（发酵工程专业论文）提高啤酒泡沫性能产品的研究开发.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 近年来，随着许多新型啤酒如纯生啤酒、无醇啤酒等的日益流行，啤酒的泡 沫问题也日益突出泡沫不细腻、附着力差等，急需改善。由于工艺改进有一 定的局限性，因此主要措施是添加泡沫增强剂。而目前市面上销售的泡沫增强剂多 为化工产品，存在一定的安全隐患，添加泡沫增强剂对啤酒的稳定性造成了威胁， 因此急需研究一种纯天然的啤酒泡沫增强剂来解决啤酒泡沫与稳定性的问题。 本论文首先通过实验，分析比较了啤酒原液，啤酒泡沫及泡沫残液中蛋白质， 尤其是高分子蛋白质( m w 5 , 0 0 0 d a ) 的含量分布，结果显示泡沫稳定性与高分子蛋白 质具有比低分子蛋白质更高的相关性。从凝胶色谱分析可以看出，泡沫蛋白主要 为分子量1 0 0 0 0 d a ，4 0 0 0 0 d a 左右的高分子蛋白质，验证了分子量5 0 0 0 d a 以上的 高分子蛋白质与泡沫稳定性的密切相关性和高度重合性。 本文研究了大麦、小麦、大麦芽等原料的特性，并结合原料的优缺点进行原 料的组合搭配，确定使用大麦与大麦芽的组合或小麦与大麦芽的组合；对原料进 行粉碎、糖化、真空浓缩等工艺，生产出一种纯天然的、6 0 0 p 的、高浓、高生物 稳定性的啤酒泡沫增强剂。并通过试验，确定了特殊的糖化工艺参数。 对本产品的分析结果显示，其主要成分为糖蛋白，与啤酒泡沫主要的作用物 质相同。通过s d s 变性凝胶电泳图可以看出，产品蛋白质分子量主要在4 0 0 0 0d a 与1 5 0 0 0 d a 左右，而这两部分正是被普遍认为在啤酒泡沫中起作用的蛋白质。 进一步对产品的应用进行试验，产品使用量视具体啤酒质量情况来定。产品 对啤酒，尤其是本身泡沫质量差的啤酒，促泡效果明显。由于其主要原料也可作 为啤酒生产的主要原料，所以它的组成与麦汁组成相似，添加到啤酒后，不会破 坏啤酒的平衡体系，也不会影响啤酒的口味。通过试验确定，添加有啤酒泡沫增 强剂的啤酒稳定性极高。另外，它是天然绿色产品，符合食品卫生要求，使用方 便，便于计量，是极具开发价值的产品。 关健词：啤酒；起泡蛋白；啤酒泡沫增强剂；泡持性；稳定性 v a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，、 ，i mm a n yn e wk i n d so f b e e rb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yp o p u l a rs u c h a su n p a s t e u r i z e db e e r , a l c o h o l f r e eb e e ra n ds oo n , t h eb e e rf o a mp r o b l e m f o a mn o t e x q u i s i t e ，p o o rf o a ma d h e s i o ne t c ，i sa l s od a yb yd a yp r o m i n e n ti nu r g e n tn e e do f i m p r o v e m e n t b e c a u s et h e 1 i m i t a t i o no nt e c h n i c a l l yi m p r o v e m e n t ，t h eb e e rf o a m i n t e n s i f i e rb e c o m et h em a j o rc h o i c e a tp r e s e n t ，m o s to ff o a mi n t e n s i f i e ro nt h em a r k e t b e l o n g st oc h e m i c a l ，a n dt h e s ep r o d u c t sc o u l db r i n gs o m es a f e t yp r o b l e m sa n dc o u l d h a v ei m p a c to nt h eb e e rs t a b i l i t y s oan a t u r a lb e e rf o a mi n t e n s i f i e ri su r g e n t l yn e e d e dt o r e s o l v et h ep r o b l e mo fb e e rf o a ma n ds t a b i l i t y i nt h i s p a p e r ，f i r s t l yw ea n a l y z e da n dc o m p a r e dt h ec o n t e n t so ft o t a lp r o t e i n , e s p e c i a l l yt h eh i g h - m o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s ( m w 5 ，0 0 0 d a ) o fo r i g i n a lb e e f ，l i q u i d f r o mb e e rf o a ma n dt h er e s tl i q u i da f t e rf o a m i n gb ye x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n t 1 1 1 e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh i g h - m o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n sh a dh i g h e rl i n e a rr e l a t i v i t yt o b e e rf o a ms t a b i l i t yt h a nt h el o w - m o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s i nt h eg e lc h r o m a t o g r a p h i c s t u d y , m o s to ft h ef o a m i n gp r o t e i n sa p p e a r e dt ob em w 10 0 0 0 d ao r4 0 0 0 0 d 如v e r i f y i n g t h a tt h ec l o s er e l a t i o n s h i pa n dh i g hc o h e r e n c eb e t w e e nh i g h - m o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s ( m w 5 ，0 0 0 d a ) a n db e e rf o a mp e r f o r m a n c e i nt h i ss t u d y , t h ep r o p e r t i e so fb a r l e y ，w h e a ta n dm a l tw e r ee x a m i n e d ，a n dp r o p e r c o m b i n a t i o n sw e r ec o n d u c t e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fm a t e r i a l s b y 啪o ft h e c o m b i n a t i o no fm a l tw i t hb a r l e yo rm a l t 谢t l lw h e a t , s m a s h ，s a c c h a r i f i c a t i o na n d v a c u u mc o n c e n t r a t i o n ，an a t u r a l ，6 0 0 p ，h i g h - c o n c e n t r a t i o n , h i 。g hb i o l o g i c a ls t a b i l i t yb e e r f o a mi n t e n s i f i e rw a sp r o d u c e d ，a n dt h es p e c i f i cs a c c h a r i f i c a t i o nt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r w a sd e t e r m i n e d 1 1 1 ea n a l y s i so ft h i sp r o d u c ts h o w e dt h a ti t sm a i nc o m p o n e n tw a sg l y c o p r o t e i n , a s $ a n l ea st h eb e e rf o a m i tw a sa l s os h o w nt h a tt h em o l e c u l a rw e i g h to fp r o d u c tp r o t e i n w a sa r o u n d4 0 0 0 0 d ao r15 0 0 0 d ai nt h es d sg e lc h r o m a t o g r a p h y ，a n dt h e s et w op a r t s a r eg e n e r a l l yc o n s i d e r e dt ob ee f f e c t i v ep r o t e i n si n t h eb e e rf o a m f u r t h e rp r o d u c tt e s t i n gf o ra p p l i c a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h ea m o u n to fu s ed e p e n d e d o nt h es p e c i a ld e t a i l so fb e e r 1 1 1 ep r o d u c tc o u l dp r o m o t ef r o t h i n e s se v i d e n t l yf o rb e e r e s p e c i a l l yf o rr o p yb e e ri nf o a m b e c a u s eo f i t sm a j o rm a t e r i a l sa l s oc a nb eu s e da st h e m a i nr a wm a t e r i a lf o rb e e rp r o d u c t i o n ，s oi t sc o m p o s i t i o ni ss i m i l a r 丽mt h a to ft h ew o r t a f t e ra d d i n gt h i sp r o d u c ti n t ob e e r , i tw i l ln o td i s r u p tt h eb a l a n c es y s t e ma n da f f e c tt h e t a s t eo ft h eb e e r t h ee x p e r i m e n tc o n f i r m e dt h a tt h eb e e ra d d e db yt h i sb e e rf o a m i n t e n s i f i e rh a dh i g hs t a b i l i t y i na d d i t i o n , i ti san a t t l r a lg r e e np r o d u c t ，i nl i n ew i t ht h e 山东轻工业学院硕士学位论文 f o o dh y g i e n er e q u i r e m e n t s ，e a s eo fu s e ，e a s eo fm e a s u r e m e n t , a n di ti so fg r e a tv a l u ef o r d e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：b e e r ；f o a m i n gp r o t e i n s ；b e e rf o a mi n t e n s i f i e r ；f o a mr e t e n t i o n ；s t a b i l i t y v i l 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：2 垂聪 导师签名： ! 訇之目 日期：k 臣年丘也e t 醐：年月上 山东轻工业学院硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 啤酒泡沫对啤酒质量的重要作用 我国最新的国家标准g b 4 9 2 7 2 0 0 1 规定：啤酒是以大麦芽( 包括特种麦芽) 为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精 度( 2 5 7 5 ) 的发酵酒【l j 。 从这一标准可以看到，泡沫是啤酒一项重要的质量指标。泡沫覆盖在啤酒的 表面，能够防止气体的逸出，还能吸附芳香成分与酒花风味物质，因此，有泡沫 的啤酒比泡沫少的啤酒更有风味和可口性。并且，细腻洁白的泡沫会给人以美的 享受，稳定、优雅的泡沫给消费者新鲜、提神的感觉，是消费者喜爱的一项重要 指标【2 引。国家标准g b 4 9 2 7 2 0 0 1 对啤酒泡沫的规定见表1 1 。 表1 1 国家标准啤酒( g b 4 9 2 7 2 0 0 1 ) 对泡沫的要求 仉出l e1 1s t a n d a r do f b e e r ( g b 4 9 2 7 - 2 0 0 1 ) t 0b e e rf 0 锄 泡持性对桶装( 鲜、生、熟) 啤酒无要求。 考察泡沫质量可从起泡性、泡持性、泡沫附着力这三个方面考虑。( 1 ) 起泡 性( f o a mf o r m a t i o n ) ，指啤酒在被倾倒到洁净的杯子时泡沫产生的趋势，酒液上部应 有1 俗l 2 容量的泡沫存在，其主要取决于c 0 2 的含量。( 2 ) 泡持性( f o a m r e t e n t i o n ) ，即泡沫稳定性，指啤酒泡沫自形成至崩溃所保持的时间。( 3 ) 泡沫附 着力( f o a ma d h e s i o n ) ，通称啤酒挂杯情况，是喝完啤酒后，泡沫滞留于杯壁的能力。 泡沫质量还包括啤酒泡沫的结构和外观，如泡沫颜色、细腻程度、气泡大小、整 齐度、粘性等1 4 1 。 从起泡的物理角度来考虑，影响啤酒泡沫的主要因素有：( 1 ) 表面张力，低 表面张力的物质有利于泡沫的形成，如蛋白质，酒花树脂等；( 2 ) 表面粘度，高 第1 章绪论 的表面粘度有利于啤酒泡沫的持久性和挂杯性能，如异a 酸，镍盐和钴盐；( 3 ) 啤酒粘度，高粘度的物质易于形成强度较大的界限薄膜，使形成泡沫的气泡不易 消失，有利于泡沫的持久性，如蛋白质与麦胶物质；( 4 ) 泡沫粘度，增加泡沫粘 度，容易形成细致的气泡，使泡沫如奶油般洁白细腻，泡持性强，如酒精和异1 1 一 酸 7 1 。 脂肪酸和高级醇对啤酒泡沫的形成不利，特别是不饱和脂肪酸，对泡沫挂杯 性能的影响尤其严重。因此要防止油类物质混入麦汁或酒中，原料的含油量过高， 麦汁过滤不清，特殊的酵母菌种，都有可能增加啤酒的脂肪酸含量而造成啤酒的 泡沫问题。高级醇，是啤酒发酵代谢的产物，也是严重的消泡剂，不过，啤酒中 高级醇的含量一般不会影响到它的泡沫性能【1 3 】。 1 2 啤酒泡沫的研究状况 1 2 1 啤酒泡沫的组成与影响因素 啤酒泡沫是由二氧化碳、啤酒起泡蛋白( 主要是糖蛋白) 、异蓰草酮( 即异q 酸) 等组成的复合体，泡沫的形成，首先是由于啤酒中含有足够的二氧化碳和蛋 白质等胶体物质，开瓶以后，因为啤酒所受到的压力骤然降低，所以二氧化碳会 大量逸出，在逸出过程中对啤酒形成了搅拌作用而产生出泡沫。影响啤酒泡沫性 能的物质主要有： ( 1 ) 多肽 多肽是麦芽发芽及糖化过程中蛋白质分解的产物，在麦汁氮区分中持a 、b 两区，能改善泡沫性能。可以说啤酒中的蛋白质均可视为多肽。3 5 糖，6 5 多肽 组成是最为理想的泡沫物质，俗称“糖蛋白”。多肽是以糖蛋白形式影响泡沫的，糖 蛋白中的多肽具有较强的表面活性，它可以增加局部粘度，而大分子糖又减缓了 泡沫落入酒液的速度，从而改善了泡沫的稳定性。同时，泡沫内部的排列多糖又 阻碍了泡沫膜中具有表面活性物质的再度溶解【5 1 。由此可见，糖蛋白中的糖分可以 保护多肽，防止其在糖化、煮沸过程中凝聚沉淀而析出。另外，泡沫的产生与糖 及与糖相连的表面活性物质有关，多肽疏水性与泡沫的形成及稳定性关系密切， 疏水性越强，生成的泡沫越稳定 6 1 。 ( 2 ) 异萑草酮( 即异a 酸) 麦汁煮沸时，酒花中a 酸异构化而生成异吨酸，它是构成啤酒泡沫的要素之 一。异a 酸中的羟基带有负电荷，通过离子键与多肽中赖氨酸的氨基( 带正电荷) 相结合，从而具有蛋白质的亲水性和异a 酸的疏水性。所以，往往苦味较重的啤 酒得到的泡沫满意度较高【丌。啤酒中a 酸、异a 酸、希鲁酮均能促进泡沫的生成， a 酸、异a 酸，要优于希鲁酮及p - 酸，而且啤酒的挂杯性能还取决于这些物质的 疏水性能。 ( 3 ) 酒精 2 山东轻工业学院硕士学位论文 酒精是酵母发酵的重要代谢产物，也是啤酒风味的重要组成成分。酒精与多 肽作用，可以降低啤酒表面张力，降低二氧化碳在啤酒中的溶解度。对啤酒泡沫 有利的酒精值为1 8 【8 l ，过高或过低对泡沫都不利，如无醇啤酒生成的泡沫就 少，低醇啤酒生成的泡沫也差。麦汁煮沸添加酒花能生成泡沫但不挂杯，只有酵 母发酵生成酒精后，泡沫才会呈现出挂杯性能，这就是因为酒精增进了泡沫粘度1 8 l 。 1 2 2 泡沫蛋白的分类与性质 啤酒泡沫的组分来源于大麦的蛋白质，但并不是所有的大麦蛋白质对泡沫都 有利，只有一部分被称为起泡蛋白的特定蛋白质，有利于啤酒泡沫的形成，其区 间分子量范围在1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 d a 之间，主要在1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 d a 之间，其中蛋 白质占6 5 ，糖占3 5 ，因此也被称为糖蛋白【9 】。 起泡蛋白，根据分子量可以分为高分子( m w3 5 ，0 0 0 - - 一5 0 ，0 0 0 d a ) 蛋白质和低 分子( m w5 , 0 0 0 - , 1 5 ，0 0 0 d a ) 蛋白质两个组分，此外还发现极少量m w 5 0 ，0 0 0 d a 的蛋白质【1o 1 。高分子和低分子蛋白组分主要来源于麦爿1 2 】；也有研究发现啤酒 中存在少量分子量很大的蛋白质( m w 约2 0 0 ，0 0 0 d a ) ，它们可能来源于酵母 1 1 , 1 3 】。高分子蛋白质主要包括z 4 蛋白，低分子蛋白质主要包括脂类转移蛋白1 ( l t p l ) 、大麦醇溶蛋白和谷蛋白的混合组分【1 4 j 等。 起泡蛋白中，分子量4 0 0 0 0 d a 的蛋白质被称为蛋白质z ，是最重要的一种泡 沫活性蛋白质，也是啤酒中最主要的蛋白种类。蛋白质z 是最早发现的与啤酒泡 沫稳定性相关联的一种具体的蛋白质【1 5 1 。它属于高分子蛋白质，占不可透析蛋白 的1 0 - 2 5 ，并有约三分之一与糖基结合，怀疑是麦汁煮沸过程中美拉德反应所 生成的【1 6 】。研究表明，糖基化的蛋白质z 明显增强了啤酒的泡沫稳定性 在所有 的啤酒蛋白之中，分子量4 0 0 0 0 d a 的蛋白质具有最大的表面粘度和弹性特征【l7 1 。 蛋白质z 可以进一步分为蛋白质z 4 和z 7 两种异构体，它们由两个高度相关但 彼此独立的小基因族表达。在大麦和麦芽中，蛋白质z 4 占绝对优势，约占全部 蛋白质z 的8 0 【1 5 1 。故可以认为，绝大部分对蛋白质z 的研究，实际上主要是 对蛋白质z 4 的研究。 脂类转移蛋白l ( m 1 ) 是一种分子量约为9 7 0 0 d a ，能在啤酒泡沫中富集 蛋白质【1 4 , 1 5 】。在煮沸阶段，l t p l 发生不可逆变性，从而改变了其免疫反应能力， 同时增强了啤酒的泡沫活性【l 引。分离研究表明，l t p l 具有很强的起泡能力，但其 稳定性较差，但是当l t p l 与从啤酒中分离出的低分子大麦醇溶蛋白、谷蛋白或 者高分子蛋白组分结合后，产生的泡沫量以及稳定性与原始啤酒很接近【”】。通过 相关的小试和中试，有人发现l t p l 与r u d i n 泡持值之间不存在相关性，是因为 r u d i n 法测定的是泡沫稳定性，而l t p l 的主要特点则是它较强的起泡性能f 1 8 , 1 9 。 这些矛盾进一步说明了现行的泡沫分析法都非绝对可靠和有效。 1 2 3 泡沫稳定性的测定方法 第1 章绪论 ( 1 ) 秒表法( g b4 9 2 8 9 1 ) 国际上标准的测定泡沫稳定性的方法为秒表法，其原理为：使用同一构造的 器具，在同一温度、固定条件下，测定啤酒泡沫的消失速度。操作如下： 将无色透明玻璃杯( 玻璃杯须预先彻底清洗，严防灰尘污染，干燥后使用。 试验前，置于试验房间内放置l o m i n ) 置于铁架台底座上，固定铁环于距杯3 c m 处。 将原瓶啤酒置于1 5 。c 水浴中保持至等温后启盖，立即置瓶( 罐) 口于铁环上， 沿杯中心线，以均匀流速将啤酒注入杯中，直至泡沫高度与杯口相齐时止。 同时按秒表计时，记录从泡沫初始至消失( 或露出0 0 5 c m 2 酒面) 的时间，以 秒表示。观察泡沫挂杯情况，记录泡沫的形态( 包括色泽和粗细) 。所使用的标准杯： 内高1 2 0 m m ，内径6 0 m m ，壁厚2 m m ，无色透明。 ( 2 ) s i g m a 法 在美国，测定泡沫稳定性最常用的方法为s i g m a 法 2 0 , 2 1 1 。实验时将啤酒倾倒入 特制的漏斗中产生泡沫，然后比较3 - , 4 m i n 内已从啤酒泡沫中渗出的酒液量及剩 余泡沫所代表的啤酒量。根据公式1 1 ，求出s i g m a 值。 s i g m a 。南 式( 1 1 ) l 刀2 c 式中：卜泡沫向酒液转化的总时间； b _ _ t 时间内转化的酒液体积： c - _ t 时间后剩余泡沫可转化为酒液的体积。 由此看出，s i g m a 值的大小取决于泡沫塌陷转变成酒液的速度，泡沫形成酒液 的速度越慢，泡沫越稳定。 ( 3 ) r u d i n 改进法【2 1 】 该方法利用一根细长玻璃管，底部引入定量啤酒，并恒速缓慢通入c 0 2 ，尽可 能将啤酒全部转变成泡沫后，停止充气，于是泡沫开始塌陷，酒液在细管中上升。 泡沫的塌陷存在这样一个规律，即泡沫的体积( 可以转化成酒液的体积) 的对数与时 间成线性关系，为了得到较为精确的结果，取泡沫塌陷过程中的数组时间和体积 值，拟合一次线性方程，求出k 值。以酒液通过细管上两个标记之间的时间间隔( 公 式1 2 ) ，或者它的半衰期作为泡持值( 公式1 3 ) 。 h r v = l n w _ - 百l n v 2 式( 1 2 ) 一二托 式中：v l 和v 广分别表示两标记处的泡沫的液体相当体积。 舰矿= 罢 式( 1 3 ) z 厅 式中：v _ 泡沫相当于液体的总体积，即通气前液体的总体积。 4 山东轻工业学院硕士学位论文 ( 4 ) 仪器法( c b4 9 2 8 - - 9 1 ) 仪器法是采用泡沫稳定性测定仪测定泡持性，它利用泡沫的导电性，使用长 短不同的探针，自动跟踪记录泡沫衰减需要的时间。该方法客观准确，平行性好， 但仪器昂贵。操作如下： 将样品置于2 0 a ：5 水浴中平衡约3 0 m i n ，直至等同水温。 按使用说明书将仪器调试至工作状态，开启试样瓶盖置于发泡器上，按下 装瓶键密封装瓶。将标准杯定位，使出酒管对准标准杯中心部位，并保持一定高 度，按下发泡键发泡，当发泡至7 s 时，仪器自动停止i 发泡即己完成。 迅速将盛满泡沫的标准杯置于啤酒泡沫测量仪的探针下，按下测量键进行 测量，数值自动显示，记录下来。两次测量值之差不得超过士7 。对于一般啤酒， 泡沫衰减至1 0 m m 时开始计时，并在电极每下落1 0 m m 时记录泡沫衰减时间，以泡 沫下落3 0 m m 所需的时间作为啤酒的泡持性。 所使用的标准杯：内高1 2 0 m m ，内径6 0 m m ，壁厚2 m m ，无色透明。 1 3 新型啤酒的泡沫问题 随着市场竞争的日益激烈；许多适应不同消费者群体需求的新型啤酒，如淡 爽型啤酒、纯生啤酒、无醇啤酒、果汁啤酒等，得到了极大的发展。欧洲流行低 醇、无醇啤酒；美国流行淡味啤酒( l i g h tb e e r ) ，美国销量最大的六个品牌中有四 个是淡啤酒；日本流行纯生啤酒，其产量已超过总产量的8 5 。而且啤酒有向饮 料化发展的趋势，啤酒中混有果汁和汽水再灌装，酒精含量0 5 - - - 3 ，甜度较低， 酸度较高 2 2 , 2 3 。 在我国，随着人们消费水平的提高，对啤酒的要求也越来越高，不再仅仅满一 足于单一的啤酒品种，市场对啤酒的消费出现了精品化、个性化、品牌化的多元 化发展趋势。再加上啤酒企业竞争的加剧，很多企业都推出新型啤酒来争取消费 者，扩大产品销售市场，提高企业竞争力。这些都促进了新型啤酒的生产与发展。 从我国啤酒市场上的啤酒种类来看，啤酒品种大致可分为以下几种类型：1 0 - - - 1 2 0 p 的淡色啤酒；7 , - - , 8 0 p 的淡味啤酒；风味啤酒( 姜汁啤酒、螺旋藻啤酒、菊花啤酒 等) ；特色啤酒( 干啤、冰啤、小麦啤酒等) ；低酒精度啤酒( 果汁啤酒、低醇、 无醇啤酒等) 。 这些新型啤酒极大地丰富了啤酒的市场，但由于这些新型啤酒自身的生产特 点，往往会影响到啤酒泡沫的质量。 另外，为降低成本、改善风味，一些啤酒特殊工艺酿造技术逐渐普及，如高 浓酿造法1 2 4 、高辅料酿造法【2 5 2 6 1 等；这些新的酿造方法，大多降低了啤酒的生产 成本，同时又给啤酒的泡沫质量带来了极大的挑战。 ( 1 ) 淡爽啤酒 淡爽啤酒，也被称之为干啤酒，其含糖量低，具有色泽淡、苦味轻、口味爽、 5 第1 章绪论 后味净的特点，近年来很受消费者的欢迎。 大多数淡爽啤酒的麦汁浓度为8 - - 1 0 。p ，少数为1 1 - 1 2 。p 或6 - - - 7 0 p ，其原麦 汁浓度较低，不利于啤酒泡沫的形成【2 7 1 。在淡爽啤酒的生产过程中，由于淀粉的 过分分解，残糖含量要比普通啤酒低得多，这就使得具有胶体保护作用的多糖( 糊 精) 含量相对缺少。另外，由于口味的需要，普通啤酒酒花添加量为o 1 ，而淡爽 型啤酒仅为0 0 8 - 0 0 9 ，这使啤酒中异a 酸的含量比普通啤酒中要低得多，而异 0 【酸又是影响啤酒泡沫的重要物质。淡爽型啤酒中乙醇含量比同浓度的普通啤酒要 高得多，而过多的乙醇对泡沫有一定的负影响。在发酵过程中由于添加了含蛋白 酶活性的酶制剂，如n o v o 糖化酶( a m g2 0 0 l ) 等，这使泡沫蛋白大为减少 2 3 2 7 1 。 ( 2 ) 低醇啤酒与无醇啤酒 无醇啤酒是近年逐渐发展起来的一种新型饮料。许多企业标准中，对无醇啤 酒的酒精度作了0 4 加6 ( v v ) 不同范围的规定。在世界上各个国家地区对无 醇啤酒的酒精含量要求也不尽相同，如德国为1 o ( v v ) 以下，西亚的阿拉伯地 区为0 t 2 引。在我国，一般情况下，酒精含量控制在o 5 ( v v ) 以下，具有普通啤 酒的色泽、香味、泡沫的啤酒就可以称为无醇啤酒。 目前，世界上生产无醇啤酒的方法主要分为两大类：限制发酵法和脱醇法【1 6 1 ， 即一类是改变生产工艺，控制酒精的生成，例如采用特殊制造的麦芽、跳跃式糖 化法、麦汁中加糖浆法、加转苷酶法、改进发酵工艺等方式。男一类是采用正常 工艺生产出啤酒后，再利用蒸发、膜透析、反渗透等各种方法除去酒精。 降低可发酵糖的含量，或者加糖浆生产等，都会影响啤酒的起泡性，再加上 低醇或无醇啤酒中酒精含量较普通啤酒低，而一定量的酒精能促进泡沫的生成， 所以大多数的低醇或无醇啤酒都或多或少地存在泡沫质量差的问题【8 2 引。 ( 3 ) 纯生啤酒 纯生啤酒是指采用无菌酿造、无菌过滤、无菌包装和全面微生物监控的无菌 处理新技术生产出来的啤酒【3 0 1 。纯生啤酒不经过高温杀菌，而是通过膜过滤去除 其中的微生物。 但是不经过高温杀菌，就无法使啤酒中的蛋白酶a 失活，就无法减少甚至消 除蛋白酶a 对发泡蛋白的降解，就无法使啤酒泡沫在一定时期内保持质量稳定 【3 1 1 。酵母蛋白酶a 对啤酒泡沫稳定性的负面影响已被证实【3 0 。3 1 。酵母蛋白酶a 作 用的p h 范围为酸性( p h2 - 5 ) ，而啤酒的p h 正好处于这一范围之中；并且蛋白 酶a 在2 5 条件下p h5 - - - 6 时保温4 8h 后也很稳定【3 3 】，因此蛋白酶a 酸性作用条 件及对热比较稳定这一特性可能是造成纯生啤酒存放过程中泡沫衰减的一个主要 原因。 ( 4 ) 果汁啤酒与保健啤酒 果汁啤酒是指添加进果汁的啤酒，如柠檬汁，草莓汁，葡萄汁等，大都酒精 6 山东轻工业学院硕士学位论文 度低，更接近于麦芽汁饮料。保健啤酒是指在啤酒中添加有保健功能成分的啤酒， 如蜂王浆、姜汁、菊花、南瓜、枸杞、胶股蓝、螺旋藻、黄芪、芦荟、苦瓜等【3 4 1 。 由于这类啤酒的生产有许多是在啤酒发酵结束后加入特种原料汁，势必会稀 释啤酒，造成对啤酒泡沫的损伤。 ( 5 ) 高浓酿造法 高浓酿造法的全称是“高浓度酿造稀释法”。就是先生产高浓度的麦汁，经发酵 成啤酒后再加以适当稀释，使啤酒达到预定标准的生产方法【2 5 1 。 这种酿造方法给起泡蛋白带来了一系列负面的影响。首先，麦汁浓度较高， 发酵时产生的泡沫量就会很多，就会损失比较多的起泡蛋白；其次，有实践证明， 麦汁在煮沸后的生产工艺中，其疏水性含氮物质逐渐下降，下降的程度与麦汁的 浓度成正比 3 5 1 此外，由于溶解度的关系，多酚和蛋白质含量在稀释前的高浓啤 酒与传统工艺啤酒中的差异并不大，因此稀释后的啤酒中蛋白质的含量会明显小 于传统工艺生产的啤酒【3 引。 ( 6 ) 高辅料酿造法 由于麦芽的价格较高，增加辅料用量或使用替代辅料，是现代啤酒酿造工艺发 展的趋势之一，如糖浆在啤酒酿造中的应用越来越多【3 刀。辅料或替代辅料中泡沫 蛋白的有无及多少，必然相应影响到最终成品啤酒的起泡蛋白含量，从而影响到 啤酒的泡沫质量【2 5 2 6 】。 1 4 当前解决泡沫问题的几种方法 根据上述对啤酒泡沫的不利因素，必须通过适当的手段进行弥补。目前解决 泡沫问题主要有以下三个途径：选择原料，改进工艺和进行产品的后修饰。但是， 泡沫不是啤酒的唯一标准，增加泡沫的同时还要考虑啤酒的其他要求，不能以牺 牲啤酒的口味及啤酒的特性为代价。 1 4 1 原料与制麦过程 ( 1 ) 麦芽的质量 啤酒的泡沫蛋白主要来自于麦芽，麦芽质量的好坏将直接影响到啤酒的泡沫 质量。优质的原大麦是基础，制麦工艺与生产中各工序的精心操作是关键。 大麦中蛋白质的含量 大麦中蛋白质的含量过低，将会使发酵过程中酵母的营养不足，啤酒的泡沫 性能差，同时麦汁中氨基氮含量少，直接影响到酵母的发酵和啤酒的口味；蛋 白质含量过高( 1 5 ) ，则虽能保证酵母充足的营养，泡沫的性能也好，但将会影 响啤酒的非生物稳定性，易发生蛋白质早期混浊沉淀，从而缩短啤酒的保质期。 因此，蛋白质的含量在9 - - - 1 2 ( 无水) 左右的大麦适合做啤酒【3 8 1 。 贮存后熟 在实际的生产中，刚生产出来的麦芽，必须要经过一个月左右的贮藏后熟， 7 第1 章绪论 使麦芽吸收空气中微量的水分，经过一段时间的生物变化，然后再用于生产，但 如果不经过贮存而直接用于生产，就会使麦汁过滤不清亮，使发酵的降糖速度降 低，从而影响到啤酒的稳定性 3 s , 4 0 1 。 麦芽的溶解度 要控制麦芽过分溶解，因为麦芽溶解过分，蛋白质就会大量分解形成低分子 肽，高、中分子肽相对减少，从而降低了蛋白质作为天然泡沫稳定剂的作用。生 产中通常将麦芽的蛋白质溶解度控制在4 0 左右。 麦芽的焙焦温度 麦芽的焙焦温度控制在8 0 - - - 8 5 c 并保持足够的时间，否则容易使麦汁混浊， 类脂物增加，使啤酒泡沫粗糙，泡持性差，口味淡薄m 。 麦芽干燥 麦芽的水分不低于5 ，干燥温度在8 0 - - - 9 0 c 时开始形成类黑素，最适干燥温 度为1 0 0 - - - 1 1 0 c ，最适p h 值为5 1 4 0 1 。适当延长麦芽干燥时间和提高麦芽干燥温度 有利于形成大量类黑素物质，从而增进了啤酒泡沫的性能。 ( 2 ) 辅料的应用 通常使用的辅料有小麦、大米、玉米等谷物，也有的工厂添加糖浆、淀粉做辅 料。因小麦富含糖蛋白，故以小麦作为辅助原料时能够提高啤酒的泡沫性能。若 用玉米作辅料时，必须使用脱胚玉米，因为玉米胚富含油脂，油脂破坏啤酒的泡 持性，减弱起泡能力，还会使啤酒产生异味，脱胚玉米的脂肪含量应降至1 5 以 下，最好不超过1 1 2 6 , 4 。一般要求大米精白度高，没有米糠，因米糠中含脂肪量 高，不利于啤酒泡沫的形成【4 2 1 。而使用糖浆或淀粉做辅料，就会降低氮含量，影 响到啤酒的泡沫性能f 3 7 】。 1 4 2 酿造工艺 ( 1 ) 酿造过程中泡沫的产生量 在生产过程中若形成的泡沫较多，损失的泡沫稳定物质就较多，则啤酒泡沫 的稳定性就较差。因此，发酵以后啤酒的运送一定要稳。同时避免发酵过程中产 生太高的泡沫，减少泡沫稳定物质的损失，增进啤酒泡沫的性能。 ( 2 ) 蛋白质休止温度 对溶解良好的麦芽，应采用5 2 5 3 的蛋白质休止温度，因其已有足够的可 溶性氮和a - 氨基氮，蛋白质休止时应防止麦芽中的中分子肽类过度分解为a 氨基 氮，从而影响到啤酒的泡沫。对溶解较差的麦芽，a 氨基氮过低，必须采用较低的 休止温度( 4 0 , - - 5 0 c ) 和较长的休止时间，目的是增加a 氨基氮，降低高分子氮的比 例【4 2 1 。 ( 3 ) 麦糟和麦汁p h 值 麦糟p h 值控制在5 6 左右 4 3 1 ，有利于形成肽类物质，同时得到更合适的麦汁 3 山东轻工业学院硕士学位论文 组份。麦汁煮沸时p h 控制在5 2 【4 3 1 ，促进了变性蛋白质的絮凝，得到的麦汁清亮 透明，有利于成品啤酒的泡沫。 ( 4 ) 麦汁煮沸 麦汁加酒花共同煮沸能增进啤酒泡持性和泡沫挂杯的性能。酒花经过煮沸，部 分洳酸转变成异a 酸，异a 酸不仅使啤酒具有良好的苦味和防腐能力，同时还能 增进泡沫的持久性。所以在添加酒花或酒花粉时，最好于煮沸初加入，分两到三 次添加时，最后一次至少在煮沸终了前3 0 m i n 加入，以增加a 酸的异构化程度。 在原始麦汁浓度相同的情况下，加同样量的酒花，如果过分延长煮沸时间，虽然 能增强泡沫挂杯性能，可以延长啤酒的保存期，但啤酒中的含氮物质会下降，同 时约有5 0 的酒花树脂被吸附而一同析出【4 3 删。由于这两类物质都属于低表面张 力的物质，有利于泡沫的形成和泡沫的持久性，因此过分延长煮沸时间，会使这 两类物质含量降低，影响啤酒泡沫的性能。因此在实际生产中，根据原始麦汁的 浓度，适当添加酒花用量，将煮沸时间控制在1 5 h 左右，煮沸强度控制在8 ，效 果最佳 4 3 , 4 4 。 ( 5 ) 热凝固物 热凝固物中含有较高的脂肪酸，不利于啤酒泡沫的形成。因此，生产中应充分 分离出热凝固物。 ( 6 ) 麦汁过滤 混浊麦汁中含有大量的脂肪酸及中性类脂，这些物质都对泡沫的形成不利，特 别会对泡沫的挂杯性、持久性造成极大的危害f 2 】，所以，无论采用何种过滤方式， 麦汁过滤都要求清亮透明，而麦糟洗涤则应适度。控制适量的洗糟水温和p h 值， 防止洗糟水呈碱性或温度过高，以免脂肪洗出进入麦汁中，不利于啤酒泡沫。 1 4 3 发酵工艺 ( 1 ) 酵母菌种 不同的菌种产生不同的蛋白分解酶【4 5 1 ，从而导致啤酒的泡沫不同。 ( 2 ) 发酵温度 啤酒发酵期间，由于大量c 0 2 从主发酵液中释放出来，将许多泡沫活性物质 带到表面继而发生氧化损失，因而发酵过程对啤酒泡沫性能的影响是至关重要的。 高温发酵，发酵速率快，产生大量的泡沫，同时c 0 2 剧烈地排出酒体，因而损失 泡沫较多。同时，高温发酵产生较多的脂、醇、脂肪酸等，不利于啤酒的泡沫形 成m 。在同等条件下，低温发酵不仅能酿造出口味纯正的啤酒，也能获得较好的 泡沫。 ( 3 ) 酒液输送 发酵结束后，管道和清酒罐要备压，保持啤酒输送平稳，避免啤酒在管道和清 酒罐内起泡，损失有利于泡沫稳定的物质【4 3 】。同时要选用适当的过滤介质，避免 9 第l 章绪论 一些过滤介质吸附泡沫活性蛋白质，从而降低起泡物质含量。 ( 4 ) 贮酒压力、时间 发酵结束进入贮酒期，保证适当的贮酒压力和时间，使c 0 2 在酒体中达到充 分的饱和状态，有利于啤酒的起泡性和泡持性口4 3 , 4 4 1 。但贮酒时间也不能过长，防 止酵母分泌蛋白酶过多，影响泡沫性能。 ( 5 ) 过滤时的温度和压力 啤酒过滤时的温度和压力对啤酒的泡沫都有直接的影响，啤酒在过滤时首先 要进待滤罐( 缓冲罐) ，此时要尽量避免c 0 2 的损失，清酒罐的背压也要根据滤酒的 温度、压力及c 0 2 的含量来确定，如果开始时背压偏低，则容易造成清酒进入清 酒罐时不能保持平稳状态【4 7 1 ，此时会产生大量的泡沫，从而影响了成品啤酒的泡 沫性能。 ( 6 ) 灌装 灌装时控制适当的温度和压力，防止因压力和温度过高而在灌装时发生涌沫 现象，损失泡沫物质。排除瓶颈空气，使瓶颈空气含量小于l m l 瓶，这样有利于 泡沫的生成【4 引。如果啤酒的生产工艺中带入了较多的消泡物质( 类脂) ，设备或涂料 中带入了抑制泡沫的金属离子，或者啤酒瓶或酒容器本身不干净，这都将会影响 成品啤酒的泡沫性能。 由于氮气比二氧化碳更难溶解于啤酒，因此在啤酒中使用二者的混合气体以 降低失衡作用，从而获得更持久的泡沫稳定性【4 9 】。 1 4 4 啤酒的后修饰 选择原料的这种途径，容易受成本的影响，并且容易受很多偶然因素的影响， 对啤酒厂改进啤酒泡沫质量现实意义不大。改进工艺的途径受限制的因素很多， 偶然性也很大，操作不够简便。因此，很多厂家采用添加泡沫增强剂的方法来尽 快、明显、简便的改进啤酒的泡沫性能。 目前国内外啤酒企业常用的啤酒泡沫增强剂有：海藻酸丙二醇酯( p g a ) 、四氢 异蓓草酮、海藻酸甲酯、纤维素衍生物等。其中，p g a 是国外啤酒企业最常用的 泡沫添加剂，国内厂家则常用四氢异蓰草酮f 5 0 1 。市面上销售的泡沫增强剂多为化 工产品，存在一定的安全隐患，并且对啤酒的稳定性造成了威胁。 ( 1 ) 蛋白质水解物 泡沫的主要成分是蛋白质的分解产物与葡萄糖的聚合物，泡沫中含氮物质大 约占5 6 ，此外还含有一定量的异a 一酸，由此可见蛋白质水解物对啤酒泡沫性能 的影响。也有添加植物性蛋白或者植物性蛋白与p g a 等化学类物质的复合物来做 啤酒增泡剂的研究报道【5 l l ，但对啤酒的口味影响较大，对啤酒的稳定性也有一定 的影响。 ( 2 ) 金属盐 1 0 山东轻工业学院硕士学位论文 某些金属盐类，如镍盐和钻盐，有利于增强啤酒表面粘度，从而对啤酒泡沫的 持久性和挂杯性能是有利的，但由于这两种盐具有毒性且对啤酒非生物稳定性有 一定的影响，因此一般不使用 4 9 j 。改用铁盐，但铁盐的用量应严格控制，否则对 啤酒的口味及非生物稳定性会有不利的影响【5 2 1 。 ( 3 ) 海藻酸及其衍生物 这类物质为高粘度物质，易形成强度较大的界限薄膜，使形成的泡沫不易消 失，有利于泡沫的持久性。但在啤酒中泡沫蛋白缺乏的情况下，海藻酸丙二醇酯 的添加不可能取得令人满意的效果【5 3 1 。在生产实践中得知，大麦发芽后在干燥前 数小时，喷洒阿拉伯胶，然后上炉干燥，用这种麦芽制造啤酒，啤酒泡沫性能较 好【2 】。 1 5 本课题研究的主要内容与意义 1 5 1 主要内容 本课题研究的主要任务是弄清啤酒泡沫蛋白的特性，并以此为依据，制备出 泡沫性能优良的蛋白，作为啤酒泡沫增强剂来改善啤酒泡沫。具体包括： ( 1 ) 比较分析啤酒及其泡沫中的蛋白质组分； ( 2 ) 在实验室制备啤酒泡沫增强剂，包括确定工艺流程及其基本参数。泡沫增强 剂制各的工艺流程主要分为三部分： 原料的选择，增泡物质的提取，产品的真空浓缩； ( 3 ) 对产品进行分析检测与应用实验： ( 4 ) 考察产品对啤酒质量的影响。 1 5 2 预期产品 得到一种高浓度的天然啤酒泡沫增强剂。 山东轻工业学院硕士学位论文 第二章实验材料与方法 2 1 实验材料与仪器 2 1 1 实验材料 ( 1 ) 大麦，大麦麦芽，均由德州克代尔啤酒集团( 临邑) 提供，小麦市售，质量 指标见表2 1 。 表2 1 选用大麦、麦芽、小麦的质量指标 t a b l e 2 1t h eq u a l i t yo fm a l t , w h e a t , b a r l e y ( 2 ) 酶 啤酒糖化复合酶，p 葡聚糖酶，由宁夏和氏璧生物技术有限公司出品。 啤酒糖化复合酶属于食品酶的一类，又称啤酒酶( 糖化型)