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啤酒酿造中二甲基硫、甲基蛋氨酸、二甲基亚砜含量的变化与控制

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-09
核心提示:适度的二甲基硫(DMS)含量对啤酒风味有益,但过量会对啤酒风味产生不良影响。另外DMS有一定毒性,低浓度的DMS会引起头痛、恶心和呕吐,高浓度DMS会对中枢神经系统有麻痹作用。
   适度的二甲基硫(DMS)含量对啤酒风味有益,但过量会对啤酒风味产生不良影响。另外DMS有一定毒性,低浓度的DMS会引起头痛、恶心和呕吐,高浓度DMS会对中枢神经系统有麻痹作用。根据DMS的产生源头,控制啤酒中DMS含量主要通过两个途径:1)通过选择低DMS前驱物含量的麦芽种类,控制煮沸时间、麦汁pH值与煮沸后高温等待时间调控甲基蛋氨酸(SMM)方DMS的转化;2)优选酵母菌株、调整麦汁浓度、氨基氮含量以及发酵罐类型、发酵温度调控二甲基亚砜(DMSO)还原为DMS的含量。
 
  近年来,由于国内的消费升级,全麦芽的特色啤酒越来越受欢迎,啤酒使用全麦芽作为原料后容易导致DMS含量升高,甚至超出风味阈值,因此DMS含量变成了国内酿酒师酿造全麦啤酒时越来越受重视的一个重要风味指标。
 
  山东农业大学食品科学与工程学院的刘成和杜金华*以及山东泰山啤酒有限公司的鲍姣抽取国内15 个商品啤酒样品,对其DMS含量进行检测分析,对酿造过程中麦芽、麦汁、发酵液的DMS、SMM、DMSO含量变化过程进行详细研究,同时对啤酒生产过程中的DMS含量控制方法进行探讨。本实验对研究全麦啤酒酿造过程中DMS含量的上升原因、控制成品啤酒的DMS含量有参考意义。
 
  1. 15 种市售啤酒的DMS含量
 
  抽取国内15 个啤酒样品进行DMS含量检测,由结果得知,不同样品DMS含量差别较大,波动范围为20~105 μg/kg。本实验中15 个样品中有7 个样品超出阈值(60 μg/kg),品评部分有生青味,占总体抽检样品比例的47%,运用SPSS对数据进行相关性分析,结果表明啤酒DMS含量与啤酒类型之间呈显着相关性,相关系数0.538(P<0.05),其中Lager啤酒中有25%超出阈值,Ale啤酒中有71%超出阈值。因此DMS含量应该是国内酿酒师关注的指标,特别是生产全麦芽的Ale啤酒。
 
  抽检样品中,8 个Lager啤酒样品DMS平均含量为46 μg/kg,7 个Ale啤酒样品DMS平均含量为72 μg/kg,Ale啤酒的DMS含量高于Lager啤酒,这与国外检测结果相反,国外检测Lager啤酒DMS含量高于Ale啤酒。
 
  2. 市售麦芽DMS、SMM、DMSO含量
 
  抽取国内市场4 个厂家6 种澳麦芽品种、4 种国产小麦芽,检测DMS、SMM、DMSO含量。结果显示,澳麦芽DMS含量在1.55~4.03 μg/g范围内波动。实验中6 个澳麦芽之间DMS含量波动较大,澳麦芽5是澳麦芽2的2.6 倍,澳麦芽6的SMM含量也达到澳麦芽2的2.09 倍。运用SPSS对数据进行相关性分析,结果表明麦芽SMM含量及DMSO含量与麦芽类型之间呈显着相关性,相关系数分别为0.420(P<0.01)、0.831(P<0.01)。除小麦芽4外其余麦芽DMS、SMM、DMSO含量均比澳麦芽含量低,所以选用合适的小麦芽品种、适当提高小麦配比可以降低定型麦汁的DMS含量。
 
  3. 煮沸时间对DMS、SMM、DMSO影响
 
  研究10.2°P麦汁在Stormboil煮沸锅中煮沸过程的DMS及SMM含量变化。煮沸的初始麦汁量为104.3 t,结束麦汁量为99.9 t,煮沸强度为4.2%,煮沸过程中未添加任何水,煮沸过程麦汁pH值控制在5.6,煮沸结束时调整pH值至5.5左右。结果显示,DMS在前40 min内有一个快速的降低过程,40 min时达到30 μg/kg,降低92%,随后的20 min内降低速度减缓,整个过程中DMS降低速率远高于麦汁蒸发率,因为麦汁蒸发对DMS与SMM含量升高的影响可以忽略。
 
  半衰期时间还与实际生产过程中麦汁煮沸时的压力有关,实验在Stormboil煮沸锅中进行,煮沸过程中锅内压力为1 个大气压。运用Excel对SMM含量在0~60 min内分解曲线进行模拟,趋势线指数函数为Ct=440.07e-0.023t(R2=0.990 7),此模型中模拟了SMM浓度与加热时间的关系,计算得出SMM在100 ℃、pH 5.6时半衰期为31 min。麦汁煮沸前后DMSO含量对比结果显示,DMSO含量煮沸开始至煮沸60 min结束增加了83%,说明煮沸过程中部分从DMS被氧化为DMSO。
 
  4. 麦汁沉淀过程DMS、SMM、DMSO含量变化
 
  结果显示,随着在高温区保留时间延长,SMM不断减少,DMS含量不断增加。煮沸结束至过料结束,麦汁温度始终保持在98 ℃以上,SMM在高于70 ℃温度下会继续热分解产生DMS,而沉淀槽中的麦汁挥发面积较小,DMS被保留在麦汁中,导致DMS含量继续上升。SMM含量从煮沸结束至过料结束降低54 μg/kg,DMS增加量为40 μg/kg,74%的热分解产生的DMS被麦汁溶解。
 
  结果显示,在沉淀槽内停留40 min后DMSO只有小幅增加,总含量只增加了5%,沉淀过程中DMS少量被氧化。
 
  5. 三角瓶发酵过程DMS、SMM、DMSO含量变化
 
  实验室内用高SMM含量的麦汁作为接种麦汁,添加上面酵母在三角瓶内进行常压发酵,研究酵母发酵过程的DMS、SMM、DMSO含量,结果如图5所示。在常压下啤酒中的DMS随发酵产生的CO2散失,而SMM被酵母作为氮源消耗,但是未见发酵液中DMS有明显上升,这由于SMM被酵母代谢而未产生活性DMS。DMSO含量在发酵第3天时有明显的上升趋势,这可能与DMS被氧化有关。实验中该酵母菌株未能将麦汁中的DMSO大量还原,这与实验用酵母菌种、麦汁氨基氮含量较高、上面发酵温度有关。
 
  6. 400 t发酵罐发酵过程DMS、SMM、DMSO含量变化
 
  结果显示,1~2 d为麦汁满罐过程,前2 d满罐后DMS含量有上升趋势,2 d时达到最高值,为73 μg/kg。2 d后酵母进入厌氧发酵,糖度由11.6 °P快速降低为7.7 °P,发酵进入旺盛期,DMS随着CO2产生而挥发,下降速度较快,3 d时达到DMS最低值为43 μg/kg,为最高值的59%。3~7.5 d后随着糖度下降速度降低而趋于稳定。7.5 d后开始降温后贮,发酵后贮过程中DMS含量有升高趋势,啤酒降温后DMS溶解增高。酿酒师为了控制啤酒DMS含量,可以在发酵过程中适当推迟封罐时间,让DMS随之CO2而排出。
 
  结果显示,SMM含量在发酵初期有明显的下降趋势,这与本实验室得出的结论相符,部分硫甲基蛋氨酸被酵母代谢消耗,较峰值降低65%左右。DMSO含量前3 d稳定,发酵期间前3 d DMSO含量稳定,3 d后少量的DMSO被还原为DMS,本实验3 d后观察到DMSO含量有升高趋势,其原因需要进一步验证。
 
  结    论
 
  本研究检测国内市场上常见的15 种啤酒样品的DMS含量,其中47%的抽检样品DMS含量超出60 μg/kg,因此DMS应该是国内酿酒师重点关注的指标,特别是国内全麦芽的Ale啤酒。
 
  实验对国内市场10 个麦芽样品的DMS及DMSP进行检测,不同麦芽间DMS与DMSP差异较大,多数小麦芽的DMS与DMSP含量较澳麦芽低,因此酿酒师选用合适的小麦芽品种、适当提高小麦配比利于降低啤酒中的DMS含量。实验研究了麦汁煮沸及沉淀过程中的DMS及DMSP含量的变化,麦汁在100 ℃、pH 5.6时,煮沸0~40 min阶段DMS含量降低较快,40 min时达到30 μg/kg,SMM的半衰期为31 min,SMM分解动力学和DMS的挥发性可以用来计算和预测麦汁中DMS含量,是优化麦汁生产的有效工具,这给啤酒酿造师制定糖化工艺提供了理论依据。研究发酵过程中的DMS及DMSP含量变化,结果表明DMS在发酵旺盛期时有明显的下降趋势,麦汁中65%的SMM被酵母利用,酿酒师在控制DMS含量时可考虑适当延长发酵封罐时间,使更多的DMS排出罐外。
 
 
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