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酒花干燥技術(shù)研究

2021-04-13 05:52冀鵬飛劉建波
酒·飲料技術(shù)裝備 2021年2期
關(guān)鍵詞:酒花冷凍干燥苦味

冀鵬飛 李 璐 劉建波

0 前言

酒花,又名蛇麻、塘草花等,??迫劜輰俣嗄晟试荼局参?,味苦,具有芳香氣味。酒花是啤酒釀造過程中最重要的組成部分之一,被稱為“啤酒的靈魂”。最初酒花主要用于提高啤酒中微生物的穩(wěn)定性,延長貨架期。隨啤酒行業(yè)的發(fā)展,酒花越來越被用于其他用途,如創(chuàng)造特有泡沫、酒的苦味和香氣等。啤酒的苦味來自酒花蛇麻腺中存在的α-酸與β-酸,香氣來自香氣化合物(精油)[1]。雖然當(dāng)前苦味仍是選擇特定類型酒花的最重要參考,但隨著工藝啤酒的最新發(fā)展趨勢,香氣與風(fēng)味酒花越來越受到新的關(guān)注。

啤酒釀造一般采用成熟的雌性酒花,主要利用形式有全酒花、酒花粉、顆粒酒花和酒花浸膏等,其中顆粒酒花是最常用的方式[2]。新收獲的酒花由于含水量較高會引起微生物腐敗、顏色降解和化學(xué)反應(yīng),不能長期儲存。為了延長貨架期,干燥是常用的一種技術(shù),主要是抑制霉菌和霉菌引起的腐敗,同時有助于保留α-酸、β-酸及樹脂類有效成分并防止其氧化[3]。此外,干燥后的酒花具有多孔結(jié)構(gòu),有助于麥芽汁與苦味素等充分接觸,有利于釀造過程[4]。干燥過程會造成酒花品質(zhì)的下降,選擇合適的干燥方法對保留酒花中的精油、α-酸與β-酸等苦味物質(zhì)十分重要。

目前,我國啤酒產(chǎn)量已位居世界第一,啤酒產(chǎn)量的增加意味著酒花需求量的增加,同時更需要高品質(zhì)的酒花制品。本文綜合研究了國內(nèi)外酒花干燥技術(shù)最新進展,以期為降低酒花干燥過程中有效成分的損失,提高酒花干燥品質(zhì)提供參考。

1 酒花干燥特點

新鮮酒花含水量高達80%-85%(d.b.),為了延長貯藏期,應(yīng)使其水分降至9%(d.b.)以下。酒花干燥是一個復(fù)雜的過程,主要是由于酒花呈圓錐體結(jié)構(gòu),由花梗及覆蓋于花梗上面的苞片組成,如圖1 所示[5]。在干燥過程中由于苞片的存在,酒花花梗不與空氣直接接觸,導(dǎo)致外層苞片干燥速度要快于花梗。當(dāng)苞片中的含水量降至4-7%(d.b.)時,花梗中的含水量仍可達25-35%(d.b.),導(dǎo)致酒花干制品處于水分不平衡狀態(tài)。苞片過度干燥(含水率<7% d.b.),花球易破碎,會增加苦味素等有效成分的損失;花梗含水量>13%(d.b.),則存在微生物變質(zhì)風(fēng)險。因此,干燥完成的酒花需置于干燥器中,以便使花梗與苞片之間的水分均衡。

酒花獨有的結(jié)構(gòu)特點使其干燥過程呈現(xiàn)出特有的干燥規(guī)律,首先酒花苞片開始干燥,進而花梗開始干燥。在初始干燥階段水分迅速流失,干燥速率下降;隨后干燥速率升高,然后逐漸過渡到第二降速干燥階段[5]。夏娜等[6]的研究結(jié)果與此不同,酒花在自然陰干、常溫氣流干燥與熱風(fēng)干燥的整個干燥過程都沒有表現(xiàn)出典型的干燥曲線,而是一直處于均勻下降的趨勢,當(dāng)含水量降至20%(d.b.)左右時,干燥速率有所下降,這種差異可能是酒花品種或干燥條件不同的原因。

圖1 酒花及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 酒花主要干燥技術(shù)

2.1 自然陰干

自然陰干是最傳統(tǒng)的干燥方式,干燥成本低,但易受天氣、環(huán)境等自然條件的影響,不可控因素較多。夏娜等[6]在25℃的室溫條件下對酒花進行了自然陰干實驗,將酒花干燥至含水率為5%(d.b.)所用時間為24 小時,干燥時間較長。酒花的最佳收獲期較短,若遇陰雨天氣,采摘的新鮮酒花不能及時干燥會發(fā)生腐敗變質(zhì)。而且國家對食品質(zhì)量安全越來越重視,自然晾干已不能滿足當(dāng)前酒花的干燥需求。

2.2 常溫氣流干燥

常溫氣流干燥是指利用自然空氣作為干燥介質(zhì),使其具有一定的速度流經(jīng)物料表面,從而將物料進行干燥的一種方式。夏娜等[6][7]利用常溫氣流對酒花進行了干燥,氣流速度2.5m/s,將酒花干燥至含水率為5%(d.b.)用時17 小時。由于常溫氣流干燥與自然陰干相比縮短了干燥時間,與熱風(fēng)干燥相比干燥溫度較低,其干燥的酒花中α-酸、β-酸及精油的含量要高于65℃熱風(fēng)干燥與自然陰干的酒花。常溫氣流干燥后的酒花貯藏指數(shù)(HSI)為0.12,表明酒花處于新鮮狀態(tài)。然而常溫氣流干燥仍受制于環(huán)境因素,具有較大的不確定性。

2.3 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是目前酒花干燥最常用的干燥形式。Ferenczi 等[3]利用30℃的熱風(fēng)將酒花含水率由69.11±1.10 %(d.b.)干燥至22.56 ±1.41%(d.b.)用時10小時,所用能耗為0.9kWh。夏娜等[6]利用65℃的熱風(fēng)將酒花含水率由80%(d.b.)干燥至5%(d.b.)用時12 小時。酒花熱風(fēng)干燥時間受干燥溫度影響較大。熱風(fēng)干燥后的酒花貯藏指數(shù)(HSI)為0.39,表明干燥后的酒花處于新鮮狀態(tài)。

2.4 微波真空干燥

微波真空干燥(MVD)是一種新型干燥技術(shù),能快速有效地去除食品中的水分。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比它的主要特點是真空中水分蒸發(fā)迅速,干燥比高。使用微波加熱可提高熱效率,因此運行成本降低。微波的強烈加熱和真空引起的低沸點可以使物料在低溫下短時間內(nèi)完成干燥。微波真空干燥還有助于保持物料中對健康有益的香氣和營養(yǎng)物質(zhì)[8]。Ferenczi 等[3]研究發(fā)現(xiàn)微波真空干燥將含水率為69.11±1.10 %(d.b.)的酒花干燥至17.75±0.68%(d.b.)所用能耗為1.27kWh,同時可以很好的保留酒花中的香氣成分,是一種很有前途的干燥方法。

2.5 冷凍干燥

冷凍干燥又稱升華干燥,將含水物料冷凍到冰點以下,使水轉(zhuǎn)變?yōu)楸?,然后在較高真空下將冰轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵舛サ母稍锓椒?。物料可先在冷凍裝置內(nèi)冷凍,再進行干燥。但也可直接在干燥室內(nèi)經(jīng)迅速抽成真空而冷凍。升華過程中所需的汽化熱量,一般用熱輻射供給。Ferenczi等[3]采用冷凍干燥方法將含水率為69.11±1.10 %(d.b.)的酒花干燥至7.86±0.64%(d.b.)所用能耗為15.09 kWh,分別是微波真空干燥與熱風(fēng)干燥能耗的11.9 倍與16.8 倍。雖然冷凍干燥可以很好的保留酒花中的有效成分,但考慮到能耗等成本因素,冷凍干燥技術(shù)并不適用于酒花的干燥。

近年來,干燥機的發(fā)展趨勢是不斷融合相關(guān)干燥物料信息,其目的是實現(xiàn)智能干燥系統(tǒng),不僅可以無損測量物料品質(zhì)參數(shù),還可以將其用作過程控制的輸入變量。熱成像相機已成功應(yīng)用于酒花窯式干燥機中,實現(xiàn)了酒花干燥過程的無損檢測[5]。

3 干燥對酒花品質(zhì)的影響

3.1 干燥對酒花苦味物質(zhì)的影響

啤酒中的苦味物質(zhì)來自酒花蛇麻腺中的α-酸與β-酸[1],其中α-酸賦予啤酒特有的苦味,增加泡味,β-酸主要起輔助苦味作用。α-酸與β-酸都可防止啤酒被雜菌污染,但這兩種酸易被氧化成有苦味的氧化物質(zhì),從而改變啤酒的風(fēng)味[6]。α-酸與β-酸在干燥過程中主要受長時間高水分活性導(dǎo)致的降解影響,主要是水蒸氣的揮發(fā)作用。α-酸在干燥過程中損失約3.5-10%,當(dāng)干燥溫度從55℃提高至65℃時,損失增加約5%。干燥后的酒花在存儲過程中α-酸與-β 酸也會發(fā)生氧化作用而顯著降解。夏娜等[6]綜合比較了熱風(fēng)干燥、自然對流干燥和自然陰干對α-酸、β-酸、黃腐酚與黃酮含量的影響,自然對流干燥對這四種有效成分損失的影響最小,分別損失1.48%、1.25%、2.2mg/g 和0.98%。

3.2 干燥對酒花精油的影響

目前,已知酒花中有400 多種芳香組分,酒花精油是酒花香氣的主要成分,占干酒花質(zhì)量的0.5-3%,其中萜類化合物占90%,主要為單萜烯與單萜醇化合物[5]。β-月桂烯與芳樟醇被認(rèn)為是整體香氣成分的關(guān)鍵物質(zhì)[9]。α-石竹烯與β-石竹烯是雙環(huán)倍半萜類化合物,分別占精油含量的8.99%與10.69%[10]。以上三種物質(zhì)是酒花中最重要的三種半萜類化合物。芳樟醇是重要的單萜醇化合物,對啤酒的酒花香味具有很大貢獻,其濃度被認(rèn)為可用于預(yù)測啤酒的風(fēng)味強度,若在煮沸階段添加,對啤酒的香氣貢獻小,在發(fā)酵階段添加,對啤酒香氣的貢獻大。

與苦味物質(zhì)相比,精油在干燥過程中極易揮發(fā)和分解,含量降低約30-40%,主要是由于干燥過程精油隨水蒸氣揮發(fā)和發(fā)生氧化作用而損失[7]。Kammhuber 等[11]指出由于月桂烯在高溫下易揮發(fā)而損失嚴(yán)重,在干燥過程中通常會損失25-30%,干燥溫度通常在55℃-65℃之間為宜。但同時研究發(fā)現(xiàn)隨月桂烯濃度的降低,酒花香氣質(zhì)量趨于增加。Ferenczi 等[3]綜合比較了冷凍干燥、微波真空干燥和熱風(fēng)干燥對酒花中精油成分的影響,通過比較化合物的峰面積發(fā)現(xiàn)冷凍干燥對精油的保留率大于微波真空干燥與熱風(fēng)干燥,β-月桂烯的保留率規(guī)律也呈現(xiàn)出相同的特點。與新鮮酒花相比,微波真空干燥與冷凍干燥后的酒花中β-月桂烯的百分比增加,α-石竹烯與β-石竹烯的百分比減少;熱風(fēng)干燥后的酒花中β-月桂烯、α-石竹烯與β-石竹烯的百分比均未發(fā)生顯著變化。酒花干燥過程會減少提供香味的精油量,但通常不會明顯減少其成分。然而夏娜等[7]利用65℃的熱風(fēng)干燥酒花時發(fā)現(xiàn)干燥完成后的酒花中精油成分減少了11 種,增加了2 種;常溫對流干燥的酒花增加了3 種有效成分,減少了8 種有效成分,這可能與酒花的品種與干燥方式有關(guān)。

3.3 干燥對酒花色澤的影響

除獲得目標(biāo)水分外,保持酒花顏色也非常重要,因為產(chǎn)品內(nèi)部的變化可以通過顏色的變化來識別[5]。一般在最佳收獲期內(nèi)新鮮酒花是綠色-黃色顏色的組合,隨品種的不同略有差異[12]。新收獲的酒花存儲一段時間后會發(fā)生顏色劣化與化學(xué)成分的變化,需及時干燥。Sharvari 等[12]發(fā)現(xiàn)酒花在干燥過程中總色差ΔE 隨水分比的減少而增加,尤其當(dāng)水分比高于0.5 時,總色差ΔE變化劇烈。采摘后貯藏一段時間再進行干燥的酒花總色差ΔE 變化要大于采后直接干燥的酒花。

新鮮酒花在環(huán)境空氣濕度大于70%的環(huán)境中顏色和光澤會發(fā)生退化[12]。在干燥開始時空氣濕度通??梢赃_到100%,這會對酒花的顏色產(chǎn)生負(fù)面影響。首先,內(nèi)部移動到酒花表面的水分不能及時去除,會導(dǎo)致顏色降解。其次,酒花溫度比干燥介質(zhì)低,介質(zhì)中的蒸汽會重新在酒花表面冷凝,導(dǎo)致顏色進一步惡化。為此Sturm 等[5]研究了酒花采摘時天氣對酒花干制品顏色的影響,研究發(fā)現(xiàn):早晨露水對酒花干燥過程顏色的影響較小,雨天打濕的酒花在干燥時顏色變化顯著,近乎是其他干燥條件下總色差ΔE 的2 倍,這是由于介質(zhì)交換作用不足以快速去除水分導(dǎo)致褐變增加。

干燥溫度對酒花顏色有顯著影響,在最適宜的溫度下酒花保持檸檬黃色,在較高的溫度與暴露時間下會變?yōu)樽厣?。除干燥溫度外,容重也會影響干燥酒花的顏色,隨容重的增加,總色差ΔE 增加[5],這可能是因為隨容重的增加,一定流量的空氣去除水分的能力降低,使褐變增加。在相同容重下,升高干燥溫度會使初始干燥階段總色差ΔE 值變化較小,但對最終干燥酒花的總色差ΔE無明顯影響[5]。

4 結(jié)論與展望

本文綜合研究了國內(nèi)外酒花干燥技術(shù)的最新進展,目前應(yīng)用于酒花干燥的技術(shù)主要有自然晾干、常溫對流干燥、熱風(fēng)干燥、微波真空干燥與冷凍干燥等,傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥仍是最常用的干燥方法。微波真空干燥能耗略高于熱風(fēng)干燥,同時可以更好的保留酒花中的香氣成分,是一種很有前途的干燥方法。同時本文對影響酒花精油、苦味物質(zhì)與顏色等品質(zhì)的因素進行了詳細(xì)分析,可為生產(chǎn)高品質(zhì)干燥酒花提供參考。未來應(yīng)加強微波真空干燥等新干燥技術(shù)在酒花干燥方面的應(yīng)用研究,為進一步提高酒花的干燥品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

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