（食品科学与工程专业论文）低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究.pdf

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四因素正交试验结果的数据分析，得出影响可滴 定酸、磷酸盐含量、a 一氨基氮含量、缓冲容量的主次顺序分别为a d b = c 、 c a b d 、a b c d 、a d b c 。 3 、发酵中使用三聚磷酸钠( s t p p ) 和六偏磷酸钠( s h m p ) ，对啤酒 的风味进行改善。研究发现磷酸盐的加入提高了发酵液和成品酒的p h 值； 成品酒经品尝后发现，与空白相比，s t p p 使啤酒口感醇厚，没有明显的 酸味，但用量较大( 5 0 0 m g l ) 的样品稍有涩感；s h m p 不但给啤酒带来 咸苦的味道，而且部分掩盖了啤酒的正常风味。因此，选择三聚磷酸钠 ( s t p p ) 作为进一步研究对象。 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 4 、在上述试验基础上，调整s t p p 用量在2 5 0 m g l 以下，选择5 0 、 1 0 0 、1 5 0 、2 0 0 、2 5 0 m g l 五个梯度用量。发酵过程中发现，s t p p 对p h 的下降有很好的控制作用。成品酒经品评后发现，s t p p 的加入对成品酒 口味的影响十分明显，适量的s t p p 可使成品酒口感醇厚，用量较大则有 种类似单宁的涩滞感。所有样品中，以s t p p 用量为1 0 0 m g l 的成品酒口 味最佳，其次是用量为5 0 、1 5 0 m g l 的样品。 5 、进一步研究s t p p 的最佳用量。将浓度梯度调整为5 0 、7 5 、1 0 0 、 1 2 5 、1 5 0 m g l 。感观品评结果显示，s t p p 用量为7 5 m g l 的成品酒口味 最佳。 使用s t p p 不仅减少了低浓酒的酸味，而且增加了啤酒的醇厚性。 关键词：低浓度啤酒、有机酸、缓冲性、多聚磷酸盐、风味 山东农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，l o wg r a v i t yb e e rb e c o m e sm o r ea n dm o r ep r e v a l e n t ，h o w e v e r , i th a sm a n yf l a v o rd e f i c i e n c i e s ，s u c ha st o ol i g h t ，s o u rf e e l i n ge t c t h i sr e s e a r c hs t u d i e do nt h ek i n d sa n dc o n t e n t so fo r g a n i ca c i d s ，a n dt r i e d t of i n dt h er e a s o no ff l a v o rd i f f e r e n c e sb e t w e e nd i f f e r e n to r i g i n a lg r a v i t yb e e r s a d j u s t i n gs a c c h a r i f l c a t i o na n da p p e n d i n gp o l y p h o s p h a t e sw e r ea d o p t e d t o i m p r o v et h ef l a v o ro f t h el o wg r a v i t yb e e r t h e m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1w i t ht h es a n l er a t i oo f r a wm a t e r i a l s ，6 0 ，6 5 ，7 0 ，7 5 ，8 0 ，a n d1 0 0 0 p b e e r sw e r eb r e w e db yb o t t o mf e r m e n t a t i o n t h et o t a la c i d i t i e so ft h es a m p l e s i n c r e a s e df o l l o w i n gt h eo r i g i n a lg r a v i t yi n c r e a s i n g w i t ht h eo r i g i n a lg r a v i t y l o w e rt h a n7 5 0 p - t h es o u r n e s so fb e e r sw a sm o r eh e a v i e ri ns e q u e n c e t e n o r g a n i ca c i d sw e r ed e t e c t e d i ne a c ho ft h es a m p l e sb yr e v e r s ep h a s eh i 曲 p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( r p h p l c ) ，i n c l u d i n go x a l i c ，t a r t a r i c ， p y r u v i c ，m a l i c ，k e t o g l u t a r i c ，l a c t i c ，a c e t i c ，c i t r i c ，f u m a r i c ，a n ds u c c i n i ca c i d s t h et o “c o n t e n to ft h e s e a c i d sr a n g e d7 3 8 1 7t o7 9 9 5 0m g l t h e s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sw e r ef o t m do nt h ei n d i v i d u i lo r g a n i ca c i dc o n t e n t a m o n gt h es a m p l e s s u c c i n i ca c i dh a dt h et o pc o n t e n ti nt h e10o r g a n i ca c i d s d e t e c t e di ne a c ho ft h eb e e r s ，f o l l o w e db yc i t r i c ，l a c t i c ，m a l i c ，p y r u v i ca n d o x a l i ca c i di ns e q u e n c e t h ec o n t e n to fp y r u v i ca n do x a l i ca c i di n c r e a s e d w i t ht h eo r i g i n a lg r a v i t yo ft h es a m p l e si n c r e a s i n g ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n t o fl a c t i ca c i di nt h e7 0 ，7 5 ，8 0 ，a n dt h e10 o o ps a m p l e sw e r es i m i l a r , h o w e v e r , i ti n c r e a s e ds h a r p l yi nt h e6 0a n d6 5 。ps a m p l e s i ti n d i c a t e dt h a tt h e m e t a b o l i z a t i o no fb e e ry e a s tw a si m p a c t e db yo r i g i n a lg r a v i t ya n da t t e n u a t i o n o f b e e 2w i t ht h es a m er a wm a t e r i a l s ，m a t e r i a l - w a t e rr a t i o ，a n ds a m ep hv a l u e o fm a s hw a t e r ，t h r o u g hc h a n g i n gm a s h - i nt e m p e r a t u r e ，i n c u b a t i o nt i m e ， p r o t e o l y s i st e m p e r a t u r ea n dp r o t e o l y s i st i m ei ns a c c b a r i f l c a t i o n ，t h ee f f e c to f s a c c h a r i f i c a t i o nt e c h n o l o g yo nw o r tb u f f e r i n gc o m p o n e n ta n db u f f e r i n g c a p a c i t yw e r es t u d i e d n l et i t r a t a b l ea c i d s ，p h o s p h a t e s ，a m i n on i t r o g e na n d 3 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 b u f f e t i n gc a p a c i t yw e r ea f f e c t e di nd i f f e r e n td e g r e eb yi n l e tt e m p e r a t u r ea n d p r o t e o l y s i st e m p e r a t u r e o n h o g o n nt e s tw a sc a r r i e d o nf o u rf a c t o r s ：a ( m a s h - i nt e m p e r a t u r e ) ，b ( i n c u b a t i o nt i m e ) ，c ( p r o t e o l y s i st e m p e r a t u r e ) a n dd ( p r o t e o l y s i st i m e ) t h ea f f e c t i n gs e q u e n c eo nt i t r a t a b l ea c i d s ，p h o s p h a t e s ， a m i n on i 仃o g e na n db u f f e r i n gc a p a c i t yw e r es t a t e db yt h ea n a l y s i so fd a t a , t h a t w a sa d b = c 、c a b d 、a b c d 、a d b c ，r e s p e c t i v e l y 3s o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t e ( s t p p ) a n ds o d i u me x a m e t a p h o s p h a t e ( s h m p ) w e r eu s e di nf e r m e n t a t i o nt oi m p r o v et h ef l a v o ro ft h el o wg r a v i t y b e e r i tw a sf o u n dt h a ta p p e n d i n gp o l y p h o s p h a t e si n c r e a s e dt h ep hv a l u eo f t h ef e r m e n t a t i o n l i q u o r s a n db e e r s s e n s o r ye v a l u a t i o n ss h o w e dt h a t ， c o m p a r e dt ot h ec o n t r o lg r o u p s t p pm a d et h eb e e rt a s t ef u l l - b o d i e da n dn o s i g n i f i c a n ts o u rf e e l i n g ，b u te x c e s s i v eu s a g em a d et h e 。b e e ra c e r b i t y ；s h m p n o to n l ym a d et h eb e e rt a s t es a l t ya n db i u e lb u ta l s oc o v e r e dt h en o r m a lf l a v o r t h e r e f o r e ，s t p pw a sc h o s e nt ot h ef u r t h e rs t u d y 4b a s e do nt h ef o r m e rs t u d y , t h eu s a g eo fs t p p w a sa d j u s t e db e l o w2 5 0 m g l t h e n ，5 0 ，10 0 ，15 0 ，2 0 0 ，2 5 0 m g lw e r ec h o s e na st h eg r a d i e n tu s a g e o fs t p ei tw a sf o u n di nf e r m e n t a t i o nt h a ts t p ps i g n i f i c a n t l yc o n t r o l l e dt h e d e c r e a s eo fp hv a l u e s e n s o r ye v a l u a t i o n ss h o w e dt h a t ，a d d i t i o no fs t p p s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e dt h ef l a v o ro fb e e r s s u i t a b l eu s a g eo fs t p pm a d et h e b e e rt a s t ef u l l - b o d i e d ，b u th i g h e rc o n c e n t r a t i o nm a d et h eb e e ra c e r b i t ya n d s t a g n a n tw h i c ht a s t e dl i k et a n n i ca c i d t h e b e e rw i t h1 0 0 m g ls t p pa d d e d i nh a dt h eb e s tf l a v o rc h a r a c t e r i s t i c ，f o l l o w e db yt h eb e e r sw i t h5 0 ，1 5 0m g l s t p p 5f u r t h e rs t u d yw a sc a r r i e do nt h em o s ts u i t a b l eu s a g eo fs t p p n l e g r a d i e n tu s a g eo f s t p pw a sa d j u s t e da s5 0 ，7 5 ，1 0 0 ，1 2 5 ，1 5 0 m g l s e n s o r y e v a l u a t i o n ss h o w e dt h a t t h eb e e rw i t h7 5 m g ls t p pa d d e dh a dt h eb e s tf l a v o r c h a r a c t e r i s t i co fa 1 1 t h ea d d i t i o no fs t p pn o to n l yl e s s e n e dt h es o u rf e e l i n go fl o wg r a v i t y b e e r , b u ta l s om 甜et h eb e e rt a s t e 砌l - b o d i e d 4 山东农业大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：l o wg r a v i t yb e e r ，o r g a n i ca c i d s ，b u f f e r i n gc a p a c i t y p o l y p h o s p h a t e j ，f l a v o r 5 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 1 引言 1 1 啤酒 啤酒是全世界流行的低酒精度的饮料，酒精含量少，并且发酵后各种 营养成分不流失，因而有液体面包的美称，早在1 9 7 2 年召开的世界第九 次营养食品会上就正式被确定为营养食品。啤酒作为有悠久历史传统的产 品和成熟的行业，在我国也得到快速发展，产销量从2 0 世纪8 0 年代初的 几十万吨到9 0 年代初的6 0 0 多万吨，到本世纪初的2 3 0 0 多万吨，生产企 业也经历了由数量的剧增( 5 0 0 多家) 和自身规模的扩大阶段到企业数不 足4 0 0 家的规模化集团化发展阶段，年产销量2 0 0 万吨以上的企业已有3 家。 啤酒中8 0 9 0 的化学物质能被人体吸收，其中大部分都是经酵母中 的酶分解后的小分子量有机物，且都呈溶解状态，极易为人的肠胃吸收。 啤酒中除了酒精外，还含有还原糖、糊精、蛋白质分解物、无机盐类、维 生素等，其中大部分都是人体不可缺少的营养物质。啤酒的热量一半来自 酒精，另一半来自糖类和蛋白质的分解产物。啤酒中蛋白质及其分解产物， 皆以溶解状态存在，其中赖氨酸、组氨酸、缬氨酸等多种氨基酸不仅是人 体必需的营养物质，是消化系统合适刺激剂。啤酒中含磷酸盐、乳酸盐、 琥珀酸盐等，它们是构成啤酒口感和风味不可缺少的物质，少了这些物质 啤酒就会变得平淡无味，使啤酒保持良好的色泽、细腻的泡沫、清爽的醇 香及诱人的口味，这些物质起到了决定性的作用。 1 2 麦汁与糖化 1 2 1 糖化 糖化是啤酒生产过程中重要的工序，是利用酶将麦芽中非水溶性组分 逐步分解为水溶性组分并溶出的生化过程。糖化过程中，麦芽和大米含有 的大量淀粉溶出，并在一定条件下被酶催化最大限度地水解为可溶性低聚 糊精和麦芽糖等可发酵性糖类，其中，淀粉的分解产物是构成麦汁浸出物 的主要成分( 9 0 以上) ，麦汁中以麦芽糖为主的可发酵性糖类供酵母发 酵后形成酒精及其发酵副产物，而低聚糊精是构成啤酒残余浸出物的主 山东农业大学硕士学位论文 体，给啤酒带来粘度和口味的浓醇性：原料中的蛋白质在酶的作用下，分 解成氨基酸，为合成啤酒酵母的含氮物质提供来源( 王志坚，1 9 9 6 ，2 0 0 4 ) 。 因而，糖化方法、温度、时间等工艺参数对麦汁制备过程中酶的作用、 物质的转化及最终制得麦汁的成分具有决定性影响。 1 2 2 麦汁的主要成分及对啤酒风味的影响 麦汁是啤酒生产的中间产品，是啤酒酵母生长繁殖的天然营养基质。 由于啤酒生产过程中，需要酵母参与作用，麦芽汁作为一种培养基， 其中包含的营养物质的优劣直接影响酵母的生长代谢、合成代谢及发酵作 用，从而影响啤酒的最终质量。 进行正常发酵，除适宜的温度，必要的通氧等条件外，还必须满足酵 母的两大营养源：氮源和碳源。可溶性氮特别是d 氨基氮，是酵母细胞摄 取并合成细胞体蛋白质和合成各种酶的唯一源泉，并且0 【一氨基氮也往往作 为预评酵母发酵双乙酰还原的一个重要参数( 王丹红等，1 9 9 5 ) 。因酵母 属兼性微生物，在有氧与无氧条件下都能生长。在有氧条件下，酵母将大 量利用糖类、a 氨基氮及其其它营养成分进行新陈代谢，合成菌体蛋白， 从而达到自我繁殖。当发酵液缺乏旺一氨基氮时，酵母的增值数大为减少， 它对糖类的发酵能力将明显下降，严重影响啤酒的发酵度、二氧化碳与酒 精含量。同时，酵母菌不得不自身合成氨基酸( 主要是缬氨酸) ，这样就 必然产生大量的双乙酰等副产物而影响啤酒的风味( 李荣，1 9 9 4 ) 。麦芽 中主要能被酵母利用的碳源是麦芽糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽三糖。 大多数溶解于麦汁的小分子物质是通过酵母细胞壁扩散进入到细胞膜内 的。细胞膜具有半渗透性，能选择性吸收外来营养物质。啤酒酵母吸收单 糖主要依靠加速扩散渗入( 张和笙，1 9 9 7 ) 。 麦汁也是一个由多种缓冲物质组成的具有缓冲性能的复杂体系。缓冲 性能是指糖化后的麦汁具有能够抵抗外加少量酸、少量碱或加水稀释，而 使其p h 值基本保持不变的性质和能力。麦汁的缓冲性能直接控制麦汁的 p h 值变化幅度，并影响麦汁中各种酶的活性及淀粉、蛋白质等物质的分 解，进而影响到啤酒的发酵、风味以及质量稳定性( t a y l o r ，1 9 9 0 ) 。啤酒 或麦汁中主要的缓冲物质是氨基酸、低分子量的肽类或多肽、有机酸和磷 酸盐( b a m f o r t h ，1 9 9 5 ) 。这些缓冲物质在决定麦汁和啤酒p h 值的同时， 低浓度啤酒有机酸组成及风昧缺陷修饰研究 又控制着啤酒p h 值变化幅度，改变了啤酒生物反应、非生物反应和老化 反应的进程，从而影响啤酒质量稳定性的变化( 杨毅，2 0 0 3 ) 。 1 3 麦汁和啤酒的缓冲性 1 3 1 缓冲体系概念的提出及缓冲体系组成的初步探索 1 9 8 1 年，h a m m o n d 曾经提出啤酒中主要缓冲物质是多肽和有机酸。 1 9 9 0 年，t a y l o r 在对啤酒p h 值控制的研究中，首先正式提出麦汁和 啤酒缓冲体系的概念。他认为麦汁和啤酒中主要缓冲物质是天冬氨酸、谷 氨酸及含有这些氨基酸的肽类和有机酸和磷酸盐。 2 0 0 1 年，b a m f o r t h 在对啤酒p h 值的综述中，更全面的提出了从缓冲 体系的角度，把握啤酒口h 值的研究。b a r n f o r t h 还认为从缓冲溶液角度出 发，啤酒和麦汁中的主要缓冲物质应选择其p k a 值范围内的物质组成。 他认为缓冲体系中缓冲物质的组成和浓度，决定着麦汁和啤酒的p h 值。 麦汁和啤酒中主要缓冲物质是含有天冬氨酸、谷氨酸残基的肽类和有机酸 和磷酸盐。 2 0 0 3 年，杨毅从啤酒缓冲体系的角度出发，对不同品牌啤酒中缓冲 物质对啤酒缓冲特性的影响进行了研究。 1 3 2 缓冲容量概念的提出 1 9 6 5 年，m a c k e n z i e 在对发酵过程中不挥发性有机酸及p h 值变化的 研究中，首先引入了缓冲能力这一概念。他将麦汁和糖化醪的缓冲能力定 义为：1 0 0 m l 麦汁或糖化醪的p h 值从5 6 上升至7 o 所消耗0 1 m o u l n a o h 的毫升数。 1 9 9 0 年，t a y l o r 在对啤酒p h 至控制的研究中，将缓冲容量的概念定 义为一个比值，即单位【h + 变化所消耗的【h 十】或【o h 的浓度。 啤酒缓冲容量是从总体上衡量啤酒缓冲能力大小的尺度。啤酒缓冲容 量大小与缓冲组分的总浓度和浓度比相关。我们在对啤酒缓冲体系的研究 中，综合考虑上述定义，提出了更为简单明了的缓冲容量定义，即1 0 0 m l 麦汁或啤酒的p h 值上升1 个单位所消耗0 1 m o u l n a o h 的毫升数。相同 p h 值的麦汁和啤酒可能具有不同的缓冲容量，而不同p h 值麦汁和啤酒 也可能具有相同的缓冲容量。这就使得我们可以进一步推论：影响啤酒 p h 值和缓冲性的主要因素可能既有区别又有联系。 山东农业大学硕士学位论文 1 3 3 缓冲容量与啤酒p h 值的关系 b a m f o r t h 在2 0 0 1 年对此进行研究，得出当啤酒p h 值从4 5 降至3 9 时，啤酒抵抗微生物污染的能力增加，非生物稳定性增加，泡沫稳定性增 加，风味稳定性降低，味觉爽口性降低的结论。1 9 9 0 年，t a y l o r 曾经对麦 汁缓冲容量对啤酒p h 值的影响进行研究，证明了他们之间存在着定相 关性。掌握酿造过程中缓冲容量的变化是控制成品啤酒p h 值的最有效办 法。这进一步证明缓冲容量与啤酒p h 值之间存在着内在必然联系。 b a m f o r t h 还认为，缓冲体系中缓冲物质的组成和浓度，决定着麦汁和 啤酒的p h 值。从缓冲溶液的角度讲，啤酒是一定p h 值下的缓冲液，最 好选择p k a 值在这一p h 值附近的缓冲物质组成的溶液，且主要缓冲物质 浓度越高，啤酒缓冲能力就越大。 1 3 4 缓冲物质的研究 h a m m o n d 曾经提出，啤酒中主要缓冲物是多肽和有机酸。t a y l o r 和 b a m f o r t h 则认为，啤酒和麦汁中主要的缓冲物质是低分子量的肽类或多肽 ( 主要是含有谷氨酸、天冬氨酸残基的肽类) 、有机酸和磷酸盐。 杨毅( 2 0 0 3 ) 等曾对啤酒缓冲体系的组成，啤酒缓冲性与质量稳定性 的关系做了初步研究，认为有机酸、谷氨酸和天冬氨酸是影响啤酒缓冲容 量的主要因素，磷酸盐是影响啤酒缓冲容量的重要因素，它与缓冲容量之 间存在线性相关性。在啤酒p h 值范围内，啤酒中较高的总磷酸盐浓度， 将有利于增加啤酒的缓冲容量。与影响啤酒缓冲容量的其他因素相比，提 高麦汁和啤酒总磷酸盐浓度是增加啤酒缓冲容量最有效的措施，同时又是 减缓啤酒老化速度的重要手段。 1 4 啤酒中的有机酸 酵母产生的有机酸包括丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸、琥珀酸、乳 酸、异柠檬酸、异戊二酸以及短链脂肪酸等( m o n t a n a r i ，1 9 9 9 ) 。除来自 麦汁外，主要来自酵母发酵与自溶( b o u l t o n ，2 0 0 1 ) 。 1 4 1 啤酒中酸类物质的来源 啤酒中的有机酸来源于原料、添加剂与发酵过程，但主要来自于酵母 的新陈代谢。有机酸是麦汁和啤酒酸度的主要来源，对啤酒酿造与成品酒 的风味具有重要意义。糖化过程中，有机酸有利于维持糖化醪和麦芽汁的 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 p h 值，使麦汁制备过程中的各种反应过程能够顺利进行。发酵过程中有 机酸的生成：逐步降低了发酵液的p h 值，有助于蛋白质冷凝固物的析 出；在酸性环境和酶的催化下，与发酵液中的醇类反应而形成酯，使啤 酒口味逐步成熟：造成的酸性环境可抑制部分杂菌的生长繁殖；有机 酸本身具有风味，除影响啤酒的p h 值外，还影响啤酒的风味和口感。 1 4 1 1 原料 麦芽中的酸类物质主要是酸性磷酸盐、短链脂肪酸、高级脂肪酸和各 种氨基酸，糖化开始时，麦芽中所含有的有机磷酸盐( 植酸钙镁盐) 受到 麦芽中酸性磷酸酯酶的水解形成磷酸和酸性磷酸盐组成的缓冲体系，其次 是蛋白质水解成氨基酸后形成的缓冲液( 谷桐彦，2 0 0 4 ) 。 1 4 1 2 投料水 水的钙镁离子在糖化醪中可使碱性磷酸盐转化成酸性磷酸盐，使糖化 醪酸度升高，投料水p h 保持在5 2 5 4 有利于各种酶的活力。 1 4 1 t 3 外加酸 在麦汁制备过程中，因麦芽总酸不足或酿造水中碱度太大，为了适应 麦芽中酶和蛋白质凝聚的需要而在糖化、洗糟、煮沸时加酸来调节p h 值， 从而使酶活性能达到最佳p h 时的凝结，减少非生物浑浊等，外加酸通常 使用磷酸和乳酸。 1 4 1 4 生物酸化 生物酸化即通过乳酸菌的生物酸化技术来调节糖化醪的p h 值及改善 麦汁的缓冲性能。通过生物酸化可以增强原料中各种酶的活性，使所有的 分解过程进行的更快更适宜。( 路德维希，1 9 9 1 ) 。 一般是通过添加酸化麦芽和麦汁的酸化来完成的。酸化麦芽是利用麦 芽中的或其它来源的乳酸菌接种于未加酒花的麦汁中，在适宜的条件下发 酵制得乳酸培养液，再用培养液来浸泡绿麦芽或干麦芽后干燥，最后利用 酸麦芽在糖化投料中进行配比使用，而使醪液于麦汁的特性与组成得以改 善；酸麦汁则是将乳酸培养液直接加入醪液与麦汁中，进行酸化处理( 刘 子良，1 9 9 8 ；刘秉和，1 9 9 9 ；丁燕，2 0 0 2 ) 。 1 4 1 5 发酵产酸 在发酵过程中，酵母利用可发酵性糖进行新陈代谢，除生成乙醇、水 山东农业大学硕士学位论文 和二氧化碳外，还生成丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸、琥珀酸、乳酸等 有机酸。大部分有机酸来源于丙酮酸或的分叉途径厌氧发酵。为了维 持胞内中性环境，酵母将这些有机酸分泌到胞外，使发酵液、成品酒的 口h 下降，酸度上升( b o u l t o n ，2 0 0 1 ) 。 其机理为酵母在有氧状态下呼吸时，经过e m p 途径生成的丙酮酸经 p d h ( 丙酮酸脱氢酶系统) 脱氢生成乙酰辅酶a ，后者进入t c a 环被完 全氧化生成二氧化碳和水，并产生大量的a t p 。在t c a 循环中同时合成 核酸、氨基酸的前体物质，如柠檬酸、异柠檬酸，这些有机酸类物质也会 分泌到啤酒发酵醪中去。在进行有氧呼吸的细胞中，分子氧被用作最终的 质子受体，葡萄糖被完全氧化，同时在呼吸酵母中n a d + 通过氧化磷酸化 和t c a 循环完成再生。 当从供氧条件转入厌氧条件后，丙酮酸脱氢酶系统( p d h ) 被丙酮酸 一甲酸裂合酶替代，m 酮戊二酸脱氢酶合成受阻遏，延胡索酸还原酶被诱 导合成，从而沟通从草酰乙酸到琥珀酸的逆t c a 环的还原途径。这时t c a 环的环式运行方式被中断，变成如图所示的分叉途径，形成还原支路和氧 化支路，由于这时氧化支路的酶也受到一定程度的阻遏，t c a 环中的中 间产物虽然仍有合成但是合成速度下降，与此同时，细胞呼吸链功能下降， 氧化磷酸化减弱，胞内a t p 浓度下降，细胞生长速率下降，细胞转入发 酵状态，由于酸类中间代谢产物的积累，胞内p h 值会降低；另一方面， 在糖降解途径中消耗的辅助因子n a d + 在厌氧条件下就不可能选择作为 最终质子受体，那么只能选择其它的物质作为质子受体，这时包括双乙酰、 富马酸、草酰乙酸、乙醛等物质就会作为最终的质子受体，进而胞内就会 产生并积累一定量的有机酸类物质( 董霞，2 0 0 3 ) 。 1 4 2 啤酒中主要有机酸及对啤酒风味的影响 啤酒中的有机酸类物质是酒体口味的重要组成部分，它们赋予酒体 特定的口感和味道。所有的有机酸都给人以酸感，但是不同有机酸则有其 特有的风味或味道，从而使类型、风格不同的啤酒具有自己独特的风味。 以下是啤酒中主要有机酸的风昧特征( 丁耐克，1 9 9 6 ；刘邻渭，1 9 9 8 ；朱 宝镛，1 9 9 5 ) 。 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 表1 啤酒中主要有机酸的风味特征 t a b l e1m a i no r g a n i ca c i d sf l a v o rc h a r a c t e r i s t i ci nb e e r 有机酸种类风味特征 酒石酸 丙酮酸 苹果酸 一酮戊二酸 乳酸 乙酸 柠檬酸 富马酸 草酸 琥珀酸 尖酸、粗糙，有涩味，酸味强烈、爽口 刺激性酸味 生青尖酸，爽快，稍苦涩，呈味时间长 酸味较乙酸温和，具有收敛性酸感，略带乳香，稍有涩味 刺激性酸味 温和，爽口，有新鲜感，产生酸感快而持续时间短，后苦 时间短 爽快，浓度大时有涩感 涩感 酸味爽口，微有涩苦，呈味速度较慢，酸感维持时间较长， 酸、咸、苦复合昧，有鲜味 适量的酸能赋予啤酒爽口、活泼的口感，过量的酸会使啤酒发酸，口 感失调：而酸度过低则会使啤酒口味呆滞、单调。所以，在啤酒的酿造过 程中，应根据不同类型的啤酒调节，控制其酸度在一个适当的范围内，使 其与其它的呈味物质相互衬托，反映出啤酒特有的、良好的口感。 1 5 多聚磷酸盐 多聚磷酸盐是常用的食品添加剂。由于金属离子与多聚磷酸盐的络合 能力远大于正磷酸盐，如c a 2 + 、m 9 2 + 与p 2 0 7 2 的绍合常数比c a 2 + 、m 孑+ 与p 0 4 3 - 的络合常数高三个数量级。所以在食品中常加入多聚磷酸盐用以 缓冲p h 、络合金属离子和增加离子强度，改善食品品质和口感：日用化 学品如洗涤剂、牙膏等加入多聚磷酸盐以软化硬水：工业中也常用多聚磷 酸盐作为循环水中的阻垢剂和防蚀剂。食品添加剂使用卫生标准 ( g b 2 7 6 0 1 9 9 6 ) 将三聚磷酸钠、六偏磷酸钠列为食品添加剂，这两种磷 酸盐也允许应用于啤酒生产中( 全球食品配料网) 。 山东农业大学颀士学位论文 1 6 立题背景及研究目的意义 随着居民消费水平和层次的逐渐提高，消费需求趋向于个性化、多元 化，对啤酒的质量和口味也提出了更高的要求。目前，低浓度啤酒以其清 淡爽口、苦味小、杀口力强的口感，酒精少、热量低等特点，迎合了消费 者追求健康的消费时尚，现在已成为啤酒消费的主流。尽管如此，由于原 麦汁浓度低，当发酵度较高时，啤酒真实浓度低，使低浓度啤酒存在风味 淡薄、酸味突出等缺陷。 本研究在实验室前期研究的基础上，从对不同浓度啤酒中的有机酸种 类和含量的分析出发，针对不同浓度啤酒酸味差别的原因进行研究；针对 低浓度啤酒存在风味淡薄、酸味突出的缺陷，在酿造低浓啤酒时，采取调 整糖化工艺和使用多聚磷酸盐的方式，提高麦汁或啤酒中的总磷酸盐浓 度，增大麦汁和啤酒的缓冲容量，来克服以上缺陷。 本研究首次将多聚磷酸盐作为风味修饰剂应用于啤酒发酵过程中，并 首次以啤酒中有机酸的组成和含量作为分析啤酒酸味差别的线索，以期为 低浓度啤酒风味和质量的改善和提高提供基础和依据。 1 7 主要研究内容与目标 1 7 1 研究内容 1 - 7 1 1 有机酸对低浓啤酒风味的影响 本实验室前期研究发现，酿造低浓啤酒时，过高的发酵度会引起啤酒 口味淡薄，酸味加重。研究采用下面发酵法酿造6 0 、6 5 、7 0 、7 5 、8 0 、 1 0 0 0 p 啤酒，分析成品啤酒的理化指标、感官特征与主要有机酸的种类与 含量。以确定不同原浓啤酒中的有机酸组成，为改善低浓度啤酒的风味， 特别是酸味提供研究线索。 1 7 1 2 糖化工艺对麦汁缓冲性的影响 糖化是麦汁制备的重要工序，是利用酶将麦芽中非水溶性组分逐步分 解为水溶性组分并溶出的生化过程，糖化方法、温度、时间等工艺参数对 麦汁制备过程中酶的作用、物质的转化及最终制得麦汁的成分具有决定性 影响。研究对不同糖化条件下，麦汁的缓冲性和具有缓冲作用的成分进行 研究，以期为缓冲性对啤酒生产工艺和风味的影响提供线索和依据。 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 1 7 1 3 发酵中使用多聚磷酸盐对啤酒风味的影响 低浓酿造啤酒存在口味淡薄、酸味过重的风味缺陷，除对麦汁的组分 进行改良外，还可以通过添加磷酸盐的方式，利用多聚磷酸盐缓冲p h 、 络合金属离子和增加离子强度的特点，对啤酒的风味进行改善。 1 7 2 研究路线 1 7 2 1 麦汁制备 大米糊化 l 粉碎麦芽一酸休止一蛋白质休止一糖化一过滤一煮沸一冷却一麦汁 1 7 2 2 酵母扩培 小试管1 小试管2 卜大试管三角瓶发酵容器 2 5 2 5 2 0 1 8 2 4 h2 4 h 2 4 h2 4 h 1 7 2 3 发酵( 小型试验) 加磷酸盐+ 酵母+ 麦汁 上 定型 i 发酵 i 真发至6 0 装瓶 上 上 配酰r 0 6 m g 几 j 山东农业大学硕士学位论文 1 7 3 研究目标 1 7 3 1 确定不同原浓啤酒中的有机酸组成，为改善低浓度啤酒的风味， 特别是酸味提供研究线索。 1 7 3 2 通过调整糖化工艺，提高麦汁或啤酒中的总磷酸盐浓度及其它缓 冲物质浓度，增大麦汁和啤酒的缓冲容量，从而达到改善啤酒酸味的目的。 1 7 3 3 通过使用多聚磷酸盐，提高麦汁或啤酒中的总磷酸盐浓度，增大 麦汁和啤酒的缓冲容量，从而达到改善啤酒酸味的目的。 低浓度啤酒有机酸组成放风味缺陷修饰研究 2 材料与方法 2 1 原料 麦芽，大米，焦香麦芽，酒花。 2 2 菌种 啤酒酵母( s b t i ) a r d m ) ：本研究室存。 2 3 主要试剂 名称生产单位 甲醇天津市科密欧化学试剂开发中心 草酸 s i g m a - a l d r i c h 酒石酸 s i g m a a l d r i c h 苹果酸 s i g m a a l d r i c h 乳酸s i g m a a l d r i c h 乙酸 s i g m a a l d r i c h 柠檬酸 s i g m a a l d r i c h 琥珀酸 s i g m a a l d r i c h 富马酸 s i g m a a l d r i c h 丙酮酸上海博奥生物科技公司 * 酮戊二酸上海博奥生物科技公司 磷酸二氢钾天津市大茂化学试剂厂 磷酸天津市广成化学试剂有限公司 碘山东省化学研究所 乙醇天津市大茂化学试剂厂 碘酸钾 上海试剂二厂 碘化钾天津市四通化工厂 茚三酮上海试剂三厂 甘氨酸天津市大茂化学试剂厂 d 果糖上海博奥生物科技公司 磷酸氢二钠 天津市大茂化学试剂厂 6 纯级 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 色谱纯 生化试剂 生化试剂 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 山东农业大学硕士学位论文 葡萄糖 次甲基蓝 硫酸铜 酒石酸钾钠 氢氧化钠 邻苯二钾酸氢钾 酚酞 浓硫酸 抗坏血酸 a 乙酰乳酸脱羧酶 营养琼脂 钼酸铵 酒石酸锑钾 抗坏血酸 邻苯二胺 盐酸 三聚磷酸钠 六偏磷酸钠 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市佳惠天新精细化工开发中心 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市化学试剂二厂 天津市四通化工厂 济宁市化工研究所 淄博化学试剂厂 天津市凯通化学试剂有限公司 沈阳诺和诺德生物加工有限公司 上海博奥生物科技公司 天津化学试剂四厂 济南市化工研究所 天津市四通化工厂 北京金龙化学试剂有限公司 济南试剂总厂 徐州天源食用化工有限公司 徐州天源食用化工有限公司 2 4 主要仪器 名称型号 半自动凯氏定氮仪 d z k w - c 型电子恒温水浴锅 电热鼓风干燥器 b g t - 8 a 糖化仪 冰柜 高压灭菌锅 l r h 2 5 0 a 型生化培养箱 光学显微镜 分析纯 生物染色剂 分析纯 分析纯 分析纯 优级纯 分析纯 分析纯 分析纯 生物制剂 培养基 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 食用级 食用级 产地 瑞典特卡多 黄骅市卸甲综合电器厂 黄骅市卸甲综合电器厂 杭州博曰科技有限公司 青岛海尔特种电冰柜有限公司 山东省淄博新华医疗器械厂 广东医疗器械厂 o l y m p u s 低浓度啤酒有机酸组成及风味缺陷修饰研究 净化工作台 旋转蒸发仪r e 5 2 c s 高效液相色谱仪 5 1 0 型高压泵 u 6 k 进样器 m - 4 9 0 型u v 检测器 n 2 0 0 0 双通道色谱工作站 p t - c 1 8 系列固相萃取柱 p h s 一3 c 型数字式酸度计 电磁力搅拌器i k a m a gr e t - g s 电子调温万用电阻炉1 0 0 0 w 接触式调压器 g b 2 0 4 型全自动分析天平 u v - 2 1 0 0 型分光光度计 e b c 比色计a v m 附温比重瓶 全自动啤酒分析仪 酒精蒸馏装置 双乙酰蒸馏装置 济南空气净化消毒设备厂 上海雅荣生化仪器厂 美国w a t e r s 公司 美国w a t e r s 公司 美国w a t e r s 公司 美国w a t