周梅,李紅,杜金華

1(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安,271018) 2(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院,北京,100027)

現(xiàn)代研究表明,提高啤酒中 SO2的含量有利于提高啤酒的抗氧化能力[1-2],但含量過(guò)高時(shí),會(huì)使啤酒產(chǎn)生硫刺激性氣味,影響啤酒的風(fēng)味,也不利于食品安全[3]。我國(guó)食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB 2760-2007中規(guī)定,啤酒中 SO2的最大殘留量為 0.01 g/kg。所以對(duì)啤酒中 SO2的含量需要進(jìn)行合理控制。

控制啤酒中 SO2的含量在基因工程和遺傳育種方面取得了一定的進(jìn)展[4-7]。雖然可以從分子生物學(xué)通過(guò)基因調(diào)控來(lái)控制啤酒中 SO2的含量,但是基因工程菌很難應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中。因此,從工藝上研究啤酒中 SO2的控制更具有可行性和應(yīng)用性。本研究根據(jù)我國(guó)啤酒釀造工藝的實(shí)際情況從麥汁組成、糖化工藝和發(fā)酵工藝三個(gè)方面對(duì)啤酒發(fā)酵程中影響酵母代謝形成 SO2的因素進(jìn)行研究,以期為啤酒釀造提供一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

DTNB[5,5′-二 硫 代 雙 -(2-硝 基 苯 甲 酸 )]、Na2SO4、Na3PO4·12H2O、Na2S2O3:分析純 ,均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;蛋氨酸、蘇氨酸:生化試劑,均購(gòu)于北京經(jīng)科宏達(dá)生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器

光學(xué)顯微鏡:CH20,OLY MPUS;可見(jiàn)紫外分光光度計(jì):UV-2450,日本島津;臺(tái)式高速冷凍離心機(jī):CT14RD,上海天美生化儀器設(shè)備有限公司;糖化儀:LB-8,德國(guó) LB公司;全自動(dòng)啤酒分析儀:5611 SCABA,瑞士 FOSS。

1.3 檢測(cè)方法

(1)SO2的檢測(cè):參考 ASBC中亞硫酸鹽檢測(cè)方法[8]。

(2)發(fā)酵度的檢測(cè):SCABA儀器法。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 麥汁制備工藝

料水比為 1∶4,在 64-65℃時(shí)投料,保溫 1h;升溫至 70℃,保溫 15-20 min;再升溫至 78℃保溫 2 min;過(guò)濾,加入啤酒花煮沸 1h,靜止冷卻后過(guò)濾,將麥汁滅菌備用。原麥汁濃度為 11.5°P。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵工藝

三角瓶 12℃等溫發(fā)酵,接種量保證初始酵母數(shù)為 1 500-2 000萬(wàn)個(gè) /mL,CO2失重小于 0.1 g時(shí)發(fā)酵結(jié)束。

2 結(jié)果與討論

2.1 麥汁組成對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

2.1.1 麥汁中蛋氨酸對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

將添加不同濃度蛋氨酸的麥汁與不添加蛋氨酸的麥汁在同一條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后檢測(cè)發(fā)酵液中 SO2的含量,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 1。由表1可知,添加蛋氨酸的麥汁發(fā)酵后發(fā)酵液中 SO2的含量明顯減少,當(dāng)?shù)鞍彼岬奶砑恿繛?100 mg/L時(shí),SO2的含量降低了 60%,但隨著麥汁中蛋氨酸添加量的進(jìn)一步增加,發(fā)酵液中 SO2含量的降低趨勢(shì)并不顯著,這說(shuō)明增加麥汁中的蛋氨酸可以減少酵母代謝形成 SO2的量,但當(dāng)麥汁中蛋氨酸的含量達(dá)到一定值時(shí),繼續(xù)增加麥汁中蛋氨酸的含量,降低效果并不顯著。

表 1 麥汁中蛋氨酸對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

2.1.2 麥汁中蘇氨酸對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

向麥汁中添加不同濃度的蘇氨酸,相同條件下發(fā)酵后檢測(cè)發(fā)酵液中 SO2的含量,研究蘇氨酸對(duì)酵母產(chǎn)生 SO2的影響,所得結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖 1 蘇氨酸對(duì)酵母產(chǎn) SO2的影響

如圖 1所示,與不添加蘇氨酸的麥汁相比,添加蘇氨酸后發(fā)酵液中 SO2的含量明顯增加。當(dāng)蘇氨酸添加量為 100 mg/L時(shí),SO2含量增加 86%,當(dāng)麥汁中蘇氨酸添加量為 200 mg/L,500 mg/L時(shí),SO2含量分別增加 107%,118%。這說(shuō)明在麥汁中添加蘇氨酸可以促進(jìn) SO2的生成,當(dāng)蘇氨酸濃度低時(shí),增加麥汁中的蘇氨酸對(duì)發(fā)酵液中 SO2含量的增加效果明顯,當(dāng)蘇氨酸含量達(dá)到一定值時(shí),再增加蘇氨酸的量,SO2含量的增加效果變?nèi)酢?/p>

2.2 糖化工藝對(duì)啤酒酵母代謝形成 SO2的影響

2.2.1 輔料使用比例對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

在本研究中使用無(wú)氮糖漿作為糖化輔助原料,糖漿使用比例分別為 0%,15%,30%,45%,將這些不同糖漿比例的麥汁在相同條件下進(jìn)行三角瓶發(fā)酵,對(duì)發(fā)酵后的 SO2含量以及發(fā)酵度進(jìn)行檢測(cè),所得結(jié)果如圖3。

圖 2 對(duì)酵母產(chǎn) SO2的影響

圖 3 不同輔料比例對(duì)酵母產(chǎn) SO2的影響

如圖 3所示,隨著輔料比的增加,發(fā)酵度呈上升趨勢(shì),而發(fā)酵液中 SO2的含量呈降低趨勢(shì)。輔料的使用使得麥汁中蛋氨酸含量減少,可以使得發(fā)酵產(chǎn)生的SO2增多,但麥汁中可發(fā)酵性糖含量增加,酵母代謝旺盛,這就需要酵母代謝合成更多的自身生長(zhǎng)需要的蛋氨酸,為此更多的亞硫酸鹽用于合成蛋氨酸,會(huì)減少發(fā)酵液中 SO2的含量。此外,輔料的使用降低了麥汁中蘇氨酸的含量,也使 SO2含量減少。

2.2.2 麥汁中 Zn2+的添加對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

在麥汁中添加不同濃度的 Zn2+,研究 Zn2+對(duì)酵母產(chǎn)生 SO2的影響,所得結(jié)果見(jiàn)表 2。從表 2可以看出,添加 Zn2+后,發(fā)酵液中 SO2的含量明顯增加。當(dāng)添加 Zn2+量為 0.5 mg/L時(shí),SO2的含量提高了75%。而進(jìn)一步增加 Zn2+的添加量,發(fā)酵液中 SO2的含量增加仍為 75%左右,增加效果并不顯著。

表 2 麥汁中 Zn2+的添加對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

2.3 發(fā)酵工藝對(duì)啤酒酵母代謝形成 SO2的影響

2.3.1 麥汁充氧量對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

為了研究麥汁充氧量對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響,改變?nèi)瞧恐宣溨难b液量進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后檢測(cè)發(fā)酵液中 SO2的含量,所得結(jié)果見(jiàn)圖 4。

圖 4 麥汁充氧量對(duì)發(fā)酵后 SO2的影響

如圖 4所示,當(dāng)空氣和麥汁體積比為 0.5和 1時(shí),發(fā)酵產(chǎn)生 SO2的量無(wú)明顯增加,但是隨著麥汁充氧量的進(jìn)一步增加,即空氣和麥汁體積比為 2、5時(shí),SO2的含量明顯降低。這說(shuō)明了麥汁充氧量較多時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生 SO2較少,這與 Dufour[10]的研究結(jié)果一致。

2.3.2 酵母接種量對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

改變酵母接種量,在實(shí)驗(yàn)室水平進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖 5。如圖 5所示,隨著接種量的增加,發(fā)酵產(chǎn)生SO2的量呈降低趨勢(shì)?？赡苁且?yàn)榻臃N量多時(shí),酵母代謝旺盛,使得更多的亞硫酸鹽被酵母代謝合成自身代謝所需的氨基酸,產(chǎn)生的 SO2較少。

圖 5 接種量對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生 SO2的影響

2.3.3 發(fā)酵液麥汁的濃度對(duì)酵母代謝形成 SO2的影響

在實(shí)驗(yàn)室制備濃度分別為 6°P,9°P,12°P,15°P,18°P的麥汁,然后在相同的條件下進(jìn)行三角瓶發(fā)酵試驗(yàn),發(fā)酵結(jié)束后檢測(cè)發(fā)酵液中 SO2的含量,結(jié)果見(jiàn)圖 6。如圖 6所示,隨著發(fā)酵麥汁濃度的增加,發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的 SO2的濃度增加,麥汁濃度越高,增加效果越明顯。對(duì)發(fā)酵液中 SO2的含量與麥汁濃度關(guān)系趨勢(shì)進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn),二者關(guān)系的趨勢(shì)以指數(shù)函數(shù)擬合度最高,其關(guān)系方程式為底數(shù)大于 1的指數(shù)函數(shù)(y=2.548e0.4915x),這說(shuō)明高濃釀造比原濃釀造產(chǎn)生的SO2更多。這與 Gyllang[11]等人的研究一致,他們認(rèn)為麥汁濃度高,可發(fā)酵性糖含量高,增加了酵母細(xì)胞的滲透壓,改變了酵母對(duì)葡萄糖的代謝途徑,使得葡萄糖通過(guò)糖酵解途徑產(chǎn)生了較多的丙酮酸,乙醛,乙醇等,而丙酮酸、乙醛與亞硫酸鹽易結(jié)合,亞硫酸鹽與羰基化合物的加合產(chǎn)物通過(guò)細(xì)胞膜分泌到發(fā)酵液中,使發(fā)酵液中 SO2含量增加。

圖 6 麥汁濃度對(duì)發(fā)酵后 SO2的影響

表 3 不同濃度麥汁發(fā)酵后 SO2的含量

3 結(jié)論

(1)發(fā)酵過(guò)程中酵母代謝形成 SO2的量受到麥汁組成的影響,研究結(jié)果表明,增加麥汁中蛋氨酸的含量對(duì) SO2的產(chǎn)生有抑制作用,增加麥汁中蘇氨酸和硫酸根的含量均可以促進(jìn) SO2的生成。

(2)在糖化時(shí)使用無(wú)氮輔料,發(fā)酵產(chǎn)生的 SO2減少,并且輔料使用比例增加時(shí),發(fā)酵液中 SO2含量呈降低的趨勢(shì);在麥汁中添加鋅離子會(huì)使發(fā)酵產(chǎn)生的SO2增加,當(dāng) Zn2+添加量為 0.5 mg/L時(shí),可使 SO2的含量提高 75%。

(3)對(duì)發(fā)酵工藝的研究結(jié)果表明,提高麥汁充氧量可以減少發(fā)酵產(chǎn)生的 SO2的量;較低接種量有利于發(fā)酵產(chǎn)生 SO2;高濃發(fā)酵時(shí)可明顯增加發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的SO2。

[1] AndersenM L,Outtrup H,Skibsted L H.Potential antioxidants in beer assessed by ESR spin trapping[J].Journalof Agricultural and Food Chemistry,2000,48(8):3 106-3 111.

[2] Vanderhaegen B,Neven H,Verachtert H,Derdelinckx G.The chemistry of beer aging-a critical review[J].Food Chemistry,2006,95(3):357-381.

[3] 程殿林 .適量高產(chǎn) SO2菌種選育與啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性的研究[D].天津,天津科技大學(xué),2004.

[4] Park H,Bakalinsky A T.SSU1 mediates sulphite efflux in Saccharom yces cerevisae[J].Yeast,2000,16(10):881-888.

[5] Korch C,Mountain H A,Gyllang H,et al.A mechanis m for sulfite production in beer and how to increase sulfite levels by recombinant genetics[C].Lisbon:Proceedings of the Congress of the European Brewery Convention,1991:201-208.

[6] 王艷,陳葉福,肖冬光 .高產(chǎn) SO2啤酒酵母菌株抗氧化性能的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2007,33(12):23-25.

[7] 曲娜,何秀萍,郭雪娜,等 .高 SO2產(chǎn)量啤酒酵母工業(yè)菌株的構(gòu)建[J].微生物學(xué)報(bào),2006,46(1):38-42.

[8] W isk T,Brisson R,DonleyJ,et al.Sulfur dioxide in beer by DTNB[J].Journal of the American Society of Brewing Chemists,1986,44(3):134-136.

[9] 顧國(guó)賢 .釀造酒工藝學(xué),第二版[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1996:215-217.

[10] Dufour J P.Influence of industrial brewing and fermentation working conditions on beer SO2level and flavour stability[C].Lisbon:Proceedings of the Congress of the European Brewery Convention,1991:209-216.

[11] Gyllang H,W inge M,Korch C.Regulation of SO2for mation during fermentation[C].Zürich:Proceedings of the Congress of the European Brewery Convention,1989:347-354.