啤酒作为世界三大古酒之一，已成为人类文化与社会发展不可或缺的一部分，其酿造技艺历经千年传承与创新，得到了长足的发展。 随着人们营养健康理念的不断提高，精酿啤酒以其口感独特、品种丰富和个性化定制的优势迅速受到消费者的青睐，成为中国啤酒市场新宠[1-2]。 随着消费能力的提升和消费观念的转变，精酿啤酒的市场需求呈上升趋势，2018-2022年，中国精酿啤酒市场年均复合增长率（compound annual growth rate，CAGR）达15.3%，远高于啤酒行业整体2.5%的增速，表现出强劲的市场潜质[3]。
甘露子（Stachys affinis）又名草石蚕、地梨、宝塔菜等，属药食同源植物，含有丰富的粗纤维、多种维生素和铁、钙、磷等矿物质，具有显著的益肾润肺、滋阴补血及清热除烦之功效[4-5]。甘露子在中医临床实践中被广泛应用于治疗由肺结核引起的咳嗽症状，针对肺气虚损所致的气喘亦有显著疗效，享有“蔬菜珍品”的美称，广泛应用于医药、食品和保健品等领域[6]。 尤其是甘露子中含有丰富的水苏糖，其含量占鲜质量的10%～15%，水苏糖能够显著促进体内双歧杆菌、乳酸菌等益生菌增殖，抑制有害微生物调整肠道微生态平衡、保护肠道，具有调节肠道菌群平衡、提高免疫力、防治龋齿等功效，被誉为“超强双歧因子”[7-10]。甘露子独特的营养成分和药用价值使其成为现代食品工业的重要资源。
甘露子在我国已有数千年的栽培历史，种植范围较广，生长迅速，亩产高达2 000～2 500 kg[11]。 然而甘露子大多以初级农产品或简单腌制为主，深加工产品不多。 有研究者以甘露子为原料开发出果蔬汁饮料[12]、甘露子曲奇饼干[13]、甘露子蜜饯[14]、水苏糖咀嚼片[15]等，关于甘露子啤酒的研究鲜有报道。本研究以甘露子和大麦芽为主要原料酿造具有甘露子精酿啤酒，通过单因素试验考察甘露子添加阶段、甘露子添加量、原麦汁浓度对甘露子精酿啤酒感官评分和酒精度的影响。 基于单因素试验结果，以感官评分为响应值，采用响应面法优化甘露子精酿啤酒的酿造工艺，并对其理化性质及抗氧化活性进行分析。本研究旨在通过酿制出具有甘露子特有清香甘甜并具有保健功效的精酿啤酒，为甘露子精酿啤酒的工业化提供技术支持和理论指导，提高甘露子产品的品质和附加值，以产业振兴带动当地乡村振兴，促进当地经济结构的优化与社会福祉的显著提升，为实现高质量的经济社会发展目标贡献力量。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜甘露子：来自内蒙古包头市土默特右旗甘露子科技小院；澳洲大麦芽、卡斯卡特啤酒花、青岛大花啤酒花：山东信诚食品有限公司；CS31安琪啤酒活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；1,1-二苯基-2-苯肼基（1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl radical，DPPH）、2,2'联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（2,2'-azino-bis 3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid ABTS）（均为分析纯）：上海纪宁实业有限公司。
1.2 仪器与设备
HH-6恒温水浴锅：上海铂温仪器有限公司；MY-520B破壁机：广东美的厨房电器制造有限公司；SX-700高压灭菌锅：上海蓓米尔生物科技有限公司；721G分光光度计：浙江赛德仪器设备有限公司；FermentoFlash啤酒自动分析仪：德国Funk-Gerber公司；50 L糖化发酵设备：中德啤酒设备有限公司。
1.3 方法
1.3.1 甘露子精酿啤酒酿造工艺流程
操作要点[16]：
选取个大饱满、肉质肥厚的新鲜甘露子，清洗干净，大火快速蒸3 min，一方面起到灭菌效果，同时可以有效控制甘露子破碎时发生酶促褐变[17-18]。 提前将破壁机放料杯清洗干净，用酒精棉球反复擦拭消毒后，放入蒸好的甘露子，迅速打成甘露子浆液。 将优质的澳洲大麦芽经过润麦后粉碎，大麦芽粉与热水按1∶4（g∶mL）进行糖化过滤，通过煮沸强度调整原麦汁浓度为11°P。煮沸10 min时分别加入3.0%甘露子浆和0.06%青岛大花啤酒花，在煮沸40 min时加0.04%卡斯卡特啤酒花。煮沸结束后打入到回旋沉淀槽，静置30 min后，将澄清麦汁冷却至20 ℃左右。 按澄清麦汁称取0.5 g/L CS31啤酒酵母干粉，加入10倍的无菌水中，室温下活化40 min后，与冷麦汁一起打入发酵罐中，进入主发酵阶段。10～12 ℃保温发酵4～5 d，待残糖降到4°P时封罐，2 d后每3 h降温1 ℃，直到降温到0 ℃为止，进行为期7 d的后发酵，期间要适度排除酵母泥，直到酒体澄清，无明显双乙酰气味（馊饭味），即得到甘露子精酿啤酒。
1.3.2 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化单因素试验
以感官评分和酒精度为评价指标，考察甘露子浆添加时间（糖化开始、糖化中、煮沸后10 min、30 min、50 min）、甘露子浆添加量（2%、3%、4%、5%、6%）、原麦汁浓度（8.0°P、9.5°P、11.0°P、12.5°P、14.0°P）对甘露子精酿啤酒品质的影响。
1.3.3 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化响应面试验
在单因素试验的基础上，进一步以感官评分（Y）为响应值，以甘露子浆添加时间（A）、甘露子浆添加量（B）以及原麦汁浓度（C）为考察因素，采用Design Expert 8.0.6设计3因素3水平的响应面试验，试验因素与水平见表1。
表1 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface tests for brewing process optimization of Stachys affinis craft beer
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1.3.4 感官评价
由20名接受过啤酒品评专业训练的学生和老师组成品评小组，参照GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》从外观、口感、香气、泡沫性能四个方面对甘露子精酿啤酒进行感官品评分，满分100分，具体评分标准见表2。
表2 甘露子精酿啤酒的感官评分标准
Table 2 Sensory score criteria of the Stachys affinis craft beer
项目 评分标准 评分/分外观（20分）口感（30分）香气（25分）色泽均匀，呈现诱人光泽，酒体澄澈色泽均匀，略有失光，酒体微浑浊色泽不均匀，酒体有浑浊，有肉眼可见异物口感纯正，醇酯协调，入口清爽口感纯正，醇酯协调稍差，入口略清爽口感平淡，协调性欠佳，入口寡淡口感不愉悦，协调性较差，入口难以接受香气协调纯正香气纯正但不浓郁香气不足，略有异味香气不协调，有不愉快气味突出15～20 10～14＜10 30～40 20～29 10～19＜10 20～25 15～19 10～14＜10
续表
项目 评分标准 评分/分泡沫（25分）泡沫细腻饱满，能持久挂杯泡沫较细腻，不够饱满，挂杯不持久泡沫略粗糙，不饱满，挂杯较差泡沫非常粗糙，不挂杯20～25 15～19 10～14＜10
1.3.5 理化指标及抗氧化性分析
以未添加甘露子酿造的精酿啤酒为对照（CK），按照优化后的最佳工艺参数酿制甘露子精酿啤酒，参照GB/T 4927—2008《啤酒》测定酒精度、总酸含量，参照文献[19]的方法测定双乙酰含量，采用色度仪测定色度，参照JEONG C H等[20]方法测定ABTS、DPPH自由基清除率。
1.3.6 数据分析
采用Design Expert 8.0.6进行响应面试验设计及分析，每个试验重复3次，采用Excel 2023处理数据，结果用“平均值±标准差”表示，采用Origin 2021软件绘图。
2 结果与分析
2.1 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化单因素试验结果
2.1.1 甘露子浆添加时间对甘露子精酿啤酒品质的影响
甘露子浆添加时间对甘露子精酿啤酒品质的影响见图1。由图1可知，在不同时间添加甘露子浆对于甘露子精酿啤酒酒精度的影响不大，但对其感官评分产生一定的影响。随着甘露子浆添加时间的延后，甘露子精酿啤酒的感官评分呈先逐渐升高后降低的趋势，在煮沸后30 min添加甘露子浆时，感官评分最高，为84.6分，此时酒精度为3.90%vol。虽然水苏糖非常耐高温，在长时间高温的情况下不会分解，但是若甘露子浆的添加时机过早，其所含的多种化学成分之间会发生一系列复杂的化学反应，使麦汁颜色加深，甘露子香气散发而损失，成品啤酒口感、色泽和气味都不够协调[21]；甘露子浆添加时机过晚，其内部有效成分（如水苏糖）提取不充分，甘露子香气过于突出，对甘露子精酿啤酒的品质产生一定的影响[22]。因此，甘露子浆在麦汁煮沸后30 min时添加较为适宜。
图1 甘露子浆添加时间对甘露子精酿啤酒品质的影响
Fig.1 Effect of the addition time of Stachys affinis pulp on the quality of Stachys affinis craft beer
1～5分别为糖化开始、糖化中、煮沸后10 min、30 min、50 min。
2.1.2 甘露子浆添加量对甘露子精酿啤酒品质的影响
甘露子浆添加量的多少决定了啤酒中水苏糖的含量，由于啤酒酵母对水苏糖的利用程度较低[23]，甘露子浆的添加量会直接影响到甘露子精酿啤酒的发酵进程和口感，因此，考察甘露子浆添加量对甘露子精酿啤酒品质的影响，结果见图2。 由图2可知，随着甘露子浆添加量的升高，甘露子精酿啤酒的感官评分及酒精度均呈先升高后下降的趋势，当甘露子浆添加量为3.0%时，感官评分达到最高为85.4分；酒精度最高为4.11%vol。这可能是由于甘露子浆添加量过高，啤酒的甜味逐渐加重，酵母不能利用甘露子中的水苏糖，而使发酵速度变得迟缓，而添加量过低会导致啤酒的口感稍有欠缺，同时也会失去甘露子精酿啤酒的保健作用[24]。因此，确定甘露子浆的最佳添加量为3.0%。
图2 甘露子浆添加量对甘露子精酿啤酒品质的影响
Fig.2 Effect of Stachys affinis pulp addition on the quality of Stachys affinis craft beer
2.1.3 原麦汁浓度对甘露子精酿啤酒品质的影响
原麦汁浓度直接影响啤酒酵母的活力和发酵性能，进而影响酒精及风味物质的形成[25]。因此，考察原麦汁浓度对甘露子精酿啤酒品质的影响，结果见图3。
图3 原麦汁浓度对甘露子精酿啤酒品质的影响
Fig.3 Effect of original wort concentration on the quality of Stachys affinis craft beer
由图3可知，随着原麦汁浓度的增加，酒精度呈逐渐升高的趋势，分析原因可能是原麦汁浓度升高，啤酒酵母的可利用糖类越多，产生的乙醇也越多。 随着原麦汁浓度的增加，感官评分呈先升高后下降的趋势，当原麦汁浓度为11°P时，感官评分最高，为86.1分，酒精度为4.32%vol。在此条件下，甘露子精酿啤酒中麦芽的醇香与甘露子的清新芬芳相互融合，形成了和谐而复杂的香气层次，为品鉴者带来愉悦的感官体验。当原麦汁浓度偏低时，酵母菌活力不足，导致产生的风味物质较少，口感过于寡淡；当原麦汁浓度过高时，酵母发酵速度过快，酒味突出，掩盖了甘露子的清香，口味不柔和，感官评分降低[26]。因此，确定最佳原麦汁浓度为11°P。
2.2 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化响应面试验
2.2.1 响应面试验设计及结果
在单因素试验的基础上，进一步以感官评分（Y）为响应值，以甘露子浆添加时间（A）、甘露子浆添加量（B）以及原麦汁浓度（C）为考察因素，采用Design Expert 8.6.0软件设计Box-Behnken响应面试验[27]，试验设计及结果见表3，方差分析见表4。
表3 甘露子精酿啤酒酿造工艺优化响应面试验设计与结果
Table 3 Design and results of response surface tests for brewing process optimization of Stachys affinis craft beer
试验号 A 甘露子浆添加时间B 甘露子浆添加量C 原麦汁浓度Y 感官评分/分1234567891 0-1 1-1 1-1 1-1-1-1 110000-0000-1-1 11 -1-1 11 12 13 14 15 16 17 1000000000 11-1100000 1100000 83.67 90.41 82.61 83.45 82.76 85.11 81.59 87.32 84.87 82.38 85.01 81.66 90.13 88.74 91.23 89.94 90.17
表4 回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of regression model
注：“*”表示对结果影响显著（P＜0.05）；“**”表示对结果影响极显著（P＜0.01）。
来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性模型ABCA B********AC BC A2 B2 C2残差失拟项纯误差总误差190.23 30.65 24.01 0.026 5 8.70 2.86 0.184 9 19.39 34.46 57.67 4.09 0.953 3 3.14 194.33 91111111117341 6 21.14 30.65 24.01 0.026 5 8.70 2.86 0.184 9 19.39 34.46 57.67 0.584 9 0.317 8 0.785 3 36.14 52.41 41.05 0.045 2 14.88 4.88 0.316 1 33.15 58.92 98.60＜0.000 1 0.000 2 0.000 4 0.837 7 0.006 2 0.062 8 0.591 5 0.000 7 0.000 1＜0.000 1******0.404 7 0.758 4不显著
采用Design Expert 8.6.0软件对表3数据进行多元回归拟合分析，得到以感官评分（Y）为因变量，以甘露子浆添加时间（A）、甘露子浆添加量（B）、原麦汁浓度（C）为自变量的多元二次回归拟合方程：
由表4可知，模型P值＜0.000 1，为极显著，失拟项P=0.758 4＞0.05，不显著，表明模型具有良好的拟合效果。 变异系数（coefficient of variation，CV）为0.889 9%，决定系数R2=0.978 9，调整决定系数R2adj=0.951 8，表明模型能高度解释响应值变化，适用于甘露子精酿啤酒发酵过程中感官评分的精准分析与预测。一次项A、B、交互项AB及二次项A2、B2、C2对结果影响极显著（P＜0.01），其他项对结果影响不显著（P＞0.05）。由F值可知，各因素对感官评分影响的主次顺序为A＞B＞C。
2.2.2 响应面分析
采用三维图形展示与等高线相结合的方法，可以有效预测并验证响应面模型中自变量与其对应响应值之间的复杂关系[28-29]。通过分析响应面曲面图的形态，可以定量评估并理解各因素间交互作用的强度，为优化工艺参数、提升产品质量提供科学依据。各因素间交互作用对甘露子精酿啤酒感官评分影响的响应面及等高线见图4。由图4可知，甘露子浆添加时间与添加量间交互作用对感官评分影响的响应面陡峭，等高线呈椭圆形，说明对感官评分影响较大，而原麦汁浓度与甘露子浆添加时间、甘露子浆添加量与原麦汁浓度间交互作用对感官评分影响的响应面呈凸面，等高线趋于圆形，说明对感官评分影响较小，这与方差分析结果一致。
图4 各因素间交互作用对甘露子精酿啤酒感官评分影响的响应面及等高线
Fig.4 Response surface plots and contour lines of effect of interaction between various factors on the sensory score of Stachys affinis craft beer
2.2.3 最佳酿造工艺的确定
利用Design Expert 8.0.6对回归方程进行最优求解，得到甘露子精酿啤酒的最佳酿造工艺条件为：煮沸后42.7 min添加2.53%甘露子浆，原麦汁浓度11.2°P，预测得到的感官评分为91.1分。 为便于实际操作，将最优工艺条件调整为煮沸后43 min添加2.5%甘露子浆，原麦汁浓度11°P，在此条件下进行三次平行验证试验，得到实测感官评分均值为90.6分，与预测值吻合，说明模型可靠，适用于甘露子精酿啤酒发酵过程中感官评分的精准分析与预测。按照优化工艺酿造的甘露子精酿啤酒色泽呈诱人的琥珀色，清澈透明有光泽，无悬浮物；泡沫丰富，洁白细腻，有良好的挂杯性和稳定性；酒香协调柔和，口感纯正，甘露子的清香与麦芽香、酒花香完美融合，口感丰满醇厚，悠长持久，令人回味无穷。
2.3 甘露子精酿啤酒品质分析
甘露子精酿啤酒的理化指标及抗氧化性见表5。由表5可知，甘露子精酿啤的酒酒精度（4.87%vol）、色度（12.85EBC）均显著高于未添加甘露子浆的精酿啤酒（P＜0.05）；总酸含量（1.92 mg/100 mL）、双乙酰含量（0.043 mg/L）、苦味值（15.26 IBU）均显著低于未添加甘露子浆的精酿啤酒（P＜0.05），这些理化指标均符合GB/T 4927—2008《啤酒》要求。ABTS和DPPH自由基清除率分别为94.28%、85.51%，比未添加甘露子浆的精酿啤酒分别提高39.1%和43.3%，抗氧化性显著提升（P＜0.05）。
表5 甘露子精酿啤酒的理化指标及抗氧化活性分析结果
Table 5 Analysis results of physicochemical indexes and antioxidant activity of Stachys affinis craft beer
注：同行不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
项目 CK 甘露子精酿啤酒酒精度/%vol双乙酰含量/（mg·L-1）总酸含量/（mg·100 mL-1）色度/EBC苦味值/IBU DPPH自由基清除率/%ABTS自由基清除率/%4.25±0.23b 0.088±0.002a 2.06±0.07a 9.46±0.32b 16.33±0.51a 61.49±3.75b 65.77±3.84b 4.87±0.16a 0.043±0.001b 1.92±0.03b 12.85±0.28a 15.26±0.33b 85.51±5.22a 94.28±4.81a
3 结论
本研究采用单因素试验与响应面法优化得到甘露子精酿啤酒的最优发酵工艺条件为：原麦汁浓度为11°P，在麦汁煮沸后43 min添加2.5%甘露子浆，在此条件下酿制的甘露子精酿啤酒酒体澄澈，口感醇正，泡沫细腻，感官评分为90.6分，双乙酰含量为0.043 mg/L，色度为12.85 EBC，总酸含量为1.92 mg/100 mL，苦味值为15.26 IBU，酒精度为4.87%vol，其理化指标符合相关国家标准要求。 甘露子精酿啤酒具有一定的抗氧化活性，对ABTS和DPPH自由基的清除率分别为94.28%、85.51%。这种结合了传统与现代的创新型啤酒产品，不仅满足了消费者对美味啤酒的追求，还赋予了其更多的健康益处和保健功能。该研究不仅丰富了甘露子啤酒发酵工艺的理论体系，也为该类型啤酒的工业化生产和品质提升奠定了坚实的基础。
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