鮮姜暖啤酒釀造工藝的研究

楊永學，孫曉璐，劉艷芳，王明躍，丁寅寅

（阜陽職業技術學院 生化工程系，安徽 阜陽 236031）

近年來，精釀啤酒如雨后春筍得到了較快地發展，隨著人民生活水平的提高，消費者在追求高端化、多元化、個性化的同時，保健養生的意識也在不斷加強，保健啤酒的研發也是大勢所趨［1-2］.但啤酒性涼，不適合在冬季飲用，是制約啤酒行業發展的一個重要因素，因此研發一款適合冬季飲用的保健暖啤，這一訴求也應運而生［3-5］.在精釀啤酒的工藝基礎上，在不同生產階段添加一些能起到調節人體生理機能的食藥同源輔料或功能因子［6］，如鮮姜、紅棗、菊花、蜂蜜、丁香、枸杞、活性多糖、膳食纖維、微量元素和維生素等［7-9］，從而調節人體機能，起到預防疾病和促進健康的作用.生姜中含糖類8.5%、蛋白質1.4%、脂肪0.7%，此外還含有姜醇、姜烯、姜辣素等活性物質［10］以及淀粉、纖維素、維生素等營養物質［11］，具有較高的保健和藥用價值，有祛寒暖胃、止嘔止瀉、殺菌解毒、降血脂、抗氧化、抑制腫瘤等功能［12-14］.紅棗因富含維生素、鐵、鈣、磷等多種營養物質具有養胃健脾、益血壯神的功效［15］，與鮮姜配伍能緩和鮮姜的辛辣性.枸杞具有滋補肝腎、益精明目等功效［8］，能增加暖啤的功能性成分.

將食藥同源材料鮮姜、紅棗、枸杞配伍在一起，作為啤酒輔料而釀造出的暖啤，能起到祛寒暖胃、溫腎助陽、散寒止吐、健身防病的功效.鮮姜暖啤的研發，不僅使啤酒風味得到了改善，而且還賦予了啤酒一定的功能特性.本試驗研發的鮮姜暖啤，以期給啤酒行業的進一步發展帶來些許啟發，同時也為保健暖啤產品的開發提供相關的技術參考依據.

1 原料、儀器設備和試驗方法

1.1 原料及試劑

鮮姜、紅棗、枸杞均為市售，大麥芽（中糧“臻麥”艾爾麥芽、結晶麥芽Ⅲ），美國卡斯卡特啤酒花，捷克薩茲酒花，澳洲馬利Draught酵母，碘液、鄰苯二胺、消泡劑（國藥集團，分析純）等.

1.2 儀器設備

山東尚德啤酒釀造設備，BrewZilla家釀一體機，麥芽粉碎機，生化培養箱，糖度計，電子分析天平，雙乙酰蒸餾裝置等.

1.3 試驗方法

1.3.1 鮮姜暖啤的釀造工藝流程及操作要點

1.鮮姜暖啤的釀造工藝流程

2.鮮姜暖啤的操作要點

麥芽粉碎：采用“回潮粉碎”法將艾爾麥芽和結晶麥芽Ⅲ按質量比25∶1進行粉碎，確保麥皮破而不碎，胚乳粉碎成粗細粉的比例為1∶2.5，從而達到粉碎的目的.按料水比1∶4.5投入糖化鍋中［16］.

麥芽糖化：麥芽溶解性好，故采用二段式升溫浸出糖化工藝法，首先在62 ℃的水中保溫60 min，然后邊攪拌邊升溫至72 ℃后保持30 min，期間取麥汁進行碘檢直至合格（必要時可延長時間），最后在攪拌下升溫至78 ℃保持10 min，糖化完成.

麥醪過濾：將糖化后的醪液泵入過濾槽，并開啟耕刀攪拌1 min后靜置約15 min，以促使過濾層有效形成，調整閥門開度確保過濾的穩定性，在回流的麥汁出現澄清狀態時開始過濾，得到清亮的麥汁，隨后將麥汁泵入到煮沸鍋中.

麥汁煮沸：在麥汁煮沸過程中，在不同時間點分別投加啤酒花、鮮姜、紅棗和枸杞輔料.啤酒花的投加分3次進行，第1次在麥汁煮沸初期10 min時投加0.1 g·L-1卡斯卡特啤酒花，再經30 min后第2次投加0.2 g·L-1卡斯卡特啤酒花，在煮沸結束前10 min第3次投加0.1 g·L-1捷克薩茲酒花.紅棗和枸杞的添加量為2.5%，放于無紡布袋中于煮沸初期加入.鮮姜經切片后按2.5%的添加量放于無紡布袋中，根據試驗要求于煮沸結束前不同的時間點加入.整個煮沸過程中，控制煮沸強度為10%（每小時蒸發水分的量）左右，控制煮沸時間為70 min.

回旋沉淀：將煮沸結束后的麥汁泵入回旋沉淀槽中，經泵回流3 min后靜置15 min，可快速開關排污閥數次［16］.

冷卻：將回旋沉淀后的麥汁泵入薄板換熱器設備，調整管路閥門控制麥汁冷卻后的溫度為18 ℃.

發酵：將酵母用麥汁活化30 min，按試驗要求量接種到冷卻后的麥汁中進行發酵，控制發酵溫度進行前發酵，通過麥汁殘糖的測量和計算，在發酵度為70%時封罐進行后發酵，保持恒溫恒壓發酵5 d，壓力控制在0.14 MPa，至雙乙酰含量合格，然后緩慢降溫，控溫在0~1 ℃冷貯8~10 d后啤酒成熟.

1.3.2 鮮姜暖啤釀造工藝條件單因素試驗

在鮮姜暖啤釀造過程中，分別考察鮮姜煮沸時間（8、12、16、20、24 min）、酵母接種量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 g·L-1）、發酵溫度（15、17、19、21、23 ℃）對鮮姜暖啤感官評分的影響.

1.3.3 鮮姜暖啤釀造工藝條件優化響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，依據Box-Behnken實驗設計原則，選取鮮姜煮沸時間、酵母接種量、發酵溫度3個因素為自變量，因素與水平表現見表1，以感官評分為響應值，共進行17個響應曲面分析試驗，通過數據分析得到鮮姜暖啤最佳釀造工藝條件.

表1 鮮姜暖啤釀造工藝條件優化響應面試驗因素與水平表

1.4 理化指標和感官評價標準

1.4.1 理化指標的檢測

鮮姜暖啤理化檢驗按照國家標準GB/T 4927—2008測定，酒精度測定按照GB 5009.225—2016進行，總酸測定以GB 12456—2021為依據，雙乙酰理化指標檢測以GB/T 4928—2008為標準，甲醛含量測定以GB/T 5009.49—2008為依據，沙門氏菌和金黃色葡萄球菌含量檢測以GB/T 4789.25—2003為依據.

1.4.2 感官品評

由2位國家級品酒師、2位資深啤酒從業者和6位學生組成感官品評小組，參照啤酒標準GB/T 4927—2008，分別從鮮姜暖啤的外觀、泡沫、香氣、口味4個方面進行感官品評打分，在去掉最高分和最低分后取平均值為感官評分［17］.感官品評標準見表2.

表2 鮮姜暖啤的感官品評標準

2 結果與分析

2.1 單因素對暖啤的影響

2.1.1 鮮姜煮沸時間對鮮姜暖啤感官評分的影響

由圖1可以看出，隨著鮮姜煮沸時間的增加，鮮姜暖啤感官評分先增加后降低的趨勢，當鮮姜煮沸時間為16 min時，鮮姜暖啤的感官評分最高，此時酒體呈現棕褐色，姜香淡雅，口感協調.當煮沸時間繼續增加時，姜香味太濃且口感較辛辣，對感官評分產生了有較大的影響［18］，故選擇最佳的鮮姜煮沸時間為16 min.

圖1 鮮姜煮沸時間對鮮姜暖啤感官評分的影響

2.1.2 酵母接種量對鮮姜暖啤感官評分的影響

由圖2可以看出，隨著酵母接種量的增加，鮮姜暖啤感官評分雖然呈現先增加后降低的趨勢，但趨勢較平緩，整體感官評分接近，這可能是因為試驗所選擇的酵母接種量均在較佳的范圍內且幅度差值變化小.當酵母接種量為0.8 g·L-1時，其感官評分最高.故選擇最佳的酵母接種量為0.8 g·L-1.

圖2 酵母接種量對鮮姜暖啤感官評分的影響

2.1.3 發酵溫度對鮮姜暖啤感官評分的影響

由圖3可知，隨著發酵溫度的增加，鮮姜暖啤感官評分先增加后降低的趨勢.當發酵溫度為19 ℃時，鮮姜暖啤的感官評分最高.當發酵溫度較低時，酵母發酵速度較為緩慢，導致酒體的香味淡??；當發酵溫度較高時，酵母發酵過快，產生的高級醇等副產物對啤酒口感產生了負面的影響［19-20］.故選擇最佳的發酵溫度為19 ℃.

圖3 發酵溫度對鮮姜暖啤感官評分的影響

2.2 鮮姜暖啤釀造工藝條件優化響應面法試驗分析

響應曲面法的試驗設計及結果見表3，運用Design expert 10.0軟件對試驗數據進行多元回歸擬合，設鮮姜煮沸時間、酵母接種量和發酵溫度分別為A、B、C，以鮮姜暖啤感官評分為響應值（Y）進行多元回歸擬合后的方差分析結果見表4，得到的回歸模型方程如下：

表3 響應曲面優化鮮姜暖啤感官評分實驗設計與結果

從表4的結果可知該回歸模型P＜0.000 1（極顯著），其失擬項P=0.199 1＞0.05（不顯著），說明模型擬合程度良好，可以對回歸方程相應回歸值進行預測，同時模型回歸系數R2為0.987 1，調節后的R2Adj為0.970 5（大于0.900 0），即97.05%的數據可用該模型解釋，說明回歸模型可靠性較高.通過分析相關數據可以看出，在試驗所選取因素的范圍水平內，一次項鮮姜煮沸時間對鮮姜暖啤感官評分具有極顯著影響（P＜0.01），發酵溫度對鮮姜暖啤感官評分影響顯著（P＜0.05），酵母接種量對鮮姜暖啤感官評分影響不顯著（P＞0.05），分析各因素的主效應關系為：A＞C＞B，即鮮姜煮沸時間＞發酵溫度＞酵母接種量.二次項交互作用AB對鮮姜暖啤感官評分具有極顯著的影響（P＜0.01），AC對鮮姜暖啤感官評分的影響顯著（P＜0.05），BC對鮮姜暖啤感官評分的影響不顯著（P＞0.05），且二次項交互作用對鮮姜暖啤感官評分影響大小程度為AB＞AC＞BC.

表4 方差分析結果

從圖4可以看出，在試驗所選取因素的范圍內，鮮姜暖啤感官評分隨鮮姜煮沸時間A呈先緩慢增加后迅速降低的趨勢，隨酵母接種量B的增加呈先快速增加后緩慢降低的趨勢，AB交互曲面圖的坡度陡峭，其等高線為橢圓，說明AB兩因素相互間的交互作用極顯著.從圖5可以看出，鮮姜暖啤感官評分隨發酵溫度C的增加呈先增加后降低的趨勢，AC交互曲面圖的坡度較為陡峭，其等高線近似橢圓，說明AC兩因素間的交互作用較顯著.從圖6可以看出，鮮姜暖啤感官評分隨酵母接種量B和發酵溫度C的呈先增加后降低的趨勢，但BC交互曲面圖的坡度較平緩，其等高線呈圓形，說明BC兩因素相互間的交互作用不顯著.這與表4方差分析結果相符.

圖4 鮮姜煮沸時間、酵母接種量對鮮姜暖啤感官評分的響應面和等高線圖

圖5 鮮姜煮沸時間、發酵溫度對鮮姜暖啤感官評分的響應面和等高線圖

圖6 酵母接種量、發酵溫度對鮮姜暖啤感官評分的響應面和等高線圖

根據回歸方程模型，得到鮮姜暖啤釀造工藝最優條件為：鮮姜煮沸時間為 14.77 min、酵母接種量為 0.79 g·L-1、發酵溫度為18.87 ℃.考慮試驗的實際情況，將工藝條件參數調整為鮮姜煮沸時間為 15 min、酵母接種量為 0.8 g·L-1、發酵溫度為19 ℃，在此最優條件下經3次平行試驗得到平均感官評分為92分，與感官評分預測值91.38分相差不大，證實了預測值和試驗值之間的良好相關性.

2.3 鮮姜暖啤品質分析

將最優工藝條件下釀造的鮮姜暖啤進行品質分析檢測，成品的酒體呈紅褐色或棕褐色；泡沫豐富細膩、泡持性長；姜香淡雅，同時具有酒花香和麥芽香；口感獨特，酒體協調，醇厚柔和，殺口感強，其感官、理化和衛生指標符合國標GB/T 4927—2008中特種啤酒的要求，見表5，表中“國家標準要求”為濃色啤酒一級的規定.

表5 鮮姜暖啤指標分析檢測結果

3 結論

本試驗在精釀啤酒的釀造工藝基礎上，添加輔料鮮姜、紅棗、枸杞，并研究了鮮姜煮沸時間、酵母接種量和發酵溫度3個單因素試驗對于暖啤的感官評分的影響，運用響應面分析方法和Design expert分析軟件對試驗數據進行多元回歸擬合，得出鮮姜暖啤的最優釀造工藝參數為鮮姜煮沸時間為15 min，酵母接種量為0.8 g·L-1，發酵溫度為19 ℃.此工藝條件下釀造出的鮮姜暖啤感官評分可達92分，可見響應面分析法優化的鮮姜暖啤釀造工藝條件在實際生產中具有重要的現實指導意義.