高 欣,崔漢斌,萬 莉
(湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中德啤酒學(xué)院,湖北 武漢 430070)
酒花苦味物質(zhì)可以給啤酒帶來純正爽口的苦味,按照W?ellmer計算酒花苦味質(zhì)的公式,酒花苦味質(zhì)=α-酸+β-組分/9,在絕大多數(shù)香花和苦花中β-組分絕干質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7.2%~8.6%,β-組分/9可以忽略不計,雖然酒花苦味質(zhì)主要來自于α-酸[1],但是在低溫啤酒中,α-酸的溶解度僅約0.5~2 mg/L,不能直接給啤酒提供苦味,它必須在生產(chǎn)中通過異構(gòu)化轉(zhuǎn)化為異α-酸,再以異α-酸的形式溶入啤酒中提供期望的苦味,異α-酸在低溫啤酒中依pH不同其溶解度[1]約120~300 mg/L。
不溶性的α-酸異構(gòu)為異α-酸,可以通過高于80 ℃的高溫,pH為8~9.5強堿性條件,催化劑比如適量鈣離子或鎂離子等3個催化條件中的任何1個來實現(xiàn)[2]。在傳統(tǒng)酒花添加方法中,酒花制品直接添加在麥汁煮沸鍋內(nèi),受麥汁質(zhì)量要求限制,滿鍋麥汁的pH需控制在5.2~5.6,α-酸的異構(gòu)化主要通過第1個條件“高溫”來實現(xiàn),對應(yīng)酒花利用率相對較低。筆者設(shè)定83 ℃高溫、pH 9強堿性及適量催化劑存在條件,在酒花預(yù)異構(gòu)罐中,首先將酒花制品進行預(yù)異構(gòu)化處理,然后于麥汁煮沸結(jié)束前5 min再添加到煮沸鍋中,以驗證在動態(tài)低壓煮沸、低壓煮沸和間歇煮沸等3種不同麥汁煮沸系統(tǒng)中,通過酒花預(yù)異構(gòu)化處理來提高酒花利用率,節(jié)約酒花成本的可行性。
苦型顆粒酒花馬可波羅:絕干α-酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.2%,水分10.3%,新疆阜北三寶樂啤酒花有限公司;苦型顆粒酒花天湖:絕干α-酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.3%,水分9.5%,新疆神池富興啤酒花投資有限公司;苦型顆粒酒花飲馬:絕干α-酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%,水分9%,甘肅省飲馬實業(yè)公司酒花加工廠;香型顆粒酒花佩樂:絕干α-酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.88%,水分7.5%,巴特哈斯(北京)貿(mào)易有限公司;二氧化碳酒花浸膏:絕干α-酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%,水分3%,巴特哈斯(北京)貿(mào)易有限公司;食品級氧化鎂:>99.0%,M.A.F. MAGNESITE B.V.荷蘭;檸檬酸鐵銨(09713):≥99.8%,FLUKA公司;辛醇、異辛烷:色譜純,上海古朵生物科技有限公司;鹽酸、鄰苯二胺、NaOH、EDTA:分析純,格里斯(天津)醫(yī)藥化學(xué)技術(shù)有限公司。
FW100高速萬能粉碎機,天津泰斯特儀器有限公司;101-2電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海滬南儀器廠;SX2-4-10箱式電阻爐,沈陽市節(jié)能電爐廠;GL-20G-Ⅱ離心機,上海安亭科學(xué)儀器廠;XT5202-D31-R05C精密恒溫液浴槽,杭州雪中碳;WSZ-200A回旋振蕩器,上海一恒;SKF-12A超聲波清洗器,上??茖?dǎo);蒸餾水器,上海博訊;FE20實驗室pH計,梅特勒公司;NIBEM-TPH泡沫測定儀,荷蘭哈夫曼公司;SIGRIST濁度儀,瑞士;MA4500啤酒全自動分析儀,奧地利安東帕;U-1810分光光度計,北京普析;D-1色度儀,北京光電;BSA2202S電子天平,賽多利斯;Inpack 2000二氧化碳測定儀,荷蘭哈夫曼;3650溶解氧測定儀,瑞士奧比菲亞;KDN-08C定氮儀,上海宏紀(jì)。
在帶保溫夾套、攪拌及防堵塞篩板裝置的酒花預(yù)異構(gòu)罐中,通入氮氣或高純度CO2排除氧氣,加入83 ℃的熱水、食品級MgO、苦型顆粒酒花或二氧化碳浸膏進行酒花預(yù)異構(gòu)化處理,m(熱水)∶m(MgO)∶m(絕干α-酸總量)=600∶1∶5[2-5]。先加入熱水,在攪拌開啟的情況下再加入稱量好的食品級MgO粉末,取樣測定MgO懸濁液的pH,控制在pH為9,如pH不達(dá)標(biāo)可多加適量MgO,然后將苦型顆粒酒花或CO2浸膏在攪拌開啟情況下加入預(yù)異構(gòu)罐中異構(gòu)20 min[2-5],并于麥汁煮沸終了前5 min加入到麥汁煮沸鍋中。在生產(chǎn)中跟蹤檢測麥汁、后酵貯酒液及成品啤酒常規(guī)分析項,并和傳統(tǒng)酒花添加方法[1](老工藝)對比,驗證酒花預(yù)異構(gòu)化處理(新工藝)的工藝可行性及酒花節(jié)約狀況。
1.2.1 麥汁、后酵貯酒液及啤酒常規(guī)檢測
實驗過程的中間產(chǎn)品麥汁、后酵貯酒液及啤酒常規(guī)檢測:均參照文獻(xiàn)[6]進行。
麥汁常規(guī)檢測:測定濃度、濁度、pH、總酸、苦味質(zhì)、色度、總多酚、總氮、可凝固性氮,其中苦味質(zhì)計算系數(shù)老工藝采用50,新工藝采用57[3]。
后酵貯酒液常規(guī)檢測:測定濃度、濁度、pH、總酸、苦味質(zhì)、色度、總多酚、雙乙酰。
啤酒常規(guī)檢測:測定濃度、濁度、pH、總酸、苦味質(zhì)、色度、雙乙酰、二氧化碳、溶解氧、泡沫、保質(zhì)期濁度(冷熱強化實驗)。
濃度采用啤酒全自動分析儀測定;濁度采用90°/25°雙角度臺式濁度儀測定;pH采用實驗室pH計測定;總酸采用0.1 mol/L標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定法結(jié)合pH計測定;苦味質(zhì)采用分光光度法測定;色度采用色度計法測定;總多酚采用分光光度法測定;總氮及可凝固性氮采用凱氏定氮法測定;雙乙酰采用鄰苯二胺比色法測定;CO2、溶解氧、泡沫采用儀器法測定。
保質(zhì)期濁度(冷熱強化實驗)測定:啤酒首先在60 ℃儲存6 d,冷卻,再在0 ℃保存24 h,然后在0 ℃測量濁度。
1.2.2 苦型酒花節(jié)約率及酒花利用率計算
老工藝與新工藝添加苦型酒花α-酸質(zhì)量的差值X與老工藝添加苦型酒花α-酸質(zhì)量Y的百分比即為苦型酒花節(jié)約率;生產(chǎn)中得到的異α-酸質(zhì)量x與添加的α-酸質(zhì)量y和異α-酸質(zhì)量z總和的百分比即為酒花利用率[7]。其表達(dá)式分別為
1.2.3 啤酒描述性品評及3杯法品評
1) 感官質(zhì)量等級描述性品評
按隨機和均衡原則將不同樣品交給品評員,品評員以樣品苦味質(zhì)量、苦味強度、外觀、香氣、味道和口感等風(fēng)味特征可能存在的缺陷為評價點,或者以樣品和品牌描述質(zhì)量的偏差為評價點,品評老工藝與酒花預(yù)異構(gòu)化處理新工藝對應(yīng)的啤酒樣品,并對樣品的總體質(zhì)量進行評估,給出數(shù)值范圍為0~9的分值評定。對品評結(jié)果在考慮平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差后進行統(tǒng)計分析,基于啤酒苦味質(zhì)量、苦味強度、外觀、香氣、味道和口感等[8-10]生成新老工藝所對應(yīng)的口味剖析結(jié)論,啤酒風(fēng)味描述性品評強度如表1所示。
表1 啤酒風(fēng)味描述性品評強度表
2) 3杯法品評
在3杯啤酒中,有2杯相同的啤酒,找出另1杯不同的啤酒,并指出口味上的不同點[10-12]。
2.1.1 單一苦花馬可波羅顆粒預(yù)異構(gòu)化處理實驗
動態(tài)低壓煮沸系統(tǒng),總煮沸時間為55 min,酒花采用一次性添加法,期望定型麥汁苦味質(zhì)為(17±0.5) BU。老工藝A線單鍋產(chǎn)量為40 kL,3鍋滿罐,新工藝B線單鍋產(chǎn)量為36 kL,5鍋滿罐。老工藝酒花不經(jīng)預(yù)異構(gòu)化處理直接在麥汁煮沸開始5 min后的升壓前一次性加入。新工藝為先將簡單技改的酒花添加罐CIP清洗,后加入83 ℃熱水,再加入準(zhǔn)確稱量并用少量熱水制成懸濁液的食品級MgO,開攪拌0.5 min后加入需異構(gòu)化處理的馬可波羅顆粒酒花,攪拌條件下預(yù)異構(gòu)處理20 min,并于卸壓后的常壓煮沸結(jié)束前5 min加入煮沸鍋中,其處理實驗如表2所示。
表2 單一苦型顆粒酒花預(yù)異構(gòu)化處理實驗
從表2可以看出:利用單一苦花進行酒花預(yù)異構(gòu)化實驗,對照老工藝,麥汁組成常規(guī)分析指標(biāo)均滿足質(zhì)量要求[13],34#老工藝滿罐麥汁為118.2 kL,滿罐麥汁苦味質(zhì)為16.8 BU;31#新工藝滿罐麥汁為182.7 kL,滿罐麥汁苦味質(zhì)為17 BU,滿足工藝設(shè)定值為(17±0.5) BU要求。此階段老工藝酒花利用率為75.2%,新工藝酒花利用率為110.9%,提高35.7%,苦味質(zhì)為(17±0.5) BU滿罐麥汁每100 kL等α-酸折成馬可波羅顆粒少添加14.9 kg,苦型酒花節(jié)約31%,結(jié)果表明動態(tài)低壓煮沸系統(tǒng)單一苦花預(yù)異構(gòu)工藝可行。
2.1.2 單一苦花馬可波羅顆粒和二氧化碳酒花浸膏混合預(yù)異構(gòu)化處理實驗
D線低壓煮沸系統(tǒng),煮沸時間70 min,單鍋100 kL滿罐,酒花添加采用顆粒酒花及二氧化碳浸膏結(jié)合方式[4],不添加香花,期望定型麥汁苦味質(zhì)為(10±0.5) BU。老工藝為麥汁煮沸5 min后的加壓前、煮沸鍋卸壓后的常壓煮沸結(jié)束前5 min依次添加馬可波羅顆粒、二氧化碳酒花浸膏;新工藝為制品經(jīng)混合預(yù)異構(gòu)化處理后在煮沸鍋卸壓后的常壓煮沸結(jié)束前5 min添加,預(yù)異構(gòu)化處理過程同2.1.1節(jié),二氧化碳酒花浸膏水浴加熱融化后加入酒花預(yù)異構(gòu)罐,預(yù)異構(gòu)處理5 min后加入顆粒酒花,再混合異構(gòu)處理20 min后添加到麥汁煮沸鍋,其處理實驗如表3所示。
表3 單一苦型顆粒酒花和二氧化碳酒花浸膏 混合預(yù)異構(gòu)化處理實驗
從表3可以看出:與老工藝相比,利用單一苦花馬可波羅顆粒和二氧化碳酒花浸膏混合預(yù)異構(gòu)化處理后的相關(guān)麥汁組成除總多酚略低外,其他基本無差異,老工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為10.2 BU,新工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為9.7 BU,均滿足工藝設(shè)定值為(10±0.5) BU要求。此階段老工藝酒花利用率為78.9%,新工藝酒花利用率為104.2%,提高25.3%,苦味質(zhì)為(10±0.5) BU滿罐麥汁每100 kL等α-酸折成馬可波羅顆粒少添加7.8 kg,苦型酒花節(jié)約28%,結(jié)果表明低壓煮沸系統(tǒng)單一苦花混合二氧化碳酒花浸膏預(yù)異構(gòu)工藝可行。
2.1.3 苦花馬可波羅、天湖、飲馬顆?;旌项A(yù)異構(gòu)化處理實驗
C線采用間歇式煮沸工藝[14-16],第1段強煮沸15 min,第2段保溫25 min,第3段強煮沸20 min,總煮沸時間60 min,單鍋產(chǎn)量為53 kL,4鍋滿罐,酒花添加采用苦花和香花結(jié)合的2次添加法,期望定型麥汁苦味質(zhì)為(15±0.5) BU。老工藝苦花添加時刻為煮沸開始后10 min,香花添加時刻為煮沸開始后30 min;新工藝苦花經(jīng)預(yù)異構(gòu)化處理后添加,時刻為煮沸結(jié)束前5 min,香花不經(jīng)預(yù)異構(gòu)化處理直接添加,時刻依然為煮沸開始后30 min??嗷A(yù)異構(gòu)化處理過程同2.1.1節(jié),其實驗結(jié)果如表4所示。
表4 苦花馬可波羅、天湖、飲馬顆?;旌项A(yù)異構(gòu)化處理實驗
從表4可以看出:新老工藝滿罐麥汁可凝固性氮基本無變化,新工藝麥汁濁度略高,但影響麥汁濁度的因素眾多,新工藝苦型酒花添加量的減少理論上對麥汁濁度影響極低[13]。
老工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為14.8 BU,新工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為15.4 BU,滿足工藝設(shè)定值為(15±0.5) BU。此階段老工藝酒花利用率為68.8%,新工藝酒花利用率為97.4%,提高28.6%,苦味質(zhì)為(15±0.5) BU,每100 kL滿罐麥汁苦型顆粒酒花等α-酸折成馬可波羅可少添加質(zhì)量12.2 kg,苦型酒花節(jié)約29%,結(jié)果表明間歇煮沸系統(tǒng)混合苦花馬可波羅、飲馬和天湖顆粒預(yù)異構(gòu)工藝可行。
綜合10,15,17 BU苦味質(zhì)的麥汁分析結(jié)果,在新工藝麥汁制備工序中,每100 kL滿罐麥汁等α-酸折成馬可波羅顆粒依次少添加7.8,12.2,14.9 kg,酒花利用率依次提高25.3%,28.6%,35.7%,苦型酒花節(jié)約依次為28%,29%,31%,酒花添加量越高,采用預(yù)異構(gòu)化處理的新工藝其酒花節(jié)約越多,跟酒花利用率相關(guān)理論描述相同[17]。
麥汁10 ℃進罐,12 ℃主酵,當(dāng)麥汁最終發(fā)酵度EV與車間實際發(fā)酵度GV差值為12%~15%時封罐還原雙乙酰,封罐壓力為0.12 MPa,當(dāng)雙乙酰質(zhì)量濃度小于0.1 mg/L,麥汁最終發(fā)酵度EV與車間實際發(fā)酵度GV差值小于1%時,啟動降溫程序在-1 ℃低溫貯酒14 d,分別取樣分析,結(jié)果如表5所示。
表5 新老工藝后酵貯酒液分析
由表5可知:34#老工藝原麥汁濃度為13.11 °P,發(fā)酵終了殘?zhí)菫?.8 °P,外觀發(fā)酵度為86.3%,對應(yīng)二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.54%;31#新工藝原麥汁濃度為12.72 °P,發(fā)酵終了殘?zhí)菨舛葹?.8 °P,外觀發(fā)酵度為85.9%,對應(yīng)二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.51%;34#老工藝發(fā)酵度略高,相應(yīng)后酵液CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)也略高,符合理論實際[18-19]。新老工藝主發(fā)酵時間、雙乙酰還原時間、后酵貯酒液色度相同,雙乙酰均達(dá)標(biāo),新老工藝發(fā)酵過程基本無差別。
新老工藝后酵貯酒液pH及總酸雖略有差別,但發(fā)酵液pH及總酸主要受酵母繁殖倍數(shù)、酵母添加量和通氧量、滿罐麥汁緩沖能力、麥汁濃度、壓力及溫度控制等影響[19-20],酒花苦味物質(zhì)的影響非主要因子。
老工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為16.8 BU,對應(yīng)后酵貯酒液苦味質(zhì)為10.5 BU,新工藝滿罐麥汁苦味質(zhì)為17 BU,對應(yīng)后酵貯酒液苦味質(zhì)為10.4 BU,新老工藝在發(fā)酵階段苦味質(zhì)的損失率幾乎相同。
如上所述,苦味質(zhì)為(17±0.5) BU的新老工藝滿罐麥汁,對應(yīng)后酵貯酒14 d后的貯酒液苦味質(zhì)均在(10±0.5) BU,且后酵貯酒液各項指標(biāo)均符合工藝?yán)碚撘骩6],新老工藝在發(fā)酵工序常規(guī)分析指標(biāo)上無明顯差別。
待CO2飽和酒液清亮度達(dá)標(biāo)后低溫貯酒結(jié)束,啤酒經(jīng)高濃稀釋及過濾到濃度為(9±0.2) °P灌裝,成品期望苦味質(zhì)為(7.5±0.5) BU,分別取樣分析,結(jié)果如表6所示。
表6 新老工藝成品啤酒分析
由表6可知:34#老工藝原麥汁濃度為13.11 °P,高濃稀釋后過濾成8.90 °P成品,稀釋因子為1.498;31#新工藝原麥汁濃度12.72 °P,高濃稀釋后過濾成9.04 °P成品,稀釋因子為1.428,新老工藝成品啤酒的濁度、色度、二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殘?zhí)?、雙乙酰質(zhì)量濃度、溶解氧OD和泡沫均符合啤酒國標(biāo)要求[21]且差別不大。
新老工藝對應(yīng)后酵貯酒液苦味質(zhì)分別為10.4,10.5 BU,稀釋因子新工藝略低于老工藝,苦味質(zhì)經(jīng)啤酒過濾吸附損失少量后,新老成品分別為8.0,7.2 BU,新工藝比老工藝高0.8 BU,符合理論預(yù)期,且都滿足(7.5±0.5) BU的工藝設(shè)定要求。
新老工藝成品啤酒冷熱強化實驗結(jié)果均小于0.5 EBC,滿足上限0.9 EBC的工藝要求值,新老工藝對應(yīng)的啤酒非生物穩(wěn)定性[22]達(dá)標(biāo)且無差別。
綜上所述,新老工藝對應(yīng)的成品啤酒常規(guī)分析項各指標(biāo)無顯著差別,受低稀釋因子影響新工藝苦味稍重。
2.4.1 感官質(zhì)量等級描述性品評
組織品酒人員10人分成A和B大組,分別對34#和31#對應(yīng)9 °P成品進行感官質(zhì)量等級描述性品評。A組2個樣品,B組3個樣品,品嘗統(tǒng)計結(jié)果如表7所示。
表7 感官品評質(zhì)量等級描述性品評統(tǒng)計表
從表7對比品嘗結(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)看出:新老工藝苦味質(zhì)量描述均為純正爽口無后苦,且新工藝苦味力度稍高于老工藝,與表6分析結(jié)果相符合。
A組新老2個樣品風(fēng)味描述性品評結(jié)果31#新工藝平均得分7分,排名第1,而B組新老3個樣品風(fēng)味描述性品評結(jié)果34#老工藝平均得分7分,排名第1,可見品酒人員對他們的隨機偏好無顯著差別,新老工藝啤酒苦味質(zhì)量、苦味強度、外觀、香氣、味道和口感均非常好且能總體代表該9 °P品牌。
經(jīng)品酒員感官質(zhì)量等級描述性風(fēng)味品評確認(rèn),新老工藝酒樣在風(fēng)味質(zhì)量上無明顯區(qū)別,因稀釋因子不同,新工藝成品酒苦味力度稍苦。
2.4.2 啤酒3杯法品評
取后酵貯酒液分別標(biāo)號1,2,3,其中新工藝2杯,對照老工藝1杯,讓品酒人員品評后指出相同酒液的杯號,并描述另一杯和它們的差別。3杯法1人品嘗時正確概率為0.333,其品評概率如表8所示。
表8 啤酒3杯法品評統(tǒng)計概率
組織品酒人員12人,利用3杯法對49#后酵貯酒液(新工藝實驗2杯)及71#后酵貯酒液(老工藝對照1杯)進行品評,正確人數(shù)4人,經(jīng)查表8,統(tǒng)計概率為0.607,大于0.05,說明2個樣品沒有顯著差異[9-11]。2位品評人員認(rèn)為老工藝對照樣樣品入口略苦,但兩者無明顯區(qū)別。
組織品酒人員11人利用3杯法對21#后酵貯酒液(新工藝實驗2杯)及15#后酵貯酒液(老工藝對照1杯)進行品評,正確人數(shù)9人,經(jīng)查表8,統(tǒng)計概率為0.001,小于0.05,說明2個樣品有顯著差異。雖概率小于0.05,但品評人員表示新工藝實驗酒和老工藝對比酒在苦味方面無明顯區(qū)別,其主要區(qū)別為新工藝實驗樣品口感稍柔和,而老工藝對比樣品略酸,稍爽口。
如表2,5所述,34#老工藝滿罐麥汁總量為118.2 kL,原麥汁濃度為13.1 °P,對應(yīng)相對密度為1.053;31#新工藝滿罐麥汁總量為182.7 kL,原麥汁濃度為12.72 °P,對應(yīng)相對密度為1.051 4;原麥汁濃度為11 °P對應(yīng)相對密度為1.044 2,原麥汁濃度9 °P相對密度為1.035 9,新老工藝分別折算成原麥汁11 °P和9 °P計算酒花添加成本[18],其成本比較如表9所示。
表9 新老工藝成本比較
酒花成本分析表明:原麥汁濃度為11 °P的成品啤酒每千升α-酸少添加5.4 g,酒花成本節(jié)約9.8元,原麥汁濃度為9 °P的成品啤酒每千升α-酸少添加4.4 g,酒花成本節(jié)約8元。原麥汁濃度為9 °P的成品啤酒生產(chǎn)全流程酒花利用率老工藝為47.7%,新工藝為74.8%,提高了27%,生產(chǎn)全流程苦味酒花節(jié)約了29%。
在83 ℃熱水中,以適量食品級氧化鎂作為催化劑,在pH為9的強堿性條件下,對普通顆粒酒花進行預(yù)異構(gòu)化處理,使其α-酸預(yù)先異構(gòu)為異α-酸,然后以異α-酸的形式在麥汁煮沸終了前5 min添加到麥汁煮沸鍋,通過在動態(tài)低壓煮沸系統(tǒng)、低壓煮沸系統(tǒng)和間歇煮沸系統(tǒng)中的實驗,證明酒花預(yù)異構(gòu)化處理工藝在啤酒生產(chǎn)中具有可行性。在3種不同的麥汁煮沸系統(tǒng)中,經(jīng)麥汁制備工序橫向比較,酒花預(yù)異構(gòu)化處理新工藝的酒花利用率都明顯提高,且酒花添加量越高,相應(yīng)利用率提高越多,酒花成本節(jié)約越多。以本次生產(chǎn)苦味質(zhì)7.5 BU的9 °P成品啤酒為例,傳統(tǒng)酒花添加方法和采用酒花預(yù)異構(gòu)化處理新工藝相比,兩者生產(chǎn)出的啤酒沒有顯著區(qū)別,生產(chǎn)全流程新工藝酒花利用率提高27%,苦味酒花節(jié)約29%,酒花成本比老工藝每千升節(jié)約8元,酒花預(yù)異構(gòu)化處理新工藝值得在啤酒生產(chǎn)企業(yè)中推廣應(yīng)用。