五倍子单宁对啤酒稳定性的影响

五倍子单宁对啤酒稳定性的影响 秦清 仲崇茂 摘 要:单宁是植物的次生代谢产物。酿酒时单宁从大麦和酒花转入啤酒，成为 啤酒的重要成分。大麦单宁为缩合单宁，以原花色素的二聚体、三聚体为主。在 糖化和洗糟时低聚的原花色素因氧化聚合成高分子单宁而急剧减少。酒花单宁由 水解单宁、缩合单宁构成，其中含有活泼羟基的花色苷和类单宁能延迟啤酒老化 口味的产生和提高胶体稳定性。五倍子单宁是中国特有的资源，添加五倍子单宁 6 g/100 L于麦汁和啤酒中，可降低麦汁中高分子区分氮5 mg/100 mL，减少双 乙酰的生成，使啤酒胶体稳定性和口味稳定性得以提高。 关键词:五倍子单宁;原花色素;大麦;酒花;啤酒混浊 分类号:TS 262.5 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2000)01-0015-06 EFFECT OF VEGETABLE TANNINS ON BEER STABILITY Qin Qing (Research Institute of Chemical Processing and Utilization of Forest Products,CAF,Nanjing 210042, China) ZHONG Chong-mao (Sichuan Academy of Forestry,Chengdu 610081, China) Abstract:Tannin, which is a secondary metablite of plants and gets into beer from barley and hop in processing of beer,is an important ingredient in beer.Tannins in barley are condensed tannin consisting chiefly of dimeric and trimeric proanthocyanidins.In the process of saccharification and elution,the content of these oligomeric proanthocyanidins is reduced abruptly through oxidization into polymeric tannins.Tannins in hop consist of hydrolyzable tannins and condensed tannins,containing anthocyanin and odies-tannins which inhibit muddy and improve colloidal stability of beer.Chinese gallotannin is hydrolyzable tannin.When Chinese gallotannin is put into wort and beer at 6g/100L,the macromolecular nitrogenous substance is reduced 5mg/100L in wort,the formation of diacetyl is also reduced,and the colloidal stability and flavour stability of the beer are improved. Key words:Chinese gallotannin;proanthocyanidins;barley;hop;beer's getting muddy 单宁是植物的次生代谢产物，广泛分布于自然界。在酿酒过程中大麦和酒花将单 宁转入啤酒并对其生产工艺及口味产生重要影响，成为啤酒中必不可少的成分。 啤酒的胶体稳定性和口味稳定性都与单宁密切相关，特别是单宁对口味稳定性的 影响倍受国际啤酒界的关注。 五倍子单宁是中国特有的资源，自古以来就在酿酒中使用，其水解产物酸也 是酒花的成分之一。研究五倍子单宁对啤酒稳定的作用，开发单宁系列产物对 啤酒业具有重要意义。 1 啤酒单宁 啤酒中的单宁主要来源于大麦和酒花，含量为150,200 mg/L。大麦种皮单,1,宁为原花青定-原翠雀定，属于缩合型单宁，由两分子以上的单体聚合的原花色素是最多的单宁成分，在大麦发芽时仍保持下来，在麦汁制备中单宁也大量地从粉碎谷粒中被浸出进入醪中，当麦醪接触空气时，低聚的原花色素聚合成高分子单宁而急剧减少。大麦单宁的存在影响啤酒的风味，也是啤酒混浊的原因。大,2,麦单宁(单体及二聚体)结构如图1。麦醪接触空气时大麦单宁成分的变化如下:CO气流下含量(mg/L):总单宁15.5，儿茶素4.3，二聚体为22.7，三聚体为13.6;2 通入空气后含量(mg/L):总单宁87，儿茶素2.5，二聚体5.5，三聚体3.2;降低率依次为43.9%，41.9%，75.8%，76.5%。 酒花单宁占干酒花的4 %,14 %，由水解单宁、缩合单宁构成。酒花水解产物中有没食子酸(又称酸)、对-羟基苯甲酸、咖啡酸等。酒花中的缩合单宁主要是黄烷-3，4-二醇的二聚体，,,3它们能自身或与儿茶素发生缩聚反应，其结构中带有活性羟基(C环4位上)，见图2 图2 酒花中的缩合单宁 Fig.2 Condensed tannin in hop 黄烷-3,4-二醇在一定的条件下可转化为花色素，花色素的糖苷为花色苷，啤酒业内常把酒花中缩合单宁称为花色苷，而把酒花中的植物多酚物质称为总单宁。酒花在加工、贮存过程中，总单宁减少而低聚的花色苷减少更甚。啤酒业通常用总单宁与花色苷的比值即酒花的聚合指数(PI值)来标示酒花的质量。酒花中还有一批数量较大的中分子单宁，分子量与鞣料单宁相 ,,3近(600,3000)，它们有强烈地沉淀蛋白质的能力，被称为类单宁，不同品种酒花的类单宁含量在4.3 %,6.7 %。 为增强啤酒胶体稳定性常在贮酒时添加单宁酸(五倍子单宁制剂)，这是从18世纪业已 形成的传统工艺。中国五倍子单宁是由五-至-十二-O-酰葡萄糖组成的混合物。每个葡萄糖基平均有8.3个酰基，平均分子量1434，由天然原料中国五倍子提纯制备的食用级高纯单宁(称食用单宁)，其结构见图3。 图3 五倍子单宁的结构 Fig.3 Structures of Chinese gallotannins 啤酒中单宁的分子量，大都比鞣料单宁(分子量500,3000)大，其中500,10000的占以上，500以下的不足5 %;按分子量的大小，从单宁对啤酒影响的优劣，可把啤酒中的单宁分成两类，一类为低、中分子单宁(单宁的单体、低聚原花色素和花色苷、类单宁、单宁)，可称之谓优质单宁。另一类为高分子单宁(聚合单宁)，可称为劣质单宁。 2 五倍子单宁对啤酒胶体稳定性的作用 单宁与蛋白质结合是造成啤酒混浊的原因。正常的啤酒是一种稳定的胶体溶液。保持这种胶体的稳定，必须是组成平衡的两种物质保持在一种是超量或一种是缺乏的状态。在啤酒生产中，选择蛋白质含量低的大麦品种添加酒花的麦汁煮沸工艺都为这种平衡创造了条件。酒花中4 %,14 %的单宁成分在麦汁煮沸中的作用不可忽视，它可促进可凝固性氮的分离，使起初不发生热沉淀的蛋白质分离。为保持啤酒的泡沫和营养成分，一定限量的蛋白质必不可少，而为适度沉淀麦汁中蛋白质及阻止老化口味产生所需的还原性物质(中、低分子单宁)，啤酒中保持超量单宁和缺乏蛋白质状态是必要的。实验证明，并非所有单宁都对沉淀的蛋白质有利，酒花单宁表现较为强烈，而大麦单宁明显地较弱。见表1。 表1 90分钟煮沸之后麦汁中大麦单宁和酒花单宁的变化 Table 1 Variations of tannins in barley and hop after boiling for 90 min 未加酒花的麦汁wort 无大麦单宁而加酒花的麦汁wort with without hop hop 项目 酒花加入量 煮沸前 煮沸后 items 煮沸前 煮沸后 amount of before after before boiling after boiling added hop boiling boiling 总单宁total tannins(mg/L) 239.6 236.5 96.2 10.0 64.1 花色苷anthocyanin(mg/L) 104.7 83.8 84.0 9.4 21.5 聚合指数 2.29 2.82 1.15 1.06 2.98 polymerization index(PI) 在麦汁煮沸中，酒花单宁减少33%，而大麦单宁几乎不减少。在中国黑龙江、四川省啤酒厂进行的添加食用单宁的生产使用结果较为满意。麦汁煮沸时添加6 g/100 L食用单宁，麦汁中高分子区分蛋白质比对照样下降5 mg/100 mL以上。这批成品啤酒在保存100天后，浊度仅为0.5 EBC单位，啤酒的澄清度得到明显的改善。添加食用单宁的麦醪蛋白质组成变化见表2。 表2 麦汁中添加食用单宁后麦醪蛋白质组成的变化 Table 2 Variations of protein components in fermentation liquor after addition of food-grade tannin in wort 蛋白质区分数protein parts(%) 高分子区区分 A区(高分子) 项目 蛋白含量(mg/100 B区(泡沫) C区(氨基酸) Part A items mL) Part B Part C (high high molecular protein (foam) (amino acid) molecular) 添加食用单宁(6 g/100 L) addition of food-grade 13 19.6 12.1 68.3 tannin 对照样control 18 26.8 8.3 64.9 高品质啤酒的麦汁，总希望保持足够量的泡沫蛋白和氨基酸，而尽量少的高分子区分蛋白质。在生产试验中，添加食用单宁6 g/100 L，酒花用量减少1/5，苦味质为单位/5 mL麦汁);酒花用量减少1/6，苦味质为单位/5 mL麦汁)，对照样的苦味质为19.75(E.B.C单位/5 mL麦汁)。由于食用单宁在麦汁煮沸前期加入而先于蛋白质结合，因此酒花在麦汁煮沸中α-酸损耗减少。单宁是啤酒胶体稳定的重要成分。在相同的酒花、相同 ,,4的麦汁前提下，单宁含量越高啤酒稳定性越好。 3 五倍子单宁对啤酒风味稳定性的影响 新装瓶啤酒味道鲜美、适口，过一段时间易产生老化口味，这即是口味稳定性，它是通过香味特征的变化、醇厚性损失以及苦味的延长而形成的。延迟口味变化时间就提高了啤酒口味稳定性。啤酒中脂肪酸、醇类、苦味质等成分的氧化分解是产生老化味的原因，氧气的存在和还原性物质的缺乏是导致老化味较快产生的主要因素。氧对啤酒生产除酵母增殖外，在大部分反应中都对啤酒质量起到不良作用，因此避免与空气接触、减少啤酒中溶解氧十分重要。啤酒中自身的还 原物质有单宁、类黑精及由糖产生的还原酮等，这些物质都具有一定的保护作用。 单宁的氧化对啤酒的质量影响很大，它是通过氧化还原状态变化而间接或直接影响酒风味的。从单宁对啤酒口味影响的角度可把单宁分成两部分，其一是还原型单宁，即低聚合度单宁和类单宁，由于它们的较高的反应活性，可先行与氧化合，使脂肪酸、醇类等后受或少受氧化，因而起到保护作用。还原型单宁不影,5,。其二是氧化型单宁，即响啤酒的风味，类单宁的氧化也不产生涩和后苦味,6,聚合度较高的单宁，它们进一步聚合能催化脂肪酸、醇类的氧化生成醛类，单宁本身具有苦味性，也直接影响啤酒的口味，并因是否氧化而不同，单宁的单体，低聚合度单宁，这些还原型单宁，在保持啤酒新鲜风味的同时，对酒体形成,7,浓厚的口感有贡献，氧化型高分子单宁不仅促使老化味产生，而且给啤酒以,8,苦涩、粗糙的后味。 研究瓶装啤酒中单宁与氧作用的实验，是将瓶颈的空气中氧全部用同位素1818O置换，将瓶放暗处8个月，O全部被啤酒吸收，其中单宁吸收65%，挥发性醛 ,9,吸收3.0%，草酮吸收不超过5 %。另一个实验中增加瓶颈中空气量，并向啤酒中添加0.2 mg/L的氢醌(还原剂)，在室温下保存，生成挥发性醛的量比对,10,。两个实验都说明单宁对瓶颈中的氧有缓冲作用。啤酒中添加儿茶素照样少,11,单宁可抑制异草酮的氧化分解及类黑精引起的醇氧化。也发现原已存在大麦和酒花中的低聚单宁不被氧化由麦汁转入啤酒中，有与人工添加儿茶素相同的效果。值得注意的是，大麦单宁在原料库存和制麦中遇氧迅速聚合，这种聚合单宁在麦汁煮沸中几乎不减少而大量残留在啤酒中，因此这种单宁应从工艺上减少其进入麦汁。新鲜的酒花中的单宁即含有低聚的花色苷，又有中分子的类单宁，对啤酒稳定有益，但在麦汁煮沸中消耗过多应给予补充。即保持啤酒中单宁的合理组成非常必要。在添加食用单宁的啤酒生产试验中，试验酒与对照样经省级评委感官鉴评，试验酒口味纯正。酒样室内保持4个月后，口味接近新装瓶酒，而对照样老化口味明显。麦汁中添加食用单宁后，麦醪中α-氨基氮含量由对照样的146 mg/L增至188 mg/L;发酵液中双乙酰量由0.11 mg/L降为0.05 mg/L，成品酒中双乙酰含量由0.18 mg/L降为0.067 mg/L。发酵液和成品啤酒中双乙酰生成量降低，这些均有助于啤酒风味的改善。 4 五倍子单宁与酒花浸膏 酒花为大麻科蛇麻属的多年生植物，因其果穗供制啤酒而得名。酒花的主要成分是:水分10 %,11 %，总树脂(草酮、蛇麻酮)10 %,25 %，酒花油(月桂烯、草烯等)0.2 %,2.0 %，单宁(缩合单宁、水解单宁)4 %,14 %，蛋白质12 %,22 %。 酒花以有机溶剂、低温下提取得到的酒花浸膏有与整花相同的苦味质和香味成分，而单宁和蛋白质含量大幅度降低。剩余物用水可将单宁进一步提出，这过程常伴随单宁的聚合，因此这部分单宁通常不被采用。促进麦汁中蛋白质凝聚、延迟啤酒口味老化等所需单宁可由添加单宁浸膏(食用单宁)或新鲜酒花粉来解 ,12,决。用整花和酒花浸膏酿造的啤酒其口味、收敛性及泡沫均无明显差别。三种爱尔啤酒(Pilsntr beer)的主要成分见表3。 表3 三种爱尔啤酒的主要成分 Table 3 Main components in three kinds of Pinlsntr beers 酒 样 samples of beer 啤酒 1 beer 1 啤酒 2 beer 2 啤酒 3 beer 3 总单宁total tannin(mg/L) 52 150 139 原花色素proanthocyanidins(g/L) 1.5 36.0 37.1 苦味质bittering substances(EBC unit) 27.5 25.2 24.7 酒精alcohol(%) 3.69 3.66 3.61 总蛋白total proteins(mg/L) 5.20 5.18 5.03 色度color(EBC unit) 8.0 8.0 7.52 永久泡沫permanent foam(EBC unit) 0.62 0.77 0.61 0?泡沫0?-foam(EBC unit) 0.68 4.83 2.43 三种啤酒都用含有游离原花色素的麦芽酿制，在麦汁煮沸中啤酒1加入酒花正己烷提取物，啤酒2加入酒花的整花，啤酒3加入酒花正己烷提取物与剩余物之混合物。啤酒1使用酒花浸膏酿制，酒花浸膏可将酒花中的蛋白质带入啤酒量减少一倍以上(酒花浸膏带入2.5 mg/100 mL，整花粉带入4.5 mg/100 mL)，但表3啤酒1中总蛋白数据并未减少，这是因为麦汁煮沸中啤酒1缺乏单宁的缘故。将五倍子单宁浸膏在麦汁煮沸开始时加入，而酒化浸膏迟20, ,,2330min加入，这样苦味质虽然煮沸时间缩短，但收率无影响，却使啤酒口味明显圆润。 一种酒花制品的“标准产品”的制法如下:用含水乙醇提取酒花全成分，其中氧化了的单宁通过降低乙醇浓度改变苦味质与单宁的溶解度而将单宁分离出去，然后与五倍子单宁浸膏 ,,14混合而生产“标准产品”。 5 结语 单宁是啤酒的重要成分，对啤酒质量影响举足轻重。近年来许多国家对啤酒单宁的研究取得了显著的成果并已用于工业化生产，较好解决了啤酒口味老化问题，取得了明显的经济效益。 对啤酒单宁的结构和作用机理的研究和实践表明，单宁是啤酒中不可缺少的成分。单宁对啤酒的影响不仅仅是增强其胶体稳定性而更重要的是它的还原性。保持单宁在啤酒中的还原性是推迟老化口味产生的最佳途径。啤酒中的单宁有优有劣，必须调整麦汁和啤酒中的单宁的组成，在尽量减少聚合了的大麦单宁进入麦汁的同时应当增加酒花单宁及高纯度单宁的投入。高品质的啤酒要求优质的单宁。 中国是世界啤酒大国，具有丰富的五倍子资源和广阔的酒花栽培基地，因此开发以五倍子、酒花为原料的啤酒助剂系列产品将大有前途。? 作者简介:秦清(1961-),女,福建福州市人,实验师,从事五倍子单宁的研究,开发工作. 作者单位:秦清(中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京 210042) 仲崇茂(四川省林业科学研究院林产化学工业研究所，四川成都 610081) 参考文献: ,1,孙达旺.植物单宁化学,M,.北京:中国林业出版社，1992:386. ,2,OHTSU K,et al.,J,.Rep.Res.Lab.Kirin.Brew.Co.,1982，25:47. ,3,KRETSCHMER K F.,J,.Brauwelt,1979，119:1340. ,4,NARZIB L.,J,.Brauwelt,1974，114:1763. ,5,张志强.啤酒酿造技术概要,M,.北京:中国轻工业出版社，1995. ,6,JAMIESON A M,et al.,J,.Proc.Amer.Soc.Brew.Chem.,1970，28:192. ,7,GHELUWF J E.,J,.Brew.Dig.,1970,45(11):70. ,8,BRUCKNER K J，et al.,J,.Mast.Brew.Assoc.Amer.Tech.Quart,1970，7:228. ,9,JAKVAC J,et al.,J,.Amer.Soc.Brew.Chem.,1966:180. ,10,DADIC M，et al.,J,.Mast.Brew.Assoc.Amer.Tech.Quart,1972，XXVI:9. ,11,DEUREUX A，et al.,J,.E.B.C Monograph-VII,Flavour Symposium,1981:191. ,12,DELCOUR A J，et al.,J,.J.Inst.Brew,1995,91:88. ,13,NARZIB L,et al.,J,.Brauwelt,1969，109:773. ,14,HORST L V.,J,.Forum der Brauerei,1983，1:12.