（发酵工程专业论文）高稀释率啤酒风味柔和性与协调性研究——无机离子对啤酒风味的影响.pdf

摘要 摘要 本论文建立比浊法测定啤酒中c l 。和8 0 4 2 。离子含量的方法。研究了测量波长、稳定 时间、酸度、稳定剂对结果的影响。其中c 1 离子的测定条件为：检测波长4 4 0n i n ， ( i + i ) h n 0 3 添加量为3m l ，0 1m o l l a g n 0 3 添加量为2m l ，放置时间2 5m i n ，相对标 准偏差不超过1 3 2 ，加标回收率为9 4 8 1 0 2 6 。s 0 4 2 。离子的测定条件为：检测波长 5 2 0n l n ，( i + i ) h c i 溶液添加量为0 5m l ，p v a b a c l 2 混合溶液添加量为9m l ，放置时 间1 0m i n ，相对标准偏差不超过2 3 5 ，加标回收率在9 5 3 1 0 3 3 之间。该方法准确， 快速，简便。 通过对3 4 种市售低度成品啤酒中k _ 、m 孑+ 、n a + 、c a 2 + 、c 1 和s 0 4 玉检测分析 可知，各无机离子含量范围为：k + 含量在3 2 1 9 1 5 7 9 4m g l ，m 9 2 + 含量在3 5 6 2 8 5 2 5 m g l ，n a + 含量在2 3 5 1 1 3 2 2 5m g l ，c e + 含量在1 2 9 4 5 2 4 2m g l ，c i 。含量1 8 1 7 8 4 7 5 m g l ，s 0 4 2 。含量在1 7 3 6 8 4 3 5m g l 。运用多元线性逐步回归分析法确定了啤酒所分析 的有机风味物质和各无机离子与口感之间的关系，得出柠檬酸、乳酸、异丁醇、c l 。和l ( + 对啤酒口感起了主要贡献，它们一共解释了8 1 7 9 的总变量。回归系数分别为： x 3 = 0 。0 0 2 1 、x 5 = 0 0 0 5 4 、x 9 0 0 0 7 1 、x 1 3 = 0 0 0 1 3 、x 1 7 = o 0 0 2 2 。对回归方程进行显著性 检验可知，这些变量具有非常显著的统计学意义。 对于啤酒中无机离子对口感的影响机理，本论文主要从啤酒氢键缔合角度入手进行 初步探讨，体系氢键缔合的程度直接影响着啤酒风味的柔和性和协调性。通过对不同 离子浓度酒样中质子化学位移分析可知，无机离子对啤酒体系中的氢键结构的形成起 到了促进或破坏的作用。口感品评中口感较好得分较高的样品，其核磁共振图谱中羟 基质子化学位移相应就越大，说明两者具有较好的符合度，即口感品评中柔和性与协 调性较好的样品，其羟基质子化学位移相对较大，反之亦然。 综合口感品评和核磁共振图谱分析的结果，提出高浓1 3o p 稀释至8o p 成品啤酒中 较佳的无机离子的含量范围，m 9 2 + ：5 7 6 7m g l 、c a 2 + ：2 7 4 7m g l 、n a + ：8 0 8 6m g l 、 k _ ：8 2 9 2m g l 、c i 。：6 5 1 0 1m g l 、s 0 4 2 。：3 6 5 0m g l 。 关键词：柔和性；协调性；无机离子；比浊法；1 h - n m r ；风味 a b s t r a e t a b s t r a c t am e t h o dw a sd e v e l o p e df o r t h ed e t e r m i n a t i o no fc l - a n ds 0 4 2 i nb e e rb v1 r b i d i m e t r y i tw a sr e s e a r c h e dt l l a tt h ee f f e c t so fm e a s u r i n gw a v e l e n g t h ，a c i d i t y ，s t a b i l i z e r ，s t a b i l i z e dt i m e o nt h em e a s u r e da b s o r b a n c e t h eo p t i m a la n a l y s i sc o n d i t i o n so fc l - w e r ea sf o l l o w s ：t h e d e t e r m i n a t i o nw a v e l e n g t hw a s4 4 0n i n ，t h ea d d i t i o no f ( i + i ) h n 0 3w a s3m l ，t h ea d d i t i o no f o 1m o l la g n 0 3w a s2m l ，t h es t a b i l i z e dt i m ew a s2 5m i n ，t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n w a sl e s st h a n1 3 2 t h er e c o v e r i e sw e r ef r o m9 4 8 t o10 2 6 t h eo p t i m a la n a l y s i s c o n d i t i o n so fs 0 4 小w e r ea sf o l l o w s ：t h ed e t e r m i n a t i o nw a v e l e n g t hw a s5 2 0n n l ，t h ea d d i t i o n o f ( 1 + 1 ) h c lw a s0 5m l ，t h ea d d i t i o no fp v a b a c l 2w a s9m l ，t h es t a b i l i z e dt i m ew a s1 0 m i n t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o nw a sl e s st h a n2 35 t h er e c o v e r i e sw e r ef r o m9 5 3 t o10 3 3 sm e t h o di sr a p i d a c c u r a t ea n ds i m p l e k + ，m 9 2 + ，n a + ，c a 2 + ，c 1 a n ds 0 4 2 o ft h i r t yt h r e ed i f f e r e n tb r a n d s 、l o wd e g r e eb e e r s w e r ed e t e c t e d t h er a n g eo fi n o r g a n i ci o n so ft h eb e e rw a sc o n s i d e r e da s ：k + 3 2 19 15 7 9 4 m g l ，m g 计3 5 6 2 8 5 2 5m e g l ，n a 十2 3 5 1 - 1 3 2 2 5m # l ，c a 十1 2 9 4 5 2 4 2m g l ，c 1 。 1 8 1 7 - 8 4 7 5m g l ，8 0 4 厶1 7 3 6 - 8 4 3 5m g l 。m u l t i p l el i n e a rs t e p w i s er e g r e s s i o na n a l y s i sw a s a d a p t e dt oa n a l y s i st h er e l a t i o no fb e e rh a r m o n i o u st a s t ea n do r g a n i cf l a v o u rs u b s t a n c e sa n d i n o r g a n i ci o n s w ef o u n dt h a tt h em a i na u b s t a n c e sc o n t r i b u t e dt ot a s t ew e r ec i t r i ca c i d 1 a c t i c a c i d ，i s o b u t y la l c o h o l ，c ia n dl ( 十n er e g r e s s i o nc o e f f i c i e n tr e s p e c t i v e l yi sx 3 = 0 0 0 21 ； x s = o 0 0 5 4 ；x 9 = - 0 0 0 7 1x 1 3 = 0 0 0 1 3 ；x 1 7 = o 0 0 2 2 w | ek n e wt h a tt h e s ev a r i a b l e sh a v et h ev e r y r e m a r k a b l es t a t i s t i c ss i g n i f i c a n c eb ys i g n i f i c a n c ee x a m i n a t i o n a st om e c h a n i s mo fi n o r g a n i ci o n sa f f e c t i n gt a s t e ，m o r ea t t e n t i o nw a sp u to nt h e h y d r o g e nb o n d i n go ft h eb e e rb o d y , t h eh y d r o g e nb o n d i n gh a sad i r e c te f f e c to nb e e rt a s t e t h r o u g ha n a l y s i so fc h e m i c a ls h i ro ft h ed i f f e r e n ti o nc o n c e n t r a t i o n1 i q u o r , w ef o u n dt h a t i n o r g a n i ci o n sc a nd e s t r o yo rs t r e n g t h e nt h eh y d r o g e nb o n d i n g ，a n dt h et a s t e i sb e t t e r , t h e c h a n g eo fc h e m i c a ls h i f ti sh i g h e r v i c ev e r s a a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h eb e e rt a s t ea n dt h en m r ，w ec o u l do b t a i n e dt h a t t h e r e l a t i v eo p t i m a lr a n g eo fi n o r g a n i co i n so ft h eh a r m o n i o u sb e e rt h a t13o pw a sd i l u t e dt o8o p w a sc o n s i d e r e da s ：m 9 2 十5 7 - 6 7m e d l ，c a 2 + 2 7 - 4 7m g l ，n a 十8 0 8 6m g l ，k + 8 2 - 9 2m e d l ，c 1 6 5 101m g l s 0 4 3 6 5 0m g l k e yw o r d s ：s o f t ，c o o r d i n a t e ，i n o r g a n i ci o n s ，t u r b i d i m e t r y ，1 h - n m r ，f l a v o r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是誉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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机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：墨华坠一日 期：矽p 万p 客、站 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、使用学位论文的规定： 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 许论文被查阅扣借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：导师签名： 日 期：丝翌星：! 星：翌 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 概述 啤酒作为时下流行的饮料，其产量远远超过其他含酒精饮料，我国的啤酒产量已经 连续数年位居世界第一位。随着人们生活水平的提高，对啤酒的质量要求也越来越高。 优质啤酒不但要有良好的生物稳定性、非生物稳定性，而且要有较好的感官质量及风味 稳定性。目前，我国对啤酒的消费主要以淡爽柔和性啤酒为主，特别在我国南方地区更 为明显。因此，啤酒的风味柔和性和协调性越来越成为啤酒生产者关注的对象。 在成品啤酒中，一些国外学者研究发现【l j ，可以根据其中的无机离子含量特点区分 不同口感的啤酒，如淡爽型、浓烈型、小麦啤和爱尔啤酒。这就是说不同口感的啤酒中 无机离子含量组成各不相同。有人对各种无机离子对口感的影响进行了经验总结，如啤 酒中的k + 和n a + 主要来自于原料，虽然两者对啤酒的胶体稳定性影响不大，但过高的含 量，会使啤酒的口感变得粗糙、不柔和；另外，微量n a + 有甜味，多量则呈碱性。c a 2 + 、 m 9 2 + 具有苦涩味，当其含量过多时，会使啤酒的苦味加重。据有关资料报道1 2 】，c a 2 + 和 m 9 2 + 的平衡对啤酒风味具有重要影响，此外，如果稀释水中含有较多的c a 2 + 和草酸根离 子，两者将会结合生成不易溶解的草酸钙；而稀释水中过多的c a 2 + 、m 9 2 + 和h c 0 3 。在加 热灭菌时也容易使酒体中生成c a c 0 3 和m g c 0 3 沉淀，这两种情况对啤酒胶体稳定性危 害比较大。过多存在还会引起啤酒干苦味并产生不愉快味道，使啤酒中挥发性的硫化物 含量增多。这些研究表明，无机离子对成品啤酒的口感质量有着重要的影响。 1 1 2 高浓酿造技术 近年来，随着啤酒消费需求的日益增长和产量的不断扩大，高浓酿造工艺正在被越 来越多的啤酒生产厂家所采用。 啤酒高浓酿造就是在啤酒生产中采用比正常浓度更高的麦汁浓度进行发酵，并在生 产过程的后期用水稀释成正常浓度啤酒的工艺。如正常发酵的麦汁浓度为l o 1 2o p ，高 浓麦汁则为1 3 1 7o p ，超高浓度的麦汁为1 8 2 4o p l 3 j 。2 0 世纪7 0 年代，美国和加拿大率先 推出高浓酿造啤酒，采用在过滤前稀释的工艺。现在，北美和北欧的一些国家已将高浓 酿造稀释法作为通常的生产技术，该技术在美国啤酒工业的应用范围已达7 0 以上。目 前，国外仍在进行该项技术的研究，麦汁浓度已提高至1 8 2 4o p ，甚至达3 0 3 6o p 【4 j 。生 产中采用如此高的麦汁浓度，在糖化工艺、酵母选育、发酵技术以及稀释水的处理等方 面，均提出了更高的要求。但该工艺的优点将更为突出，一方面能显著地降低啤酒的生 产成本，另一方面进一步提高了最终产品的淡爽度。 采用高浓酿造有许多优点，例如，在不需要增加现有的糖化、发酵、贮存等设备条 件下能够提高产量、提高设备的利用；热能、冷量显著降低、生产成本降低；可提高啤 酒非生物稳定性和风味稳定性；提高单位可发酵性浸出物的酒精产率，并使啤酒爽口。 江南大学硕士学位论文 但也有许多缺点，例如，降低糖化室中原料的利用率和酒花添加量；降低泡持性和风味 调配性能；降低酵母的生存性能和活力；酸洗时有难预测的畸变反应发生。 随着中国啤酒市场激烈竞争的深化，产品质量好、低成本成为取胜的关键，采取现 代的高新技术成果越来越重要和迫切，而采用高浓度酿造后稀释技术，可以在投资和运 行成本降低的情况下，增加产量2 0 一4 0 。国内外许多厂家都采用了这项技术，对于采 用高浓酿造后稀释技术的产品口味、风味论述和研究较多。稀释率可用式( 1 ) 表示： 稀释率= 燮堕臻瓣蒜籍雾黠燮1 0 0 随着高浓酿造技术的普及，目前中国市场绝大多数低度啤酒均采用该技术酿制而 成，特别在南方市场中，低度淡爽型啤酒越来越受人们的欢迎，而啤酒生产商也根据市 场需求陆续推出不同品牌和品种的低度啤酒，其中以原麦汁浓度在7 - 9o p 的啤酒居多。 对于高浓酿造啤酒来讲，后稀释过程可以说是对成品啤酒口感的最后一步修饰，关 键在于稀释水的质量，稀释水经过各种处理之后直接加入高浓啤酒中，因此，稀释水的 质量将在很大程度上决定最后成品啤酒的质量。稀释水的性质取决于水中所含有的离子 数量及其种类，所以，无机离子对高稀释率成品啤酒的口感会有更为重要的影响。 1 1 3 无机离子及其来源、作用 啤酒是一种酿造产品，其组成成分非常复杂。目前能检出的物质已达1 0 0 0 余种。 这些物质主要是蛋白质、多肽、氨基酸、维生素、醇类、酯类、醛类、酮类、糖类、有 机酸等有机成分及一些无机离子。其中的很多成分，如氨基酸、维生素及一些无机元素， 是人体各种组织、器官生命活动所必需的物质组分，所以啤酒被人们誉为“液体面包 。 这上千种成分，含量从几“g l 到几百m g l ，相差5 - 6 个数量级，而这些含量相差悬殊 的组分，对啤酒的外观澄清度、风味、口感、保质期等有着不同程度的贡献，甚至是显 著贡献。所以对啤酒中无机成分进行定量分析就显得很有必要。 啤酒中的无机成分一般指阳、阴离子。阳离子包括c a 2 + 、m g + 、k + 、n a + 、z n 2 + 、 f e 2 + 等，阴离子主要有c i 、s 0 4 2 。、n 0 3 、h c 0 3 等。啤酒中的无机成分，主要来源于酿 造所用的原料、添加剂、各种助剂及工艺生产过程涉及的设备、容器等【2 】。 啤酒生产的整个工艺过程，无论是在制麦、糖化，或是前酵、后熟阶段，或是最后 的产品，无机离子成分虽然种类不多，但有着非常重要的作用。表1 1 对啤酒中常见的 一些离子的主要来源及其相应的作用进行了归纳。 1 1 4 氢键 氢键是指一分子中与电负性很大的元素结合的氢原子( h ) 还能与另一分子中电负性 很大的原子产生一定的结合力形成的键，用分子式表示即为：x h y ，其中x 、y 代表 f 、0 、n 等电负性大、半径小的原子，x ，y 可以相同也可以不同。能够形成氢键的物 质非常广泛，如水、醇、胺、羧酸、无机酸、氨合物等。 啤酒是含有上千种物质的复杂胶体体系，也会形成大量的氢键结构，其中醇与水作 为啤酒中含量相对较多的物质，它们之间形成氢键结构占体系中氢键结构的绝对主导。 2 第一章绪论 表1 1 啤酒中常见无机离子及其作用 t a b l e1 - 1t h eo r i g i na n df u n c t i o no fi n o r g a n i ci o n si nb e e r 根据a k i r an o s e 的研究发现在醇水混合溶液中，醇浓度为o o 0 8m o l l 时，由于醇 水分子间氢键的形成，或者水分子间作用加强，水分子缔合结构增强【5 j 。啤酒中的醇浓 度在啦7 ( v ) ( o o 0 2 7m o f l ) ，正在a k i r an o s e 定义的范围内，因此啤酒中也存在醇 水分子间的氢键作用。 国内在2 0 世纪8 0 年代针对白酒降度开始研究饮料酒中的氢键。王夺元等1 6 利用高 分辨率1 h 核磁共振技术研究在白酒在贮存过程中氢键缔合状态的变化，探讨白酒的最 佳陈酿期。近年国内外对米酒、蒸馏酒、威士忌、日本清酒等酿造饮料酒的研究也开始 从氢键缔合入手，初步形成酒类氢键基本理论。 日本a k i r an o s e 等r 7 】利用核磁共振波谱与拉曼波谱，研究含醇发酵酒、乙醇与水混 合物中的氢键，通过水和乙醇的羟基质子谱图发现新酿的日本s h o c h u 酒，由于含有酸， 使醇水间的氢键缔合作用强于相同乙醇浓度的醇水混合溶液。水果鸡尾酒中有机酸与多 酚作用，加强醇水的氢键。 同时他们研究了陈贮威士忌的溶剂效应【8 1 ，发现无论是否含有o 1 或o 2m o l l 乙酸， 酚酸和醛类都会促进醇水缔合结构。对3 2 种陈贮了0 2 3 年的大麦威士忌o h 质子化学位移 分析发现，贮存于橡木桶中的威士忌由于生成了酸类与酚类，氢键被加强，与陈贮时间 长短无直接关系。 a k i r an o s e 对盐类、酸类、酚类对醇水混合液中的氢键结构也进行了深入研究【9 】， 结果表明许多盐会影响醇水缔合结构。2 0 0 5 年a k i r an o s e 及其合作者利用质子n m r 和拉 曼光谱研究了日本s a k e 酒i 9 1 ，认为在2 0 ( v v ) 醇水溶液中，氨基酸、有机酸促进缔合结 构形成。氨基酸中除了氨基和羧基，其余官能团对缔合结构影响各有不同。通过1 h - n m r 化学位移和拉曼羟基伸缩谱分析，发现日本s a k e 酒中氢键加强与酒体有机酸、氨基酸总 浓度相关；糖类没有影响；讨论了无机离子与胺的作用；原料、大米化学成分差异及微 生物发酵产物均会影响氢键结构。 江南大学硕士学位论文 1 2 国内外研究进展 1 2 1 无机离子在酿造过程中的作用 无机离子在啤酒生产过程中的作用早已经引起了大家关注，也有许多的研究者对一 些无机离子做了相应的研究，在此主要列出对无机离子作用研究的一些报道，见表1 2 。 表1 2 酿造过程中无机离子研究参考 t a b l e1 - 2t h er e f e r e n c eo fi n o r g a n i ci o n si nb r e w i n gp r o c e s s 对象作者及研究时间主要结论 李兴革【l o 】，0 9 9 9 ) 适量钙离子时能保持淀粉液化酶的耐热性，提高酶的活性，促进酶的作用。 c a 2 +删c 淼1 对淡色啤酒来说能降低麦汁的色度促进酵母的生长及其凝聚。 王志雄【坦】钙离子可以改善啤酒的澄清性能。促进麦汁煮沸时形成单宁蛋白质钙的复合物，促进 ( 2 0 0 4 ) 热凝固蛋白质的絮凝，但过多钙离子会阻碍a 酸异构化，并使酒花苦味变得粗糙。 ， 镁离子是酵母细胞代谢和生理因素中的重要物质，它是酵母代谢过程中许多酶的重要 s u ：鉴： 辅助因了，它至少对3 0 0 种以上的酶起作用，包括所有的合成酶、磷酸化酶和激酶， m g + 、。 能激活许多酶的催化活性。 s a l a m o n 【1 4 1 啤酒中钙离子和镁离子的平衡对啤酒风味有着重要的影响，当达到一定比例时，啤酒 ( 1 9 9 9 ) 具有柔和性和协调性的风味。 基丽雠【1 5 】 钠离子对淀粉酶有激活作用。在0 0 0 - 0 2 5 m g m l 范围内，对淀粉酶的激活随着浓度的 x i ：、 增加而增强，达到o 1m g m l 时，相对酶活可达到1 1 6 2 3 。钠离子浓度在0 2 5 1 2 5 ”7 m g m l 时，相对酶活基本稳定在同一水平 n a + 燃6 1 ， 曩黧谶搿蔗黑黧淼鬻曩鬻黧嚣 、7 酰还原较慢。 董亮f 1 7 1 。 钠离子对蛋白酶的活力也有一定的影响，随着钠离子的加入蛋白酶的活力缓慢的升高， ( 2 0 0 5 ) 钠离子对酵母生长代谢起促进作用，使酵母生长代谢旺盛，膜的通透性增强。 张春玲【1 舯，钾离子对a _ 淀粉酶活力几乎没有影响，而对p 淀粉酶活力有一定的影响，钾离子对p ( 2 0 0 5 ) 淀粉酶有明显的抑制作用。 k + ， 充足的钾离子提高了细胞膜的通透性，激活了相关酶的活性，有利于酵母从外界环境 3 i 竺竺、 中充分摄取营养，代谢旺盛，造成短时间内大量的a 乙酰乳酸渗漏到胞外后被非酶氧 i z u u 化成双乙酰： n ， 锌离子的浓度不影响细胞的生长，但会影响到发酵速度。锌离子与酵母间的作用对发 。? = 。 酵情况影响很大，能使发酵速率上升是因为提高了细胞的生长速率，而不是增加了细 ij y y ， 、 胞产量。 孙2 + g 刊嘲朋鲫9 ，萎妻委尹黧纛嚣漂瑟篙鬻芸嚣鬻 徐武林 2 0 1 。可作为酶辅酶或辅基，催化相应生化反应，参与糖、蛋白质、脂肪等物质代谢。如作 ( 2 0 0 2 )为乙醇脱氨酶和乳酸脱氢酶的活性基，促进生化反应的进行。 奎樊董【1 0 】 氯离了含量适当，能促进a 淀粉酶的作用，提高酵母的活性。有助于提高啤酒的丰满 c 1 于五：、 感，加强麦芽味，与钠离子作用一样，过量则引起酵母早衰，并使啤酒有咸味，且会 、7 导致设备的腐蚀，氯离子 2 5 0 m $ l 时会促进啤酒的甜味，但同时可阻止酵母絮凝。 酿造水中的硫酸根离子经常和钙离子结合，在酿造中能消除碳酸氢根引起的碱度，硫 、： 顾国贤f 2 ，酸根离子有增酸作用，提高酒花香味，促进蛋白质絮凝，有利于麦汁澄清。酿造浅色 ( 1 9 9 6 ) 啤酒的水中含硫酸根的浓度可以在5 0m e t , - 7 0m g l ，过量易使啤酒中挥发性硫化物增 多，致使啤酒口味淡薄、苦涩。 4 第一章绪论 1 2 2 无机离子与啤酒口感的关系 从以上各中研究可以明显看出，现在国内外大多数学者主要是对无机离子在啤酒生 产过程中的一些作用及其作用机理，主要是集中在糖化阶段和发酵阶段中各种无机离子 对酶和酵母新陈代谢的研究，而对无机离子与成品啤酒口感质量的探讨较少，即各种主 要离子含量对啤酒风味及其稳定性的研究却很少。实际上啤酒本身是一个复杂的胶体体 系，啤酒中各种离子的含量有一个相对的平衡值，一旦当其中某种离子的含量过高，就 会破坏这种平衡，影响到啤酒的风味和稳定性。另外，也有一些文献就无离子与啤酒口 感之间的关系作了一些研究【l 啦! 1 ，例如c a 2 + 浓度如果较高会影响啤酒保质期，造成浊度 上升；m 孑+ 形成的碳酸镁会使啤酒具有收敛性的苦涩味；n a + 对啤酒无化学影响，因其 能够增加啤酒的芳香，故对啤酒而言作用很大。适量的n a + ，可以带给啤酒丰满柔和的 口感和适度的芳香；而与c l 结合时较之与s 0 4 2 - 结合使人的口感更加愉悦，s 0 4 2 - 存在时， n a + 给人以不愉快的尖酸感。故对离子要求的一个重要原则即一如果水中s 0 4 玉越多，n a + 就必须越少；s 0 4 2 它有利于蛋白质和淀粉的降解。若含量过多，会造成成品啤酒产生刺 口、盐味和寡淡的缺点；c u 2 + 浓度达0 1m g l 时，它充当氧化剂的作用，不可避免的造 成啤酒的浑浊。但是这些大部分也是对实际生产过程中的经验总结，并没有更深入的研 究无机离子对口感质量的影响以及影响的机理是什么。 1 3 立题依据及意义 啤酒作为大众喜欢的饮品，其风味稳定性是质量的重要指标。如何保持啤酒风味稳 定性，对今天的酿造者来说是很大的挑战。现在，采用高浓稀释技术酿造啤酒已经成为 啤酒生产中较为普遍的生产方式，而且稀释率不断提高，成品啤酒的度数也越来越低， 低度啤酒其缓冲体系相对较弱，所以各种异味比较容易暴露出来，从而造成口感及风味 上的明显缺陷。但是随着啤酒工业的发展，怎样用各地不同的水质生产具有品牌稳定性 的受消费者信赖的产品，就成了日益发展的啤酒生产厂家关注的焦点。 口感质量是影响啤酒质量的最重要因素，无机离子作为啤酒中影响口感的物质之 一，其对成品啤酒的质量有着重要的影响，特别是随着高浓酿造技术的发展，无机离子 对高稀释率低度成品啤酒将有着更为重要的影响。因此本课题从无机离子的角度出发， 研究了无机离子与高稀释率成品啤酒质量的关系，由氢键入手研究无机离子对啤酒口感 影响的机理，国内外都尚未涉及，本课题在这方面为啤酒的口感研究提出了新视角，为 进一步深入研究啤酒风味的基础理论奠定了一定的基础。参考大量文献资料后确定主要 对以下离子进行测定：阳离子：c a 2 + 、m 孑+ 、k + 、n a + 、z n 2 + ；阴离子：c i 、s 0 4 玉。这 几种无机离子对成品啤酒中的口感有着明显的影响，并且含量相对较多。另外，选择啤 酒中具有代表性的风味物质进行检测，并进行所选择的指标进行软件分析研究，证明了 啤酒中的风味物质种类与含量与啤酒风口感质量的相关性，为快速、准确判断啤酒的风 味质量提供了可行的方法，具有较好的理论和实践指导意义。 江南大学硕士学位论文 1 4 主要研究内容 本课题主要旨在通过对低度成品啤酒中离子含量的分析，发现离子含量与啤酒风味 之间的关系，另外，从无机离子对啤酒中醇水氢键的影响角度出发，初步探讨无机离子 对成品啤酒口感影响的机理。目前，国内低度啤酒主要是以8o p 为主，而且绝大多数是 从高浓1 3o p 稀释而成，因此，本论文主要以此类型啤酒为研究对象。 本论文的主要研究内容： ( 1 ) 建立啤酒氯离子和硫酸根离子的分析方法。 ( 2 ) 无机离子组成与高稀释成品啤酒综合口感的关系。 ( 3 ) 无机离子对成品啤酒口感影响机理的初步探讨。 6 第二章啤酒中氯离子和硫酸根离子测定方法的建立 第二章啤酒中氯离子和硫酸根离子测定方法的建立 2 1 引言 啤酒是一种时下较为流行的饮用酒，其中的成分非常复杂，目前能检测出的成分已 达一千多种，主要包括醇、酯、酸、醛、蛋白质、氨基酸和无机离子等有机物质和无机 成分。在啤酒的生产过程中，一些无机离子含量并不多，但是无论是在制麦、糖化、前 酵以及后熟阶段，无机离子都起着非常重要的作用。其中氯离子和硫酸根离子就是酿造 过程中最为重要的无机离子之一1 2 引。 氯离子含量适当能促进仅淀粉酶的作用，提高酵母的活性。有助于提高啤酒的丰满 感，加强麦芽味，过量则引起酵母早衰，并使啤酒有咸味，且会导致设备的腐蚀，氯离 子达到一定量时会促进啤酒的甜味，但同时可阻止酵母絮凝【l o 】。同时氯离子也是啤酒中 风味物质之一，适量的氯离子使啤酒具有醇厚感，且1 2 1 感较为柔和【2 3 1 。因此，啤酒酿造 过程中氯离子的检测较为重要。最早报道的检测方法是电位滴定法和选择电极直接测定 法【2 4 1 ，但电位滴定法样品处理较麻烦，需要除去许多干扰离子，容易引起测定误差。选 择电极直接测定法准确度较差，重复性限为9 4 0 ( 对应氯含量0 1 0 0 0 0 0 0 5 ) 口引。 此外，必须选择适当的总离子强度调节缓冲剂，测定时溶液温度必须保持一致，否则会 改变电极电位，这给实际操作造成不便。硫酸根离子能与钙离子结合生成沉淀，所以啤 酒中硫酸根离子的含量直接影响着啤酒的非生物稳定性。另外，硫酸根也和啤酒的风味 与1 2 1 感有着密切的联系，当含量过多时会引起啤酒的干苦味和不愉快味道【l0 1 ，使啤酒的 挥发性硫化物含量增加，严重影响啤酒的质量。 因此，成品啤酒中氯离子和硫酸根离子的检测较为重要。离子色谱法( i o n c h r o m a t o g r a p h y ，i c ) 和毛细管电泳法( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e t i e ，c e ) 为测定氯离子的先进 方法，精密度高，操作及数据易实行计算机化，但对于啤酒厂的日常检测成本太高。相 比之下，比浊法操作简便、分析时间短、所用试剂少、检测手段简单，可与其它分析方 法联用，易实现自动化，程序化，如流动注射比浊法【2 酬。 本文依据相关标准，采用分光光度计进行浊度测量，通过考察测量波长、稳定时间、 酸度和稳定剂对测定结果的影响，最终得到比浊法测定啤酒中氯离子和硫酸根离子的最 佳测定条件。此方法操作简便迅速、结果可靠且成本低廉，为啤酒厂中氯离子和硫酸根 离子的日常检测提供了一个重要参考。 2 2 材料与方法 2 2 1 主要试剂 硫酸钠( 分析纯) ；硫酸钾；盐酸( 分析纯) ： 一8 0 ( 优级纯) ；丙酮( 优级纯) ；h n 0 3 溶液( 1 + 1 ) ： 水为超纯水。 无水乙醇( 色谱纯) ；甘油( 优级纯) ；吐温 乙二醇( 分析纯) 。其它试剂均为分析纯， 硝酸银溶液：0 1m o l l ，准确称取干燥的a g n 0 3 司体1 6 9 8 7g ，用超纯水充分溶解 后定容于l o om l 的容量瓶中，配置成0 1m o l l 的a g n 0 3 标准溶液，并储于棕色瓶中备用。 7 江南大学硕士学位论文 聚乙烯醇- 氯化钡混合液( p v a - b a c l 2 ) ：准确称取b a 2 c 1 2 2 h 2 02 7 8g 溶于超纯水中， 稀释至u 1 5 0m l ，另称取2 0g 聚乙烯醇加入1 9 0m l 沸水中，然后在控温电炉上缓慢加热， 边加热边搅拌至完全溶解，再用热水补足至1 9 0m l ，使用前将上述两液进行混合，加6 0 m l 无水乙醇混匀备用。 2 2 2 主要仪器 u n i c ou v 2 0 0 0 分光光度计 a l 一2 0 4 型电子天平 k q 3 2 0 0 d b 型数控超声波清洗器 i c 2 5 a 型离子色谱仪 2 2 3 主要分析方法 a 标准溶液制备 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 梅特勒- 托利多仪器( 上海) 有限公司 昆山市超声仪器有限公司 美国d i o n e x 公司 氯离子标准溶液：1m g m l ，准确称取n a c l ( 1 0 5 干燥3h ) 1 6 4 8 5g ，用超纯水溶解 后转移至1l 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，用时稀释成2 01 t g m l 的标准工作溶液。 硫酸根离子标准溶液：1 0 0l x g m l ，准确称取n a 2 s 0 4 ( 1 0 5 干燥3h ) 1 4 7 8 7g ，用超 纯水溶解后转移至1 0 0 0m l 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，用时稀释成1 0 0p g m l 的标准 工作溶液。 b 测定方法 氯离子：准确移取适量氯离子标准工作溶液于2 5m l 容量瓶中，加入3m l ( 1 + 1 ) h n 0 3 、2m la g n 0 3 溶液，以超纯水稀释至刻度，混匀，然后计时，准确反应2 5m i n 后 取出，上下轻微颠倒数次。将其中部分溶液移入lc m l ：l ：色皿中，以不力h a g n 0 3 溶液的同 样操作为空白，用分光光度计在波长4 4 0n i n 处测量其吸光度。 硫酸根离子：准确移取适量的硫酸根标准溶液于2 5m l 容量瓶中，然后依次加入0 5 m l ( i + i ) h c l 溶液和9m lp v a b a c l 2 混合溶液，以超纯水稀释至刻度，并上下颠倒数次 混匀，然后计时，准确反应1 0m i n 后，再上下轻微颠倒数次。将其中部分溶液移入1c m 比色皿中，以不加p v a b a c l 2 混合溶液的同样操作为空白，用分光光度计在波长5 2 0n n l 处测量其吸光度。 2 3 结果与讨论 2 3 1 测定波长的确定 a 氯离子测定波长的确定 分别移取3 0m l 氯标准工作溶液，按2 2 3 中实验方法操作，在4 0 0 4 9 0n i n 范围内， 测定吸光度，结果如图2 1 所示：波长在4 0 0 4 2 0n l n 之间时，氯化银胶状悬浮液吸光值较 大，并且不稳定，影响了测量的准确度，在4 5 0n l n 以后吸光度太小，而在4 2 0 。4 5 0n m 之 间趋于平缓，且吸光度相对较大。所以本实验选取4 4 0n n l 为测定波长。 b 硫酸根离子测定波长的确定 分别移取3 0m l 硫酸根标准工作溶液，按实验方法操作，在3 8 0 5 7 0l u l l 范围内测定 第二章啤酒中氯离子和硫酸根离子测定方法的建立 吸光度，结果如图2 2 所示，波长在3 8 0 4 4 0n i n 之间时，b a s 0 4 胶状悬浮液吸光值逐渐减 小，4 4 0 - 4 8 0 姗之间又逐渐上升，且下降和上升趋势变化较快，影响了测量的准确度， 而在4 8 0 5 7 0n n l 之间趋于平缓，相对比较稳定，且吸光度相对较大。所以本实验选取5 2 0 n l n 为测定波长。 o 1 4 o 1 2 0 1 0 篓o 0 8 督0 0 6 0 0 4 o 0 2 o 1 6 o 1 5 o 1 4 o 1 3 趔0 1 2 蓍o 1 1 o 1 0 o 0 9 o 0 8 4 0 0 4 2 04 4 0 4 6 0 4 8 05 0 03 9 04 2 04 5 04 8 05 1 05 4 05 7 0 波长 ( n 舶)波长 ( n m ) 图2 1 氯离子在不同波长下的吸光度图2 2 硫酸根离子在不同波长下的吸光度 f i g 2 - 1a b s o r b a n c eo fd i f f e r e n tw a v e l e n g t ho fc 1 f i g 2 2a b s o r b a n c eo fd i f f e r e n tw a v e l e n g t ho fs 0 4 小 2 3 2 放置时间 a 氯离子放置时间 取3 0m l 氯标准工作溶液，按2 2 3 中实验方法操作，测量不同放置时间的吸光度， 结果如表2 1 所示。 表2 r 不同放置时问对测定氯离子吸光度的影响 table2 一li n f l u e n c eo f d i f f e r e n ts t a n d i n gt i m eo na b s o r b a n c eo f c l 。 。 放置时间( m i n ) 0 51 01 52 02 53 03 54 04 55 0 吸光值0 0 9 00 1 3 l 0 1 5 20 1 5 90 1 6 00 1 6 00 1 6 00 1 5 60 1 5 00 1 4 20 1 3 3 由表2 1 可知，放置时间在o 1 5m i n 之间，吸光度上升比较快，这可能主要是由于反 应开始时体系中a r 与c l 。不断形成a g c l 沉淀。在1 5 3 0m i n 之间，体系基本处于稳定状态， 吸光值基本稳定，而且此时吸光度比较大。3 0m i n 以后，a g c l 沉淀出现聚沉，随之吸光 度开始缓慢下降。所以本实验选择放置2 0m i n 后立即测量其吸光度。 b 硫酸根离子放置时间 取2 0m l 硫酸根离子标准工作溶液，按2 2 3 中实验方法操作，测量不同反应放置 时间的吸光度，结果如表2 2 所示。 表2 2 不同放置时间对测定硫酸根离子吸光度的影响 t a b l e2 - 2i n f l u e n c eo fd i f f e r e n ts t a n d i n gt i m eo na b s o r b a n c eo fs 0 4 2 - 放置时间( m i n ) 0 24681 01 52 02 53 0 吸光值0 0 7 40 0 7 40 0 7 50 0 7 70 0 7 90 0 7 90 7 90 0 7 90 0 7 90 0 7 9 由表2 2 可知，放置时间在0 8r a i n 之间，吸光度缓慢上升，在8 3 0r a i n 之间，吸光值 基本趋于稳定，而且此时吸光度相对比较大，所以本实验选择反应放置1 0m i n 后立即测 量其吸光度。 9 江南大学硕士学位论文 2 3 3 沉淀剂的用量 a 氯离子沉淀剂用量 硝酸银用量太少会导致氯离子不能完全生成氯化银胶状沉淀。但是有文献报道硝酸 银过量亦会影响吸光度，所以，按2 2 3 中实验方法，准确移取2m l 氯离子标准工作溶液， 仅改变硝酸银添加量，测定体系的吸光度。结果表2 3 所示。 表2 - 3a g n 0 3 ) 罚量对氯离子吸光度的影响 t a b l e2 - 3i n f l u e n c eo fd i f f e r e n ta d d i t i o no fa g n 0 3o na b s o r b a n c eo fc l 由表2 3 可知，当硝酸银用量在o 5 3 0m l 时，吸光度几乎没有变化，并且相对具有 较大的吸光值，因此，在测量过程中，为了保证氯离子沉淀完全，本实验选择加入2m l 硝酸银。 b 硫酸根离子沉淀剂用量 按2 2 3 中实验方法，准确移取硫酸根标准溶液2m l 于2 5m l 容量瓶中，仅改变 p v a b a c l 2 混合溶液用量，测定体系的吸光度。结果如表2 4 所示。 表2 4p v a b a c l 2 混合液用量对硫酸根离子吸光度的影响 t a b l e2 4i n f l u e n c eo f d i f f e r e n ta d d i t i o no f p v a b a c l 2o na b s o r b a n c eo fs 0 4 2 由表2 4 可以得知，当p v a b a c l 2 混合溶液用量在9m l 时，吸光度最大，这是由于 硫酸钡沉淀是一种动态平衡，p v a b a c l 2 混合溶液用量太少会导致硫酸根。沉淀不完全， 但是当沉淀反应达到平衡时，溶液中钡离子浓度继续增加，且远远超过其沉淀反应的需 要量，使溶液中离子强度增大，其电解质浓度增加而导致部分沉淀聚沉，同时还可能导 致酸效应而使沉淀溶解度增大【2 7 1 ，因此，在测量过程中，为了保证硫酸根离子沉淀完全， 本实验选择加入9m lp v a b a c l 2 混合溶液。 2 3 4 酸度的影响 a 氯离子酸度的选择 为防止c 0 3 2 。、h c 0 3 、s 0 3 2 。、f 。等弱酸根阴离子与a 矿生成银盐沉淀而引起干扰， 通常应将测定体系