紅色系麥芽的顏色判定

李東東，鄭飛云，周虓岳，鈕成拓，劉春鳳，王金晶，李永仙，李崎

(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)

顏色是食品的一個重要外觀屬性，會在視覺感官上直接影響人們對其質(zhì)量的感知[1]。啤酒的顏色在釀造過程中有所變化，產(chǎn)生顏色的物質(zhì)主要來自于麥芽，經(jīng)糖化后轉(zhuǎn)移至麥汁中，進而存在于整個發(fā)酵過程中[2]。對啤酒顏色影響最大的物質(zhì)是類黑素，它是一種棕褐色的高分子聚合反應(yīng)產(chǎn)物[3]，是在麥芽焙焦及麥汁制備過程中生成的[4-5]。在生產(chǎn)工藝固定的情況下，主要通過調(diào)整麥芽色度來調(diào)整麥汁和啤酒的顏色[6]。紅色是眾多食品成熟或食用時的顏色，能夠勾起人們的食欲[7]。紅啤酒由于顏色、口感、風(fēng)味的獨特性，兼有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，受到了消費者的青睞[8-9]。如何選擇紅色系麥芽促使釀造的紅啤酒出現(xiàn)番茄紅等較為明亮的紅色，并在整個釀造過程中不發(fā)生劇烈的變化是亟待解決的問題。因此需要對紅啤酒釀造過程中的顏色變化進行研究，明確紅啤酒出現(xiàn)紅色的階段并借此選擇合適的麥芽，這對紅啤酒的釀制具有重要的意義。目前，啤酒行業(yè)多以色度來表示麥芽的顏色，而國內(nèi)研究中又常以歐洲釀造協(xié)會(European Brewing Convention,EBC)來表示麥芽的色度，其常用的測定方法是分光光度法[10-12]。此外，國外研究人員已經(jīng)使用國際照明委員會提出的CIE Lab顏色空間模型來描述啤酒或麥汁的顏色，該模型是通過測出液體的明亮度、紅綠程度和黃藍程度形成三坐標(biāo)空間、飽和度以及色調(diào)角來全面的衡量液體的顏色[13-14]。L*(0～100)代表亮度，其中0為黑色，100為白色；a*表示紅色(+)與綠色(-)，b*表示黃色(+)與藍色(-)[15-17]。由于目前國內(nèi)尚未有人研究過麥芽的顏色與EBC之間的關(guān)系，因此本研究通過稀釋麥汁的方法，借助現(xiàn)有的顏色表示方法將其進行有效整合，用于分析麥汁的顏色，并引入有效的紅色強度將麥汁顏色與之匹配，確定合理的紅色系麥芽范圍。針對釀造紅色啤酒時麥芽的選用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及各生產(chǎn)廠家的麥芽因原料、工藝等因素不同造成差異明顯等發(fā)展現(xiàn)狀，本研究對麥芽的顏色進行了有益探討，以期達到指導(dǎo)紅色啤酒生產(chǎn)的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

表1 麥芽樣品、編號及來源Table 1 Malt sample,number and source

注：*，表示該麥芽為國外工廠生產(chǎn)的麥芽，且該麥芽能夠搭配淺色基礎(chǔ)麥芽釀成紅色啤酒。

1.2 儀器與設(shè)備

DLEUW22050麥芽粉碎機，Buhler-Miag公司；BGT-8A協(xié)定糖化儀，BIOER公司；立式壓力蒸汽滅菌器，上海實驗儀器有限公司；UH5300日立雙光束分光光度計，日立高新技術(shù)公司；生化培養(yǎng)箱BSP-250，上海博迅公司；阿貝折光儀，山東泰光電氣有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 糖化麥汁制備

為準(zhǔn)確地判斷麥芽的顏色，淺色基礎(chǔ)麥芽與特種麥芽均使用50 g單一麥芽進行糖化，采用Q/BT 1686—2008《啤酒麥芽》標(biāo)準(zhǔn)方法[18]制備麥汁。

1.3.2 糖化稀釋麥汁的制備

糖化后的麥汁測定其色度后，加入不同比例的蒸餾水將其稀釋為不同的色度梯度稀釋麥汁[19]，色度梯度區(qū)間為30～130 EBC，色度間隔10 EBC。

1.3.3 發(fā)酵麥汁制備及啤酒釀造

將粉碎好的淺色麥芽和特種麥芽按照不同比例混合后加入48 ℃水中，原料與水的質(zhì)量體積比為1∶4.5(g∶mL)；糖化工藝為：48 ℃ 30 min、63 ℃ 60 min、 72 ℃ 20 min、78 ℃ 10 min；過濾后將麥汁煮沸70 min，分3次添加酒花，剛煮沸時添加1/2，煮沸30 min時添加1/4，煮沸結(jié)束前10 min添加剩余的1/4，添加酒花的質(zhì)量濃度為0.3 g/L；在過濾后的麥汁中加水來調(diào)整麥汁濃度，使定型麥汁的濃度為11°Bx。啤酒酵母接種量為1×107個/mL混合麥汁，11 ℃下發(fā)酵7 d后結(jié)束。

1.3.4 麥汁及啤酒顏色的測定

樣液為各色度梯度的稀釋糖化液和發(fā)酵液，使用蒸餾水作為參比，比色皿規(guī)格為10 mm，測定方法使用美國釀造化學(xué)家學(xué)會(The American Society of Brewing Chemists,ASBC)所提供的三色法計算器[20-21]，在380～780 nm的波長下進行掃描，掃描間隔5 nm，最后將得到的透過率數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算器中轉(zhuǎn)換為Lab顏色參數(shù)。每個樣品重復(fù)分析3次。

1.3.5 顏色比對評定

實驗之前，選定實驗室感官評定小組中3個經(jīng)過顏色訓(xùn)練、并有一定經(jīng)驗的研究人員作為感官評定員進行顏色的比對及感官描述。評定員使用RAL K7色卡在TILO標(biāo)準(zhǔn)光源對色燈箱中做顏色比對，比色容器為內(nèi)徑6 cm、高12 cm的均質(zhì)玻璃杯。只有得到兩位評定員相同的感官比對結(jié)果，才被認(rèn)定為有效結(jié)果。

1.3.6 實驗數(shù)據(jù)處理

各組實驗均做3次重復(fù)，采用“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥芽常規(guī)指標(biāo)及顏色指標(biāo)分析

市售麥芽選擇了國內(nèi)外不同工廠生產(chǎn)且在一定程度上能夠代表該工廠生產(chǎn)特點的麥芽產(chǎn)品，分析不同品種麥芽的常規(guī)指標(biāo)與顏色指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

表2 不同種類麥芽的常規(guī)與顏色指標(biāo)Table 2 General indicators and color indicators of different types of malt

特種麥芽色度為89～436 EBC，水分隨著麥芽色度增加而降低，無水浸出率維持在68.6%～79.0%。隨著色度增加，L*一直在下降，表明麥汁亮度在不斷變暗；色度與亮度L*表現(xiàn)為明顯的負相關(guān)。a*逐漸增加達到一定水平后下降，其中5號麥芽的a*數(shù)值最高，為38.187。b*同樣表現(xiàn)為先增后降，但是卻在3號麥芽中最高，為86.097。在全部麥芽中，b*均明顯高于a*，說明麥芽中黃色所占的顏色比重遠大于紅色，這可能是因為黃色發(fā)色團優(yōu)先于紅色發(fā)色團形成，并且與黃色美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)溫度低于紅色美拉德反應(yīng)產(chǎn)物有關(guān)[5,22]。

2.2 啤酒釀造過程中的顏色變化

由于釀造紅啤酒的麥芽色度相較于淺色麥芽相差較大，直接使用深色麥芽進行釀制呈現(xiàn)的顏色較深而不易呈現(xiàn)紅色，所以工廠中常添加淺色基礎(chǔ)麥芽進行搭配釀制紅啤酒。為了比較不同色度的麥芽在啤酒發(fā)酵后的顏色差異，分別選用了色度不同的2號、3號、4號、7號與8號麥芽進行不同配比制備麥汁后的發(fā)酵實驗。評定員使用RAL K7色卡在TILO標(biāo)準(zhǔn)光源對色燈箱中進行顏色比對，肉眼能夠認(rèn)知并接受的紅啤酒的紅色應(yīng)包括橘紅、番茄紅與紅玄武土色，3種紅色中又以番茄紅顏色最佳，其他的紅色系列(包括氧化紅、紫紅、葡萄酒紅等)則由于顏色過暗降低了對紅啤酒的可接受度。

麥芽糖化及發(fā)酵結(jié)束后的麥汁色度及呈色結(jié)果如表3所示。在紅色上，麥芽之間表現(xiàn)出較大差異。2號麥芽在發(fā)酵色度為57～79 EBC時表現(xiàn)為番茄紅與紅玄武土色，3號麥芽表現(xiàn)該兩種顏色是在50～74 EBC，4號麥芽在42～63 EBC時為橘紅和紅玄武土色，7號與8號麥芽則分別在52 EBC和42 EBC表現(xiàn)為番茄紅。當(dāng)麥芽配比一定時，麥汁在發(fā)酵前和發(fā)酵后的色度、顏色具有一定的對應(yīng)關(guān)系，5種麥芽在一定配比上均表現(xiàn)出該現(xiàn)象。糖化后色度與發(fā)酵后色度之間的線性方程為Y=0.959 1X+3.108 2，R2為0.987 5，表現(xiàn)為很強的相關(guān)性。2號麥芽在添加比例為28%與41%時，糖化后與發(fā)酵后顏色未改變均為同種紅色，另外2種比例下發(fā)酵后顏色略深但依然為紅色；3號麥芽添加比例為18%與26%時，糖化后與發(fā)酵后顏色也未改變均為同種紅色，其余比例發(fā)酵后顏色略深但還是紅色。另外3種麥芽在各自添加比例下，大部分都表現(xiàn)出發(fā)酵后顏色比糖化后顏色略深的現(xiàn)象，且發(fā)酵前后均具有紅色調(diào)。造成5種麥芽在搭配時出現(xiàn)糖化后的顏色略淺于發(fā)酵后的現(xiàn)象，可能是因為麥汁經(jīng)煮沸后顏色加深，但是在發(fā)酵過程中酵母利用麥汁中的營養(yǎng)成分生成了酒精等物質(zhì)并在酵母細胞和啤酒泡沫的表面吸附一部分顏色物質(zhì)，使得啤酒色度降低，但是色度降低幅度很小或基本不變，顏色卻因此變得純正[6,23]。由于發(fā)酵存在一定的周期，在研究階段將其做成糖化麥汁進行研究，能夠幫助快速的預(yù)判發(fā)酵后的顏色。因此，對于麥芽制備麥汁釀造啤酒的色度及顏色變化可以通過糖化后的色度及顏色進行表征和分析。

據(jù)表3數(shù)據(jù)顯示，3號、8號麥芽糖化后分別在23 EBC與27 EBC時表現(xiàn)為橙色，8號麥芽則在38 EBC時才出現(xiàn)紅色；3號麥芽在98 EBC時表現(xiàn)為紫紅，7號麥芽則在93 EBC時表現(xiàn)為葡萄酒紅，8號麥芽在74 EBC時便表現(xiàn)為黑紅。麥芽糖化后的顏色在搭配的色度區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)的顏色具有何種規(guī)律，還需要進一步去明確。由實驗結(jié)果可知，需要明確糖化麥汁在30～100 EBC的顏色變化情況。

表3 糖化麥汁及發(fā)酵啤酒的色度變化及呈色結(jié)果Table 3 Chromaticity change and color description of saccharified wort and brewed beer

2.3 麥芽的顏色色系分析

為全面的展現(xiàn)糖化麥汁在不同色度下的顏色變化情況，將糖化麥汁色度范圍擴大至30～130 EBC。將單一麥芽進行糖化后，按照固定色度值加水稀釋。當(dāng)稀釋麥汁色度小于30 EBC時，麥汁顏色多為黃色，大于130 EBC 時多為棕色或黑色(數(shù)據(jù)未展示)。麥汁的顏色隨著色度增加，從黃、橙、紅、棕到黑逐漸變化[19]。利用色卡對各稀釋麥汁進行顏色比對，結(jié)果如表4所示。

表4 麥芽糖化麥汁在不同稀釋色度下的呈色結(jié)果Table 4 Color description of saccharified wort under different chroma

2號麥芽在70～100 EBC表現(xiàn)為紅色，3號和4號麥芽在60～130 EBC表現(xiàn)為紅色，5號麥芽在40～120 EBC均在紅色內(nèi)，6號與7號麥芽則在50～110 EBC為紅色；8號與9號麥芽則分別在50～60 EBC和40～50 EBC表現(xiàn)為紅色，在70 EBC以上表現(xiàn)為棕色或褐色。8號與9號兩種麥芽糖化麥汁的紅色區(qū)間很窄，且顏色偏棕色；這可能是因為色度越高的麥芽，其焙烤溫度越高，造成類黑素的含量增加，麥汁顏色便越暗[22]。色度在30～130 EBC的麥汁，按照顏色劃分，初步將紅色占比多的3號、4號、5號、6號和7號麥芽稱為紅色系麥芽；2號麥芽稱為橙色系麥芽，8號與9號麥芽稱為棕色系麥芽。因此，本研究將在30～130 EBC稀釋麥汁中具有較大比例紅色調(diào)且麥芽色度介于132～326 EBC之間的特種麥芽稱之為紅色系麥芽。

測定的CIE Lab顏色參數(shù)的結(jié)果如圖1所示。5號和7號麥芽的亮度L*、a*與b*均高于其他麥芽，4號麥芽的亮度、紅色(+)與黃色(+)均為最小，這可能與麥芽的原料或加工工藝不同有關(guān)[24]。不同麥芽的顏色參數(shù)具有明顯差異，但各參數(shù)隨著色度的變化趨勢是相同的。L*隨著稀釋麥汁色度增加不斷降低；a*則緩慢增加，而后趨于平穩(wěn)，最高為32.745；b*逐漸增加達到峰值后降低，峰值為79.392。雖然a*與b*能夠表示出麥汁內(nèi)的主要顏色組成，但是其變化規(guī)律并不相同，很難有效的表達麥汁內(nèi)顏色整體的變化情況。

為更好地使用CIE Lab顏色模型來確定麥芽的紅色區(qū)間，需要進一步明確其他的顏色參數(shù)。在顏色中，a*數(shù)值為正時表示紅色，b*數(shù)值為正時表示黃色，麥芽中紅色和黃色的比例與麥芽色度存在一定的相關(guān)性；為了明確這種關(guān)系，本文引入了紅色強度(即a*/b*)，用以表征紅色與黃色之間的比例。紅色強度隨著麥汁的顏色變化呈現(xiàn)增加或下降的趨勢，結(jié)果如表5所示。

A-亮度L*與稀釋色度之間的關(guān)系；B-紅綠色a*與稀釋色度之間的關(guān)系；C-黃藍色b*與稀釋色度之間的關(guān)系圖1 麥芽糖化麥汁在不同稀釋色度下的Lab顏色參數(shù)Fig.1 Lab color parameters of saccharified wort under different chroma

表5 紅色系麥芽糖化麥汁在不同稀釋色度下的紅色強度Table 5 Red intensity of red malt saccharified wort under different chroma

注：a表示該列數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.01。

隨著色度增加，麥汁的顏色從橙色變成紅色，進而變成棕色，紅色強度也隨之增加。因此紅色強度可以有效的表達麥汁的顏色變化。由于橘紅、番茄紅與紅玄武土色的紅色較為鮮亮且接受度較高，將表4與表5中數(shù)據(jù)整合可知，紅色系麥芽釀造紅啤酒的紅色強度范圍應(yīng)控制在0.209～0.331。在該范圍內(nèi)，紅色強度數(shù)值越小，麥汁表現(xiàn)出的紅色越清亮；當(dāng)紅色強度數(shù)值越大，麥汁表現(xiàn)出的紅色越暗。

2.4 紅色系麥芽范圍的驗證

分別選用3號、4號、5號和7號麥芽進行不同添加比例的發(fā)酵實驗，以驗證前文確定的紅色系麥芽范圍的準(zhǔn)確性及有效性。實驗結(jié)果如表6所示。

表6 麥芽糖化麥汁發(fā)酵后的紅色強度及呈色結(jié)果Table 6 Red intensity and color description of various malt saccharified wort after fermentation

3號麥芽表現(xiàn)為番茄紅與紅玄武土色時紅色強度分別為0.215和0.302，4號與5號麥芽則分別在0.263與0.257時表現(xiàn)為紅玄武土色，7號麥芽則在紅色強度為0.226時表現(xiàn)為番茄紅。番茄紅與紅玄武土色是評定員認(rèn)為最可接受的紅色系，4種麥芽均在0.215～0.302表現(xiàn)為這兩種顏色，而且該區(qū)間處在糖化麥汁時確定的0.209～0.331的紅色強度。同時，4種麥芽在0.303～0.330表現(xiàn)為紫紅與葡萄酒紅，雖然顏色偏暗且接受度較低，卻依然為紅色。結(jié)果顯示4種麥芽在0.215～0.330 均表現(xiàn)為紅色，與利用糖化麥汁確定的范圍0.209～0.331相差無幾，因此，發(fā)酵結(jié)果證明了由糖化麥汁確定的顏色區(qū)間是有效的，并將紅色強度范圍修正為0.215～0.330。當(dāng)紅色強度數(shù)值偏向于0.215時，啤酒呈現(xiàn)的紅色顯得清亮；當(dāng)紅色強度數(shù)值偏向于0.330時，啤酒的顏色呈現(xiàn)暗紅。為使釀造的紅色啤酒出現(xiàn)番茄紅等明亮的顏色，應(yīng)盡量控制其混合麥汁的紅色強度在0.215 ～0.302。

3 結(jié)論

本研究從不同麥芽配比發(fā)酵試驗中發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后啤酒的色度、顏色與糖化后麥汁的色度及顏色之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，于是從對紅啤酒的發(fā)酵研究轉(zhuǎn)移到研究麥汁的顏色特征。通過對麥芽糖化麥汁的分析，發(fā)現(xiàn)部分麥芽在稀釋色度內(nèi)呈現(xiàn)鮮明的紅色調(diào)，并將表現(xiàn)出該紅色特征的麥芽定義為紅色系麥芽。由于現(xiàn)有的顏色模型無法準(zhǔn)確進行顏色特征的描述，所以引入了紅色強度來描述麥汁的顏色變化，初步確定了紅色系麥芽釀制紅啤酒適宜的紅色強度范圍；最終通過麥芽發(fā)酵試驗修正了紅色強度的范圍。受所能收集樣品數(shù)量的限制，紅色強度的范圍會受到一定的局限，再加上國內(nèi)對紅色啤酒的顏色等相關(guān)研究極為缺乏，本文對此進行了一些探索研究。由于麥芽是顏色和風(fēng)味的結(jié)合體，對紅啤酒顏色與風(fēng)味的綜合研究將是以后研究的重點。