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對啤酒花顆粒異構(gòu)化的研究
來源:  2015-12-21 10:53 作者:

  啤酒苦味主要來源于酒花中的α—酸,在麥汁煮沸過程中,添加酒花的α—酸會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惁痢帷.惁痢嶂饕墒蛊【凭哂腥岷偷目喔校痢岬漠悩?gòu)化就代表了酒花物質(zhì)在啤酒釀造中的關(guān)鍵反應(yīng)。然而,在麥汁煮沸過程中,異構(gòu)化產(chǎn)率相對較低(最高只能達(dá)到50%—60%),再經(jīng)過麥汁冷卻、發(fā)酵和冷儲(chǔ)等工藝后,最終成品啤酒中含量更低。同時(shí),存在異構(gòu)化產(chǎn)率的問題。


     首先,在煮沸鍋中異構(gòu)化過程受溫度、壓力、煮沸時(shí)間、麥汁pH 值、比重、酒花添加率、酒花品種和煮沸方式等影響;其次,α—酸在煮沸過程中的產(chǎn)品不只是異α—酸,還有反異α—酸,而且α—酸與異α—酸都要經(jīng)過氧化降解;再次,在回旋槽麥汁澄清階段、發(fā)酵及后熟過程中,兩者都有不同程度的損失,最終α—酸的利用率最高只能達(dá)到30%—40%。


  目前,有關(guān)α—酸異構(gòu)化和在釀造過程中利用情況的研究報(bào)道很少。一些研究者發(fā)現(xiàn),在麥汁煮沸后期主要是發(fā)酵過程中α—酸仍有損失,而異α—酸在發(fā)酵過程中損失較小。且發(fā)現(xiàn)麥汁初始濃度對α—酸的利用是一個(gè)重要的參數(shù),高濃麥汁會(huì)促使更多的異—酸損失,導(dǎo)致低的苦味物質(zhì)產(chǎn)生。在釀造過程中,合葎草酮利用率要比葎草酮加上加葎草酮高。


     曾有研究者指出,合葎草酮有較高的利用率是因?yàn)樵谥蠓绣佒腥劜萃图尤劜萃诎l(fā)酵罐中異葎草酮和異加葎草酮損失較多的緣故。1986 年,研究者比較了在實(shí)驗(yàn)500mL與大生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)900hL條件下,α—酸麥汁煮沸過程中異構(gòu)化率的情況,發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里異構(gòu)化率能達(dá)到49%,大生產(chǎn)只能達(dá)到24%,原因是實(shí)驗(yàn)室pH 值為5.5,而大生產(chǎn)的pH值為4.8,而且隨著麥汁比重增加,異構(gòu)化率下降,在回旋槽中損失的異α—酸高達(dá)50 %。


     而研究得出的結(jié)論卻不一致,沒有發(fā)現(xiàn)麥汁比重與酒花利用率之間存在負(fù)面關(guān)系;合葎草酮與其他同系物相比在釀造過程中有最高的異構(gòu)化率;與麥汁煮沸相比,在后續(xù)的發(fā)酵和后熟工藝中,異合葎草酮與其他異α—酸形式的量沒有多少改變,也就是說成品酒中異α—酸的量是來自于麥汁煮沸過程;在發(fā)酵過程中,異葎草酮和異加葎草酮以相似比例下降,而異合葎草酮下降比例較小。


  最近,α—酸異構(gòu)化的動(dòng)力學(xué)研究,表明這個(gè)反應(yīng)遵循一級動(dòng)力學(xué)方程,其速率隨著溫度而改變。其試驗(yàn)結(jié)論與較早的研究結(jié)論(在模擬系統(tǒng)與麥汁煮沸條件)相一致,而不同的是合葎草酮的異構(gòu)化速率等于葎草酮和加葎草酮的異構(gòu)化速率。鑒于前人對酒花異構(gòu)化利用情況尚存在很多爭議,本研究主要用響應(yīng)面法分析在酒花顆粒預(yù)異構(gòu)化過程中影響異構(gòu)化率的關(guān)鍵因素,用HPLC 分析α—酸與異α—酸的含量,最終目的是把異α—酸酸化處理再經(jīng)過真空冷凍干燥提純后加入到成品啤酒中,用NIBEM—TPH 與NIBEM—CLM 兩種儀器指標(biāo)評價(jià)異α—酸對啤酒泡沫穩(wěn)定性與掛杯性的影響效果。


     1 材料與方法


     1.1 試驗(yàn)材料


     酒花:新疆農(nóng)二師27團(tuán)無湖顆粒啤酒花;MgCl2,甲醇:Sigma 試劑公司,分析純。高壓蒸汽滅菌鍋;立式滅菌鍋,4080 型,山東新華醫(yī)療器械股份有限公司;紫外可見分光光度計(jì):2100型,GE醫(yī)療設(shè)備有限公司;電子天平:AL204型,梅特勒—托利多儀器有限公司。


     1.2 試驗(yàn)方法


     用分析天平稱取一定質(zhì)量的啤酒花顆粒和MgCl2于三角瓶中,倒入一定pH值的緩沖液,混勻,然后將其放入高壓滅菌鍋反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后,用冰袋快速降溫至室溫,過濾待測。


     1.3  異α—酸測定


     溶液A:吸取1mL異構(gòu)物于25mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度,混勻。溶液B:吸取0.文章來源華夏酒報(bào)5mL溶液A于裝有約37.5mL醇的50mL容量瓶中,加入NaOH溶液,用甲醇稀釋至刻度,混勻。空白;吸取0.5mL1.5mol/LNaOH溶液于50mL容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,混勻。在255nm下測定吸光光度值,ε消光度系數(shù)為510。


     1.4 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析


     試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert7.0.0專業(yè)軟件進(jìn)行分析。


     2 結(jié)果與討論


     2.1 影響α—酸異構(gòu)化因素


     啤酒花顆粒中的α—酸在自然條件下是沒有苦味的,只有發(fā)生異構(gòu)化作用生成異α—酸才表現(xiàn)出苦感。而麥汁煮沸過程中α—酸發(fā)生異構(gòu)化是釀造工藝中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。在國內(nèi)外化產(chǎn)率,在釀造過程中影響α—酸異構(gòu)化的因素有很多,且實(shí)驗(yàn)室小試的最佳方案未必符合大生產(chǎn)結(jié)果,所以只能選取一些可控因素如加熱溫度、壓力、緩沖液pH值、酒花添加量和催化劑添加量進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際啤酒生產(chǎn)中,80%左右都添加酒花顆粒,其在熱水中崩解速度快,無需考慮溶解問題,可操作性強(qiáng),所以考慮用顆粒狀的酒花制品。


     2.1.1 溫度影響α—酸的異構(gòu)化率同加熱溫度或壓力下對α—酸異構(gòu)化率的影響結(jié)果。


     隨著加熱溫度逐漸升高異構(gòu)化率也在增加,在121℃時(shí)酒花浸膏中α—酸異構(gòu)化率為86.73%,達(dá)到最大值,超過121℃后繼續(xù)加熱轉(zhuǎn)化率開始下降。


     2.1.2 pH 值影響α—酸的異構(gòu)化率


     不同pH值對α—酸的異構(gòu)化率的影響。在酒花顆粒原溶液中異構(gòu)化率僅為53.46%,隨著pH值逐漸增加,異構(gòu)化率先增加,且在pH值為10 時(shí)達(dá)到最大值,酒花顆粒α—酸異構(gòu)化率為92.07%,pH值為10以上異構(gòu)化率呈遞減趨勢,pH值為11.31時(shí)異構(gòu)化率為65.34%。說明在異構(gòu)化過程溶液pH值對α—酸異構(gòu)化有影響,偏堿性對其有利。


     2.1.3 酒花添加量影響α—酸的異構(gòu)化率


     隨著添加量增加異構(gòu)化率先增加后減少,在150mL體系中添加4g酒花時(shí)α—酸異構(gòu)化率達(dá)到最大值80.19%,雖然隨著添加量的增加,體系中異α—酸濃度也增加,但是α—酸的轉(zhuǎn)化率反而下降,可以看出,酒花顆粒中α—酸濃度太大,其溶解度受限并不能得到充分異構(gòu)化;而α—酸濃度太低時(shí)發(fā)生的副反應(yīng)較多,使最終異α—酸的含量降低。


     2.1.4 催化劑量影響α—酸的異構(gòu)化率


     隨著催化劑的量逐漸增加,酒花浸膏中α—酸異構(gòu)化率先上升后下降;催化劑的量在3%時(shí),達(dá)到最大值,α—酸異構(gòu)化率為93.96%,當(dāng)催化劑的用量大于3%時(shí)開始下降,在4%時(shí)α—酸異構(gòu)化率下降至74.25%。這表明,一定比例的催化劑MgCl2對α—酸異構(gòu)化反應(yīng)還是有影響,但是添加量過多會(huì)對異構(gòu)化產(chǎn)生負(fù)面作用,破壞反應(yīng)之間的平衡。


     2.2 響應(yīng)面分析


     進(jìn)行單因素試驗(yàn)后,綜合考慮到因素之間存在交互作用也會(huì)影響到α—酸的異構(gòu)化及要找出哪種因素是影響異構(gòu)化率的最主要因素,以加熱溫度、pH值、添加酒花顆粒量、催化劑MgCl2的量作為影響因素,根據(jù)試驗(yàn)中的最優(yōu)值設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn),4個(gè)中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn),共29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。


  2.2.1 方差分析


  加熱溫度、酒花添加量和催化劑量是酒花顆粒異α—酸轉(zhuǎn)化的重要控制因素,其中溫度和酒花添加量、溫度和催化劑添加量有交互作用,且交互作用顯著,說明溫度是酒花顆粒異α—酸轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵控制因素。


     2.2.2 建立二次響應(yīng)面回歸模型


     該試驗(yàn)回歸方程為:
       Y1=93.71—6.32×A—16.96×B+0.22×C+3.73×D+5.85×A×B—0.15×A×C—6.36×A×D—4.76×B×C+6.75×B×D—2.6×C×D—13.71×A2—0.46×B2—0.83×C2—5.79×D2


     式中:Y1為酒花α—酸轉(zhuǎn)化為異α—酸的轉(zhuǎn)化率;A 為加熱溫度編碼值;B為酒花添加量編碼值;C為pH值編碼值;D為MgCl2添加量編碼值。


     回歸方程R2=99.89%,RMSE=0.585,表明回歸方程擬合程度良好,失擬較小,可以用該方程代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行分析。


     響應(yīng)面分析圖和等高線分析圖見圖1。
     從3個(gè)等高線圖看出,當(dāng)C、D兩個(gè)因素水平一定時(shí),異α—酸的轉(zhuǎn)化率的影響與A、B的影響是一致的。在溫度pH值、催化劑pH 值三維圖中均出現(xiàn)極值點(diǎn),得到較理想的拋物線型三維圖。


     2.2.3 響應(yīng)因子水平優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案


     由二次回歸方程得出了最優(yōu)組合:溫度為116.29℃,酒花添加量為2g,pH值為11,催化劑添加量3%,預(yù)測轉(zhuǎn)化率值為118.04%。實(shí)際溫度為116℃,酒花添加量2g,pH值11,催化劑添加量3%,實(shí)際測定值116.03%,擬合度為98.3%。


     3 結(jié)論


     在單因素與響應(yīng)面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,初步研究了啤酒花顆粒在加熱過程中α—酸發(fā)生異構(gòu)化的影響因素及得到較高異α—酸轉(zhuǎn)化率的最佳條件。


  結(jié)果表明,以酒花顆粒為原料,使酒花顆粒在一些列反應(yīng)條件中α—酸轉(zhuǎn)化為異α—酸,用紫外分光光度計(jì)法分析樣品中異α—酸含量,酒花顆粒濃度對α—酸的異構(gòu)化影響最大,加熱溫度/ 壓力、催化劑用量、pH 值依次遞減。由響應(yīng)面二次回歸方程優(yōu)化出的最佳條件為:溫度116.29℃,酒花添加量2g,pH值11,催化劑添加量3%,預(yù)測轉(zhuǎn)化率值為118.04%;實(shí)際溫度為116 ℃,酒花添加量2g,pH 值11,催化劑添加量3%,實(shí)際測定值為116.03%,擬合度為98.3%,此條件下異構(gòu)化程度最好。


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編輯:苗倩
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