| 研究啤酒花顆粒異構(gòu)化 |
作者：佚名 來源：本站原創(chuàng)
首先，在煮沸鍋中異構(gòu)化過程受溫度、壓力、煮沸時間、麥汁pH 值、比重、酒花添加率、酒花品種和煮沸方式等影響；其次，α―酸在煮沸過程中的產(chǎn)品不只是異α―酸，還有反異α―酸，而且α―酸與異α―酸都要經(jīng)過氧化降解；再次，在回旋槽麥汁澄清階段、發(fā)酵及后熟過程中，兩者都有不同程度的損失，最終α―酸的利用率最高只能達到30%―40%。
啤酒苦味主要來源于酒花中的α―酸，在麥汁煮沸過程中，添加酒花的α―酸會轉(zhuǎn)變?yōu)楫惁哩D酸。異α―酸主要可使啤酒具有柔和的苦感，α―酸的異構(gòu)化就代表了酒花物質(zhì)在啤酒釀造中的關(guān)鍵反應(yīng)。然而，在麥汁煮沸過程中，異構(gòu)化產(chǎn)率相對較低（最高只能達到50%―60%），再經(jīng)過麥汁冷卻、發(fā)酵和冷儲等工藝后，最終成品啤酒中含量更低。同時，存在異構(gòu)化產(chǎn)率的問題。
目前，有關(guān)α―酸異構(gòu)化和在釀造過程中利用情況的研究報道很少。一些研究者發(fā)現(xiàn)，在麥汁煮沸后期主要是發(fā)酵過程中α―酸仍有損失，而異α―酸在發(fā)酵過程中損失較小。且發(fā)現(xiàn)麥汁初始濃度對α―酸的利用是一個重要的參數(shù)，高濃麥汁會促使更多的異―酸損失，導(dǎo)致低的苦味物質(zhì)產(chǎn)生。在釀造過程中，合?草酮利用率要比?草酮加上加?草酮高。
曾有研究者指出，合?草酮有較高的利用率是因為在煮沸鍋中?草酮和加?草酮，在發(fā)酵罐中異?草酮和異加?草酮損失較多的緣故。1986 年，研究者比較了在實驗500mL與大生產(chǎn)實驗900hL條件下，α―酸麥汁煮沸過程中異構(gòu)化率的情況，發(fā)現(xiàn)在實驗室里異構(gòu)化率能達到49%，大生產(chǎn)只能達到24%，原因是實驗室pH 值為5.5，而大生產(chǎn)的pH值為4.8，而且隨著麥汁比重增加，異構(gòu)化率下降，在回旋槽中損失的異α―酸高達50 %，這些都得到酒水招商的信賴。
而研究得出的結(jié)論卻不一致，沒有發(fā)現(xiàn)麥汁比重與酒花利用率之間存在負面關(guān)系；合?草酮與其他同系物相比在釀造過程中有最高的異構(gòu)化率；與麥汁煮沸相比，在后續(xù)的發(fā)酵和后熟工藝中，異合?草酮與其他異α―酸形式的量沒有多少改變，也就是說成品酒中異α―酸的量是來自于麥汁煮沸過程；在發(fā)酵過程中，異?草酮和異加?草酮以相似比例下降，而異合?草酮下降比例較小。
最近，α―酸異構(gòu)化的動力學(xué)研究，表明這個反應(yīng)遵循一級動力學(xué)方程，其速率隨著溫度而改變。其試驗結(jié)論與較早的研究結(jié)論（在模擬系統(tǒng)與麥汁煮沸條件）相一致，而不同的是合?草酮的異構(gòu)化速率等于?草酮和加?草酮的異構(gòu)化速率。鑒于前人對酒花異構(gòu)化利用情況尚存在很多爭議，本研究主要用響應(yīng)面法分析在酒花顆粒預(yù)異構(gòu)化過程中影響異構(gòu)化率的關(guān)鍵因素，用HPLC 分析α―酸與異α―酸的含量，最終目的是把異α―酸酸化處理再經(jīng)過真空冷凍干燥提純后加入到成品啤酒中，用NIBEM―TPH 與NIBEM―CLM 兩種儀器指標評價異α―酸對啤酒泡沫穩(wěn)定性與掛杯性的影響效果。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
酒花：新疆農(nóng)二師27團無湖顆粒啤酒花；MgCl2，甲醇：Sigma 試劑公司，分析純。高壓蒸汽滅菌鍋；立式滅菌鍋，4080 型，山東新華醫(yī)療器械股份有限公司；紫外可見分光光度計：2100型，GE醫(yī)療設(shè)備有限公司；電子天平：AL204型，梅特勒―托利多儀器有限公司。
1.2 試驗方法
用分析天平稱取一定質(zhì)量的啤酒花顆粒和MgCl2于三角瓶中，倒入一定pH值的緩沖液，混勻，然后將其放入高壓滅菌鍋反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，用冰袋快速降溫至室溫，過濾待測。
1.3 異α―酸測定
溶液A：吸取1mL異構(gòu)物于25mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，混勻。溶液B：吸取0.5mL溶液A于裝有約37.5mL醇的50mL容量瓶中，加入NaOH溶液，用甲醇稀釋至刻度，混勻。空白；吸取0.5mL1.5mol/LNaOH溶液于50mL容量瓶中，用甲醇稀釋至刻度，混勻。在255nm下測定吸光光度值，ε消光度系數(shù)為510。
1.4 試驗統(tǒng)計分析
試驗數(shù)據(jù)采用Design Expert7.0.0專業(yè)軟件進行分析。
2 結(jié)果與討論
2.1 影響α―酸異構(gòu)化因素
啤酒花顆粒中的α―酸在自然條件下是沒有苦味的，只有發(fā)生異構(gòu)化作用生成異α―酸才表現(xiàn)出苦感。而麥汁煮沸過程中α―酸發(fā)生異構(gòu)化是釀造工藝中的關(guān)鍵控制點。在國內(nèi)外化產(chǎn)率，在釀造過程中影響α―酸異構(gòu)化的因素有很多，且實驗室小試的最佳方案未必符合大生產(chǎn)結(jié)果，所以只能選取一些可控因素如加熱溫度、壓力、緩沖液pH值、酒花添加量和催化劑添加量進行試驗。在實際啤酒生產(chǎn)中，80%左右都添加酒花顆粒，其在熱水中崩解速度快，無需考慮溶解問題，可操作性強，所以考慮用顆粒狀的酒花制品。
2.1.1 溫度影響α―酸的異構(gòu)化率同加熱溫度或壓力下對α―酸異構(gòu)化率的影響結(jié)果。
隨著加熱溫度逐漸升高異構(gòu)化率也在增加，在121℃時酒花浸膏中α―酸異構(gòu)化率為86.73%，達到最大值，超過121℃后繼續(xù)加熱轉(zhuǎn)化率開始下降。
2.1.2 pH 值影響α―酸的異構(gòu)化率
不同pH值對α―酸的異構(gòu)化率的影響。在酒花顆粒原溶液中異構(gòu)化率僅為53.46%，隨著pH值逐漸增加，異構(gòu)化率先增加，且在pH值為10 時達到最大值，酒花顆粒α―酸異構(gòu)化率為92.07%，pH值為10以上異構(gòu)化率呈遞減趨勢，pH值為11.31時異構(gòu)化率為65.34%。說明在異構(gòu)化過程溶液pH值對α―酸異構(gòu)化有影響，偏堿性對其有利。
2.1.3 酒花添加量影響α―酸的異構(gòu)化率
隨著添加量增加異構(gòu)化率先增加后減少，在150mL體系中添加4g酒花時α―酸異構(gòu)化率達到最大值80.19%，雖然隨著添加量的增加，體系中異α―酸濃度也增加，但是α―酸的轉(zhuǎn)化率反而下降，可以看出，酒花顆粒中α―酸濃度太大，其溶解度受限并不能得到充分異構(gòu)化；而α―酸濃度太低時發(fā)生的副反應(yīng)較多，使最終異α―酸的含量降低。
2.1.4 催化劑量影響α―酸的異構(gòu)化率
隨著催化劑的量逐漸增加，酒花浸膏中α―酸異構(gòu)化率先上升后下降；催化劑的量在3%時，達到最大值，α―酸異構(gòu)化率為93.96%，當催化劑的用量大于3%時開始下降，在4%時α―酸異構(gòu)化率下降至74.25%。這表明，一定比例的催化劑MgCl2對α―酸異構(gòu)化反應(yīng)還是有影響，但是添加量過多會對異構(gòu)化產(chǎn)生負面作用，破壞反應(yīng)之間的平衡。
2.2 響應(yīng)面分析
進行單因素試驗后，綜合考慮到因素之間存在交互作用也會影響到α―酸的異構(gòu)化及要找出哪種因素是影響異構(gòu)化率的最主要因素，以加熱溫度、pH值、添加酒花顆粒量、催化劑MgCl2的量作為影響因素，根據(jù)試驗中的最優(yōu)值設(shè)計4因素3水平試驗，4個中心點重復(fù)試驗，共29個試驗點，進行響應(yīng)面試驗設(shè)計優(yōu)化。
2.2.1 方差分析
加熱溫度、酒花添加量和催化劑量是酒花顆粒異α―酸轉(zhuǎn)化的重要控制因素，其中溫度和酒花添加量、溫度和催化劑添加量有交互作用，且交互作用顯著，說明溫度是酒花顆粒異α―酸轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵控制因素。
2.2.2 建立二< an cla =ku>次響應(yīng)面回歸模型
該試驗回歸方程為： Y1=93.71―6.32×A―16.96×B+0.22×C+3.73×D+5.85×A×B―0.15×A×C―6.36×A×D―4.76×B×C+6.75×B×D―2.6×C×D―13.71×A2―0.46×B2―0.83×C2―5.79×D2
式中：Y1為酒花α―酸轉(zhuǎn)化為異α―酸的轉(zhuǎn)化率；A 為加熱溫度編碼值；B為酒花添加量編碼值；C為pH值編碼值；D為MgCl2添加量編碼值。
回歸方程R2=99.89%，RMSE=0.585，表明回歸方程擬合程度良好，失擬較小，可以用該方程代替真實實驗點結(jié)果進行分析。
響應(yīng)面分析圖和等高線分析圖見圖1。 從3個等高線圖看出，當C、D兩個因素水平一定時，異α―酸的轉(zhuǎn)化率的影響與A、B的影響是一致的。在溫度pH值、催化劑pH 值三維圖中均出現(xiàn)極值點，得到較理想的拋物線型三維圖。
2.2.3 響應(yīng)因子水平優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案
由二次回歸方程得出了最優(yōu)組合：溫度為116.29℃，酒花添加量為2g，pH值為11，催化劑添加量3%，預(yù)測轉(zhuǎn)化率值為118.04%。實際溫度為116℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，實際測定值116.03%，擬合度為98.3%。
3 結(jié)論
在單因素與響應(yīng)面試驗的基礎(chǔ)上，初步研究了啤酒花顆粒在加熱過程中α―酸發(fā)生異構(gòu)化的影響因素及得到較高異α―酸轉(zhuǎn)化率的最佳條件。
結(jié)果表明，以酒花顆粒為原料，使酒花顆粒在一些列反應(yīng)條件中α―酸轉(zhuǎn)化為異α―酸，用紫外分光光度計法分析樣品中異α―酸含量，酒花顆粒濃度對α―酸的異構(gòu)化影響最大，加熱溫度/ 壓力、催化劑用量、pH 值依次遞減。由響應(yīng)面二次回歸方程優(yōu)化出的最佳條件為：溫度116.29℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，預(yù)測轉(zhuǎn)化率值為118.04%；實際溫度為116 ℃，酒花添加量2g，pH 值11，催化劑添加量3%，實際測定值為116.03%，擬合度為98.3%，此條件下異構(gòu)化程度最好。
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