖量非常高,导致牛蒡柠檬啤酒口感寡淡、甜腻,不清爽；由感官评分可以看出,酵母接种量并非越多越好,达到0.07%以上时,会导致啤酒发酵过度,酒精含量高、残糖少,另外酵母繁殖过度还会造成酒液过度浑浊,同样会严重影响啤酒口感,辛辣过度,糖酸比失调[10]。因此,酵母接种量为0.06%时,发酵最为理想。

2.2 牛蒡超微粉/柠檬添加比例对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

通过牛蒡超微粉/柠檬添加比例这一单一变量,研究其对牛蒡柠檬啤酒品质的影响,结果如表4所示。

表4 牛蒡超微粉/柠檬添加比例对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

新鲜牛蒡经过干燥、粉碎制成超微细粉,其有效成分极易释出,可以极大地提高牛蒡的利用率[11]；牛蒡具有浓郁的、不愉快的特殊气味,如果单一发酵,即使添加量很少,也会严重影响啤酒的风味。柠檬的香气浓郁,为大众喜爱,与牛蒡按适当比例结合共同发酵,可以很好地掩盖牛蒡不愉悦的气味,酒香协调；很好地解决了因牛蒡浓郁的气味而减少其添加量、保健功效减倍的问题。

由表4可以看出,牛蒡超微粉与柠檬的添加比例(g∶g)为1∶7时,牛蒡柠檬啤酒口感最佳,香气和谐,酸甜适宜,清爽可口。柠檬虽香气宜人,但比例也不宜过高,比例过高会造成啤酒酸度过高、口感苦涩。

2.3 酒花添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

啤酒花作为啤酒的灵魂,对啤酒风味影响很大,既是啤酒的增香物质和苦味来源,又能起到防腐的作用[12]；在牛蒡柠檬啤酒酿造过程中,适当改善啤酒花的添加量,也可以中和牛蒡的气味,故而需要探究酒花的添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响。酒花添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响结果如表5所示。

表5 酒花添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

由表5可知,随着酒花添加量的增加,可以明显改善牛蒡柠檬啤酒的口感；但当酒花添加量超过0.08%时,苦味加重,口感不适,也掩盖了牛蒡柠檬的香气。因此,在牛蒡柠檬啤酒酿造工艺中酒花添加量为0.08%时,啤酒品质较好。

2.4 正交试验优化牛蒡柠檬啤酒酿造工艺

在对单因素试验结果分析的基础上,进行正交试验设计。以感官品评为判断指标,通过3因素3水平L9(33)正交试验优化牛蒡柠檬啤酒的酿造工艺,结果与分析如表6所示。

表6 正交试验优化酿造工艺结果与分析

表6(续)

由表6可知,影响牛蒡柠檬啤酒品质的主次因素是B>C>A,即牛蒡超微粉与柠檬添加比例是影响最大的因素,其次是酒花的添加量,而酵母添加量的影响相对前两者较小。根据k值的大小可知,最佳酿造工艺条件为A2B2C2,即酿酒酵母SC203接种量为0.06%、牛蒡超微粉与柠檬的添加比例为1∶7、酒花添加量为0.06%,酿造的牛蒡柠檬啤酒品质最优,酒体饱满,清爽杀口,酒体清亮,酒香突出,具有和谐的牛蒡柠檬香气。根据正交试验的结果,进行验证实验,酿造出的牛蒡柠檬啤酒感官评分为96分。

2.5 结论

经单因素试验、正交试验设计以及验证试验,确定了牛蒡柠檬啤酒最佳酿造工艺,即酿酒酵母SC203接种量为0.06%、牛蒡超微粉与柠檬的添加比例为1∶7、酒花添加量为0.06%。牛蒡加工成超微粉,可保障其功效成分有效释出、降低损耗,与柠檬结合发酵酿造成牛蒡柠檬啤酒,为保健型功能啤酒消费市场的发展提供参考。