钙离子在啤酒酿造中的作用及其含量测定

广卅l食品工业科技 ( g小。U Fbod~ienm and hnol。 15 No．5(总60) 一 2 钙离子在 啤酒酿造 中的作用及其含量测定 ． 王 _ _ _ 加 - - - 舂 ．- - -- zbg ．r (福建惠泉啤酒集团股份有限舟司 惠安 362100) 摘 要 从原理上分析钙离子在啤酒生产 中主要用途 阐述其重要性 利用粗蛋 白分解液 ，采用络合滴定准 确、快速测定啤酒及麦汁中钙离子含量 关键词塑 用途测定啤酒l西 ， a丑'g ； j定 啤酒酿造过程矿物元素钙主要来 自原料麦 芽、酿造用水、酒花及添加剂石膏或氯化钙等。 钙离子主要以无机盐形式存在，至于钙离子在 啤酒工业 的作用有多方面。作 为啤酒生产企 业 ，应定期酿造用水、糖化麦汁及成品啤酒 中的钙离子含量。在国外啤酒 中， 含 量作为一限定指标。我国大多数企业一般只测 定酿造用水 Ca”含量，而麦汁及啤酒由于都含 有一定的浸出物和有色化合物 ，如水质一样直 接采用络合滴定无法准确测定 ，国际通用分析 法采用原子吸收分析法，在国内啤酒行业中，原 子吸收分光光度计相对不普及，这给啤酒或麦 汁中 Ca” 含量的检测带来 困难，针对现实情 况，本人了操作简便、准确可靠的试验方 法，消除浸出物和色泽对 Ca 组分测定干扰， 达到对生产起指导作用，以下把实践 中的探索 情况作一论述。 1 啤酒酿造中钙离子的主要几种功能 1．1 钙离子具有增酸作用，调节醪液的 pH值 其作用是通过相应的形成永久硬度的硫酸 盐(或氯化物)实现。从麦芽植物酸盐中分解、 游离的磷酸盐可以形成以下离子混合物的平 衡 ． ／H一 ／ H ／H— FQ≠H 0i H 暖 P 一 H+ H+ H + 硫酸钙(或氯化钙)中的钙离子可与上述溶 解出来带负电荷的碱性磷酸盐反应转化成酸性 磷酸盐，不断释放氢离子(H )，每一分子磷酸 可放出三个氢离子，从而使醪液的 pH降低，保 证糖化醪的酸度，促进糖化顺利进行。 3( 十4HPO+ ≠( (P )2 十2 P( (碱性 ) (酸性) 同时抵消由于碳酸根(c暖一)存在而上升 的pH值，这就是凡碳酸盐多且缺 Ca2 的水添 加石膏(CaS。4+2 o)补 Ca2 的功效愈为显 著的原 因。 1．2 钙离子促进蛋白质凝结 煮沸麦汁的 pH值应控制在 5．2～5．4，煮 沸麦汁开始的 pH往往是 比较高的，这是受洗 糟水的影响 随着煮沸进行，pH会逐步降低， 这是酿造用水 中存在的钙离子会与麦汁中的磷 酸盐反应 ，放出氢离子(还包括其它一些酸性物 质的形成 )而降低 pH值，另外 ca2一还能置换 酸性蛋 白质的氢原子，形成不溶性的蛋白质 一 钙沉淀，同时释放出H一也起到增酸作用。 ／ H 蛋白质十曙 蛋白质 一钙 +Ⅲ ’ ＼ H 在低 pH条件 (等电点)下有利于促进蛋 白 质的凝聚。 还有醪液 中带有正电荷的 Ca” 等两价金 属离子能促进带负电荷的蛋白质颗粒形成盐桥 絮凝 ，也能降低蛋白质的现电荷 ，使小颗粒蛋 白质与沉淀性磷酸盐结合在一起促进沉淀，减 少麦皮物质的浸出，使麦汁清亮透明，制得麦汁 颜色有光泽，可使成 品啤酒 口味柔和，香气显 ⑦ 维普资讯 http://www.cqvip.com 广州食品工业科技 ( a z u Fbcd Sc怩【lce Ld1 ( m1 l5 No．S(总 60) 27 著，提高风味，减少涩味。 1．3 钙离子是一些酶的保护剂 在啤酒糖化时 ，口 一含量在 6O～80rag几 时能保持淀粉液化酶(如 一淀粉酶 )的耐热 性 ，提高酶的活性，促进酶的作用，有利于辅料 糊化、液化，特别是复合酶需要在一定 ca” 离 子浓度下才能发挥最佳效应 。 1．4 钙是酵母发酵所需的主要矿物元素之一 1 4 1 钙不参与酵母细胞结构物质的组成 ，而 离子状态控制细胞的生理状态，如降低细胞 膜的透性 ，调节酸度 环境的影响往往会造成 酵母细胞机能的衰退，其 中培养基中缺乏必要 的成分如钙，在啤酒发酵中常会出现酵母退化 现象，表现在形态变化，增殖不良、凝集性差、回 收量低、容易自溶和染菌、发酵时间一批比一批 长。 1 4．2 酵母停止生长不一定是麦汁中缺氧，而 是吸收氮的能力降低，ca 对氮的吸收有调节 作用，可 加强酵母对氮的吸收，含氨基氮高的 麦汁不一定也含有丰富的 ca ，在 Ca2 含量 不足的麦汁添加一些钙盐对发酵是有益的，可 以提高酵母的发酵活性 1 4 3 钙离子的存在有利去除原料中带入的 或发酵过程中产生的草酸根形成草酸钙沉淀 ca2 + Cj一=CaCO4 在发酵过程中，草酸钙由酒液中析出，以晶 体状附于酵母上和发酵容器上，它是构成所谓 “啤酒石”的主要成分。 2 利用租蛋白分解液 采用络台滴定测 ca2 2．1 原理 麦汁或啤酒中钙．在测定总可溶性氯的消 化过程转变成硫酸钙 ，取部分分解液 ，调节溶液 pH到 12 上，使镁形成 Mg(OH)2沉淀 ，而钙 离子在碱性溶 液中与 EDTA络台置换出钙红 指示剂，使溶液变成纯蓝色 示终点。选择适 当的络合剂作为掩蔽剂，干扰离子先形成更稳 定的络台物，消除干扰。即用三乙醇胺和盐酸 羟胺消除其它金属离子的干扰(高价金属离子 还原成低价 ，稳定指示剂颜色)，可准确测定钙 含量。 2 2 主要仪器及试剂 2．2．1 250毫升凯氏烧瓶 2．2．2 5 0毫升微量滴定管 2 2．3 催化剂(分析纯试剂) K SO4：Se粉 =500：1研磨混均于试剂瓶 由 2．2 4 钙红指示剂(铬蓝黑 R)=l克钙指示 剂与 99克氯化钠(分析纯 )研细贮于有严密塞 子的棕 色瓶 内 2．2 5 氢氧化钠 分析纯 20％(w／V)水溶 液 2 2．6 三乙醇胺 分析纯 1：1水溶液 2．2．7 盐酸羟胺 分析纯 2 2 8 孔雀石绿指示剂 0 l克溶于 100毫 升蒸馏水中 2 2．9 钙标准溶液 0 OlM 精确称取基准级碳酸钙(120℃烘干 2h后 于干燥器冷却)0．5004克，溶解于 25m10 5M 盐酸中，煮沸溶解，除去 C ，定容至 500ml，该 溶液含钙量为 1mg／rnl，即0．01M浓度。 2．2．10 乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)标准溶 液 ，0．01M 称取 3 723克 EUI'A 干燥粉 末、溶解于 水 ，稀 释至 1升。 标定：吸取20．00ml0．01M 钙标准液，加水 到 50m[，加 im120％NaOH溶液，加钙红指示剂 少许，立即用 EDTA标液滴定至溶液由红色转 为纯蓝色为滴定终点，根据耗用 ED1、A溶液的 体积计算其准确浓度。 2 3 测定步骤 2．3．1 吸取 100 O0 除气啤酒(或麦汁)于凯 氏烧瓶中，加数滴浓硫酸浓缩至近干 ，加 1小药 匙催化剂，加适量浓硫酸(据经验，平均每克浸 出物添加 5 5ml浓硫酸)消化至近白色或淡黄 色，冷却 ，加蒸馏水 2Oral，摇动几下，待冷却转 A lOOml容量瓶，加蒸馏水稀释到刻度，摇匀， 为试样分解液。 2．3．2 准确 吸 取试 样分 解 液 25．00mI于 250rid锥 形 瓶 中，加 三乙醇 胺 4rd，蒸馏 水 维普资讯 http://www.cqvip.com 28 广州食品工业科技 Guangzhou Food Science and TozhnoltN3．,vo1．15 No 5(总 60) 50ml，孔雀石绿指示剂 1滴 滴加 NaOH溶液 至试液由蓝绿色变为无色 ，再加 2m1Na(】H调 节试样 pH大于 12。加入 O 1g(约火柴 头大小 的量)盐酸羟胺 ，摇匀，溶解后再加钙红指示剂 少许，立即用 EDTA标液滴定，溶液至纯蓝色 为滴定终点。 2 4 结果计算 ~(Ca2 ，rag／1)= *10 式中C——EDTA标准液的摩尔浓度 ，mol／L v 耗用 EFYI'A标准液的体积 ，mI 采用络合滴定测定结果实例见表 1。 2．5 回收液及原子吸收法实验结果 准确吸取一定量 C( =0．01rno[／L标 准液于 100．00ml除气啤酒(或麦汁)中，如 2 3 步骤进行操作 ，回收液实验结果见表 2。 袁 1 络台滴定分析情况 采用国际通用原子吸收法，将 啤酒(或麦 汁)标准溶液输人原子吸收分光光度计，用空白 溶液调至零点 溶液连续不断地输入，测定各 样品在波长 423nm 时 的吸光度，对照 标准曲 线，用外插法求得啤酒(或麦汁)的钙含量，所测 样品情况见表 3。 由表 1及表 3对照得知消化液络台滴定测 定方法比原子吸收分光光度法准确度高，另由 表 2回收液试验结 果看，回收率在 99．4％～ 100．6％之间，精密度好，符台允许误差范围。 2．6 几点说明 2．6．1 样品处理即消化过程催化剂不含硫酸 铜，改为添加一定比例的微量硒粉，对消化速度 表 3 原子吸收法实验结果 f4-~--g- 喜 刹 芒值标 差变 数 无明显不利影响，消除 cu 存在使消化液 呈绿色，滴定终点不明显的干扰 。另外控制好 样品消化时浓硫酸的加人量，以略有过量为宜， 否则调节溶液 pH>12需耗用大量氢氧化钠， 对测定结果产生误差。 维普资讯 http://www.cqvip.com 广州食品工业科拄 Guangzhou Food Science and'T,~'hr,ology ．15 No 5(总 60) 29 2 6．2 络合滴定反应速度较慢，因此滴定时不 宜太快 ，特别是近终点时应一滴一滴进行 ，同时 充分摇匀，如温度过低 ，可将试液略微加热(不 超过 30℃)滴定 ，以促进反应进行。 2 6 3 指示剂的用量对终点观察影响较大．应 通过多次掌握合适的加八量。 2 6 4 测定麦汁中 ”含量时，如有很多磷 酸盐，钙在碱性下会产生 Cas(P。4)2沉淀，使终 点不灵敏 ，可采用返滴定法。即上述络合滴定 法中样品液加人过量 EDTA标准液 ，加入钙红 指示剂后 ，溶液应呈蓝色，用钙标准液滴定至蓝 色消失刚剐变成酒红色为终点 ，同时作一空白 试验 。 2．6．5 如果络台滴定分析所用的乙二胺四酸 二钠盐溶液需要配制储备液，用玻璃瓶长时间 保存，由于 EDTA溶液能慢慢地侵蚀玻璃 ，与 巳”、M 离子络合，会影响浓度的准确性，导 致误差。因此该储备液应保存在聚乙烯塑料瓶 中。 3 小结 上文详细论述 Ca2 在啤酒生产中发挥 的 作用及 啤酒 (或麦汁)中 Caz 含量检测技术。 说明了啤酒酿造过程中不可缺少钙离子，浅色 啤酒酿造水 Ca2 理想要求 40～50mg／I，使用 很软的水酿制啤酒应适量 添加钙盐，使水 中 Ca2 浓度至少达到 50mg／I(相当于 6～7 dH)。 采用离子交换法、电渗析法或反渗透法处理的 水往往也需增加钙离子以达到钙离子的最低要 求 ，降低残余碱度 ，改良水质 值得一提的是舔 加过量的钙离子有副作用，表现在(1)导致多余 的 Ca2 形成磷酸钙沉淀而损失多量磷酸(或磷 酸盐)，而磷酸及其盐类是麦汁的缓冲物质和酵 母所需 的营养成分。(2)过多 的 Ca (极 限 100mgh)会阻碍酒花 a一酸异构 ，并使酒花苦 味变得粗糙。(3)多量的 ca2 使成品啤酒形成 草酸钙早期沉淀，在啤酒中形成晶体粒子，导致 啤酒喷涌。这就要求高浓酿造稀释用水钙离子 应低于正常啤酒中含有钙离子(一般 11～12 P 啤酒含 ( 为 30～40mg／])，因此应加 强对 C 含量的测定，列入常规试验项 目。 参 考 文 献 l 顾圄贤．酿酒工艺学．第 2版 北京：轻工业出版社， 1996 2 绦斌．啤酒生产问答 第 l版 北京 ：轻工业出版社 ， 1993 作者简介 王加春 男，1967年 1O月生，工程师， 1989年毕业于大连水产学院食品工艺专业 ，一直从事 啤酒科研工作。 (上接第25页)母味，后味苦涩感，严重的则有 酸败味。同时，酵母长时间处于温度过高的发 酵液中，酵母常会发生退化现象，表现为形态不 规则、增殖数量变少、凝聚性差 、酵母难回收、发 酵力低等。由于操作不当，设备问题等原因，双 乙酰还原温度过低，则造成双乙酰还原速度慢、 时间长，成品酒 口味不爽，有生青昧。 2 4 贮酒 温度 一般贮酒温度控制在 0～ 1℃，这样有利于 e 的自然饱和，酒 口感更柔 和，同时利于酵母及冷凝固物的排踪 此时如 果酵母及冷凝固物排放不及时，由于生产事故 造成温度再次回升，则酵母和冷凝固物再度溶 于酒液中，造成后期酒液过滤困难，清酒不亮， 成品瓶酒“冰镇”后易出现酒体混浊，影响酒的 销售 由于操作不当、设备阈题等原因，造成过 度降温，使得酒液局部过冷，产生局部结冰现 象，影响酒的产量和质量，严重的影响下一批次 的正常发酵 3 感想 3．1 卫生问题是啤酒厂的第一问题 ，在中小型 酒厂要引起充分重视。 3 2 协调生产各个环节 、设备要及时检修。温 度计、压力表定期检定。 3 3 在生产 中要定时检查酵母性能。 发现异常，及时查找原因，并及时更换新酵 母。 维普资讯 http://www.cqvip.com