（发酵工程专业论文）啤酒中有机酸组成的研究.pdf

摘要 摘要 有机酸是啤酒重要的风味物质之一。本文以对啤酒质量有重要影响的6 种有机酸( 丙 酮酸、苹果酸、乙酸、乳酸、柠檬酸和琥珀酸) 为研究对象，确定了淡爽型啤酒的最佳 有机酸组成，并研究了酿造过程中有机酸的变化及影响因素。以甘啤三号大麦为原料， 经过制麦、糖化和发酵工艺的优化，改善和控制了成品啤酒的有机酸组成。 成品麦芽中的有机酸主要在发芽阶段产生，总有机酸含量比原大麦增加3 倍以上。 乙酸、乳酸和琥珀酸含量分别增加2 0 9 倍，7 7 倍和5 9 倍，琥珀酸含量的增长和时间 成正比，在焙燥阶段的增幅最大；丙酮酸和柠檬酸总量也有很大增加，但在焙燥阶段有 所降低；苹果酸含量有一定波动。大麦品种、制麦工艺和制麦微生物是影响( p 0 0 5 ) 成 品麦芽有机酸的主要因素。 国产大麦甘啤三号有机酸组成较优的制麦工艺为：o 0 6 n a o h 和1 0 n a c l 0 洗 麦，浸麦3 7h ，1 5 发芽5d ( 湿度9 0 ) ，8 3 焙燥3h 。成品麦芽的常规指标符合要 求，有机酸组成得到改善。 麦芽中的有机酸是麦芽原始总酸的主要成分，在蛋白质休止时开始溶出。大米辅料、 煮沸方式及添加剂对麦汁中有机酸含量的影响较大。麦汁浓度相同时，3 0 大米辅料可 以降低有机酸含量1 0 ：添加酒花和钙离子经敞口煮沸，总有机酸酸含量下降2 3 ， 乙酸、丙酮酸和苹果酸分别下降6 5 、2 7 和2 2 。 对国内外4 5 种啤酒有机酸组成进行分析统计，发现国内和国外品牌啤酒在有机酸 组成上有较大差异。根据国外2 3 种优秀啤酒有机酸分布以及百威啤酒稳定的有机酸组 成，结合酸感品评试验，确定了淡爽型啤酒的有机酸组成的最佳范围：丙酮酸5 0 7 0 m g l ， 苹果酸6 0 8 0 m g l ，乳酸6 0 8 0 m g l ，乙酸2 0 - 4 0 m g l ，柠檬酸1 1 0 1 3 0 m g l ，琥珀酸 5 0 8 0 m g l 。运用统计学多指标综合方法，建立了以这6 种有机酸为指标评价啤酒的方 法。可以根据有机酸组成对试验结果进行优劣排序和比较。 采用3 0 大米辅料，糖化工艺为：5 0 、p h5 4 蛋白质休止4 0 r a i n ，糖化4 0 m i n ， 制各1 4 0 p 麦汁，选用3 “酵母，接种量1 5 1 0 6 个m l ，1 0 发酵后稀释到“o p 冷储藏 3d 。酿制的啤酒有机酸组成接近最佳组成范围，感官品尝表明，口味纯正，酸感协调。 关键词：啤酒，有机酸，影响因素，酿造工艺 a b s 打a c t a b s t r a c t o r g a n i ca c i d sw e r eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf l a v o rc o m p o u n d si n b e e r 6k i n d so f o r g a n i ca c i d s ( p y r u v i ca c i d ，m a l i ca c i d ，l a c t i ca c i d , a c e t i ca c i d ，c i t r i ca c i da n ds u c c i n i ca c i d ) p r e s e n t e di nb e e rw e r ei n t e n s i v e l ys t u d i e di nt h i sp a p e r 1 1 1 er e l a t i v eo p t i m a lr a n g e so fo r g a n i c a c i d si nl i g h tb e e rw e r ed e t e r m i n e db ym e a s u r e m e n ta n ds t a f f s t i ca n a l y s i so ft h ec o n t e n to f o r g a n i ca c i d si nc o m m e r c i a lb e e r s t h ec h a n g ea n di n f l u e n c i n g f a c t o r so fo r g a n i ca c i d s c o n t e n td u r i n gb r e w i n gp r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h i ss t u d y t h eo r g a n i c a c i d sc o n t e n to ff i n a lb e e rw e r ei m p r o v e da n dc o n t r o l l e db ya d j u s t i n gt h em a l t i n g ，m a s h i n g a n df e r m e n t a t i o np r o c e s s i n gw i t hg a n3m a l t i n gb a r l e y o r g a n i ca c i d si nf i n a lm a l tw e r el a r g e l yp r o d u c e dd u r i n gg e r m i n a t i o n t h et o t a lc o n t e n t o fo r g a n i ca c i d sw a si n c r e a s e db y3t i m e sc o m p a r e dw i t ht h er a wm a l t i n gb a r l e y t h ec o n t e n t o fa c e t i c 1 a c t i ca n ds u c c i n i ca c i di nm a l tw a si n c r e a s e db y2 0 9 ，7 7 ，5 9t i m e s ，r e s p e c t i v e l y t h el e v e lo fs u c c i n i ca c i dw a si n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t hm a l t i n gt i m ea n dm o r er a p i d l yi n k i l n i n gp r o c e s s i n g t h en o t a b l ei n c r e a s i n gi n c i t r i ca n dp y r u v i ca c i dc o n t e n tb u tl o w e r e d s l i g h t l yi nk i l n i n gw e r ea l s oo b s e r v e d t h em a l i ca c i dc o n t e n tw a sf l u c t u a t e dt h r o u g h o u tt h e m a l t i n g b a r l e yv a r i e t y ，m a l t i n gp r o c e d u r ea n dm i c r o o r g a n i s m sw e r e t h ek e yf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h ec o n t e n to fo r g a n i ca c i d si nf i n a lm a l t t h ei m p r o v e dm a l t i n gp a r a m e t e r sf o rd o m e s t i cb a r l e yv a r i e t yg a n3w e r ea sf o l l o w s ： r a wb a r l e yw a sw a s h e db y0 0 6 n a o ha n d1 o n a c l os o l u t i o n s ，s t e e p i n gt i m ew a s 3 7 一h o u r , t h e ng e r m i n a t ea t1 5 c ( h u m i d i t y9 0 1f o r5d a y s t h ek i l n i n gt e m p e r a t u r ew a s8 3 f o r3 - h o u r t h ec o n t e n to f o r g a n i ca c i d si nf i n a lm a l tw a si m p r o v e d o r g a n i ca c i d sw e r et h em a i nc o m p o n e n t so fo r i g i nt o t a la c i d s i nm a l t t h e yw e r e d i s s o l v e si n t ow o r ta tt h eb e g i n n i n go fm a s h i n gp r o c e s s ，t h ec o n t e n to fo r g a n i ca c i d si nw o r t w a sg r e a t l yi n f l u e n c e db yr i c e ，w o r tb o i l i n gt y p ea n da d d i t i v e s t h eo r g a n i ca c i dc o n t e n ti n w o r tw a sd e c r e a s e db yl0 w i t h3 0 r i c ea d j u n c t t h et o t a lc o n t e n to fo r g a n i ca c i d si nw o r t w a sd e c r e a s e db y2 3 w i t ha d d i n gh o p sa n dc a 2 + i nt h eo p e nk e t t l eb o i l i n gs y s t e m ，w h i l et h e c o n t e n to fa c e t i c p y r u v i ca n dm a l i ca c i dw a sl o w e r e db y6 5 ，2 7 a n d2 2 ，r e s p e c t i v e l y t h ea m o u n t so fo r g a n i ca c i d si n4 5c o m m e r c i a lb e e r sb o u g h tf r o mw 、lx im a r k e tw e r e d e t e r m i n e d t h eg r e a td i s c r e p a n c yi nc o n t e n to fo r g a n i ca c i d sb e t w e e nc h i n e s ea n df o r e i g n b e e r sw a si n d e e dp r e s e n t e d w i t hm e a s u r e do ft h eo r g a n i ca c i dc o n t e n t si n2 3f o r e i g nb e e r s a n dm a n yb u d w e i s e rs a m p l e s ，t h er e l a t i v eo p t i m a lr a n g eo fo r g a n i ca c i d sw a sc o n s i d e r e da s ： p y r u v i c5 0 7 0m g l m a l i c6 0 - 8 0 m g l ，l a c t i c6 0 _ 8 0m g l ，a c e t i c2 0 - 4 0m e f c ，c i t r i c 1 10 一l3 0 m la n ds u c c i n i ca c i d5 0 8 0m g l ac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o db yt h ec o n t e n to fs i x o r g a n i ca c i d sw a sp r o p o s e dw i t h s t a t i s t i cm e t h o d o l o g y t h eb e e rc o u l db er a n k e da n d c o m p a r e db yt h eo r g a n i ca c i dc o n t e n ti nb e e r r i c e ( 3 0 ) a n dm a l t ( 7 0 ) w e r eu s e dt op r e p a r e14p l a t oh i g h - g r a v i t yw o r t ，t h em a s h p r o c e s sw a sf i n i s h e d ( p r o t e i nr e s t a tp h5 4 ) a t5 0 f o r4 0m i n ，t h e n3 ”y e a s ts t r a i n f 1 5 1 0 6 c e l l m l ) w a sp i t c h e d ，m a i nf e r m e n t a t i o na t1 0 ，f i n a l l yg r e e nb e e rw a sd i l u t e dt o a b s 订a c t 11p l a t o ，t h e nc h i l l e da n ds t o r e da t0 f o r3d a y s t h ec o n t e n ta n dp r o p o r t i o no fo r g a n i c a c i d si nb e e rw a sc l o s e rt ot h eo p t i m u mr a n g ed e t e r m i n e di nc h a p t e r4 t h eb e e rw a st a s t e d w i t hf u l l b o d i e da n dm o d e r a t eb yt h es e n s o r ye v a l u a t i o n k e yw o r d s ：b e e r , o r g a n i ca c i d ，i n f l u e n c i n gf a c t o r , b r e w i n gt e c h n o l o g y i n 独创性声哦 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特剐加 ：王标注和致谢的遣方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包台本入为获得江南 大学或其它教育帆构的学位或证书而使用过的材料。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。 签名：塑歪芝日期厶陴6 7 jp e t 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的艇定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据瘁 迸行检索，可魄采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电予文档的内容和纸质论文的内害相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：亟翌竺导师签名= 垒亟 e l 期：o 口6 年6 月oe l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 啤酒中酸类物质概述 啤酒是组分十分复杂的缓冲体系，其微量组分多达8 0 0 种以上【l 】，涉及有机化合物 的各大门类，这些物质直接或者间接的影响啤酒的质量。啤酒中已经确定的对啤酒风味 有重要影响物质群主要包括醇类、酯类、羰基化合物、有机酸、硫化物、胺、酚等物质， 它们是构成啤酒特有风味的物质基础。研究表吲1 一，醇类( 如乙醇和高级醇) 和酯类 ( 如乙酸乙酯和乙酸异戊酯) 对啤酒香味及口感有重要影响；羰基化合物( 如乙醛和连 二酮) 对啤酒风味稳定性有明显的影响；酸类物质亦是其中重要的呈味物质之一，其涉 及啤酒的口感和稳定性等多方面的内容。醇、酯和羰基化合物等已经成为酿造者关注的 对象甚至成为常规测定指标，但过去对于酸类物质的关注相对较少。 啤酒中的酸类物质有2 0 0 种以上，这些酸及其酸性盐控制着啤酒的p h 值和总酸【l 一。 根据其化学组成，可分为无机酸和有机酸。无机酸要包括磷酸盐，硫酸盐，氯离子及硝 酸盐等，在啤酒中的含量范围依次分别为1 7 5 5 8 7m g l ，1 2 2 - 4 3 9m g l ，1 0 9 - 4 2 9m g l 和o 5 2 0m g l 1 1 。其次是有机酸，啤酒中已经检测到的有机酸有1 0 0 种以上【2 】。根据其 挥发性又可分为挥发性有机酸和非挥发性有机酸。挥发性酸主要有甲酸、乙酸、丙酸和 低挥发性的c 3 c l o 脂肪酸等，其中乙酸对啤酒风味影响较大；非挥发性酸包括乳酸、琥 珀酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、甜酮戊二酸、丙酮酸和酚酸等。其中，丙酮酸，苹果 酸，乙酸，乳酸，柠檬酸和琥珀酸在啤酒中含量相对较高，而且是啤酒中主要的酸味物 质以及缓冲物质，对啤酒质量有重要的影响，将是本论文讨论的重点。 1 2 啤酒中有机酸的研究进展 1 2 1 有机酸测定方法的发展 啤酒中的有机酸研究开始于上世纪5 0 年代，由于其含量相对较低，分析测定有一 定的难度，各种有机酸的发现及准确测定同现代仪器分析技术的发展紧密相关。表1 - 1 综合了啤酒中有机酸的测定及其发展历程。 自7 0 年代以来，由于色谱理论的不断发展与完善，离子色谱，毛细管电泳，反相 高效液相色谱( r p h p l c ) 在有机酸的分离上取得了很大的进展，在啤酒行业的应用也 越来越广泛。其中，反相高效液相色谱法分析方便快捷，操作费用相对较低，是分离测 定啤酒中复杂且含量很少的有机酸常用的方法。 1 2 2 啤酒中有机酸对其质量的影响 啤酒中有机酸对其质量的影响主要体现在三个方面：一是有机酸都含有羧基提供酸 味，且每种有机酸都有各自独特的风味感观特征，对啤酒的1 2 1 感及风味有重要影响 1 5 - 1 7 ； 江南大学硕士学位论文 其次，有机酸对啤酒的缓冲性有重要贡献从而对其质量稳定性有重要影响1 1 8 ，1 9 ，2 1 ，2 5 】；三 是有机酸能够抵抗其它微生物的污染，且各种酸的抵抗能力不同【1 5 , 2 2 剀。 表i - i 啤酒中有机酸研究测定 t a b l e i id e v e l o p m e n to f a n a l y s i so f o r g a n i ca c i d si nb e e r 1 2 2 i 有机酸对啤酒口感和风味的影响 啤酒等大多数食品中都含有有机酸，是重要的呈味物质，正所谓“无酸不成酒”，可 见其对啤酒口感的重要影响。物质的结构决定性质，一方面，有机酸的共同特征是含有 羧基，电离h + ，提供明显的酸味。另一方面，各种有机酸由于其不同的分子结构( 见 表i - 2 ) ，比如羧基、羟基数目，双键等，又具有自身的风味、口感及香味特征( 见表 1 3 ) 1 1 ”。例如，柠檬酸具有与苹果酸不同的清新淡爽风味，而琥珀酸除了具有自身的 酸味外，还呈现一种特殊的咸昧、苦味。脂肪酸中的乙酸具有对味觉后部有强烈刺激的 香味特性。每一种长链的脂肪酸都有特殊的气味特性，但在酒精饮料中这种香味却令人 不愉快。 啤酒中合理的有机酸含量和组成赋予啤酒柔和清新爽口等舒适的口感；缺乏酸类 时，啤酒会呆滞，粘稠，不爽口。而过量的酸又使啤酒口感粗糙，不柔和，不协调。可 见，有机酸对啤酒的口感有重要影响，精确控制其组成是改善啤酒风味的重要措施。 从各种有机酸风味强度f u 值、模拟啤酒中添加有机酸实验以及在成品啤酒中添加 部分有机酸的品评验证实验等三个方面，董霞【2 6 】研究了影响啤酒口感的有机酸组成，确 定了乙酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、丙酮酸、己酸、辛酸是影响啤酒口感的重 要的有机酸。通过模拟啤酒的有机酸品尝实验室发现，一般在啤酒中的风味强度大于o 5 的有机酸都对模拟啤酒的口感协调与否产生着重要的影响，它们对模拟啤酒口感的影响 的大d , n 序为琥珀酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸、癸酸、辛酸、己酸。 2 第一章绪论 表l - 2 各种有机酸分子特征的比较【1 7 】 ! ! ! ! ! ! ：；! 生垩! ! ! ! ! ! 竺p 翌p ! 坐! ! ! 笠竺i ! 竺! 查虫丝! ! 有机酸分子量( d a ) 碳原子数 羧基数 羟基数碳碳单键数共扼双键数熔点p k a l 乙酸 6 0 1 210 001 6 64 7 5 柠檬酸 1 9 2 16 3l 001 5 33 1 3 丁酸 8 8 1410005 74 8 1 富马酸 1 1 6 1420 l33 0 03 0 3 乳酸 9 0 1 3ll 001 6 83 8 6 苹果酸 1 3 4 1 421 001 3 23 4 0 琥珀酸 1 1 8 1420 00 1 8 8 4 1 6 t a b l e1 - 3t h r e s h o l dv a l u ea n df l a v o rd e s c r i p t i o no f m a i no r g a n i ca c i d si nb e e r 1 2 2 2 有机酸对p h 和缓冲性的影响进而对啤酒质量稳定性的影响 ( 1 ) 啤酒p h 和缓冲性对啤酒质量的影响 p h 和缓冲性是啤酒酒体的重要物理特性，也是控制啤酒质量的最常用的指标。大 量研究表明，啤酒p h 值和缓冲性对啤酒质量稳定性，包括风味稳定性、非生物稳定性、 生物稳定性、泡沫稳定性，都具有重要影响。 啤酒是一个由多种缓冲物质组成的缓冲体系。从缓冲溶液的角度讲，啤酒是由p k a 值在这一p h 值附近的多种缓冲物质组成的溶液，且主要缓冲物质浓度越高，啤酒缓冲 性就越大。啤酒中多种物质在这一复杂的体系中不断变化。啤酒缓冲性控制着啤酒p h 值的变化幅度，改变着啤酒中各种有利反应和不利反应的进程，从而影响到啤酒质量的 稳定程度。2 0 0 1 年，b a m f o r t h 2 ”等报道啤酒p h 降低时，其生物稳定性、非生物稳定性 和泡沫稳定性均增加，而风味稳定性降低，味觉爽i = 1 性降低。2 0 0 3 年杨裂1 9 】研究表明， 啤酒缓冲容量与泡持、浊度稳定性呈正相相关，而与老化速度之间呈反相相关。不同浓 度和相同浓度的不同啤酒中都存在这种相关性趋势。 ( 2 ) 有机酸对啤酒口h 和缓冲性的影响 h a m m o n d 1 9 j 在1 9 8 1 年首先提出啤酒中主要缓冲物是多肽和有机酸。1 9 9 0 年， t a y l o r 墙l 在对啤酒p h 值控制的研究中，提出有机酸( 如柠檬酸、乳酸、琥珀酸、丙酮酸) 和天冬氨酸、谷氨酸及含有这些氨基酸的肽类构成麦汁和啤酒缓冲体系。b a m f o r t h l 2 l 】 在对啤酒p h 值的综述中，再次阐明了有机酸与天冬氨酸、谷氨酸残基的肽类是影响啤 酒p h 值和缓冲性的两大重要因素。杨毅【1 9 】对有机酸与啤酒缓冲性、p h 值之间的进行 江南大学硕士学位论文 相关性分析，确定影响啤酒缓冲性的主要有机酸是柠檬酸、乳酸、富马酸、乙酸、琥珀 酸；影响啤酒p n 值的4 种主要有机酸成分依次是丙酮酸、乳酸、柠檬酸、富马酸；既 影响啤酒缓冲性又影响啤酒p h 值的3 种有机酸是乳酸、柠檬酸、富马酸。因此，啤酒 中的有机酸既决定着啤酒的p h 值，又是缓冲体系的重要成分，从而控制啤酒p h 值的 变化幅度。 由此可见，啤酒p n 和缓冲性对啤酒质量有重要影响，啤酒有机酸是决定p h 和构 成啤酒缓冲体系的重要组成之一，因而，有机酸是影响啤酒质量稳定性的重要物质基础。 1 2 2 3 有机酸对微生物的抑制作用 许多有机酸对微生物有抑制作用，可以防止食品受到有害微生物的破坏。例如山梨 酸对微生物生长有很好的抑制作用被广泛用来作防腐剂 2 2 1 ，而乙酸，富马酸，乳酸等有 机酸对腐败菌和致病菌的繁殖也有阻止和延迟作用 2 2 - 2 a 。而且，各种酸对微生物污染的 敏感程度不同，特别是对乳酸菌的污染。琥珀酸在好氧和厌氧条件下都具有对微生物污 染的抵抗能力，而苹果酸和柠檬酸在厌氧条件下会被乳酸菌代谢利用，造成挥发酸含量 增加，引起风味变化【”，2 2 。在一定程度上，啤酒中的有机酸对防止啤酒腐败变质起到一 定的作用。 1 2 3 啤酒中有机酸的来源与控制 啤酒中的有机酸来源是多方面的，主要是以下四个方面：谷物原料，外加酸，酵母 代谢，污染杂菌代谢 2 - 2 9 1 。由于外加酸是人为控制，其类型和添加量可以很好的控制； 而且，在现代酿造设备和管理技术高度发达的情况下，啤酒几乎可以到达无菌酿造，微 生物的污染很少，因此它对啤酒酸类的影响也不是重点。而关于啤酒中有机酸主要来源 与控制，应集中在啤酒原料麦芽和发酵过程中酵母的代谢，这才是考察的关键。 关于有机酸的来源与控制，国内相关研究较少，国外学者有一定的研究结果。e n e b o 等 3 1 发现，在啤酒中出现的有机酸在麦汁中也能检测到，且说明啤酒中的有机酸大部分 来源于原料麦芽。k u r o i w a 和k o k u b o 以及r o s c u l e t 1 】追踪了发酵过程中一系列有机酸的 变化发现，有机酸主要是在发酵过程中生成的，最终啤酒中有机酸水平很大程度上取决 于酵母在发酵过程的代谢。m a h d i 和p i e n d l 和g e h l o d l 阐述了多种非挥发有机酸( 柠 檬酸、苹果酸和葡萄糖酸等) 是大麦在发芽和成熟过程中的代谢产物，在发酵过程中在 很小的范围中形成和分解。这又说明有机酸主要来自原料麦芽。c o o t e 和k i r s o p 嘲发现， 啤酒中的部分有机酸如苹果酸、柠檬酸、异柠檬酸和葡萄糖酸主要来自麦芽，而啤酒中 的琥珀酸、乳酸和焦谷氨酸在麦汁煮沸和发酵过程中形成。r u d i n e 2 1 认为麦汁中只有很少 的丙酮酸( 约1 5 m g l ) ，而大部分的非挥发有机酸来自发酵过程。这些结论仅对啤酒中 有机酸作了局部的定性分析，而对其影响因素( 如工艺参数等) 以及如何控制没有深入 系统的研究。 笼统地讲，啤酒中有机酸的主要来源是麦芽和酵母代谢。这是许多作者研究的共同 4 第一章绪论 点。但是对于啤酒中众多的有机酸来讲，各种有机酸究竟是来自原料还是酵母代谢，或 者兼而有之，糖化酶解过程是否产生有机酸，它们的影响因素是什么，如何控制，迄今 为止，都没有系统的研究和明确的结论。关于啤酒中有机酸的报道也可谓“仁者见仁， 智者见智”，众说纷纭，莫衷一是。这为精确控制啤酒中有机酸进而改善啤酒质量带来 困难。因此，弄清各种有机酸的具体来源与影响因素以及其在酿造各阶段的变化情况， 是实施控制措施进而改善啤酒口感的重要前提。 1 3 立题背景与意义 啤酒因为其酒精度低，营养丰富，已经成为世界流行的大众型饮料酒。近年来，我 国的啤酒不仅产量升居世界第一，而且啤酒的质量也已有了长足的进步。但是随着人民 生活水平的提高，人们对啤酒的口感与风味提出了更高的要求。我国目前以生产淡爽型 啤酒为主，由于我国国有啤酒企业的酿造原料、酿造工艺、生产菌种以及管理水平与国 外先进水平存在较大差异，酿造的淡爽型啤酒的口感柔和性和协调性存在一定缺陷。特 别是由于原麦汁浓度的降低，高浓稀释工艺的采用等，啤酒极容易出现酸感突出，酸露 头的现象。国内啤酒和淡爽型啤酒的代表百威啤酒的有机酸组成相比较发现，其有机酸 的组成( 含量和相对比例) 差别很大，这可能是造成啤酒质量( 包括口感和风味稳定性) 差距的重要原因。我国啤酒企业对啤酒中酸类物质的控制仅限于总酸和p h 两个指标， 这对于精确控制啤酒酸感以及保持口味协调均一是远远不够的，不能满足现在啤酒质量 的控制要求。因此，对啤酒中有机酸的组成，及其产生的途径与控制措施进行深入系统 的研究，建立起更加详细的控制指标，已经成为国内啤酒企业新的亟待解决的问题。对 于国产啤酒口感的改善及产品整体质量的提高有重要意义。 1 4 课题研究思路与主要内容 为了精确控制啤酒中有机酸的组成，从而进一步改善我国淡爽型啤酒的口感质量， 本课题以啤酒中含量较高且对啤酒质量有重要影响的六种有机酸( 丙酮酸，苹果酸，乳 酸，乙酸，柠檬酸，琥珀酸) 为研究对象，针对我国啤酒生产的实际情况，从工业应用 的角度出发，研究啤酒生产全过程中有机酸的变化规律以及影响其组成的主要因素，在 制麦生产设备和生产主体工艺变化不大的前提下，对生产工艺进行改进优化，最终达到 改善啤酒中有机酸组成进而改善啤酒酸感的目的。本论文主要研究内容包括： 1 以国产大麦为原料，考察麦芽制备过程中的有机酸变化以及成品麦芽有机酸含量的 主要影响因素；同时以麦芽有机酸含量为指标，对制麦工艺进行优化，以期得到有 机酸组成更加合理的原料麦芽。 2 考察麦汁制备过程中有机酸的变化，包括麦汁中有机酸的溶出规律及其影响因素。 3 调查国内外淡爽型啤酒的有机酸组成以及酸感品尝，通过多元数据统计分析确定 1 1 0 p 淡爽型啤酒的最佳有机酸组成范围，建立以六种主要有机酸为指标的评价方法。 4 考察酵母，糖化工艺以及发酵条件对酵母产酸的影响，并对其进行优化。采用有机 江南大学硕士学位论文 酸组成合理的麦芽为原料，优化的酿造工艺，进行e b c 管发酵试验，最终得到有机 酸组成与口感改善的啤酒产品。 6 第二章成品麦芽有机酸含量的主要影响因素及控制 第二章成品麦芽有机酸含量的主要影响因素及控制 2 - 1 引言 啤酒中的许多有机酸在麦汁中也能检测到，只是含量和比例不同【3 】。这说明麦汁中 有机酸对啤酒中有机酸含量有一定的贡献。而麦汁中的有机酸主要来源于成品麦芽，因 此，成品麦芽的有机酸组成会通过影响麦汁中的含量从而最终影响啤酒中的含量。 麦芽中的有机酸主要来源于大麦的发芽过程1 2 7 , 2 s 1 。且有研究表吲3 0 - 3 2 1 ，麦汁的缓冲 性和p h 受原料大麦、浸麦、发芽和干燥条件的影响，而有机酸是决定麦汁缓冲性和p h 的重要物质之- - 1 9 1 。因此可以推断影响大麦发芽的制麦工艺条件等因素会影响到麦芽的 有机酸组成。揭示麦芽中有机酸的生成规律和影响因素是精确控制啤酒中有机酸的基 础。 本文在检测各种商品麦芽有机酸含量的基础上，利用国产大麦在实验室中进行微型 制麦试验，探讨了在制麦工艺中成品麦芽有机酸含量的变化及其影响因素。并通过正交 优化试验，试图找到一个更加合理的制麦工艺，制各有机酸组成更加合理的原料麦芽。 2 2 材科与方法 2 2 1 主要材料 商品麦芽：法麦，加麦，澳麦，甘三和k a 4 b ，青岛啤酒公司提供 大麦：甘啤三号( 甘肃玉门) ，2 0 0 4 年收割；冈二( 苏北) ，2 0 0 3 年和2 0 0 4 年收割 2 2 2 主要试剂 甲醇( 色谱纯) 、乙腈( 色谱纯) 、次氯酸钠( 分析纯) 、乙酸( 分析纯) 、丙酮酸( 分析纯) ：中 国医药( 集团) 上海化学试剂公司；柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸：均为色谱纯， s i g m a - a l d r i c h 公司 2 2 - 3 仪器设备 高效液相色谱 p h s 3 c 型精密p h 计 样品处理柱s e p p a kc 1 8c a r t r i d g e t s 4 型糖化试验仪 1 2 2 9 型红外谷物分析 t g l l 6 c 型高速离心机 l d 4 - 2 a 型低速离心机 m e t t l e rt o l e d o 电子天平 隔水式电热恒温培养箱 美国w a t e r s 公司 上海雷磁仪器厂 美国w a t e r s 公司 北京市发酵工业研究所研制 瑞士f o s s 公司 上海安亭科学仪器厂 北京医用离心机厂 梅特勒托利多上海仪器有限公司 上海跃进医疗器械厂 7 江南大学硕士学位论文 1 0 1 1 型干燥箱上海实验仪器厂 l s b 5 0 l 立式压力蒸汽灭菌器上海医用核子仪器厂 l r h 2 5 0 生化培养箱上海一恒科技有限公司 微型制麦仪北京光电设备厂 s p x 1 5 0 b ( 恒温恒湿) 生化培养箱上海跃进医疗器械厂 2 2 4 试验方法 2 2 4 1 发芽谷物中有机酸提取1 3 1 1 称3 0g 样品( 浸麦或麦芽) ，加入1 0 0m l 去离子水，用食品匀浆机匀浆5m i n ，将匀 浆液转移到2 0 0 m l 容量瓶中，定容混匀。取4 0 m l 匀浆液在1 0 0 0 g 离心5 m i n 。上清 液用o 2 2p u n 膜过滤，再用s e p p a kc 1 3 过滤处理后进h p l c 。最后结果经除去水分的绝 干谷物的含量表示。 2 2 4 2 微型制麦工艺陌蚓 研究影响因素时的制麦试验在微型制麦机上进行，后期工艺优化在恒温恒湿的生化 培养箱中进行，温度，时间和湿度等参数可准确控制。 表2 - 1 微型制麦工艺 t a b l e2 - 1m a l t i n gp r o c e d u r e s 2 2 5 分析方法 2 2 5 1 水分测定1 3 3 1 原大麦和焙燥麦芽( 水分 1 4 的谷物样品，称3 0 9 样品在5 0 c 下干燥4 h ，称重，计算自由水分。 再按上述的方法测定结合水分。 2 2 5 2 有机酸测定1 1 9 , a t , a s l 1 色谱条件 色谱柱：w a t e r s a t a n t i sd c l 84 6 x 1 5 0 m m ，5 肛l ；流动相：2 0m m o l l n a h 2 p 0 4 ，p h = 2 7 ； 进样体积：l o “l ；柱温：3 0 ；检测器：u v 2 1 0 n m 2 标准溶液的配制 准确配置9 种有机酸标准溶液以及有机酸混合标准溶液。混合标准溶液的浓度见表 8 第二章成品麦芽有机酸含量的主要影响因素及控制 草酸 酒石酸 丙酮酸 苹果酸 乳酸 7 0 7 6 1 4 2 2 6 8 8 a 酮戊二酸 乙酸 柠檬酸 富马酸 琥珀酸 5 5 0 1 0 7 2 2 2 9 3 有机酸的定量方法和准确性 以保留时间和样品加标定性，将各种有机酸标准溶液在同样的色谱条件下进样，绘 制标准曲线，采用峰面积外标法定量。各有机酸的标准曲线方程见表2 3 。同一啤酒6 个平行样在同样的色谱条件下进样，各种有机酸的标准偏差和变异系数见表2 - 4 。 表2 - 3 各种有机酸标准曲线的回归方程和线性范围 ! ! ! ! ! ：! 墅! 型竺竺垡! 塑! 堡竺! 查翌! ! i ! ! 竺磐邕 有机酸回归方程相关系数线性范围m g l 表2 - 4 该方法的精密度与重现性 ：! ! ! ! ! ! ：! 垒2 塑竺垒堡p ! 塑生! ! 堡垡些翌璺皇2 璺 啤酒样草酸丙酮酸苹果酸* 酮戊二酸乳酸乙酸柠檬酸富马酸琥珀酸 2 2 5 3 成品麦芽有机酸的提取和计算嗍 成品麦芽的有机酸测定先经过协定糖化法制备麦汁，再h p l c 分析测定麦汁中有机 酸的含量( r a g l ) ，最后按照以下公式计算成品麦芽有机酸含量： 有机酸( m g l o o g 绝干麦芽) = 有机酸( m g l ) ( 8 0 0 十w ) x 1 0 0 l o x d x ( 1 0 0 一 3 ) x o o o - w ) 其中：w 一水分；d 一麦芽汁比重；e 一麦芽汁浸出物重量百分比 2 2 5 4 麦芽常规指标的分析 浸出物、可溶性氮、总氮、库尔巴赫值( ) 的测定：参见田j 9 江南大学硕士学位论文 2 3 结果与讨论 2 3 1 不同商品麦芽中有机酸含量分析 首先测定了不同商品麦芽的有机酸含量。将不同的成品麦芽粉碎后进行协定糖化， 利用h p l c 测定其中的各种有机酸含量，结果见表2 - 5 所示。 表2 - 5 不同品种成品麦芽中的有机酸含量( 单位：m g 1 0 0 9 绝干麦芽) ! ! ! ! ! ! ：i ! 生竺唑竺丝竺竺! ! 竺! 坐! ! ! i 堡! 宝坐! 鲤p ! ! ! l 婴型! ! ! g 盟里! ! 1 2 草酸丙酮酸苹果酸乳酸乙酸柠檬酸 琥珀酸总和 从表2 - 5 的结果可以看出，在分析的6 种麦芽样品中，草酸、丙酮酸、苹果酸的含 量变化不大；而乳酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸的含量则波动非常大，乳酸含量在 1 7 1 3 0 - 5 0 5 7 m g 1 0 0 9 绝干麦芽，乙酸含量为7 1 2 2 1 0 0 2 7 m g 1 0 0 9 绝干麦芽；柠檬酸含量 从9 7 1 5 - 2 2 9 4 4m e , 1 0 0 9 绝干麦芽；琥珀酸则在2 4 5 9 5 6 2 2m g 1 0 0 9 绝干麦芽之间，不 同麦芽中总有机酸含量差别也较大。这说明，不同成品麦芽中有机酸含量和比例由于大 麦品种及生产厂家的不同呈现较大差异。 2 3 2 制麦过程中有机酸含量的变化 成品麦芽中的有机酸主要在制麦过程中生成，大麦发芽会产生大量的呼吸酸【3 ”。为 了进一步明确其变化趋势，作者采用国产大麦甘啤三号为原料，表2 1 中的制麦工艺i ( o 一3 0 h 浸麦，3 0 1 5 0 1 1 发芽，1 5 0 - 1 7 4 h 焙燥) ，考察了制麦过程中各种有机酸及总有机 酸含量的变化情况，结果见图2 1 所示。 本研究所涉及的酸主要是麦芽代谢三羧酸循环中的酸。通过发芽过程中的跟踪测定 发现，大麦在发芽期间由于呼吸代谢作用，麦芽的总有机酸逐渐升高为原大麦的3 5 倍 以上。总有机酸随时间变化( 图2 1 e ) 可用直线回归方程表示y = 1 4 8 3 8 x + 2 4 8 9 4 ( a 2 = 0 9 3 7 8 ) ，说明在制麦过程中麦芽中总有机酸随时间线性逐渐增加。从图2 1 一b 和2 - 1 d 可见，乙酸，乳酸和琥珀酸都随时间逐渐升高，和原大麦比较分别增加了2 0 9 倍，7 7 倍，5 9 倍。且都在焙燥阶段的增加幅度最快，尤其以乳酸为最明显，这可能是在焙燥 前期乳酸菌繁殖的结果；琥珀酸含量随时间几乎呈线性增加( r 2 _ - _ 0 8 5 3 6 ，图2 1 d ) ， 与总有机酸的变化趋势具有一致性。 1 0 加早删* 川l h z 曲口j 土高月，1 1 删目e 挑 工r 础 d 3 j 秒 ；2 5 善2 0 量，s 藿，n 容 0 4 0 1 0 0 1 1 4 0 一丙馥壹时兰* 碹 o 柏 1 i | 4 0l e o 一拧餮螽”“! 乳富马酸 o柚e o8 01 0 01 1 柚1 1 一乳嚣鲥”= 一酸 o4 01 1 2 0 1 伯a 卅壹时删( 叶 一艟帕聩 聃m 瞳时舳戈置 q硼4 0 8 01 0 01 2 01 4 01 朋l 叩 崩壹时问( h n - 一孽有机睦乜有机瞳与时御的关蕞 图2 1 制麦过程中各有机酸含量的变化 ( a 丙酮酸和苹果酸；b 乳酸和乙酸；c 柠檬酸和富马酸；d 琥珀酸及与时间的关系；e 总有机酸及 其与时间的关系) f i g 2 - 1c h a n g e si no l 舯i ca c i d sc o n t e n td u r i n gm a l t i n gp r o c e s s i n g ( ae y r i v i ca n dm a l i c ，bl a c t i ga n da c 娟c ，cc i t r i ca n df u m a r i c ，ds u e i n i ca n df i t t i n gc u i n ew i t hm a l t i n g t i m e ，et o t a lo r g a n i ca c i da n df i t t i n gc u r v ew i t hm a l t i n gt i m e ) 由图2 - 1 a 和2 1 - c 可见，丙酮酸，柠檬酸含量也都有很大增加，但在焙燥阶段都 有一个降低的过程；苹果酸在整个制麦过程中成现波动变化，在浸麦3 0 h 结束时达到最 大值，然后降低，到发芽结束前2 4 h 降到最低值7 4 m g l o o m g 绝干麦芽；富马酸整个过 程是逐渐降低的，从4 9 6m g l o o g 绝干麦芽降低到1 3 4 m g l o o g 绝干麦芽。由于富马酸 在麦芽和啤酒中的含量很少，以后不作重点研究。综上，各种有机酸在制麦各个阶段的 m霪x麓罾。嘴。 霪牛曩boor置皇括 蝴 狮 啪 瞄 啪 枷 霉恤p案口8 l，詈v量基c国 u 帛兀罕戳t 竽位佑义 变化形式差异较大，每个阶段的条件控制参数都可能影响有机酸的生成。 2 3 3 影响成品麦芽中有机酸含量的因素 2 3 3 1 大麦品种对成品麦芽有机酸含量的影响 为明确大麦品种对成品麦芽的影响，采用表2 1 的制麦工艺，分别对三种大麦( 其 中后两种是品种相同，储存时间不同) 进行制麦，分析成品麦芽中各种有机酸含量，结 果见表2 - 6 。为进一步了解其差别是否显