（发酵工程专业论文）降低啤酒生产中tba值的工艺研究.pdf

1 r 1 1 0 - 一i i p l o l i l ll l ii l lii l l li i i iu l y 1714 6 6 6 at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e a p p l i c a t i o no f 4 - + i i 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。 论文作者签名： 爰，垒篓 同期： z 盘年厶月上曼同 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、公丌阅览、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： 垒l 垒掣 导师签名：! 虱兰! 鱼 - _ - l l 山东轻1 ：业学院硕i j 学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第1 章绪论1 1 1 啤酒的稳定性1 1 1 1 啤酒的胶体稳定性2 1 1 2 啤酒的生物稳定性5 1 1 3 啤酒的风味稳定性5 1 2 啤酒老化机理7 1 2 1 美拉德反应7 1 2 2 酒花成分参与的一系列反应7 1 2 3 脂肪酸的分解反应8 1 2 4 氨基酸的s t r e c k e r 降解8 1 3t b a 值法简介9 1 3 1t b a 值定义9 1 3 2t b a 值法测定啤酒老化原理1 0 1 4t b a 值法测定啤洒老化的研究现状1 0 第2 章不同辅料对啤酒t b a 值的影响1 3 2 1 实验仪器与材料1 3 2 1 1 主要实验仪器1 3 2 1 2 主要原料和试剂1 3 2 1 3 试剂配制1 4 2 2 不同辅料对t b a 值的影响1 5 2 2 1 实验方法1 5 2 3 结果与分析1 7 2 3 1 不同辅料对麦汁t b a 值的影响1 8 日录 2 3 2 不同辅料对麦汁e b c 值的影响1 8 2 3 3 不同辅料对啤酒多酚含量的影响1 8 2 3 4 不同辅料对啤酒r s v 的影响1 8 2 4 结论1 9 第3 章糖化过程中降低t b a 值的工艺研究2 1 3 1 实验仪器与原料2 1 3 1 1 主要实验仪器2 l 3 1 2 主要试剂和材料2 1 3 1 3 主要试剂配制2 2 3 2 下料温度对t b a 值的影响2 2 3 2 1 糖化实验2 2 3 2 2 麦汁t b a 值测定2 2 3 3 加热温度与时间对t b a 值的影响2 2 3 3 1 糖化实验2 2 3 3 2 麦汁t b a 值测定2 3 3 4 改善工艺实验2 4 3 4 1 糖化实验2 4 3 4 2 麦汁t b a 值测定2 4 3 5 结论2 5 第4 章麦汁煮沸过程中降低t b a 值的工艺研究2 7 4 1 实验仪器与原料2 7 4 1 1 主要实验仪器2 7 4 1 2 实验试剂及材料2 8 4 1 3 主要试剂配制2 8 4 2 煮沸强度和时i 日j 对麦汁t b a 值及其他相关参数的影响2 9 4 2 1 麦汁制备2 9 4 2 2 发酵2 9 4 2 3 麦汁及发酵液t b a 值及其他参数测定3 0 4 2 4 结果与分析3 l 4 3 煮沸方式( 传统煮沸与经济煮沸) 对啤酒t b a 值的影响3 1 4 3 1 麦汁制备3 2 2 山东轻丁业学院硕l ：学位论文 4 3 2 发酵3 2 4 3 3 取样3 2 4 3 4 麦汁及发酵液中t b a 值及其他参数测定3 2 4 3 5 结果与分析3 3 4 4 结论j 3 3 第5 章啤酒发酵过程中降低t b a 值的工艺研究3 5 5 1 实验仪器与原料3 5 5 1 1 主要实验仪器3 5 5 1 2 主要实验试剂及原料3 6 5 1 3 主要试剂的配制3 6 5 2 实验方法3 7 5 2 1 啤酒酿造工艺流程3 7 5 2 2 麦 - t - n 备3 7 5 2 3 接种3 7 5 2 4 发酵3 7 5 2 5 发酵液参数测定3 8 5 2 6 结果与分析3 9 5 3 结论4 l 第6 章添加抗氧化剂对啤酒t b a 值的影响4 3 6 1 主要实验仪器及材料4 3 6 1 1 主要实验仪器4 3 6 1 2 主要实验试剂及原料4 3 6 2 实验方法4 3 6 2 1 工艺实验4 3 6 2 2 测定方法4 4 6 3 结果分析4 4 6 4 结 仓4 7 第7 章结果与讨论4 9 参考文献5 1 3 1i 日录 致谢5 5 在学期间主要科研成果5 7 一发表学术论文5 7 二其它科研成果5 7 - 山东轻丁业学院硕i j 学位论文 摘要 啤酒在存放过程中，由于活性氧和自由基的作用，洒体中的风味物质被氧化， 形成令人不悦的老化味，影响啤洒的保质期。由于老化反应比较复杂，啤酒的老 化问题成为啤酒界一直以来面临的一个重要课题。 测定啤酒的t b a 值法( t h ev a l u eo f t h i o b a r b i t u r i ca c i d ) 可以有效反应啤酒的 氧化老化程度，由于致使啤酒老化的前驱物质存在于啤洒酿造的各个阶段，所以 我们从整体工艺着手，通过优化生产工艺来控制啤酒老化物质，降低t b a 值。本 论文的主要内容如下： ( 1 ) 选择最优原料。同时使用几种不同的原料进行啤酒酿造，通过测定麦汁t b a 值，麦汁色度，啤酒多酚含量以及啤酒的保质期，确定最优原料。结果表明，以 小麦为辅料生产出的麦汁t b a 值最低，麦汁色度和多酚含量适中，啤酒的风味保 鲜期最长。 ( 2 ) 确定最佳下料温度与糖化方式。为研究下料温度对麦汁t b a 值的影响，我 们选择了3 5 ，4 5 ，5 5 和6 5 进行对比实验，结果发现，3 5 下料对降低麦 汁的t b a 值尤其有利，同时，这一温度，还有利于p 葡聚糖酶的作用，解决麦芽 细胞壁溶解不足的问题。由于糖化温度对t b a 值的影响较大，与煮出糖化法相比， 浸出糖化法，采用分批添加热水的方式，更有利于控制麦汁中的羰基化合物，降 低t b a 值。同时，浸出糖化法还有利于节约能源，降低能耗。 ( 3 ) 确定最优煮沸强度与煮沸时间，优化煮沸方式。通过煮沸强度对比实验，确 定了8 2 ，6 0 m i n 为最优煮沸强度与时i 日j ，此条件下，酒体的t b a 值达到最低， 并且各项指标良好。与传统的煮沸方式相比，经济煮沸方式优势明显，t b a 值得 到有效控制。 ( 4 ) 发酵参数优化。发酵过程中t b a 值先升后降，同其他实验条件相比，发酵 温度8 c ，发酵液p h 值4 8 ，清酒罐溶解氧o 3 p p m ，对控制t b a 值效果最佳。啤 酒中s 0 2 与发酵液t b a 值关系密切，适量的s 0 2 有利于提高酒体的抗氧化能力。 ( 5 ) 抗氧化剂的添加及组合优化。通过j 下交实验，我们得到最优组合异v c l 5 p p m 和偏重亚硫酸钠1 0 p p m ，此组合使酒体的还原力及抗氧化能力得到有效提高，t b a 值最低，并且得到的啤酒的各项理化指标都符合国标g b 4 9 2 7 2 0 0 8 ，酒体外观清 亮透明，口味纯正，泡沫丰富，杀口力强。 关键词：啤酒老化；t b a 值；浸出糖化法；经济煮沸方式；抗氧化剂 摘要 a b s t r a c t d u r i n gs t o r a g e ，f l a v o rs u b s t a n c e so fb e e rw e r eo x i d i z e de a s i l yb y r e a c t i v eo x y g e n a n df r e er a d i c a l s ，w h i c hb r o u g h tau n p l e a s a n tt a s t e ，t h a ti sb e e ra g i n g t h es h e l fl i f eo f b e e rw o u l db es h o r t e ns e r i o u s l ya sar e s u l to fb e e ra g i n g a sb e e ra g i n gr e a c t i o n sw e r e v e r yc o m p l e x ，t os o l v et h eb e e ra g i n gw a s s t i l lai m p o r t a n tp r o b l e mf o rb e e ri n d u s t r y t b av a l u e ( t h ev a l u eo ft h i o b a r b i t u r i ca c i d ) c o u l dr e s p o n s et ot h es i t u a t i o no f b e e ra g i n ge f f e c t i v e l y a st h ep r e c u r s o r so fb e e ra g i n gs u b s t a n c e se x i s t e di ne v e r y p r o c e s so f b e e rb r e w i n g ，w es t u d i e de v e r yp r o c e s so f b e e rb r e w i n g t or e d u c et b av a l u e o fb e e r t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e rw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t os e l e c tt h eb e s tr a wm a t e r i a l i nt h i sp a p e r , t h r e ek i n d so fd i f f e r e n tb e e r a d j u n c t sw e r eu s e df o rb e e rb r e w i n g b ym e a s u r i n ga n da n a l y z i n g t h et b av a l u ea n d t h ec o l o ro fw o r t ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fp o l y p h e n o la n dt h es h e l fl i f eo fb e e r , i tw a s e a s yt ob ef o u n dt h a tt h eb e e rp r o d u c e db yt h ew h e a tm a l th a dt h el o w e s tt b a v a l u e a n dt h el o n g e s ts h e l fl i f e s oc o m p a r e dw i t hm a l t e db a r l e ya n ds w e e t c o r n ，w h e a tm a l t w a st h eb e s tb e e ra d j u n c t ( 2 ) t od e t e r m i n et h eo p t i m u mf e e d i n gt e m p e r a t u r e o fr a wm a t e r i a la n dt h e o p t i m u mw a yo fm a s h i n g i nt h i sp a p e r , w ec h o s e3 5 c ，4 5 c ，5 5 。c a n d6 5 * ca st h e f e e d i n gt e m p e r a t u r eo fr a wm a t e r i a l ，a n dd e t e r m i n e dt h et b a v a l u e t h er e s u l t ss h o w e d t h a t3 5 。cw a st h eo p t i m u mf e e d i n gt e m p e r a t u r et o r e d u c et h et b av a l u e t h i s t e m p e r a t u r ew a sa l s og o o df o rl b - g l u c a n a s et o s o l v et h ep r o b l e mo fi n a d e q u a t em a l t l y t i c c o m p a r e dw i t ht h ed e c o c t i o nm a s h i n g , i n f u s i o nm a s h i n gr a i s e dt e m p e r a t u r eb y a d d i n gh o tw a t e ri ns e v e r a lt i m e s ，w h i c hw a sr e a l l yg o o df o rr e d u c i n gt h e c o n c e n t r a t i o n o fc a r b o x i d e s a sar e s u l t ，i n f u s i o nm a s h i n gn o to n l yc o u l dr e d u c et h et b a v a l u e ，b u t a l s oc o u l ds a v ee n e r g ya n dc u td o w nt h ec o s t ( 3 ) d e t e r m i n et h eo p t i m a li n t e n s i t ya n db o i l i n gt i m et og e t t h eb e s tb o i l i n gm e t h o d b ym e a s u r i n ga n da n a l y z i n g t h et b av a l u e ，w ef o u n dt h a tt h ew o r tp r o d u c e db yb o i l i n g i n t e n s i t yo f8 2 a n db o i l i n gt i m eo f 6 0 r a i nh a dt h el o w e s tt b av a l u e w ea l s of o u n d t h a te c o n o m i cb o i l i n gm e t h o dc o u l dc o n t r o lt h et b a v a l u em o r ee f f e c t i v e l yt h a n c o n v e n t i o n a lb o i l i n gm e t h o d ( 4 ) o p t i m i z a t i o n o ff e r m e n t a t i o n p a r a m e t e r s d u r i n g t h ef e r m e n t a t i o n ，t h e v a f i a t i o nt r e n do ft b av a l u ew a sf r o mt e n d e rt os e n e s c e n ta n dl e v e l e do f fa tt h ee n do f f e r m e n t a t i o n c o m p a r e dt oo t h e rf e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n s ，t h ef e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r e i 8 p h4 8 a n dd i s s o l v e do x y g e na tt h el e v e lo fo 3 p p mc o u l dc o n t r o lt h et b a v a l u e o fb e e rm o s te f f e c t i v e l y a ss 0 2h a da n t i o x y g e n i cp r o p e r t y , t h ec o n c e n t r a t i o n o fs 0 2i n b e e ra n dt h et b av a l u eo fb e e rs h o w e ds i g n i f i c a n t l yn e g a t i v ec o r r e l a t i o n s ( 5 ) a n t i o x i d a n t sa d d a t i o na n dc o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o n b yd e s i g no fo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t ，w eg o tt h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no fs o d i u me r y t h o r b a t e 15 p p ma n ds o d i u m p y r o s u l f i t elo p p m b e e rw i t ht h i sc o m b i n a t i o nh a dt h es t r o n g e s tr e d u c i n gp o w e r a n d o x i d a t i o r u r e s i s t a n o e ，a sar e s u l t ，t h et b a v a l u eo fb e e rw a st h el o w e s t w h a tt h em o s t i m p o r t a n tw a st h ec o n c e n t r a t i o no fo t h e rs u b s t a n c e s i nl i n ew i t hn a t i o n a ls t a n d a r d g b 4 9 2 7 2 0 0 8 b e s i d e s ，t h eb e e rh a dt h ea p p e a r a n c eo fc l e a na n dt r a n s p a r e n ta n da p e r f e c tt a s t e k e yw o r d s ：b e e ra g i n g ，t b av a l u e ，i n f u s i o nm a s h i n g ，e c o n o m i cb o i l i n g ， a n t i o x i d a n t - 山东轻t 业学院硕l ：学位论文 1 1 啤酒的稳定性 第1 章绪论 啤酒是以大麦芽为主要原料，经过糖化，煮沸( 添加酒花) ，酵母发酵酿制而 成的酿造酒，其含有丰富的二氧化碳，较低的酒精度，同时还含有大量的水， 糖类、蛋白质、氨基酸，维乍素类、钙、铁等物质，营养十分丰富，被称为“液 体面包”。啤酒不光具有很高的营养价值，还具有一些特殊功效，比如，喝啤 酒可以解苦闷，清热解暑，丌胃健脾，助消化，增强食欲等。啤酒中的微量 酒精能够促进血液循环，加速新陈代谢，啤酒花有抑莴、镇静作用。此外， 啤酒对某些疾病还具有治疗和预防的作用，比如，啤酒家族中的黑啤可以预 防动脉硬化、白内障和心脏病的发生；啤酒中含有丰富的硅元素，经常饮用 啤酒可以治疗骨质疏松，强健骨骼，提高身体素质。此外啤酒不仅仅是一种 饮料 具有 毛孔 黑亮 中， 要包 第1 章绪论 生物稳定性 ，一一、 胶体稳定性 i 光稳定性 k 。 ， l 总保矮期 也度稳定性 入 风昧稳定性 喷涌稳定件 1 泡沫稳定性 图1 1 啤酒的稳定性 1 1 1 啤酒的胶体稳定性 一般情况下，啤酒中的蛋白质类与多酚化合物含量都很高或很低时，二 者之间存在着一种动态的平衡关系，并不影响啤酒的胶体稳定性。但是如果 啤酒中存在溶解氧，多酚化合物类与蛋白质类一种含量偏高，一种含量偏低 时，在氧的作用下，二者会发生反应生成一种复合物，并且复合物的体积会 不断增大，这就形成了啤酒胶体混浊。致使胶体的稳定性受到很大的影响。 除了氧之外，影响啤酒胶体稳定性的其他几个主要因素包括：重金属 离子的作用，由于外在的一些人为的因素，比如，强烈摇动啤酒，重会属离 子与胶体物质激烈接触。光照，啤酒暴露在太阳光下，一方面会使啤酒产 生同光臭，一方面会导致胶体浑浊，影响胶体的稳定性。高温，在啤酒贮 存过程中，高温环境会加快胶体浑浊的生成，对胶体的稳定性极为不利。由 于胶体的稳定性不光与蛋白质和多酚物质的含量有关，还受一些外在的因素 2 山东轻t 业学院坝i ：学位论文 影响，因此，要提高胶体的稳定性，应从啤酒的原料、生产工艺以及添加一 些稳定剂来提高啤酒胶体的稳定性。 原料方面，要控制原料质量，尽量选择皮薄，草酸盐、花色苷和蛋白质 含量都低的原料；降低酿造用水的重会属类含量，控制酿造用水的残余碱度。 工艺方面，发芽时，降低发芽温度，延长发芽时f n j ；制麦时，控制焙焦 温度，使麦芽彻底焙焦：提高辅料添加比，降低啤酒的含氮量和多酚含量： 糖化过程中，采用湿法粉碎，皮破而不碎；采用特殊糖化工艺，控制糖化温 度、时问，降低醪液p h 值，彻底糖化，降低高中分子蛋白质的含量，提高麦 汁的最终发酵度。麦汁进行煮沸时，提高煮沸强度，延长煮沸时间，降低麦 汁p h 值，控制酒花添加时间，提高酒花利用率，加强蛋白质析出比例，降低 可凝固性氮含量，防止麦汁吸氧，降低麦汁溶氧量。麦汁后处理过程中彻底 分离热、冷凝固物。发酵过程中，采用低温发酵，延长冷藏时间，过滤时严 格控制氧的吸入；物料输送时，避免剧烈震动，避免高温贮酒，注意避光。 在啤酒酿造过程中，可以根据需要添加相应的啤酒稳定剂。稳定剂可以 单独添加，也可以按照一定比例同时添加。可用添加泵等量添加蛋白分解酶 如菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶到啤酒中，并与啤酒充分混合。它主要是通过水 解的方式，将甘氨酸、亮氨基酸和含碱基的氨基酸等分解成低分子的肽，保 护啤酒的胶体稳定性。但是蛋白酶的添加量要适中，过量时，由于蛋白质的 过度分解，会影响啤酒泡沫性能，同时，这种酶本身就属于高分子蛋白质， 也会影响啤酒的胶体稳定性。另一种添加剂为酿造单宁，又名单宁酸，纯度 在9 5 以上。酿造单宁一方面可以沉淀蛋白质，保持啤酒胶体的稳定性，另 一方面还有利于啤酒的口味稳定性。当酿造单宁加入后，酒体中的醛类化合 物易与这类稳定剂的酚羟基发生反应，形成酚醛树脂聚合物，同时还降低了 成品啤酒中的羰基化合物含量，大大提高了啤酒的抗氧化能力，从而有效提 高啤酒的保质期。另外，酿造单宁还可以通过诱发原花色素和类黑精发生反 应吸附蛋白质悬浮物的方式降低啤酒浊度和色度。酿造单宁还吸收对啤酒泡 沫性不利的脂肪酸物质，增强啤酒的泡持性，延长泡持时问。作为另一种啤 酒胶体稳定添加剂，鱼胶与其他添加剂不同的是，它是由新鲜鳕鱼皮经过一 系列工艺加工而制成的一种纯天然澄清剂，不溶于啤酒，对啤酒的理化性质 以及泡沫性能无副作用，使用十分方便，能快速吸附啤酒中的蛋白质，安全 实用，同时还可以节约时间，降低生产成本。这种胶体稳定添加剂在使用时， 应该注意一些问题，比如操作时间，操作温度要控制好，温度应该控制在2 0 以下，时间控制在2 4 h 以内。并且这种胶体稳定添加剂要注意通风防潮。 在不影响啤酒泡沫的前提下，硅胶对啤酒中的一些潜在的某些高分子蛋 白质类具有很好的吸附性能。硅胶对高分子蛋白质的吸附性能与其自身的颗 第1 章绪论 粒的大小有关，颗粒过大与过小都不利于其吸附效果。直径在8 - 2 0 9 m 之问最 为合适，硅胶的添加量与硅胶种类有关，当硅胶为干硅胶时，添加量一般在 o 2 5 9 l 左右，这是干硅胶的特性决定的，干硅胶在酒中分散较快，反应时间 较快，而且不用增加新设备，吸附能力也较大。而对水合硅胶来说，其在酒 体中不易分散，所需反应时间较长，而且吸附能力也相对较小，需要增添辅 助设备方可使用，添加量一般为o 5 9 l 左右。在实际生产过程中，硅胶一般 在以下几个阶段添加使用：和硅藻士同时添加，这个时候最有利于提高酒体 的胶体稳定性，同时硅胶的颗粒特点以及结构特性，十分有利于过滤的顺利 进行，这在一定程度上，减少了硅藻士的用量，为啤酒生产节约了成本。另 外，硅胶也可以在单独的添加罐的帮助下添加到在缓冲罐中，这个时候添加 的作用有二，一是可以大大提高硅胶的作用效率，二是提高经济性。一般在 硅胶添加之前，不用考虑硅藻土的过滤能力，而只是计算出硅胶的添加量， 此时，硅胶稳定剂与酒体的反应时间一般大于1 5 m i n 。硅胶稳定剂的最后一 个添加时机是在倒罐时，之所以选择这个时问添加，是因为，胶体稳定剂可 以提高发酵速率，还可以降低对生产原料的要求，可以使用质量稍差的麦芽 原料，降低经济成本，提高利润率。伺时，还可以缩短发酵液的澄清时问， 从而缩短发酵周期。不过此时的添加量只是总量的三分之一，其他三分之二 在啤酒进行过滤时添加。 由于其特性，硅胶制品还可以与蛋白酶一起使用，而且二者的结合效果 非常明显，同时也可以大大缩小使用量。蛋白酶的添加时间比较随意，可以 直接添加到清酒中，也可以在倒罐时添加，添加量一般控制在0 0 3 0 9 lh i 右。 也可以在后期发酵罐中添加，相对来说，使用这种添加方式，蛋白酶与啤酒 接触时i 日j 比较充分，蛋白质吸附效果最好，而且还可以在过滤时同沉淀一并 除去。 硅胶还可以与聚乙烯吡略烷酮聚合物( p v p p ) 复合使用，二者复合使用， 只能除去啤酒中一部分多酚物质和一些高分子蛋白质。二者的加入时问不同， 在过滤时，硅胶与硅藻土一同加入，而p v p p 则是直接加入到清酒中，最后 p v p p 与啤酒通过p v p p 分离。 多酚吸附剂p v p p 不溶于水，可以特异性地吸附啤酒中的多酚物质。二 者的反应与啤酒的p h 值有关，在酸性溶液中，p v p p 可以吸附多酚，而在碱 性溶液中，二者又会分离。因此，p v p p 可以重复多次利用。 除了单独利用吸附多酚物质外，大多数情况下，p v p p 与硅胶一块使用， 既可以去除蛋白质，也可以去除多酚物质。单独使用时，一般在过滤时添加， 使用量一般控制在1 1 5 9 l 左右。 使用p v p p 时，对啤酒中的溶氧量要求比较严格，因为二者极易发生反 4 山东轻t 业学院硕i ：学位论文 应，对啤酒的风味稳定性十分不利。 p v p p 也可以再生，但要经过硅藻土过滤机和p v p p 过滤机处理后，再经 火碱处理方可再生。 1 1 2 啤酒的生物稳定性 啤酒的生物稳定性是评价啤酒质量好坏的另一个重要指标，啤酒生产过 程中，由于工艺，设备管道，人为因素的原因，一些啤酒有害微生物容易进 入，比如一些野生酵母，像巴氏酵母和糖化酵母等；一些会导致啤酒混浊并 破坏啤酒口味的啤酒有害菌，如四联球菌、乳酸杆菌和其它啤酒有害菌。这 些有害微生物在啤酒里会利用麦汁中的营养成分繁殖并产生一些代谢产物， 同时也抑制酵母的新陈代谢，严重影响了啤酒的生物稳定性，胶体稳定性和 口味稳定性，给啤酒质量安全埋下了隐患，因为这些微生物对人体也极为不 利。啤酒生物稳定性的主要影响因素有以下几个方面：啤酒设备和管道灭菌 不彻底，工作环境卫生条件不合格，人员操作小规范，贮酒温度控制不当。 啤酒主酵后，由于后发酵阶段时i 日j 太短，造成了过高的最终发酵度和极限发 酵度差值。在以上的影响因素中，人为因素一一人为操作不规范是最主要的 影响因素。解决办法就是提高人员素质，强化卫生概念，强调安全生产，质 量第一，消除一切潜在的污染源。具体保证啤酒，生物稳定性的操作方法如下： 巴斯德灭菌法，这种方法对啤酒瓶的卫生状况以及灌装设备、技术要求都很 高。在啤酒灌装时，普通成品啤酒都要经过巴斯德灭菌，这种方式要严格准 确控制灭菌温度和灭菌时间，一旦温度过高，会产生一种不协调的类似面包 味的巴氏杀菌味，破坏口感，降低了可饮用性。第二种方法就是采用低温膜 过滤去除啤酒中的微生物，这种方法灭菌彻底，同时还可以避免巴斯德杀菌 的弊端。但是这种方法对设备及操作要求很高，要求啤酒本身具有很好的可 过滤性，过滤工艺要杜绝一切潜在的污染途径，灌酒机和压盖机必须经过高 压蒸汽处理，严格控制无菌。其主要操作过程为啤酒先通过过滤机粗滤，再 通过纸板精滤，然后再进行膜过滤，经过这三步操作，啤酒中含有的酵母和 有害菌的数量基本为零。但是这种方式步骤多，过滤慢，而且由于啤酒厂所 使用的膜过滤器往往是由好几个过滤单元组成，经常会出现问题，比如过滤 膜被损坏，一是耽误过滤时间，一是提高了生产成本，需要进一步改造，方 可推广使用。 1 1 3 啤酒的风味稳定性 啤酒风味稳定性问题是评价质量问题中的重要指标。啤酒风味稳定性是 指啤酒灌装后啤酒风味长期不变的性质，即啤酒的风味保鲜期( r s v ) 。实际上， 在啤酒生产过程中以及啤酒灌装后的保存过程中，由于各种原因，风味物质 第l 章绪论 是在不断变化着的。比如，啤酒在保存过程中，啤酒的口味会发生一系列的 变化，首先是持续时间较短的类似于黑簏子的味道，接着是淡淡的甜味、面 包味、奶酪味等，最后甚至产生令人不悦的纸板味和铁腥味等，这时的啤酒， 尝起来口感会变得粗、涩，并伴随着一阵后苦。这一切j x l 味上的变化，我们 称之为啤酒老化1 1 2 j 。 促使啤酒老化的因素很多，生产工艺，生产设备，人员操作等因素都可 导致啤酒的老化。出于老化牵扯的反应种类和过程十分复杂，有许多反应机 理至今尚不明了t 3 j 。有研究证明，活性氧和自由基是啤酒风味老化的主要根 源，而羟基自由基是反应活性最强的自由基，是影响啤酒风味最主要的化合 物。除乙醛和双乙酰之外，壬烯醛、羟甲基糠醛等长链不饱和醛是与啤酒老 化有关的最重要的物质群。啤酒中羰基化合物目前知道的将近有1 0 0 种，醛 类和酮类基本上各占一半，共可分为四类： ( 1 ) 给啤酒以芳香的化合物，主要是脂类化合物； ( 2 ) 与啤酒以生酒味的化合物，与之有关的重要羰基化合物是脱水缩醛和 联二酮类，比如双乙酰，2 ，3 戊二酮等： ( 3 ) 给啤酒以污染味的成分； ( 4 ) 与啤酒氧化味有关的成分，含量最大的为2 反式壬醛。随着啤酒存放 时问的延长，啤酒中还原类物质逐渐被氧化，羰基化合物含量逐渐增加，氧 化味将越来越明显，进而影响啤酒的风味及其他品质。由于啤酒老化反应的 复杂性，解决啤酒老化问题是啤酒界一直以来面临的一个重要课题【4 1 。 山东轻t 业学院硕1 ：学位论文 1 2 啤酒老化机理 图1 3 老化过程形象图 解决啤酒的老化问题，首先要明白啤酒的老化机理。老化反应的机理主 要涉及以下几个方面的反应。 1 2 1 美拉德反应 美拉德反应是由法国化学家美拉德于1 9 1 2 年在将甘氨酸与葡萄糖混合 共热时发现的，被广泛发生在食品行业中的一种非酶褐变，其主要反应底物 是羰基化合物( 醛类、还原糖类和酮类) 和氨基化合物( 蛋白质、氨摹酸、 胺类和肽类) ，二者经过复杂的历程，最终产物是棕色或为黑色的大分子物质 类黑精( 又名拟黑素) 。1 9 5 4 年，f r a n z k e 和1 w a i n s k y 首次发现了美拉德反应的 抗氧化活性1 5 】。美拉德反应主要包括： ( 1 ) 糖类物质的焦糖化反应。此类反应主要发生在麦汁制备过程中，麦芽 作为制麦主题，其中含有丰富的糖类，当制麦温度逐渐升高至5 0 时，在氨 基化合物不存在的条件下，糖类容易脱水或降解，并缩合生成粘稠状的黑褐色 产物，糖脱水聚合产物，又名焦糖或酱色；降解产物主要是一些易挥发性的 醛类、酮类等【6 】。挥发类的物质，大部分在麦汁煮沸时，通过蒸汽散发，但 是在麦汁中还存在一部分。 ( 2 ) 高级醇的氧化反应。高级醇主要是发酵过程中，酵母代谢产生的，在 储藏过程中，通过类黑精的催化作用，被氧化生成挥发性醛。另外，在啤酒 中加入氧化了的还原酮类物质( 如氢化抗坏血酸) ，也会形成更多的羰基化合 物。酚类物质如花色苷及二氧五羟基黄酮等也易氧化高级醇生成挥发性醛， 致使羰基化合物含量增加。： 1 2 2 酒花成分参与的一系列反应 虽然酒花成分具有抗氧化能力【7 8 】，但是在啤酒储藏过程中，酒花中有效 成分异律草酮，易发生光氧化降解与热降解，异蓰草酮侧链减少，形成大量 的羰基化合物，十分不利于啤酒风味的稳定性。这一点，添加香型酒花的啤 酒，表现的十分明显，反应后会出现明显的纸板味【9 , 1 0 。 7 第l 章绪论 1 2 3 脂肪酸的分解反应 包括酶及氧化物质的转化、光的化合作用、胡萝b 素的酶解和氧化分解 【l o 】。成品啤酒中的脂肪酸包括饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸，饱和脂肪酸，由 于热的作用变成不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸在阳光、紫外线、自由基以及 相关酶的作用下，分解成具有风味活性的羰基化合物】。 1 2 4 氨基酸的s t r e c k e r 降解 啤酒中的糖类和氨基酸类在热的作用下，形成二羰基化合物及酰基酮化 合物，后在o 氨基酸的作用下，生成羰基化合物。s t r e c k e r 降解反应的产物 主要有，前体为甘氨酸的甲醛，前体为丙氨酸的乙醛以及前体为亮氨酸的异 戊醛等【1 2 】。 这些反应并不是相互孤立的，由于类黑素，光，热以及分子氧等因素的 影响，各反应之间相互作用，相互影响。 可以将一些对啤酒口味起重要作用的物质称为老化物质，老化物质主要 是有一些羰基化合物组成，这些羰基化合物的风味阀值极低，主要分为三类： 老化物质、热负荷指示物质及氧化物质，这些物质的不断变化导致了啤酒的 老化。一些典型的老化指示物质的具体名称见表1 1 川。 表1 1 老化物质及其指示物质 8 山东轻t 业学院硕i ：学位论文 新鲜啤酒与老化啤酒中某些老化物质含量的变化见表1 2 。 表1 2 啤酒老化前后某些指示物质的对比 从上表可以看出，老化物质在新鲜啤酒和老化啤酒中的变化情况，面对 一些老化啤酒，要想知道其老化程度，我们可以通过利用气相色谱分析技术， 测定该啤酒中老化物质的含量，并进行感官品评。同时与新鲜啤酒的分析检 测和感官品评结果相对照，就可以评判其老化程度，来客观地评价啤酒的口 味稳定性，但是这种方法比较麻烦。 解决啤酒的氧化和老化l u j 题，首先要找到合适的能评价啤酒老化程度的 指标。由于t b a 具有测定简单，快速，不需要复杂仪器等特点，测定啤酒的 t b a 值已成为目f j f 评价啤酒老化程度的常用方法。 1 3t b a 值法简介 1 3 1t b a 值定义 硫代巴比妥酸，英文名t h i o b a r b i t u r i ca c i d ，简写为t b a ，是一种带二亚 胺基的弱有机酸，分子式为：c 4 h 4 n 2 0 2 s 。其分子结构式见图1 4 。 9 第1 章绪论 h o oh s h 图1 4 硫代巴比妥酸分子式 t b a 值即硫代巴比妥酸值。 1 3 2t b a 值法测定啤酒老化原理 硫代巴比妥酸能与啤酒样品中羰基类化合物发生络合反应形成一种黄色 物质，我们可以通过使用紫外可见分光光度计测定这种黄色产物的在波长为 5 3 0 n m 下的吸光度，来反映样品中羰基类化合物含量的多少，而羰基类化合 物的含量可以反映出麦芽或麦汁的热负荷值及啤酒的老化程度，t b a 值越高 说明麦芽或麦汁的热负荷值或啤酒的老化程度越严重f 3 】。 1 4t b a 值法测定啤酒老化的研究现状 t b a 值最初是由k o h n 和l i v e r s e d g e 提出，用于食品和生物材料中脂类 氧化的检测和定量，后经g r i g s b y 和p a l a m a n d 改进用于啤酒中羰基类化合物 的分析( 13 1 。但是在前期的研究中人们对t b a 值测定啤酒的老化程度的可靠性 产生疑问，发生了一些争议 1 4 , 1 5 】，再加上当时的反应条件也略显不成熟。针 对这一问题，付兆辉，李崎和顾国贤主要对t b a 值的测定方法的可靠性进行 了较为深入的探索，实验中，他们不光测定了样品中的t b a 值，还使用气相 色谱法测定了啤酒中的醛类物质，并对二者的相关性进行了研究探讨，借此 来确定是否可以采用t b a 值法测定啤酒中的羰基化合物含量来预测啤酒的 老化程度。通过分析实验结果发现，羰基化合物与t b a 反应生成有色加成物， 尤其是醛类物质，不饱和醛的专一性要高于饱和醛的专一性【1 6 , 1 7 】。t b a 与乙 醛等形成黄色加成物，与反2 一壬烯醛反应形成橙黄色加成物，啤酒所含有的 其他物质在一定程度上影响样品的吸光度值，硫代巴比妥酸虽然不能与啤酒 中的羰基化合物发生特异性的反应，但与醛类物质相比，这种影响很小，说 明其他物质对t b a 值法的准确度干扰不大f 他】。因此，t b a 值可以作为一个 实验指标，反映样品老化情况。此外，硫代巴比妥酸与羰基化合物生成黄色 络合物的速度很快 1 9 , 2 0 】。因此，t b a 值法简便，快捷，所需仪器少，并且可 以同时处理多个样品，非常实用，对生产有重要的参考价值。 1 0 山东轻丁业学院硕f j 学位论文 也是针对t b a 值法测定啤酒老化程度的可靠性，张与红等研究了在啤酒 检测方面，研究评价了t b a 值分析方法的平行性及再现性，同时还研究了啤 酒，七产过程中t b a 值的变化规律及相关影响冈素，结果发现，发酵过程中发 酵液的t b a 值在发酵的第2 4 天会达到最大值，之后随着发酵过程的进行， t b a 值不断降低，直至发酵温度降至0 v 后趋于稳定。事实证明，t b a 值的 分析方法具有很好的平行性及再现性，满足微量分析要求【2 1 1 。 啤酒的t b a 值与原料、麦汁浓度，酵母菌种及酿造过程的控制有关，在 相同条件下，一般所选原料的t b a 值低，麦汁的t b a 值也相应的会较低； 原麦汁浓度较高的话，麦汁和啤酒的t b a 值也相f 电的较高；啤酒生产过程中， 如果采取措施后，避氧条件越严格，啤酒的t b a 值就将越低【2 2 】。成品啤酒总 含氧量越高，在储存过程中，啤酒越易氧化，其t b a 值会上升地特别快【2 3 1 。 发酵液中最终的各种成分及其含量，对啤酒的的