| 研究啤酒花顆粒異構化 |
作者：佚名 來源：本站原創
首先，在煮沸鍋中異構化過程受溫度、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品不只是異α―酸，還有反異α―酸，而且α―酸與異α―酸都要經過氧化降解；再次，在回旋槽麥汁澄清階段、發酵及后熟過程中，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―酸會轉變為異α―酸。異α―酸主要可使啤酒具有柔和的苦感，α―酸的異構化就代表了酒花物質在啤酒釀造中的關鍵反應。然而，在麥汁煮沸過程中，異構化產率相對較低（最高只能達到50%―60%），再經過麥汁冷卻、發酵和冷儲等工藝后，最終成品啤酒中含量更低。同時，存在異構化產率的問題。
目前，有關α―酸異構化和在釀造過程中利用情況的研究報道很少。一些研究者發現，在麥汁煮沸后期主要是發酵過程中α―酸仍有損失，而異α―酸在發酵過程中損失較小。且發現麥汁初始濃度對α―酸的利用是一個重要的參數，高濃麥汁會促使更多的異―酸損失，導致低的苦味物質產生。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與大生產實驗900hL條件下，α―酸麥汁煮沸過程中異構化率的情況，發現在實驗室里異構化率能達到49%，大生產只能達到24%，原因是實驗室pH 值為5.5，而大生產的pH值為4.8，而且隨著麥汁比重增加，異構化率下降，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。
而研究得出的結論卻不一致，沒有發現麥汁比重與酒花利用率之間存在負面關系；合?草酮與其他同系物相比在釀造過程中有最高的異構化率；與麥汁煮沸相比，在后續的發酵和后熟工藝中，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―酸異構化的動力學研究，表明這個反應遵循一級動力學方程，其速率隨著溫度而改變。其試驗結論與較早的研究結論（在模擬系統與麥汁煮沸條件）相一致，而不同的是合?草酮的異構化速率等于?草酮和加?草酮的異構化速率。鑒于前人對酒花異構化利用情況尚存在很多爭議，本研究主要用響應面法分析在酒花顆粒預異構化過程中影響異構化率的關鍵因素，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，山東新華醫療器械股份有限公司；紫外可見分光光度計：2100型，GE醫療設備有限公司；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。反應結束后，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消光度系數為510。
1.4 試驗統計分析
試驗數據采用Design Expert7.0.0專業軟件進行分析。
2 結果與討論
2.1 影響α―酸異構化因素
啤酒花顆粒中的α―酸在自然條件下是沒有苦味的，只有發生異構化作用生成異α―酸才表現出苦感。而麥汁煮沸過程中α―酸發生異構化是釀造工藝中的關鍵控制點。在國內外化產率，在釀造過程中影響α―酸異構化的因素有很多，且實驗室小試的最佳方案未必符合大生產結果，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―酸的異構化率同加熱溫度或壓力下對α―酸異構化率的影響結果。
隨著加熱溫度逐漸升高異構化率也在增加，在121℃時酒花浸膏中α―酸異構化率為86.73%，達到最大值，超過121℃后繼續加熱轉化率開始下降。
2.1.2 pH 值影響α―酸的異構化率
不同pH值對α―酸的異構化率的影響。在酒花顆粒原溶液中異構化率僅為53.46%，隨著pH值逐漸增加，異構化率先增加，且在pH值為10 時達到最大值，酒花顆粒α―酸異構化率為92.07%，pH值為10以上異構化率呈遞減趨勢，pH值為11.31時異構化率為65.34%。說明在異構化過程溶液pH值對α―酸異構化有影響，偏堿性對其有利。
2.1.3 酒花添加量影響α―酸的異構化率
隨著添加量增加異構化率先增加后減少，在150mL體系中添加4g酒花時α―酸異構化率達到最大值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化；而α―酸濃度太低時發生的副反應較多，使最終異α―酸的含量降低。
2.1.4 催化劑量影響α―酸的異構化率
隨著催化劑的量逐漸增加，酒花浸膏中α―酸異構化率先上升后下降；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―酸異構化率下降至74.25%。這表明，一定比例的催化劑MgCl2對α―酸異構化反應還是有影響，但是添加量過多會對異構化產生負面作用，破壞反應之間的平衡。
2.2 響應面分析
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―酸的異構化及要找出哪種因素是影響異構化率的最主要因素，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，根據試驗中的最優值設計4因素3水平試驗，4個中心點重復試驗，共29個試驗點，進行響應面試驗設計優化。
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―酸轉化的關鍵控制因素。
2.2.2 建立二< an cla =ku>次響應面回歸模型
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―酸轉化為異α―酸的轉化率；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果進行分析。
響應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 值三維圖中均出現極值點，得到較理想的拋物線型三維圖。
2.2.3 響應因子水平優化結構方案
由二次回歸方程得出了最優組合：溫度為116.29℃，酒花添加量為2g，pH值為11，催化劑添加量3%，預測轉化率值為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 結論
在單因素與響應面試驗的基礎上，初步研究了啤酒花顆粒在加熱過程中α―酸發生異構化的影響因素及得到較高異α―酸轉化率的最佳條件。
結果表明，以酒花顆粒為原料，使酒花顆粒在一些列反應條件中α―酸轉化為異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。由響應面二次回歸方程優化出的最佳條件為：溫度116.29℃，酒花添加量2g，pH值11，催化劑添加量3%，預測轉化率值為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%，此條件下異構化程度最好。
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