翟乃明，鄧?guó)欌?，譚兆順，張 薇，宋 揚(yáng)，董小雷

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物工程學(xué)院 山東省微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250300）

廢啤酒不是變質(zhì)的啤酒，是在發(fā)酵罐罐底的啤酒與酵母的混合物、啤酒灌裝過程中浪費(fèi)的啤酒和滯銷的啤酒，這些啤酒只是無法正常銷售，但仍然具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。廢啤酒是伴隨著啤酒生產(chǎn)過程產(chǎn)生的，在啤酒廠里占啤酒產(chǎn)量的1.5%左右，國(guó)內(nèi)啤酒的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，但是產(chǎn)生的廢啤酒沒有很好的處理方式，一般都直接排掉，這不僅浪費(fèi)了資源，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。在當(dāng)今提倡綠色生產(chǎn)、節(jié)約能源的背景下，將廢啤酒進(jìn)行利用，既可以減輕環(huán)境的污染，又可以增加啤酒行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。本實(shí)驗(yàn)選取的廢啤酒為拉格啤酒。拉格啤酒在發(fā)酵時(shí)酵母沉在麥汁的下方，發(fā)酵溫度在10～12 ℃。拉格啤酒注重清爽和麥芽的香味。拉格啤酒適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，容易保存，可以長(zhǎng)途運(yùn)輸。國(guó)內(nèi)95%以上的啤酒都是拉格啤酒。

啤酒蒸餾的生產(chǎn)過程和威士忌[2]有很多相似之處，所以一些啤酒、蒸餾酒的實(shí)驗(yàn)都是借鑒威士忌的研究進(jìn)行下去的[3]。國(guó)內(nèi)對(duì)于廢啤酒的研究大多集中于廢啤酒酵母。汪立平等[4]以啤酒廢酵母為原料，研究了自溶法制備甘露聚糖。陳志穎等[5]對(duì)利用啤酒廢酵母擴(kuò)培物制備富含谷胱甘肽酵母抽提物進(jìn)行了研究。王建棟等[6]利用廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣中花色苷。景明霞[7]對(duì)啤酒酵母在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。對(duì)于廢啤酒的酒液，周廣田等[8]用廢啤酒酵母泥生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)酒基。鄭福平等[9]分析了威士忌蒸餾酒香氣成分。對(duì)于啤酒糟的再利用，也有很多學(xué)者進(jìn)行了研究[10-11]。

本實(shí)驗(yàn)主要研究了廢啤酒的蒸餾工藝以及廢啤酒蒸餾后的風(fēng)味物質(zhì)的損失，為廢啤酒的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

廢啤酒：山東陽春啤酒有限公司。其他試劑均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHZ470啤酒離心機(jī)：福樂偉公司；FDB-100B銅質(zhì)泡罩式蒸餾塔[12]：曲阜百事特啤酒設(shè)備有限公司；UV-2450紫外可見分光光度計(jì)：日本島津公司；PB-10pH計(jì)：Sartorius公司；Agilent6890N/5975B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）：美國(guó)安捷倫科技有限公司；二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）固相微萃取纖維頭：美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

收集廢啤酒，利用泵壓（3×105Pa）將啤酒送入離心機(jī)，5 000 r/min分離廢啤酒中的固形物。

1.3.2 蒸餾器以及蒸餾過程中的操作要點(diǎn)

蒸餾器的選擇：參照威士忌蒸餾器選擇銅質(zhì)蒸餾器，銅的導(dǎo)熱性好而且在威士忌的蒸餾過程中，銅會(huì)參與反應(yīng)，去除一些雜油醇、硫化物等雜質(zhì)，使蒸餾酒風(fēng)味更加純凈。

第一次蒸餾：將50 L 離心后的廢啤酒加入儲(chǔ)酒室內(nèi)，通入冷凝水；打開加熱開關(guān)，用加熱棒加熱底部的加熱油，用加熱油來對(duì)廢啤酒進(jìn)行均勻加熱，在蒸餾過程中，塔底加熱油溫度控制在120 ℃左右，蒸餾塔塔頂溫度控制在75 ℃左右，蒸餾塔中部溫度控制在88～92 ℃；回凝裝置水溫在60～65 ℃，冷凝裝置水溫30～35 ℃；在冷凝裝置底部出酒口用容器盛蒸餾酒成品。從有酒蒸餾出時(shí)開始計(jì)算時(shí)間，每隔5 min對(duì)蒸餾酒的酒精度進(jìn)行測(cè)量并記錄。不再出酒時(shí)停止蒸餾。

第二次蒸餾：第一次蒸餾完成的酒繼續(xù)進(jìn)行第二次蒸餾，操作方法與第一次蒸餾相同。第二次蒸餾需截去一部分酒頭酒尾，酒頭截去量為5%，酒尾截去量為15%。酒頭含有較多的雜醇油、甲醇、醛類和低級(jí)脂肪酸，具有一定的香氣但雜味比較大，甲醇對(duì)人體有害。酒尾中含有油酸乙酯、亞油酸乙酯、乙酯等高級(jí)脂肪酸酯和較多雜醇油，酒體渾濁，酒味雜、苦澀，所以需要去掉一部分酒頭、酒尾提純蒸餾酒，去除不良風(fēng)味[13]。這對(duì)提高廢啤酒蒸餾酒的產(chǎn)品質(zhì)量有非常重要的作用。蒸餾完成后對(duì)廢啤酒和蒸餾酒進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè)、揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè)以及感官品評(píng)。

1.3.3 測(cè)定方法

pH值：用pH計(jì)直接測(cè)定；蒸餾酒酒精度：根據(jù)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》進(jìn)行測(cè)定；廢啤酒酒精度：參考GB 4927—2008《啤酒》進(jìn)行測(cè)定。

揮發(fā)性成分的測(cè)定：采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase micro extraction，HS-SPME）法萃取廢啤酒和蒸餾酒的香氣成分。蒸餾酒的酒精度需要稀釋至10%vol，在15 mL頂空瓶中加入8 mL酒樣，加入2 g NaCl，內(nèi)標(biāo)物4-甲基-2-戊醇（1.212 g/L）20 μL。插入萃取頭，70 ℃預(yù)熱5 min，萃取吸附60 min，于氣相色譜儀解吸15 min后用于GC-MS分析。

GC條件：色譜條件為采用DB-5MS彈性毛細(xì)管柱（30m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣（He），流速為1 mL/min，無分流；進(jìn)樣口溫度為270 ℃；程序升溫方式為初始溫度45 ℃，保持2 min，以3 ℃/min的速率升至84 ℃并保持2 min；以3 ℃/min的速率升至120℃并保持3min；以3℃/min的速率升至200℃；以5 ℃/min的速率升至230 ℃；以10 ℃/min的速率升至240 ℃并保持2 min。MS條件為：傳輸線溫度為230 ℃，電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃。

1.3.4 感官品評(píng)

為了更好的比較廢啤酒蒸餾酒的口感和香氣，感官品評(píng)加入了濃香型白酒進(jìn)行對(duì)比。濃香型白酒是中國(guó)傳統(tǒng)蒸餾酒，具有芳香濃郁、綿柔甘洌、香味協(xié)調(diào)、入口甜、落口綿、尾凈余長(zhǎng)等特點(diǎn)[14]。由5名啤酒品評(píng)專家和5名蒸餾酒品評(píng)專家進(jìn)行感官品評(píng)，對(duì)廢啤酒、蒸餾酒以及濃香型白酒中描述的6種味道（酸味、苦味、甜味、澀味、酒精味、麥芽味）和2種口感特點(diǎn)（味道持久性、酒體飽滿性）以及8種芳香屬性（果味酯香、麥芽香、青蘋果、柑橘、玫瑰、香蕉、醇香以及白酒的窖香）進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)的范圍是0～5。分?jǐn)?shù)為0意味著該屬性不存在，而5分表示該屬性非常強(qiáng)。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。為防止感官疲勞引起的誤差，遵循少量多次的原則[15]。對(duì)每種酒重復(fù)進(jìn)行盲測(cè)，并在雷達(dá)圖上記錄得分的平均值。

表1 廢啤酒蒸餾酒的感官品評(píng)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of distilled liquor from waste beer

2 結(jié)果與分析

2.1 廢啤酒蒸餾后酒精度及理化性質(zhì)的變化

對(duì)廢啤酒和第一次蒸餾得到的蒸餾酒以及第二次蒸餾得到的蒸餾酒進(jìn)行理化指標(biāo)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 廢啤酒和蒸餾酒的理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical indicators of waste beer and distilled liquor

由表2可知，第一次蒸餾時(shí)酒精度在10～25 min迅速升高，然后緩慢上升至60%vol，在40 min左右時(shí)酒精度開始下降，最后下降至酒精度為40%vol左右不再出酒，第一次蒸餾結(jié)束。第一次蒸餾后蒸餾酒的酒精度在40%vol左右，第一次蒸餾的酒雜醇油質(zhì)量濃度過高，顏色不純凈，顏色偏淡黃色且?guī)в须s質(zhì)、口感略苦、雜味重，所以要進(jìn)行第二次蒸餾。

第二次蒸餾時(shí)酒精度在5～35 min迅速升高，然后緩慢上升至80%vol，在40 min左右酒精度開始下降，最后下降至酒精度為70%vol左右不再出酒。

2.2 廢啤酒蒸餾后風(fēng)味物質(zhì)的變化

廢啤酒和其蒸餾酒經(jīng)GC-MS檢測(cè)得到的總離子流色譜圖（total ion chromatography，TIC）如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，廢啤酒在經(jīng)過蒸餾后，風(fēng)味物質(zhì)的種類有所減少。廢啤酒和其蒸餾酒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)質(zhì)量濃度如表3所示。由表3可知，實(shí)驗(yàn)選取了檢測(cè)出的16種對(duì)廢啤酒和蒸餾酒風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，其中酯類6種、醛類6種、醇類4種。在廢啤酒蒸餾酒中，酯類是最主要的揮發(fā)性風(fēng)味成分，其次是醇類和醛類。在蒸餾過程中風(fēng)味物質(zhì)的種類及其質(zhì)量濃度也發(fā)生著顯著的變化。

圖1 廢啤酒樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的GC-MS分析總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile flavor compounds in waste beer sample analysis by GC-MS

圖2 廢啤酒蒸餾酒樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的GC-MS分析離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile flavor compounds in distilled liquor sample from waste beer analysis by GC-MS

表3 廢啤酒及其蒸餾酒風(fēng)味物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果Table 3 Determination results of flavor compounds contents in waste beer and distilled liquor from waste beer

啤酒中高級(jí)醇含量一般＜300 mg/L（拉格啤酒中的含量一般為108.22 mg/L），在啤酒中異戊醇是脂肪醇中質(zhì)量濃度最高的一種高級(jí)醇[16]，異戊醇會(huì)產(chǎn)生“果香味”。正丙醇、異丁醇也是高級(jí)醇的代表物質(zhì)，會(huì)賦予酒典型的“醇味”，并產(chǎn)生溫潤(rùn)的口感。由表3可知，異戊醇在廢啤酒中質(zhì)量濃度為61.05 mg/L，在蒸餾酒中質(zhì)量濃度為138.67 mg/L，正丙醇、異丁醇的質(zhì)量濃度在蒸餾后也變高了。2-苯基乙醇具有玫瑰香味，蒸餾后損失嚴(yán)重。

酯類可以賦予啤酒愉快而濃郁的香味，但當(dāng)這些酯的濃度超過其閾值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致啤酒產(chǎn)生不愉快的風(fēng)味[17]，不受消費(fèi)者歡迎。由表3可知，乙酸乙酯在廢啤酒中的質(zhì)量濃度為16.37 mg/L，蒸餾后在蒸餾酒中的質(zhì)量濃度為55.93 mg/L。乙酸異戊酯會(huì)產(chǎn)生香蕉香氣，這種物質(zhì)在蒸餾前后變化不大。辛酸乙酯在廢啤酒質(zhì)量濃度為0.15 mg/L，在蒸餾酒中質(zhì)量濃度為0.63 mg/L。辛酸乙酯具有蘋果的香氣，有利于啤酒風(fēng)味協(xié)調(diào)性，其在濃香型白酒中發(fā)揮著極其重要的作用，其香氣強(qiáng)度明顯高于傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的乙酸乙酯、乳酸乙酯等酯類風(fēng)味物質(zhì)，僅次于己酸乙酯[18]。丁酸乙酯、乙酸苯乙酯、己酸乙酯和乙酸苯乙酯基本消失，使蒸餾酒喪失了玫瑰、香蕉、蘋果、橘子等水果的香氣。

廢啤酒中的醛類濃度很低，一般低于各自的風(fēng)味閾值?？啡┦瞧【浦凶钪匾拿览路磻?yīng)產(chǎn)物。由表3可知，廢啤酒蒸餾后除了糠醛，其他醛類在蒸餾后基本消失，糠醛的質(zhì)量濃度明顯增加，這也是造成蒸餾酒苦味和澀味的重要原因[19]。

2.3 感官分析

從專家組對(duì)廢啤酒、廢啤酒蒸餾酒以及濃香型白酒的感官品評(píng)中可知，三者之間存在差異。廢啤酒蒸餾酒和濃香型白酒品評(píng)結(jié)果差異較小。由圖3可知，廢啤酒蒸餾酒和濃香型白酒的果味酯香均高于廢啤酒，這是由于酯類沸點(diǎn)較低，在蒸餾過程中酯類比其它風(fēng)味物質(zhì)更容易蒸餾出來。濃香型白酒中有一種獨(dú)特的香味：窖香。濃香型白酒中的己酸乙酯是形成窖香的主要風(fēng)味物質(zhì)，它在酒體中質(zhì)量濃度高，閾值低，是濃香型白酒中的主要特征性物質(zhì)[20]，而乙酸乙酯是廢啤酒蒸餾酒中的主要香味物質(zhì)。由圖3可知，蒸餾酒中的麥香、香蕉、蘋果、橘子等香氣對(duì)比于廢啤酒都有不同程度的損失。

圖3 廢啤酒、廢啤酒蒸餾酒及濃香型白酒的香氣評(píng)價(jià)Fig.3 Aroma evaluation of waste beer,distilled liquor from waste beer and strong-flavor Baijiu

由圖4可知，蒸餾酒的澀味苦味相比于廢啤酒和濃香香型白酒要明顯高一些，這可能是由于蒸餾過程中糠醛濃度的增加造成的。由圖3、圖4綜合來看，廢啤酒蒸餾酒與濃香型白酒都具有濃郁的酯香味，而且廢啤酒蒸餾酒的香味干凈，風(fēng)味持久性較好，這種蒸餾酒可以成為一種白酒基酒，也可以進(jìn)一步優(yōu)化這種蒸餾酒。

圖4 廢啤酒、廢啤酒蒸餾酒及濃香型白酒的口感品評(píng)Fig.4 Taste evaluation of waste beer,distilled liquor from waste beer and strong-flavor Baijiu

2.4 主成分分析

為了研究3種酒味覺屬性和嗅覺屬性與感官分析之間的規(guī)律，采用PAST3.0軟件對(duì)口感品評(píng)和香氣評(píng)價(jià)得分進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

由圖5可知，在口感品評(píng)的得分圖中前兩個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.63%（PC1=68.01%，PC2=13.62%）。廢啤酒、廢啤酒蒸餾酒和濃香型白酒在圖5中形成了3個(gè)清晰的分組。從分布上看，3種酒之間存在較大差異。第一主成分PC1主要綜合了酒精味、風(fēng)味持久性、苦味、澀味、酸味、麥香味的信息。第二主成分PC2主要綜合了酒體飽滿性和甜味的相關(guān)信息。廢啤酒與PC1呈負(fù)相關(guān)，與酸味和麥香味呈現(xiàn)很強(qiáng)的相關(guān)性，酸味、麥香味比較明顯。廢啤酒蒸餾酒與PC1呈正相關(guān)，與酒精味、風(fēng)味持久性、苦味、澀味有很強(qiáng)的相關(guān)性，這些屬性較強(qiáng)。濃香型白酒與PC2呈正相關(guān)，酒體飽滿性好，甜味明顯。

圖6 廢啤酒、廢啤酒蒸餾酒及濃香型白酒的香氣評(píng)價(jià)得分圖（A）及載荷圖（B）Fig.6 Score plot of aroma evaluation of waste beer,distilled liquor from waste beer and strong-flavor Baijiu

由圖6可知，在描述香氣屬性的得分圖中前兩個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.52%（PC1=72.89%，PC2=14.63%）。第一主成分PC1主要綜合了果味酯香、麥香、青蘋果、柑橘、玫瑰、香蕉、醇香的信息。第二主成分PC2綜合了窖香的相關(guān)信息。由圖6可知，廢啤酒與PC1呈負(fù)相關(guān)，其麥香、青蘋果、柑橘、玫瑰、香蕉香氣較為明顯。濃香型白酒和廢啤酒蒸餾酒與PC1呈正相關(guān)，主要與果味酯香、醇香的信息相關(guān)。濃香型白酒與PC2呈正相關(guān)，與窖香具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

通過主成分分析得知，三種酒之間存在差異，廢啤酒蒸餾酒與濃香型白酒在口感和香氣方面具有一定的相似性，在醇香、果味酯香等方面都具有很強(qiáng)的相關(guān)性。這正如感官品評(píng)人員的品評(píng)結(jié)果一樣。

3 結(jié)論

廢啤酒經(jīng)過兩次蒸餾，得到的其蒸餾酒酒精度為70%vol，顏色純凈、無雜味，代表性香味物質(zhì)更突出，但揮發(fā)性物質(zhì)的損失也很多，香氣的多元性減少。選取的16種主要風(fēng)味物質(zhì)經(jīng)過蒸餾后，廢啤酒丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸苯乙酯、正丁醛、2-甲基丁醛、己醛、異戊醛、乙醛這8種風(fēng)味物質(zhì)消失。2-苯基乙醇、乙酸異戊酯在蒸餾酒中質(zhì)量濃度減少，正丙醇、異丁醇、異戊醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、糠醛在蒸餾酒中質(zhì)量濃度增加。通過感官品評(píng)以及主成分分析發(fā)現(xiàn)廢啤酒蒸餾酒與濃香型白酒風(fēng)味和口感上有一定的相似性，都具有濃郁的酯香和醇香味。這種廢啤酒蒸餾后風(fēng)味持久性好?，F(xiàn)在看來這種蒸餾酒可以作為一種白酒基酒使用，在今后的研究中，也可以用橡木桶或橡木制品陳貯這種蒸餾酒增加其香味，使酒體更加穩(wěn)定、口味更加柔和、風(fēng)味更加多樣，最終使其成為一種成熟的蒸餾酒產(chǎn)品。