啤酒中的草酸及草酸钙沉淀20060512.doc

啤酒中的草酸及草酸钙沉淀孙军勇1，郑华超2，陆健1，张强11江南大学生物工程学院，江苏无锡，214036；2杭州千岛湖啤酒有限公司，浙江淳安，311700摘要 本文主要介绍了啤酒中草酸的来源，啤酒中草酸钙沉淀的分析方法，抗氧化剂异抗坏血酸钠的使用对啤酒中草酸含量的影响，以及生产过程中如何防止啤酒发生草酸钙沉淀。最近几年，由于啤酒原料的变化等各种各样的原因，啤酒的非生物稳定性经常出问题。啤酒在保存过程中产生沉淀物或失光，遭到消费者的投诉，影响了消费者的购买欲望。本文主要介绍近年来啤酒的非生物稳定性中常见的草酸钙沉淀的成因，分析方法以及控制措施。1啤酒中的草酸草酸是一种最简单的二元羧酸，广泛存在于植物、动物、微生物中，有些蔬菜(如菠菜、苋菜)、水果(如柿子)、饮料（如啤酒等）中的草酸含量过高，会降低其营养品质甚至导致人体结石症，被称为抗营养因子之一。另外，人尿液中的草酸含量高低也是诊断结石病的一个重要指标。草酸是糖化代谢的中间产物。简单的方程式如下：2C6H12O6+9O26（COOH）2+6H2O。草酸和水中的钙离子结合成草酸钙结晶体，直接影响啤酒的外观质量。草酸盐对于成品啤酒的质量有着不利的影响。草酸盐在成品啤酒中的浓度范围为4-80mg/L，与大麦品种，制麦工艺，酒花的用量，酵母以及啤酒的发酵工艺有关。其浓度较高时，草酸钙会引起啤酒的非生物混浊。草酸钙能在啤酒生产中的管路，薄板换热器，发酵罐，贮酒罐的表面形成啤酒石（污垢，草酸钙占35-50%），影响传热和引起啤酒污染微生物。另外，啤酒中的草酸钙沉淀还会引起啤酒的喷涌，同时，啤酒中的草酸盐的浓度过高也会影响啤酒的口感。啤酒的生产原料中，主要是麦芽和酒花中含有大量的草酸。一般情况下，草酸根离子的含量，麦芽汁40-60mg/L；正常啤酒15mg/L；不正常啤酒20-80mg/L。专家推荐，在麦芽汁中添加250mg/L硫酸钙（折合成Ca2+浓度大约为74mg/L）以除去过量的草酸盐。通常，草酸钙在啤酒发酵和贮藏时与啤酒分离。2麦汁和啤酒中草酸的检测已有报道的草酸测定方法较多，如传统的滴定法，比色法，酶法，动力学分析法，液相色谱法等。目前，国内资料报道的检测啤酒中草酸多采用高效液相色谱法，但在实际应用过程中存在草酸与酒石酸峰形重叠，不能完全分开，以及重复性差的缺点，国外资料报道的测定啤酒中草酸含量多采用离子色谱或毛细管电泳分析的方法，结果见图1和图2。草酸图1 离子色谱检验啤酒样品中草酸根离子的浓度（样品稀释10倍，草酸根离子浓度 9.49 mg/L）草酸图2 毛细管电泳分析啤酒样品中草酸根离子的浓度（样品稀释20倍）表1是国外研究人员对大量小麦麦芽和大麦麦芽，以及分别采用一定比例的小麦麦芽和大麦麦芽制备的相同浓度的定型麦汁中草酸根离子和钙离子含量的差别所做的统计结果。表1 小麦麦芽与大麦麦芽草酸根离子和钙离子的含量差别小麦麦芽（协定麦汁）大麦麦芽（协定麦汁）Ca2+C2O42+Ca2+C2O42+mg/Lmg/Lmg/Lmg/L平均16.737.421.617.7最小9.834.215.38.0最大20.644.836.822.4表2 定型麦汁中草酸根离子和钙离子的含量差别小麦啤酒麦汁大麦啤酒麦汁Ca2+C2O42+Ca2+C2O42+mg/Lmg/Lmg/Lmg/L平均34.741.349.727.4最小13.125.024.011.6最大72.865.5118.956.2从表1和表2的数据可以看出，小麦麦芽中的草酸根离子的浓度要比大麦麦芽中的高，而采用添加了小麦麦芽制备的小麦啤酒麦汁中的草酸根离子浓度相应地也要高。这就提示我们的啤酒企业，在采用一定比例的小麦麦芽酿制啤酒时，在相同的水质的前提下，要提高石膏或氯化钙添加的数量，以防止发生草酸钙沉淀的危险。表3则是三种不同类型啤酒中草酸根离子与钙离子的含量的不同。表3 不同类型啤酒中的钙离子和草酸根离子的含量差别上面发酵小麦啤酒下面发酵浓醇型啤酒下面发酵淡爽型啤酒Ca2+C2O42+Ca2+C2O42+Ca2+C2O42+mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L平均41.519.935.920.223.016.3最小12.44.013.92.011.06.3最大156.540.6120.933.450.024.5正常情况下，由于生产工艺中相应采取了添加钙盐的措施，所以最终成品啤酒中草酸根离子的含量相差不大。表4中的数据为毛细管电泳法检测的国外的几个品牌的啤酒样品中的草酸含量。表4 几个国外品牌啤酒中的草酸根含量品牌样品数量C2O42+含量（mg/L）A319.5B314.8C2021.1D2024.6E334.9F444.1图3是单批次啤酒酿造过程中草酸根离子和钙离子含量的变化情况。图3 啤酒生产过程中钙离子与草酸含量的变化注：图中字母代表的含义：A麦芽，B酿造水，C洗糟水，D头号麦汁，E煮沸前满锅麦汁，F煮沸结束麦汁，G贮酒罐，H过滤啤酒。从图3可以看出，在啤酒酿造过程中，草酸根离子含量的最高峰出现在头号麦汁中，也从另一个侧面说明了啤酒中的草酸根离子主要来自麦芽。随着啤酒发酵过程的进行，啤酒中的草酸根离子的含量逐渐下降，在过滤后的啤酒中含量达到最低。3草酸钙沉淀分析步骤当包装啤酒发生草酸钙沉淀后，一般酒液比较清亮，但在瓶底有一层沉淀，有时沉淀比较结实。沉淀具体的分析方法为：先用0.45微米滤膜加小型真空泵抽滤装置，将沉淀收集在滤膜上，然后将沉淀小心转移至离心管中，1500r.p.m离心10分钟，收集沉淀。将上清液吸出，向离心管中加0.5mol/LNaOH溶液约1mL，振荡，再离心，观察沉淀溶解情况。如溶解即可判定为蛋白质沉淀，部分溶解则记录大致比例。如不溶解，离心，将碱液小心吸出（不可将沉淀吸出），加多量0.5mol/L盐酸，振荡，再离心，观察沉淀溶解情况。如溶解即可判定为草酸盐沉淀，如还有不溶物，可进一步制作切片，做显微镜检。图4是典型的草酸钙沉淀在显微镜高倍镜下的照片。图4 草酸钙结晶显微照片 4啤酒中产生草酸钙沉淀的原因啤酒发生草酸钙沉淀，原因可能有以下几方面：4.1 麦汁中钙离子不足，造成成品酒中草酸根离子过多。不同品种，不同溶解度的麦芽中的草酸根离子的含量是不一样的。如果糖化和糊化锅投料时，石膏加量不足，同时也有一部分钙离子在煮沸过程中与蛋白质结合沉淀而损失，造成煮沸结束后的定型麦汁中的Ca2+含量偏少，加上发酵过程中酵母增殖代谢还要产生一部分草酸根离子，最终造成成品啤酒中草酸根离子含量偏高。这样，过滤时硅藻土中的钙离子溶解到啤酒中，洗瓶残水和激沫用水也会带入钙离子，使草酸根与钙离子结合生成草酸钙沉淀的反应就在成品啤酒中发生了，造成了啤酒的非生物混浊。4.2 如果是高浓稀释酒，要保证高浓稀释水中的钙离子含量小于等于待稀释啤酒中的钙离子含量。否则，也可能会造成草酸钙沉淀。A分析酿造用水的水质情况（暂时硬度、永久硬度、钙离子含量）。在糖化锅和糊化锅增加石膏量，同时在煮沸锅添加氯化钙，将定型麦汁中钙离子提高至80-120mg/L左右。B分析高浓稀释用水的钙离子含量，要小于等于待稀释啤酒中的钙离子含量。4.3 抗氧化剂D-异抗坏血酸钠的使用人们早就知道维生素C及其钠盐具有相当强的还原性，是一种抗氧化剂，用在啤酒中可延长啤酒的风味保鲜期，近年来，D-异抗坏血酸钠盐在啤酒中的抗氧化作用日趋被众多的酿造者所接受。按照GB276088食品添加剂使用卫生标准的规定，在啤酒中使用D-异抗坏血酸钠的一般添加量为10-30mg/L，最大用量为40mg/L 。根据GB8273-87-食品添加剂-异抗坏血酸钠中2.2项的规定，要对样品进行“草酸试验”测试。具体方法是：将1g样品溶于10mL蒸馏水中,加入2滴冰乙酸和5mL10乙酸钙溶液，该溶液应保持澄清透明。一般情况下，草酸试验不合格的样品，其溶液呈雾浊状态，在放置12小时后，烧杯底部产生大量沉淀，轻轻晃动，沉淀如烟状散开。经显微镜观察，可以看到如图4所示的沉淀，为草酸钙结晶。这样的异抗坏血酸钠中草酸含量偏高，添加后易导致啤酒草酸钙沉淀。目前异抗坏血酸钠的主要生产路线是：由荧光极毛杆菌或球形节杆菌使葡萄糖或淀粉通气发酵(28，50h)，得-酮葡萄糖酸钙，用草酸酸化后，滤去沉淀，浓缩，然后用甲醇和硫酸酯化成甲酯，再添加甲醇氢氧化钠溶液进行烯醇化反应而得。从中可以看出，在异抗坏血酸钠的生产过程中，草酸是一种酸化剂，所以在GB8273-87中的“2.2项目和指标”中特别规定了“草酸试验合格”的要求。这对于在啤酒生产中使用异抗坏血酸钠作为抗氧化剂的啤酒企业应该值得注意。5 对啤酒中草酸含量的控制控制成品啤酒中的草酸含量可从以下几个方面考虑：5.1 与原料（酒花和麦芽）的年份和品种有很大的关系。尽量选择草酸根离子含量少的麦芽和酒花。5.2 麦汁制备过程中添加过量钙离子（如添加石膏改良糖化用水，一般糖化水中Ca2+浓度大于70-80mg/L ，定型麦汁中Ca2+浓度在80-120mg/L）。5.3 管道顶水，引水，激泡水应经过软化处理，避免带入过多的钙离子。5.4 加强发酵罐、过滤机、清酒罐等设备和管路的酸洗，去除草酸钙结晶（啤酒石）。参考文献1、Nutrients and Antinutrients in Selected Brands of Malt Drinks Produced in Nigeria，E.U. Okonl and E.O. Akpanyung，Pakistan，Journal of NutritionJ ，2005 (5)：352-355.2、Determination of oxalate in beer by zone electrophoresis on a chip with conductivity detection，Marin Masra， Mriazfflborova，Dusan Kanianskya，Bernd