牛蒡, 又名大力子, 属于桔梗目菊科牛蒡属二年生草本植物, 原产于中国, 以野生为主, 后传入日本, 加以改良, 因其具有极高的营养价值, 故有“东洋参”之誉^[1]。牛蒡含有丰富的氨基酸、菊糖、黄酮类化合物等, 具有抗菌、抗氧化、抗衰老、降血糖等药理作用^[2]。牛蒡在民间作为保健食品食用已久, 已于2002年被国家卫生部列入保健食品名单^[2]。以牛蒡为原料发酵成啤酒, 可以充分保留牛蒡的营养成分, 增加啤酒保健功能, 满足当下消费者对营养保健的需求。

柠檬, 属于双子叶植物纲芸香科柑橘属常绿小乔木, 是营养价值极高且非常受欢迎的水果, 被誉为“世界上具有药用价值的水果之一”, 种植广泛。研究表明, 柠檬富含酚酸、类黄酮等活性成分, 具有抗癌、抗氧化、抑菌和预防其他慢性疾病等作用^[3]。牛蒡虽具有极佳的保健功能, 但对啤酒的风味有较大影响^[4], 而利用柠檬独特的香气能够很好地掩盖牛蒡特有的、不愉快的气味, 使啤酒口感、香气更加协调。

本研究在传统啤酒工艺的基础上, 加入预处理的牛蒡、柠檬发酵; 并通过单因素试验及正交试验, 控制酵母接种量、牛蒡超微粉/柠檬添加比例、酒花添加量等关键工艺参数, 优化酿造工艺, 以得到风味协调、清新爽口, 具有保健功效的牛蒡柠檬啤酒, 为推动功能型啤酒产品市场的发展提供参考。

1 材料与方法 1.1 材料与试剂

新鲜牛蒡, 临沂苍山县; 黄柠檬, 银座超市; 麦芽、酒花, 济南市双麦啤酒物资有限公司; 酿酒酵母SC203, 齐鲁工业大学现代酿酒装置与技术研究所; 果胶酶, 南宁庞博生物工程有限公司。

1.2 仪器与设备

水果切片机STMS-S20, 广东圣托智能设备有限公司; 热风循环烘箱, 万隆机械制造有限公司; 流水式粉碎机YF10, 瑞安市永历制药机械有限公司; 啤酒生产、发酵线, 山东申东设备有限公司。

1.3 实验方法 1.3.1 工艺流程

牛蒡→清洗→沥干水分→切片→干燥→打粉

                                                            ↓

麦芽→回潮→粉碎→糖化→麦汁过滤→麦汁煮沸→发酵→降温排渣→成品

                                                                ↑            ↑

                                                             酒花       切片←杀菌←清洗←柠檬

1.3.2 牛蒡预处理

挑选新鲜、无腐败的苍山牛蒡, 去除根须、杂质, 将表面泥土清洗干净, 控干水分后, 用水果切片机切成1.0~0.5 cm的薄片; 切成的薄片应立即放入1%维生素C溶液中进行护色, 以防牛蒡氧化变色^[5]; 护色15~20 min, 放入烘干箱中, 60~65℃温度下烘干至湿度不超过12%, 通过超微粉碎机粉碎至300目以上, 即为牛蒡超微粉, 备用^[6]。

1.3.3 酿造过程

麦芽粉碎: 大麦芽与小麦芽按质量4∶1配料, 加适量水回潮5~10 min后, 用麦芽粉碎机进行粉碎, 要求麦芽“破而不碎”^[7]。

麦芽糖化: 按麦芽与水1 g∶6 mL的比例, 将水加入糖化锅中, 升温至37 ℃时加入粉碎好的麦芽, 搅拌均匀, 通过浸出糖化法进行糖化。

麦汁煮沸、旋沉: 糖化结束后, 过滤, 麦汁导入煮沸锅中煮沸, 加入酒花, 煮沸总时长为50 min, 煮沸第40 min时加入牛蒡超微粉。通过调整煮沸的强度, 将原麦汁浓度控制在11~12 °P。煮沸结束后, 导入旋沉槽内静置30 min, 排出麦汁中的热凝固物。

发酵液制备: 柠檬提前清洗干净、紫外灯灭菌30 min, 切成0.5~1.0 cm薄片、去核, 加入0.2%果胶酶, 放入发酵罐中; 旋沉后的麦汁, 通过板式换热器降温, 导入发酵罐中, 接种酿酒酵母SC203, 设置发酵温度(20±0.5)℃, 发酵周期10 d; 发酵期间, 每天检测麦芽汁残糖量, 残糖量在5.5%~6.5%时封罐, 封罐后调控发酵罐的压力在0.12~0.15 MPa。

降温、排渣: 主发酵结束后, 将发酵液降温至5 ℃, 维持24 h后, 降温至1 ℃, 维持48 h后排渣1次, 每隔48 h排渣1次, 共排渣2~4次, 至酒液清澈, 无明显酵母悬浮。发酵罐温度维持在0~2 ℃存储即得到牛蒡柠檬鲜啤酒, 可进行品鉴。

1.4 指标检测与感官评价 1.4.1 指标检测

酒精度、总酸、原麦汁浓度: 按照GB/T 4928-2008《啤酒分析方法》^[8]要求检测。残糖量: 斐林试剂直接滴定法。理化指标、微生物指标需符合相关国家标准要求。

感官品评标准: 品评小组由10位具有丰富啤酒品评经验的专业人员组成, 从色泽、口感、香气三个方面对牛蒡柠檬啤酒进行品鉴, 按照表 1的评分标准^[9]打分; 无记名打分后取平均值作为最终感官得分。

1.5 单因素试验设计

在试验过程中发现酵母接种量、牛蒡超微粉/柠檬添加比例、酒花添加量是影响牛蒡柠檬鲜啤酒风味的主要因素。采用控制单一变量法试验, 酵母接种量分别为0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%;牛蒡超微粉、柠檬片添加比例(g∶g)分别为1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9;酒花添加量分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%。以上各组试验酿造的成品酒均需由品评小组成员进行感官品评、打分, 并检测相关指标。

1.5.1 正交试验设计

在对单因素试验结果分析的基础上, 再进行正交试验设计, 选取酵母接种量(A), 牛蒡超微粉、柠檬片添加比例(B), 酒花添加量(C)三个因素, 以感官品评为判断指标, 通过3因素3水平正交试验优化牛蒡柠檬啤酒的酿造工艺。正交试验因素水平设计表见表 2。

2 结果与分析 2.1 酵母接种量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

按工艺流程制备发酵液, 酿酒酵母接种量分别为0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%;发酵温度为20 ℃, 发酵周期10 d; 分析酿酒酵母接种量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响, 结果如表 3。

由表 3可知, 随着酵母接种量的逐渐增加, 牛蒡柠檬啤酒的酒精度也呈递增趋势, 残糖量则相应减少。当酵母接种量低于0.04%时, 啤酒发酵速度缓慢, 发酵不完全, 啤酒中酒精度很低、残糖量非常高, 导致牛蒡柠檬啤酒口感寡淡、甜腻, 不清爽; 由感官评分可以看出, 酵母接种量并非越多越好, 达到0.07%以上时, 会导致啤酒发酵过度, 酒精含量高、残糖少, 另外酵母繁殖过度还会造成酒液过度浑浊, 同样会严重影响啤酒口感, 辛辣过度, 糖酸比失调^[10]。因此, 酵母接种量为0.06%时, 发酵最为理想。

2.2 牛蒡超微粉/柠檬添加比例对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

通过牛蒡超微粉/柠檬添加比例这一单一变量, 研究其对牛蒡柠檬啤酒品质的影响, 结果如表 4所示。

新鲜牛蒡经过干燥、粉碎制成超微细粉, 其有效成分极易释出, 可以极大地提高牛蒡的利用率^[11]; 牛蒡具有浓郁的、不愉快的特殊气味, 如果单一发酵, 即使添加量很少, 也会严重影响啤酒的风味。柠檬的香气浓郁, 为大众喜爱, 与牛蒡按适当比例结合共同发酵, 可以很好地掩盖牛蒡不愉悦的气味, 酒香协调; 很好地解决了因牛蒡浓郁的气味而减少其添加量、保健功效减倍的问题。

由表 4可以看出, 牛蒡超微粉与柠檬的添加比例(g∶g)为1∶7时, 牛蒡柠檬啤酒口感最佳, 香气和谐, 酸甜适宜, 清爽可口。柠檬虽香气宜人, 但比例也不宜过高, 比例过高会造成啤酒酸度过高、口感苦涩。

2.3 酒花添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响

啤酒花作为啤酒的灵魂, 对啤酒风味影响很大, 既是啤酒的增香物质和苦味来源, 又能起到防腐的作用^[12]; 在牛蒡柠檬啤酒酿造过程中, 适当改善啤酒花的添加量, 也可以中和牛蒡的气味, 故而需要探究酒花的添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响。酒花添加量对牛蒡柠檬啤酒品质的影响结果如表 5所示。

由表 5可知, 随着酒花添加量的增加, 可以明显改善牛蒡柠檬啤酒的口感; 但当酒花添加量超过0.08%时, 苦味加重, 口感不适, 也掩盖了牛蒡柠檬的香气。因此, 在牛蒡柠檬啤酒酿造工艺中酒花添加量为0.08%时, 啤酒品质较好。

2.4 正交试验优化牛蒡柠檬啤酒酿造工艺

在对单因素试验结果分析的基础上, 进行正交试验设计。以感官品评为判断指标, 通过3因素3水平L9(3³)正交试验优化牛蒡柠檬啤酒的酿造工艺, 结果与分析如表 6所示。

由表 6可知, 影响牛蒡柠檬啤酒品质的主次因素是B＞C＞A, 即牛蒡超微粉与柠檬添加比例是影响最大的因素, 其次是酒花的添加量, 而酵母添加量的影响相对前两者较小。根据k值的大小可知, 最佳酿造工艺条件为A₂B₂C₂, 即酿酒酵母SC203接种量为0.06%、牛蒡超微粉与柠檬的添加比例为1∶7、酒花添加量为0.06%, 酿造的牛蒡柠檬啤酒品质最优, 酒体饱满, 清爽杀口, 酒体清亮, 酒香突出, 具有和谐的牛蒡柠檬香气。根据正交试验的结果, 进行验证实验, 酿造出的牛蒡柠檬啤酒感官评分为96分。

2.5 结论

经单因素试验、正交试验设计以及验证试验, 确定了牛蒡柠檬啤酒最佳酿造工艺, 即酿酒酵母SC203接种量为0.06%、牛蒡超微粉与柠檬的添加比例为1∶7、酒花添加量为0.06%。牛蒡加工成超微粉, 可保障其功效成分有效释出、降低损耗, 与柠檬结合发酵酿造成牛蒡柠檬啤酒, 为保健型功能啤酒消费市场的发展提供参考。