桑葚龙眼高粱啤酒制备工艺优化及品质分析

吴冬梅1,2,先良栋1,谭洪全1,童鹏程1,罗 顺1,陈 艳1,邵镜霖1,袁永飞3*

(1.泸州职业技术学院 中国酒业学院,四川 泸州 646000;2.固态发酵资源利用四川省重点实验室,四川 宜宾 644000;3.泸州老窖股份有限公司,四川 泸州 646000)

摘 要:为了丰富啤酒种类,该研究以高粱、大麦芽为主要原料,浓缩桑葚汁、浓缩龙眼汁为辅料制备桑葚龙眼高粱啤酒,对高粱芽和大麦芽糖化工艺及桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺进行优化,并对其桑葚龙眼高粱啤酒品质指标进行分析。结果表明,高粱芽、大麦芽最佳糖化工艺为料液比1∶5(g/mL),β-葡聚糖酶添加量4 g/kg,高粱芽添加量40%;最佳发酵工艺条件为混合汁麦汁浓度11°P、发酵温度18 ℃、浓缩桑葚汁添加量5 mL/100 mL、浓缩龙眼汁添加量10 mL/100 mL。在此优化条件下,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分为91分,酒精度为3.73%vol、总酸含量为0.38 mL/100 mL、二氧化碳质量分数为0.26%、色度为12.0 EBC、甲醛含量为0.48 mg/L,铅含量为0.01 mg/kg,符合相关标准要求。

关键词:高粱;糖化工艺;发酵工艺;果味啤酒

龙眼俗称“桂圆”,富含葡萄糖、氨基酸、膳食纤维、维生素及多糖物质,具有抗菌、抑癌[1]、降脂护心、清除自由基[2]、延缓衰老、降低血糖[3]、调节免疫系统等保健作用。桑葚是桑树果实,含有活性蛋白、维生素、氨基酸、矿物质及功能性成分,具有抗氧化、降糖、增强免疫和改善睡眠等功效[4-5]。龙眼、桑葚主要用于生产干制品[6],由于其营养丰富且富含多种功能成分,为酿造发酵饮品提供了理想基质,可解决鲜果不耐贮藏的问题,提升产品附加值。龙眼味偏甜,桑葚味偏酸,两者复配可构建出层次丰富、甜酸协调的果香风味轮廓,提升产品的感官品质。

啤酒是以麦芽、水为主要原料,加啤酒花(包括酒花制品),经酵母发酵酿制而成、含有二氧化碳的、起泡的低酒精度的发酵酒[7],广受全球消费者喜爱,消费量逐年增加[8-9],其酿造主要是从大麦、小麦等发芽谷物中获取糖分进行发酵[10]。高粱中铁、镁、硒及膳食纤维含量丰富,氨基酸种类较齐全,还含有植物固醇、原花青素和酚酸等多种功能活性物质,可提高啤酒的品质[11-12],可作为大麦的全麦替代或辅料使用,制得的高粱啤酒作为全麸质或低麸质啤酒的理想替代品,能够有效满足乳糜泻、非乳糜泻麸质或小麦敏感人群的特殊需求。以高粱为原料进行糖化工艺优化及酿造啤酒已有相关报道[13-14],AMISI A K等[15]采用响应面(response surface methodology,RSM)法优化了高粱麦芽糖化过程中的淀粉水解工艺,确定α-淀粉酶、β-淀粉酶水解温度分别为79.2 ℃、63.3℃,水解时间均为18.4 min,可提升可发酵糖的释放率;KPOGHELIE P O等[16]以高粱麦芽与杂交黄木薯为原料生产的啤酒营养成分更佳,富含维生素A和维生素C;但用高粱芽酿造啤酒存在酶活力低、糖化效果差、β-葡聚糖含量高、过滤困难的问题,且用高粱酿造果味啤酒的工艺优化及品质分析的系统研究鲜有报道。

本研究以高粱、大麦芽为主要原料,并添加桑葚和龙眼浓缩汁制备桑葚龙眼高粱啤酒,对高粱芽和大麦芽糖化工艺、桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺进行优化,并对啤酒品质指标进行了分析,以期丰富啤酒种类,为啤酒的原料选择和工艺优化提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糯红高粱:本地市售;浓缩桂圆(龙眼)汁(糖度60°Brix、酸度0.5 g/100 mL)、浓缩桑葚汁(糖度60°Brix、酸度2.5 g/100 mL):陕西米先尔生物科技有限公司;浅色大麦芽:潍坊蓝乔精酿啤酒原料有限公司;哈拉道传统啤酒花:德国圣约翰酒花加工厂;US-05酵母:法国弗曼迪斯(Fermentis)公司;耐高温α-淀粉酶(酶活15 000 U/mL):沧州夏盛酶生物技术有限公司;β-葡聚糖酶(酶活20 000 U/mL):山东隆科特酶制剂有限公司;卡拉胶:绿新(福建)食品有限公司。

1.2 仪器与设备

FA 1104N分析天平(感量0.1 mg):永康市杰力衡器有限公司;101-2E型电热鼓风干燥箱:上海科恒实业发展有限公司;DK-S26型恒温水浴锅:上海浦东荣丰科学仪器有限公司;UV-1800PC型紫外可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司;DHP-9162型电热恒温培养箱:上海一恒科学仪器有限公司;PHS-25型pH计:上海仪电科学仪器股份有限公司;PBA-5001 Beer型啤酒全自动分析仪:奥地利Anton Paar公司。

1.3 方法

1.3.1 桑葚龙眼高粱啤酒制备工艺流程及操作要点

操作要点:

高粱制芽:高粱清洗后采用“4 h浸渍+1 h断水”工艺浸渍高粱28 h,使高粱萌芽,在24 ℃条件下发芽5 d,每天翻麦数次,喷淋加水,50 ℃鼓风干燥24 h,除去根芽。

原料粉碎:将干燥的高粱芽直接粉碎成细粉;大麦芽用适量水润湿拌匀(表面湿润不沾手),然后再粉碎,要求麦皮破而不碎。

糖化:分别称取一定量粉碎大麦芽和高粱芽(高粱芽添加量10%)。于料液比1∶3(g/mL)条件下加水,大麦芽在40 ℃投料恒温保持30 min,高粱芽使用α-淀粉酶(15 U/g高粱)于95 ℃糖化20~30 min成稀醪液,混匀两醪液(两种原料的料液比一致),50 ℃条件下加入β-葡聚糖酶(3 g/kg高粱)进行葡聚糖水解和蛋白质休止40 min,继续升温至63 ℃糖化原料40 min,继续升温至72 ℃糖化、直至碘检合格,醪液无色,升温至78 ℃后4层纱布过滤,适量78 ℃热水洗糟,收集头道汁和二道汁,混合均匀。

煮沸:将过滤好的混合汁调整到麦汁浓度约为8°P,然后加热煮沸,保持沸腾70 min,分3次加入酒花颗粒(0.45 g/L),当麦汁沸腾10 min时,第1次添加20%酒花,当麦汁沸腾状态30 min时,第2次添加60%酒花;当麦汁沸腾50 min时,按0.5 g/L添加卡拉胶;当麦汁沸腾60 min时,第3次添加剩余酒花,10 min后将麦汁转入回旋沉淀槽回旋10 min,静置20 min,分离凝固物,麦汁浓度调整到9°P,冷却至18 ℃。

发酵、贮藏:将干酵母按照1∶10(g∶mL)的料液比加入28 ℃冷却麦汁中,恒温活化20 min,间隔10 min搅拌一次,酵母备用。将活化酵母按0.5 g/L麦汁添加到发酵容器中,18 ℃进行主发酵,发酵期间,当发酵液残糖、比重恒定时主酵结束。主发酵结束采用虹吸法将啤酒上清夜吸入KEG桶以排出酵母后添加浓缩桑葚汁、龙眼汁(各2.5 mL/100 mL),于4 ℃后发酵5 d,0 ℃低温贮藏7 d,促进啤酒口感成熟,得到桑葚龙眼高粱啤酒。

1.3.2 高粱芽、大麦芽糖化工艺优化

采用单因素试验优化高粱芽、大麦芽啤酒糖化工艺。在上述基础工艺条件下,分别考察糖化料液比(1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7,g∶mL)、β-葡聚糖酶添加量(0、1 g/kg、2 g/kg、3 g/kg、4 g/kg、5 g/kg、6 g/kg、7 g/kg)、高粱芽添加量(0、10%、20%、30%、40%、50%)对混合麦汁中总还原糖、α-氨基氮含量的影响。

1.3.3 桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺优化

单因素试验:在固定工艺参数基础上,分别考察混合汁麦汁浓度(7°P、9°P、11°P、13 °P、15°P)、发酵温度(12 ℃、15 ℃、18℃、21℃、24℃)、浓缩桑葚汁添加量(2.5mL/100 mL、5.0mL/100mL、7.5mL/100mL、10.0mL/100mL、12.5mL/100mL)、浓缩龙眼汁添加量(2.5 mL/100 mL、5.0 mL/100 mL、7.5 mL/100 mL、10.0 mL/100 mL、12.5 mL/100 mL)对啤酒感官评分及酒精度的影响。

正交试验:在单因素试验结果的基础上,以混合汁浓度(A)、发酵温度(B)、浓缩桑葚汁添加量(C)、浓缩龙眼汁添加量(D)为影响因素,感官评分为评价指标,采用4因素4水平L16(45)正交试验优化桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺,正交试验设计因素与水平见表1。

表1 啤酒发酵工艺优化正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for beer fermentation process optimization

1.3.4 理化指标检测

还原糖的测定:直接滴定法[17]α-氨基氮的测定:比色法[18];总酸、二氧化碳、色度的测定[19];酒精度的测定:采用啤酒自动分析仪;甲醛的测定[20]:比色法;铅含量的测定[21]:石墨炉原子吸收光谱法。

1.3.5 感官评价

选取10名经过专业培训人员组成感官评价小组,依据GB/T 4928—2008《啤酒分析方法》[19],参照苗俨龙等[22]的方法从外观、泡沫、香气、口味4个方面对桑葚龙眼高粱啤酒进行评价,满分100分,桑葚龙眼高粱啤酒感官评价标准见表2。

表2 桑葚龙眼高粱啤酒感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of mulberry longan sorghum beer

1.3.6 数据处理与分析

采用Origin 2024整理数据、绘图,SPSS 25软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 高粱芽、大麦芽糖化工艺优化单因素试验结果

2.1.1 料液比的确定

料液比对还原糖、α-氨基氮含量的影响见图1。由图1可知,当料液比为1∶3、1∶4、1∶5(g∶mL)时,还原糖和α-氨基氮含量均显著增加(P<0.05);当料液比为1∶5(g∶mL)时,还原糖、α-氨基氮含量均最高,分别为51.00 g/L、130.00 mg/L;当料液比为1∶6、1∶7(g∶mL)时,还原糖含量变化趋于平稳,而α-氨基氮含量有所下降。因此,确定最适料液比为1∶5(g∶mL)。

图1 料液比对还原糖和α-氨基氮含量的影响
Fig.1 Effect of solid and liquid ratio on the contents of reducing sugar and α-amino nitrogen

同指标不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

2.1.2 β-葡聚糖酶添加量的确定

高粱芽原料中β-葡聚糖含量高,β-葡聚糖酶可水解高粱芽中β-葡聚糖为低聚糖,进而改善糖化过滤效果,溶出更多的还原糖和α-氨基氮,提升原料浸出率[23]β-葡聚糖酶添加量对还原糖和α-氨基氮含量的影响见图2。由图2可知,随着β-葡聚糖酶添加量在0~7g/kg范围内增加,还原糖、α-氨基氮含量均呈先上升后趋于平稳的趋势;当β-葡聚糖酶添加量为4 g/kg时,还原糖、α-氨基氮的含量分别为49.86 g/L、113.37 mg/L。β-葡聚糖酶添加量>4 g/kg时,还原糖和α-氨基氮含量基本趋于平稳。因此,确定最佳β-葡聚糖酶添加量为4 g/kg。

图2 β-葡聚糖酶添加量对还原糖和α-氨基氮含量的影响
Fig.2 Effect of β-glucanase addition on the contents of reducing sugar and α-amino nitrogen

2.1.3 高粱芽添加量的确定

高粱芽添加量对还原糖和α-氨基氮含量的影响见图3。由图3可知,随着高粱芽添加量在0~50%范围内增加,还原糖含量先上升后有所下降,α-氨基氮含量呈明显下降趋势,相较于100%大麦芽,高粱辅料会导致α-氨基氮显著下降,这与SCHNITZENBAUMER B[24]研究结果中α-氨基氮含量的变化趋势一致。当高粱芽添加量为40%时,还原糖、α-氨基氮含量分别为49.30 g/L、105 mg/L,此时,α-氨基氮含量对酵母生长和发酵已足够[25],与添加40%高粱生成的α-氨基氮含量(100~110 mg/L左右)一致[24]。高粱作为大麦辅料可生产低麸质啤酒,能够满足麸质敏感群体的特殊需求,故确定最佳高粱芽添加量为40%,这与CIOCAN M E等[26]研究中高粱辅料的添加比例为40%~60%的结果比较一致。

图3 高粱芽添加量对还原糖和α-氨基氮含量的影响
Fig.3 Effect of sorghum sprouts addition on the contents of reducing sugar and α-amino nitrogen

2.2 桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺优化单因素试验结果

2.2.1 混合汁麦汁浓度的确定

麦汁浓度高低对酵母吸收营养物质并进行生长代谢都具有重要影响[27]。麦汁浓度低,乙醇生成量少,啤酒口味越寡淡,风味物质生成量减少[28];麦汁浓度过高,酵母细胞活力下降生长代谢受到抑制[29-30]。混合汁麦汁浓度对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响见图4。

图4 混合汁麦汁浓度对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响
Fig.4 Effect of mixed juice wort concentration on the sensory score and alcohol content of mulberry longan sorghum beer

由图4可知,随着混合汁麦汁浓度在6~15°P范围内增加,感官评分呈先上升后降低的趋势,酒精度逐渐增加;当混合汁麦汁浓度为11°P时,感官评分最高,为90.0分,此时,酒精度为3.80%vol。综上,确定最佳混合汁麦汁浓度11°P。

2.2.2 发酵温度的确定

温度对啤酒发酵有重要影响,会严重影响酵母生长和代谢速率[31],可直接决定酯类、醇类等风味物质的生成,甚至严重影响啤酒风味[32]。发酵温度对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响见图5。由图5可知,随着发酵温度在12~24 ℃范围内增加,感官评分呈先上升后降低的趋势,酒精度逐渐增加;当发酵温度为18 ℃时,感官评分最高,为90.7分,此时,酒精度为3.70%vol,此时啤酒果味和啤酒味协调,口感最好。综上,确定最佳发酵温度为18 ℃。

图5 发酵温度对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响
Fig.5 Effect of fermentation temperature on the sensory score and alcohol content of mulberry longan sorghum beer

2.2.3 浓缩桑葚汁添加量的确定

浓缩桑葚汁添加量对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响见图6。由图6可知,随着浓缩桑葚汁添加量在2.5~12.5 mL/100 mL范围内增加,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分呈先增加后降低的趋势,而酒精度变化趋于平稳。当浓缩桑葚汁添加量为5.0 mL/100 mL时,感官评分最高,为91.0分,此时酒精度为3.79%vol。综上,确定最佳浓缩桑葚汁添加量为5.0 mL/100 mL。

图6 浓缩桑葚汁添加量对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响
Fig.6 Effect of concentrated mulberry juice addition on the sensory score and alcohol content of mulberry longan sorghum beer

2.2.4 浓缩龙眼汁添加量的确定

浓缩龙眼汁添加量对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响见图7。由图7可知,随着浓缩龙眼汁添加量在2.5~12.5 mL/100 mL范围内增加,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分呈先增加后降低的趋势,酒精度趋于平稳;当浓缩龙眼汁添加量为7.5 mL/100 mL时,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分最高,为89.7分,此时酒精度为3.70%vol。综上,确定浓缩龙眼汁添加量为7.5 mL/100 mL。

图7 浓缩龙眼汁添加量对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分及酒精度的影响
Fig.7 Effect of concentrated longan juice addition on the sensory score and alcohol content of mulberry longan sorghum beer

2.3 桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺优化正交试验结果

基于单因素试验结果,选取混合汁麦汁浓度(A)、发酵温度(B)、浓缩桑葚汁添加量(C)、浓缩龙眼汁添加量(D)为影响因素,感官评分为评价指标,进行4因素4水平正交试验。发酵工艺优化正交试验结果与分析见表3,方差分析结果见表4。

表3 发酵工艺优化正交试验结果与分析
Table 3 Results and analysis of orthogonal experimental tests for fermentation process optimization

续表

表4 正交试验结果方差分析
Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment results

注:“*”表示对结果影响显著(P<0.05)。

由表3可知,对桑葚龙眼高粱啤酒感官评分影响的主次因素为CABD,即浓缩桑葚汁添加量>混合汁麦汁浓度>浓缩龙眼汁添加量>发酵温度;由R值可知,最佳发酵工艺条件组合为A2B3C2D4,即混合汁浓度11°P、发酵温度18 ℃、浓缩桑葚汁添加量5 mL/100 mL、浓缩龙眼汁添加量10mL/100mL,在此优化条件下进行3次平行验证试验,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分为91.0分。由表4可知,混合汁麦汁浓度(A)、发酵温度(B)、浓缩桑葚汁添加量(C)对感官评分有显著影响(P<0.05)。

2.4 桑葚龙眼高粱啤酒品质分析

在混合汁麦汁浓度为11°P、发酵温度为18 ℃、浓缩桑葚汁添加量5 mL/100 mL、浓缩龙眼汁添加量10 mL/100 mL条件下生产桑葚龙眼高粱啤酒。酒体泡沫较细腻挂杯,外观呈中等琥珀色,甜酸适宜、桑葚龙眼果味突出、啤酒味和果味协调;桑葚龙眼高粱啤酒酒精度为3.73%vol、总酸含量为0.38 mL/100 mL、二氧化碳质量分数为0.26%、色度为12.0 EBC、甲醛含量为0.48 mg/L,铅含量为0.01 mg/kg。该桑葚龙眼高粱啤酒理化指标符合Q/HXC0001S—2025《发酵酒(果蔬味啤酒)》[33]规定中啤酒的感官要求及理化指标要求(原麦汁浓度为11.0°P时,酒精度≥3.7%vol、总酸≤4.5 mL/100 mL、二氧化碳质量分数为0.25%~0.65%、色度为2.0~14.0 EBC、甲醛≤2.0 mg/L,铅≤0.18 mg/kg)。

3 结论

本研究以高粱、大麦芽为主要原料,浓缩桑葚汁、浓缩龙眼汁为辅料制备桑葚龙眼高粱啤酒,对高粱芽和大麦芽糖化工艺及桑葚龙眼高粱啤酒发酵工艺进行优化,并对桑葚龙眼高粱啤酒品质指标进行分析。结果表明,高粱芽、大麦芽糖化工艺条件为料液比1∶5(g/mL),β-葡聚糖酶添加量4 g/kg,高粱芽添加量40%;发酵工艺条件为混合汁麦汁浓度11°P、发酵温度18 ℃、浓缩桑葚汁添加量5 mL/100 mL、浓缩龙眼汁添加量10 mL/100 mL。在此优化条件下,桑葚龙眼高粱啤酒感官评分为91分,呈中等琥珀色,甜酸适宜、桑葚龙眼果味突出、啤酒味和果味协调,酒精度为3.73%vol、总酸含量为0.38 mL/100 mL、二氧化碳质量分数为0.26%、色度为12.0 EBC、甲醛含量为0.48 mg/L,铅含量为0.01 mg/kg,符合Q/HXC0001S—2025发酵酒(果蔬味啤酒)企业标准要求。

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Optimization for preparation process and quality analysis of mulberry longan sorghum beer

WU Dongmei1,2,XIAN Liangdong1,TAN Hongquan1,TONG Pengcheng1,LUO Shun1,CHEN Yan1,SHAO Jinglin1,YUAN Yongfei3*
(1.School of China Alcoholic Drinks,Luzhou Vocational and Technical College,Luzhou 646000 China;2.Solid-state Fermentation Resource Utilization Key Laboratory of Sichuan Province,Yibin 644000,China;3.Luzhou Laojiao Co.,Ltd.,Luzhou 646000,China)

Abstract:To diversify the types of beer,mulberry longan sorghum beer was prepared using sorghum and malt as the main raw materials,concentrated mulberry juice and concentrated longan juice as auxiliary materials,the saccharification process of malted sorghum and malt and the fermentation process of mulberry longan sorghum beer were optimized,and the quality indexes of the beer were analyzed.The results indicated the optimized saccharification process for malted sorghum and malt was as follows:solid and liquid ratio 1∶5(g/ml),β-glucanase addition 4 g/kg,and malted sorghum addition 40%.The optimal fermentation process conditions for the mulberry longan sorghum fruit beer were as follows:mixed juice wort concentration 11°P,fermentation temperature 18 ℃,concentrated mulberry juice addition 5 ml/100 ml,and concentrated longan juice addition 10 ml/100 ml.Under these optimized conditions,the sensory score,alcohol content,total acid content,carbon dioxide mass fraction,color intensity,and formaldehyde content of mulberry longan sorghum beer were 91 points,3.73%vol,0.38 ml/100 ml,0.26%,12.0 EBC,0.48 mg/L,and 0.01 mg/kg,which met the relevant standard requirements.

Key words:sorghum;saccharification process;fermentation process;fruit-flavor beer

中图分类号:TS262.5

文章编号:0254-5071(2026)03-0253-06

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.03.034

引文格式:吴冬梅,先良栋,谭洪全,等.桑葚龙眼高粱啤酒制备工艺优化及品质分析[J].中国酿造,2026,45(3):253-258.

收稿日期:2025-09-30

修回日期:2025-12-27

基金项目:泸州市科技计划项目(2023JYJ074,2023RCM191);固态发酵资源利用四川省重点试验室项目(2023GTYY05);酿酒微生物应用与检测技术泸州市重点试验室项目(NJ202207)

作者简介:吴冬梅(1985-),女,讲师,硕士,研究方向为食品发酵、酒类酿造。

*通讯作者:袁永飞(1984-),男,工程师,本科,研究方向白酒酿造工作。