响应面法优化百香果艾尔精酿啤酒发酵工艺

王 蕾1,2,赵进修2,刘明亮2,李博鹏2,卢庆华1,2,张 玲3,李雅丽1,2*

(1.内蒙古科技大学内蒙古自治区生物质能源化利用重点实验室,内蒙古包头 014010;2.内蒙古科技大学生命科学与技术学院,内蒙古包头 014010;3.江南大学生物工程学院,江苏无锡 214122)

摘 要:以大麦芽、小麦为主要原料,百香果汁为辅料制备百香果艾尔精酿啤酒。选择大麦芽与小麦质量比、酒花添加量、百香果汁添加量、酵母添加量和主发酵温度为影响因素,探究各单因素对精酿百香果艾尔精酿啤酒发酵特性及感官评价的影响,进而通过响应面试验优化百香果艾尔精酿啤酒生产工艺。结果表明,最优发酵工艺条件为大麦芽与小麦质量比1∶1,酒花添加量0.5 g/L,百香果汁添加量50 g/L,酵母添加量8%,主发酵温度24 ℃。在此优化条件下,百香果艾尔精酿啤酒果香明显,风味协调,泡沫细腻,感官评分为93分。

关键词:百香果;艾尔精酿啤酒;响应面法;发酵工艺优化

啤酒是继水和茶饮之后全球消费量排名第三的饮料,近年来国内传统啤酒市场趋于饱和,行业急需产业升级和结构转型[1]。精酿啤酒作为新兴啤酒酿造方式,具有选料精细,口味种类多样的特点。在我国工业啤酒市场饱和的现在,精酿啤酒作为市场的补充,具有强力的市场竞争力和广阔的发展空间。水果口味的精酿啤酒因其独特的水果香气和丰富的口味,成为众多精酿啤酒中最受大众欢迎的品类之一[2-4],目前已有青稞[5]、荔枝[4]、西瓜[6]等多种口味啤酒的研究报道。

百香果(Passiflora edulis Sims)又称西番莲、巴西果、鸡蛋果,为草质藤本植物。其口感酸甜清爽,香味浓郁,富含各种维生素、类胡萝卜素和酚类化合物[7-9],具有消除疲劳、降脂降压、消炎祛斑、护肝养颜[10-12]等保健功效。目前百香果精加工产品的研究涉及果酒、果干、果浆、果酱、食用油等,但国内外关于百香果啤酒产品的开发研究报道极少,为了进一步扩展百香果的深加工应用范围,提高其作为农产品的经济价值,同时丰富水果精酿啤酒的种类,展开百香果啤酒研究。随着精酿啤酒的快速发展,各种风味和口感的精酿啤酒受到消费者的认可。艾尔精酿啤酒选料精细,采用上面发酵工艺配合上面酵母,较高的发酵温度使酵母产生更加多样的代谢产物,极大的丰富啤酒的风味,成为市场上广受欢迎的精酿啤酒种类。本研究以大麦芽、小麦为主要原料,百香果汁为辅料制备百香果艾尔精酿啤酒。在前期预试验的基础上,选择原料混合比、酒花添加量、百香果汁添加量、酵母添加量和主发酵温度为影响因素,研究其对百香果艾尔精酿啤酒发酵特性和感官评价的影响,并利用响应面试验优化百香果艾尔精酿啤酒的生产工艺,旨在促进百香果的高值化利用,为百香果艾尔精酿啤酒的产业化开发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

大麦芽(Castle Malting)、小麦麦芽(Castle Malting):上海子本实业有限公司;啤酒花(萨兹香型):淄博塔斯曼酿酒原料有限公司;百香果汁:可罗食品(中国)有限公司;S04艾尔啤酒高活性干酵母(干物质含量≥94%,活细胞数>6×109个/g):法国弗曼迪斯酵母公司。

1.1.2 化学试剂

碘(分析纯):国药化学试剂集团有限公司;碘化钾(分析纯):天津北辰方正试剂厂。

1.2 仪器与设备

WZS 32型手持式折射仪:上海仪电物理光学仪器有限公司;S400 K台式pH计:梅特勒托利多有限公司;FD-07全自动啤酒分析仪:FunkeGerber有限公司;WGZ-200A啤酒浊度计:深圳世诺仪器有限公司;100 L精酿啤酒生产线:山东赫尔曼精酿啤酒设备有限公司;Y90L-4型粉碎机:上海星邦机电有限公司。

1.3 方法

1.3.1 百香果艾尔精酿啤酒生产工艺流程及操作要点

操作要点:

麦芽粉碎:将麦芽加水湿粉碎,粉碎效果保证麦芽皮破而不碎,基本完整。

糖化:糖化过程采用一次煮出糖化法[13]。分别将大麦芽、小麦芽进行粉碎后,按质量比2∶3混合,按照料液比1∶4(g∶L)加水混均,在糖化锅中进行糖化。第一阶段35 ℃保温30 min;第二阶段升温至50 ℃保温30 min;第三阶段升温至65 ℃保温30 min后进行碘试,若糖化不完全则延时至碘试合格;第四阶段升温至78 ℃,糖化结束。

煮沸:过滤后洗糟2~3次,煮沸时间为45 min,期间按0.4 g/L分2次加入酒花(第一次在煮沸后5 min加入酒花总量的50%,剩余酒花在煮沸30 min后添加),煮沸结束后,停止加热,麦汁冷却后添加10 g/L百香果汁。

主发酵:按0.8 g/L称取活性干酵母,将其溶解于500 mL冷却麦汁后,接入发酵罐,主发酵温度为20 ℃,当糖度降幅≤0.3°Bx、比重不变时终止主发酵。

后发酵:主发酵结束后,将发酵罐温度降至8 ℃,进行后发酵,后发酵时每日取样测定酒精度,并进行品评,当酒精度上升缓慢,酒体开始澄清时,降温至4 ℃,终止后发酵,即得百香果艾尔精酿啤酒成品。

1.3.2 分析检测

原麦汁浓度、酒精度、发酵度、密度测定:使用FD-07全自动啤酒分析仪;啤酒浊度测定:使用WGZ-200A啤酒浊度计;pH测定:使用pH计;啤酒色度测定:按照国标GB/T 4928—2008《啤酒》中的方法;啤酒微生物指标测定:按照国标GB4789—2016《食品安全国家标准》中菌落总数测定方法。

1.3.3 百香果艾尔精酿啤酒的感官评价

百香果艾尔精酿啤酒感官评价标准依据GB/T 4927—2008《啤酒》中的相关内容,每次由10~15名评价人员参加评定。参考相关研究[14-16],针对百香果啤酒特点从酒体及颜色、口感、气味及泡沫四个方面进行评分,感官评分标准见表1。

表1 百香果艾尔精酿啤酒感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standards of passion fruit ale craft beer

项目评价标准分数/分酒体及颜色(20分)口感(40分)气味(30分)泡沫(10分)酒体澄清透明、光泽感好,颜色呈淡黄或金黄色(无偏绿)酒体较澄清,有光泽少许细小悬浮物,颜色为淡黄或金黄(略偏绿)酒体较混浊、有明显悬浮物,颜色为黄色或黄绿色酸甜适中,啤酒味与百香果味口感协调麦香和百香果风味较明显,但其中一种较为突出,口感不协调,口味不足麦香或百香果风味不明显,苦、涩、酸味明显有明显百香果香气,麦芽香、酒花香,且香气协调有较明显百香果香气,麦芽香、酒花香,香气较协调百香果香气不明显或过于明显掩盖了麦香及酒花香泡沫丰富,细腻洁白,泡持性好,挂杯良好泡沫较丰富,较细腻洁白,具有一定泡持性泡沫不丰富,不细腻,有杂质,不挂杯16~20 10~15<10 25~40 10~24<10 20~30 10~19<10 5~10 1~4<1

1.3.4 百香果艾尔精酿啤酒发酵工艺优化

(1)单因素试验

选择大麦芽∶小麦质量比(1∶3、2∶3、3∶3、4∶3、5∶3)、酒花添加量(0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L、0.8 g/L、1.0 g/L)、百香果汁添加量(10 g/L、20 g/L、30 g/L、40 g/L、50 g/L)、酵母添加量(4%、6%、8%、10%、12%)和主发酵温度(16 ℃、18 ℃、20 ℃、22 ℃、24 ℃)作为影响因素,以原麦汁浓度、发酵度、啤酒酒精度、浊度、密度及感官评分为评价指标,考察各单因素对百香果艾尔精酿啤酒发酵特性及感官评分的影响。

(2)响应面试验

在单因素试验的基础上,以大麦芽与小麦质量比(A)、酒花添加量(B)、百香果汁添加量(C)、酵母添加量(D)和主发酵温度(E)为自变量,以感官评分(Y)为响应值,进行Box-Behnken响应面试验设计,优化百香果啤酒发酵工艺。Box-Behnken试验设计因素与水平见表2。

表2 发酵工艺优化Box-Behnken试验设计因素与水平
Table 2 Factors and levels of Box-Behnken experiments design for fermentation process optimization

水平 A 大麦芽与小麦质量比E 主发酵温度/℃-1 B 酒花添加量/(g·L-1)C 百香果汁添加量/(g·L-1)D 酵母添加量/%01 2∶3 3∶3 4∶3 0.2 0.4 0.6 30 40 50 681 0 20 22 24

1.3.5 数据处理

单因素试验数据采用Origin 8.5软件进行处理,响应面试验设计及数据处理采用Design-Expert8.0.6软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 原料混合比对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响

选择不同品种的麦芽,并调整其比例可以控制啤酒中的高级醇,适宜的高级醇含量和组成能够使啤酒具有丰满的香味、醇厚的口感和协调的风味[16-17]。预实验发现,选用大麦芽和小麦作为原料相较于以单一大麦芽作为原料发酵的啤酒,其麦芽香味更加有层次,酒体颜色及口感更加柔和,因此选择以大麦芽和小麦作为混合原料制备百香果啤酒。大麦芽与小麦质量比对精酿百香果艾尔啤酒质量的影响见表3。

表3 原料混合比对百香果艾尔精酿啤酒品质的影响
Table 3 Effect of raw materials mixing ratio on quality of passion fruit ale craft beer

注:同列不同小写字母表示差异极显著(P<0.01),下同。

大麦芽与小麦质量比原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC密度/(g·cm-3)感官评分/分1∶3 2∶3 3∶3 4∶3 5∶3 11.89±0.067b 12.33±0.063a 12.76±0.031a 12.41±0.120a 12.89±0.044a 73.28±0.55c 76.60±0.24b 79.67±0.04a 78.46±0.28a 73.38±0.37c 6.10±0.013b 7.06±0.002a 7.33±0.012a 7.88±0.003a 8.07±0.003a 112.9±0.17b 123.5±1.24b 134.7±3.42a 105.3±0.25c 123.9±0.43b 1.034 1±0.000 3b 1.023 9±0.000 7b 1.030 8±0.000 1b 0.999 3±0.000 1c 1.044 5±0.000 2a 72.4±2.2a 76.3±6.7a 83.2±1.8b 78.6±2.6a 74.4±5.4a

由表3可知,当大麦芽与小麦质量比为1∶3、2∶3、3∶3时,随原料中大麦芽的比例增加,啤酒的原麦汁浓度、发酵度、浊度随之增加,感官评分也随之不断升高;由于大麦芽中碳水化合物含量较高,可以为酵母提供充足的糖类,使得啤酒原麦汁浓度、发酵度和酒精度升高[18],啤酒质量也有所提高;当大麦芽与小麦质量比为3∶3时,啤酒的感官评分最高,为83.2分,酒体中麦芽香味与百香果香味协调,酒体醇厚细腻;当大麦芽与小麦质量比为5∶3时,啤酒的原麦汁浓度、酒精度均达到最高,分别为12.89°P、8.07%vol,但感官评分下降至74.4分;当大麦芽比例进一步增加时,感官评分下降明显。由于小麦芽中蛋白质含量较高,其含有的阿拉伯木聚糖可以改善啤酒的抗氧化性、泡沫和口感,当小麦芽在原料中的比例逐渐降低时,会影响啤酒的泡沫和口感,导致感官评分下降[19]。因此,选择大麦芽与小麦质量比为2∶3、3∶3、4∶3进行响应面试验。

2.1.2 酒花添加量对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响

煮沸前期添加酒花可以促进酒花香,酒花中衍生酒花香的非挥发性前驱体如糖苷,在煮沸过程中可以存留并通过水解以释放促进香气挥发的苷元[20]。不同酒花添加量对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响见表4。

表4 酒花添加量对百香果艾尔精酿啤酒品质的影响
Table 4 Effect of hops addition on quality of passion fruit ale craft beer

酒花添加量/(g·L-1)原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC密度/(g·cm-3)感官评分/分0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 12.38±0.237a 12.52±0.203a 10.58±0.119c 10.46±0.048c 11.59±0.029b 72.47±0.823a 72.97±0.043a 71.83±0.343b 71.60±0.548b 71.98±0.715b 6.04±0.006a 6.02±0.018a 5.86±0.056b 5.68±0.046b 5.72±0.017b 122.4±0.063c 127.5±0.303c 136.3±1.493b 136.4±2.333b 143.7±1.013a 1.034 4±0.000 2a 1.026 0±0.000 4b 1.022 2±0.000 1b 1.026 3±0.000 1b 1.025 2±0.000 1b 80.4±4.2c 83.9±3.8c 74.8±5.5b 72.6±10.2b 69.8±8.9a

由表4可知,酒花除了赋予啤酒特有的香气与苦味外,其中的各种成分在影响啤酒浊度、啤酒发酵度、啤酒的生物稳定性等方面也具有重要的作用,适合的酒花添加量不仅可以提高啤酒的香气和口感,还有助于提高啤酒的质量。随着酒花添加量在0.2%~1.0%范围内的增加,啤酒的酒精度和浊度不断降低,原麦汁浓度、发酵度和感官评分先升高后降低;由于酒花加入量的增加,有助于麦汁和啤酒澄清,降低浊度;同时酒花可以抑制杂菌的生长,有助于酵母发酵,但随着加入量的增加,其抑菌作用也会影响酵母的发酵;此外酒花加入量的增加也会使啤酒的苦味增加,影响感官评价;当酒花添加量为0.4 g/L时,此时发酵度和感官评分最高,分别为72.97%和83.9分,啤酒中的苦味与百香果味协调,风味稳定性好。当酒花添加量>0.4 g/L之后,感官评分有所下降。不同酒花添加量对啤酒密度影响不大(1.022 2~1.034 4 g/cm3)。因此,选择酒花添加量0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L进行响应面试验。

2.1.3 百香果汁添加量对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响

在啤酒中添加蓝莓、荔枝、柿子等各类果汁,随着添加量的增加会使啤酒的发酵度和酒精度增加[4,21-23]。不同百香果汁添加量对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响见表5。由表5可知,随着百香果汁添加量在10~20 g/L范围内的增加,啤酒原麦汁浓度、发酵度、感官评分随之不断升高;当百香果汁添加量为40 g/L时,啤酒原麦汁浓度、发酵度、感官评分最高,分别为73.77%、6.9%vol、77.88分;当百香果汁添加量>40 g/L之后,啤酒原麦汁浓度、发酵度、感官评分有所下降。当百香果汁添加量为30 g/L时,酒精度最高,为(7.110±0.009)%vol。百香果汁添加量在30~50 g/L范围内的增加,啤酒浊度增加(123.9~128.1 EBC),密度增高(1.023 02~1.055 3 g/cm3)。加入百香果汁可以增加啤酒中的百香果香气,赋予啤酒微微的果酸,百香果汁中含有的糖可以促进酵母生长与发酵,但百香果汁的加入也会影响酒体的密度以及浊度,糖含量过高也会影响酵母的生长。因此,选择百香果汁添加量为30 g/L、40 g/L、50 g/L进行响应面试验。

表5 百香果汁添加量对百香果艾尔精酿啤酒品质的影响
Table 5 Effect of passion fruit juice addition on quality of passion fruit ale craft beer

百香果汁添加量/(g·L-1) 原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC密度/(g·cm-3)感官评分/分10 20 30 40 50 11.43±0.038c 11.61±0.071c 12.74±0.098b 13.51±0.153a 12.48±0.210b 70.77±0.723c 70.60±1.000c 72.63±0.763b 73.77±0.543a 73.56±0.693b 5.65±0.106c 6.39±0.117b 7.11±0.009a 6.98±0.019a 6.08±0.225b 112.6±0.44b 112.8±1.03b 123.9±0.37a 126.4±0.46a 128.1±1.81a 1.004 4±0.000 04c 1.034 3±0.000 05b 1.023 2±0.000 06b 1.046 2±0.000 06a 1.055 3±0.000 01a 67.8±7.4a 72.3±1.3b 74.5±2.8b 77.8±4.2c 71.2±6.7b

2.1.4 酵母添加量对百香果啤酒品质的影响

啤酒酵母菌种和添加量均会对啤酒的风味和特征造成较大的影响[24-25],若想使啤酒风味更佳,必须选择与之风味相匹配的啤酒酵母。经过预试验,选择弗曼迪斯S04酵母作为发酵菌株,不同酵母添加量对精酿百香果艾尔啤酒品质的影响见表6。

表6 酵母添加量对百香果艾尔精酿啤酒品质的影响
Table 6 Effect of yeast addition on quality of passion fruit ale craft beer

酵母添加量/%原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC密度/(g·cm-3)感官评分/分4681 0 12 13.46±0.215a 10.97±0.081b 11.83±0.028b 12.70±0.106a 12.58±0.048a 71.86±0.413b 73.13±0.123b 76.23±0.123a 77.17±0.123a 78.96±0.303a 6.59±0.255b 6.70±0.023b 6.57±0.060b 8.02±0.029a 8.04±0.005a 112.3±0.143c 117.7±0.373b 110.2±0.663c 113.60±2.37c 144.78±8.12a 1.034 4±0.000 01a 1.016 0±0.000 06c 1.022 6±0.000 10b 1.015 8±0.000 40c 1.015 6±0.000 13c 76.8±6.7a 79.2±3.4a 85.1±7.2b 87.8±8.1b 77.6±2.3a

由表6可知,酵母添加量在4%~12%范围内增加,啤酒发酵度、浊度随之增加,密度变化不大(1.0156~1.034 4 g/cm3)。酵母添加量为10%时,感官评分最高,为87.8分;酵母添加量为12%时,酒精度最高,为8.04%vol。酵母时进行啤酒发酵的菌种,其加入量主要影响啤酒的发酵程度、酒精度及香气口感,酵母添加量过少会导致发酵延迟,添加量过高会导致啤酒浊度升高,影响啤酒的口感。因此,选择酵母添加量为6%、8%、10%进行响应面试验。

2.1.5 主发酵温度对百香果啤酒品质的影响

啤酒发酵采用变温发酵[26],即分为主发酵阶段和后发酵阶段,两段采用不同的温度。弗曼迪斯S04酵母为英式艾尔啤酒酵母,其发酵温度范围为15~24 ℃,因此选择主发酵温度范围16~24 ℃进行试验。由表7可知,主发酵温度在16~24 ℃范围内的增加,啤酒的发酵度随之增加(68.8%~75.0%),对密度影响不大(0.010 6~1.034 3 g/cm3)。当主发酵温度在18~22 ℃范围内的增加,啤酒的原麦汁浓度、酒精度随之增加,浊度随之下降;当当主发酵温度为20 ℃时,感官评分最高,为79.9分。当主发酵温度为22 ℃时,酒精度最高,为6.80%vol。主发酵是酵母迅速增殖,开始酒精发酵的主要阶段,决定啤酒的质量及口感,酵母的生长和发酵随着主发酵温度升高而活跃,导致发酵度、酒精度、浊度升高;主发酵温度过高会导致酵母生长发酵过于旺盛,影响啤酒的口感。因此,选择主发酵温度为20 ℃、22 ℃、24 ℃进行响应面试验。

表7 主发酵温度对百香果艾尔精酿啤酒品质的影响
Table 7 Effect of main fermentation temperature on quality of passion fruit ale craft beer

主发酵温度/℃原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC密度/(g·cm-3)感官评分/分16 18 20 22 24 13.91±0.048b 13.72±0.002b 14.06±0.006a 14.37±0.031a 13.59±0.007b 68.8±0.910c 71.1±0.223b 73.3±0.130a 74.3±0.210a 75.0±0.023a 5.94±0.008b 5.58±0.006b 5.78±0.011b 6.27±0.067a 6.80±0.024a 131.5±4.72b 149.7±0.89a 144.7±3.93a 142.0±0.14a 130.8±0.56b 1.012 8±0.000 04b 1.013 5±0.000 20b 1.013 0±0.000 10b 1.034 3±0.000 20a 1.010 6±0.000 60b 68.2±3.3a 74.8±6.7b 79.9±4.8c 75.6±5.8b 75.1±11.2b

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 Box-Behnken试验设计和模型拟合

在单因素试验结果的基础上,以大麦芽与小麦质量比(A)、酒花添加量(B)、百香果汁添加量(C)、酵母添加量(D)和主发酵温度(E)为自变量,以感官评分(Y)为响应值,进行Box-Behnken响应面试验。Box-Behnken试验设计及结果见表8,方差分析见表9。

表8 发酵工艺优化Box-Behnken试验设计及结果
Table 8 Design and results of Box-Behnken experiments for fermentation process optimization

试验号ABCDEY 感官评分/分1234567891 0 11-1-1 10000-001000-000-11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 010000100100000-1 01000000010-1101000-1110100-1-1-1 100010101001-11--1 0000-000000 1100000000100010 1000110001-10-100 10000-1010000-11 10-1 82.0 82.3 79.8 82.2 91.5 83.4 85.7 88.2 90.4 91.4 87.9 84.2 83.9 75.8 85.4 81.8 91.3 87.6 92.6 83.6 82.4 94.3 85.5 91.9 84.8 87.3 88.1

续表

试验号ABCDEY 感官评分/分28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 1 0-1-1 0010--1 0 00-1-1 101000-00010-0000001000-0000110000-1 00000001-1001-10-1-1 10000--1 10 101-1 0100-1 0110000 1000000000 82.9 80.6 91.1 87.9 82.2 83.8 87.6 92.3 84.8 88.2 83.6 82.9 79.2 84.2 89.6 86.9 92.2 89.2 85.5

表9 回归模型方差分析
Table 9 Variance analysis of regression model

方差来源 平方和 自由度均方F 值P 值显著性模型20**ABCDEA B AC AD AE BC BD BE CD CE DE A2 747.39 0.680 6 64.80 79.66 45.90 7.43 18.06 24.01 54.02 0.062 5 20.25 0.490 0 11.90 4.20 2.25 3.06 366.84 1111111111111111 37.37 0.680 6 64.80 79.66 45.90 7.43 18.06 24.01 54.02 0.062 5 20.25 0.490 0 11.90 4.20 2.25 3.06 366.84 34.91 0.635 9 60.54 74.42 42.88 6.94 16.87 22.43 50.47 0.058 4 18.92 0.4578 11.12 3.93 2.10 2.86 342.71<0.000 1 0.432 7<0.000 1<0.000 1<0.000 1 0.014 3 0.000 4<0.000 1<0.000 1 0.811 0 0.000 2 0.504 9 0.002 7 0.058 6 0.159 5 0.103 2<0.000 1*******************

续表

注:“**”表示对结果影响极显著(P<0.01);“*”表示对结果影响显著(P<0.05)。

方差来源 平方和 自由度均方F 值P 值显著性B2 C2 D2 E2残差失拟项纯误差总离差33.47 46.84 132.74 40.34 26.76 25.23 1.53 774.15 11112 5 31.27 43.76 124.01 37.68<0.000 1<0.000 1<0.000 1<0.000 1********20 5 45 33.47 46.84 132.74 40.34 1.07 1.26 0.306 7 4.44 0.061 6不显著

将表8的数据进行二次线性回归拟合,得到回归模型方程为:

由表9可知,二次回归模型的P值<0.000 1,达到极显著水平,失拟项P值>0.05,不显著,说明该模型拟合程度较好,试验结果具有良好的准确度与可靠性。模型的决定系数R2为0.965 4,说明96.54%结果可用该回归模型解释。由回归模型的F值可知,各参数对感官评分的影响大小为百香果汁添加量(C)>酒花添加量(B)>酵母添加量(D)>主发酵温度(E)>大麦芽与小麦质量比(A)。由P值可知,回归模型中一次项BCD,交互项ABACADBCBE和二次项A2B2C2D2E2对结果影响极显著(P<0.01),一次项E对结果影响显著(P<0.05),一次项A和交互项AEBDCDCEDE对结果影响不显著(P>0.05)。

2.2.2 交互作用分析

各因素交互项对感官评分影响的响应面和等高线结果见图1。由图1可知,ABACADBCBE之间具有较强的交互作用,等高线呈椭圆形,响应面为凸面,坡度趋势陡峭,有最大值。AECDCEDE之间等高线趋于圆形,响应面坡度趋势平缓,影响不显著(P>0.05)。这与方差分析结果一致。

图1 各因素间交互作用对百香果艾尔精酿啤酒感官评分影响的响应曲面和等高线
Fig.1 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between various factors on sensory score of passion fruit ale craft beer

2.2.3 验证试验

响应面优化得到精酿百香果艾尔啤酒的最佳发酵工艺条件为大麦芽与小麦质量比3∶3,酒花添加量0.54 g/L,百香果汁添加量49.53 g/L,酵母添加量8.22%,主发酵温度24 ℃。在此优化条件下,百香果啤酒感官评分预测值为94.14分。为了便于实际操作,将最佳发酵工艺条件修正为大麦芽与小麦质量比3∶3,酒花添加量0.5 g/L,百香果汁添加量50 g/L,酵母添加量8%,主发酵温度24 ℃。在次最优条件下进行3次平行验证试验,得到精酿百香果艾尔啤酒感官评分实际值为(92.78±2.03)分,与预测值接近,表明该模型具有一定的实际应用价值。

2.3 百香果艾尔精酿啤酒品质分析

百香果艾尔精酿啤酒感官评分为93分,颜色金黄,酒体澄清;百香果香气丰富,与麦芽香气相互协调,泡沫洁白细腻。

由表10可知,百香果艾尔精酿啤酒理化指标满足GB/T 4927—2008《啤酒》要求。

表10 百香果艾尔精酿啤酒理化和卫生指标检测结果
Table 10 Determination results of physicochemical and hygienic indexes of passion fruit ale craft beer

项目结果项目结果原麦汁浓度/°P发酵度/%酒精度/%vol浊度/EBC 12.90 79.23 5.82 120.6密度/(g·cm-3)色度/EBC pH值大肠杆菌/(MPN·100 mL-1)菌落总数/(CFU·mL-1)1.033 11.9 3.87未检出<50

3 结论

研究以大麦芽、小麦为主要原料,以百香果汁为辅料,采用响应面优化法,得到精酿百香果艾尔啤酒的最优生产工艺条件。选择原料混合比、酒花添加量、百香果汁添加量、酵母添加量和主发酵温度为单因素,探究5种因素对百香果啤酒的发酵特性和感官评价的影响,并采用响应面试验优化精酿百香果艾尔啤酒生产工艺,优化后的最佳工艺条件为大麦芽与小麦质量比3∶3,酒花添加量0.5 g/L,百香果汁添加量50 g/L,酵母添加量8%,主发酵温度24 ℃。在此优化条件下,百香果啤酒感官评分为93分,果香明显,风味协调,泡沫细腻。研究进一步扩宽了百香果深加工的应用范围,提高了农产品的经济价值;丰富了精酿啤酒的种类,所得工艺可直接应用于小型精酿规模的生产,具有良好的应用前景。

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Optimization of fermentation process of passion fruit ale craft beer by response surface method

WANG Lei1,2,ZHAO Jinxiu2,LIU Mingliang2,LI Bopeng2,LU Qinghua1,2,ZHANG Ling3,LI Yali1,2*
(1.Inner Mongolia Key Laboratory of Biomass-Energy Conversion,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China;2.School of Life Science and Technology,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China;3.School of Biotechnology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Abstract:Passion fruit ale craft beer was prepared by using barley malt and wheat as the main raw materials, and passion fruit juice as an auxiliary material.The mass ratio of barley malt and wheat,hop addition,passion fruit juice addition,yeast addition,and main fermentation temperature were selected as the influencing factors,the effects of each single factor on the fermentation characteristics and sensory evaluation of passion fruit ale craft beer were investigated,and the production process of passion fruit ale craft beer was optimized by response surface tests.The results showed that the optimal fermentation process conditions were as follows:barley malt and wheat mass ratio 1:1,hops addition 0.5 g/L,passion fruit juice addition 50 g/L,yeast addition 8% and main fermentation temperature 24 ℃.Under the optimal conditions, passion fruit ale craft beer had obvious fruit flavor,harmonious flavor,delicate foam,and the sensory score was 93 points.

Key words:passion fruit;ale craft beer;response surface method;fermentation process optimization

中图分类号:TS225.4文章编号:0254-5071(2024)11-0187-07doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2024.11.029

引文格式:王蕾,赵进修,刘明亮,等.响应面法优化百香果艾尔精酿啤酒发酵工艺[J].中国酿造,2024,43(11):187-193.

收稿日期:2024-01-31修回日期:2024-05-16

基金项目:内蒙古大学生创新创业训练计划项目(202310127039);内蒙古科技大学教育研究重点项目(JY2023036);内蒙古科技大学教改重点项目(JY2017010);内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(2023QNJS142)

作者简介:王 蕾(1981-),女,讲师,硕士,研究方向为微生物发酵技术,蛋白质结构与功能。

*通讯作者:李雅丽(1976-),女,教授,博士,研究方向为微生物发酵技术。