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啤酒生产中甲醛残留量的检测与控制

孙黎琼
福建燕京惠泉啤酒股份有限公司 362100

【摘要】 甲醛对人体具有较强的毒性，2005年3月我国《发酵酒卫生标准》规定，甲醛残留量指标不能超过2毫克／升。20世纪60年代开始，甲醛作为一种助滤剂添加于啤酒生产过程中。啤酒生产过程中添加甲醛，到底在啤酒中会残留多少，对人体有没有影响，一段时间曾争得沸沸扬扬。本文从啤酒生产过程中添加甲醛与不加、不同加量、以及用其它添加剂代替甲醛等不同工艺分析啤酒中甲醛的含量，以达到控制啤酒甲醛残留量的目的。
【关键词】甲醛 多酚 蛋白质 沉淀 澄清剂
1、 啤酒中甲醛的来源
甲醛（化学分子式HCHO，分子量：30.03）是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。甲醛可经呼吸道吸收，其40%的水溶液称为福尔马林，此溶液沸点为19℃，故在室温时极易挥发，随着温度的上升挥发速度加快。工业上可作为清洁剂、防腐剂等，长期接触低剂量的甲醛会引起慢性呼吸道疾病甚至鼻咽癌。甲醛的危害还表现在它能凝固蛋白质，可使人致癌。国家已明令禁止在食品中使用该产品，现代科学研究表明，甲醛对人体健康有负面影响。啤酒中甲醛的来源主要有如下几方面：
1.1 来源于原料(主要是麦芽)及所使用的水
啤酒生产中主要原料是麦芽,甲醛是大麦浸麦过程中常用的一种添加剂，可杀灭麦皮表面的微生物，具有良好的防腐作用，同时可抵制麦芽根芽的生长，降低制麦损失。因此，在制麦过程中若使用甲醛，甲醛会残留一部分在麦芽，带到啤酒中。啤酒生产所使用的水，若在处理过程中管道杀菌使用甲醛，也会残留一部分在水里，从而带到啤酒中。世界卫生组织对饮用水规定甲醛含量不能超过0.9毫克／升。
1.2 来源于啤酒生产过程中麦汁的制备时添加甲醛的残留
啤酒生产过程中在糖化时添加甲醛可以去除麦芽谷皮、胚芽中所含的多酚物质,减少多酚物质与蛋白质聚合产生混浊、沉淀，可增加啤酒的非生物稳定性，延长啤酒的保质期，并能降低啤酒的色度，改善啤酒的口感。若添加量不当会残留到啤酒中。
1.3 来源于啤酒发酵过程中酵母的代谢产物
甲醛是生物的代谢产物。啤酒生产的发酵过程中酵母产生一系列的生化代谢产物，其中也有微量的甲醛而存在于啤酒中。
1.4 来源于啤酒发酵过程中污染微生物的代谢产物
若在发酵过程中，卫生管理不好，发酵过程受微生物污染， 污染微生物会产生一系列包括甲醛的副产物，从而使啤酒中的甲醛含量增加。
1.5 来源于罐体、管道杀菌中使用的甲醛
甲醛能凝固微生物体内的蛋白质，因此可作为杀菌剂，用于罐体、管道的消毒、杀菌。消毒、杀菌后若没有彻底清洗干净，甲醛会带到啤酒中。

2、 啤酒中甲醛含量及多酚的检测方法
2.1 总多酚的测定
2.1.1 仪器
分光光度计、离心机、比色管
2.1.2 试剂和溶液
2.1.2.1 羧甲基纤维素钠/乙二胺四乙酸二钠溶液(CMC/EDTA)：在500ml水中慢慢加入纯羧甲基纤维素钠10.0g和乙二胺四乙酸二钠2.0g，边加边搅拌，待全部溶解后，停止搅拌，静置1-3小时，全部移入1L容量瓶中并定容。必要时，可用离心机离心，使溶液澄清。该溶液每月需重新配制。
2.1.2.2 铁试剂：称取3.5g绿色柠檬酸铁铵，加水溶解并定容到100ml。该溶液应完全澄清，每周配制1次。
2.1.2.3 氨试剂：氨水+水=1+2。
2.1.3 分析步骤
2.1.3.1 空白管：吸取试样10 ml于25 ml容量瓶中，加CMC/EDTA溶液8ml，充分混匀，加入氨试剂0.5 ml，混匀，用水定容，摇匀。放置10分钟后，用10mm比色皿，在波长600nm下，测定其吸光度。
试样管：吸取试样10 ml于25 ml容量瓶中，加CMC/EDTA溶液8ml，充分混匀，加入铁试剂0.5 ml，混匀，然后加入氨试剂0.5 ml，混匀，用水定容，摇匀。放置10分钟后，以空白管作参比液，用10mm比色皿，在波长600nm下，测定其吸光度。
2.1.3.3试样的稀释：若总多酚超过400mg/L，试样就要稀释。试样和空白都用50ml容量瓶。在取样、添加CMC/EDTA溶液和铁试剂后，加水25ml，充分混匀，再加氨试剂，用水定容，摇匀。
2.1.4 总多酚含量的计算：
X（mg/L）=A600×820×稀释倍数
X ——试样总多酚含量
A600——在在波长600nm下，测得试样的吸光度
8200——吸光度与总酚含量的换算系数。
2.2 甲醛含量的测定方法(乙酰丙酮比色法)
2.2.1 仪器
分光光度计、精度为±1℃的恒温水浴锅
2.2.2 试剂
36-38%甲醛、乙酰丙酮AR级、0.1000mol/L硫代硫酸钠标准溶液、0.1mol/L碘溶液、50 g/L淀粉批示剂、1mol/L硫酸溶液、1mol/L氢氧化钠溶液，200g/L磷酸溶液
乙酰丙酮溶液：称取醋酸铵25g，用少量蒸馏水溶解并转移至100 ml容量瓶中，加入冰醋酸3 ml及乙酰丙酮0.40ml，加水定容到刻度，振荡促常人促溶，在棕色瓶中贮存。
甲醛标准溶液的配制和标定：吸取36-38%甲醛溶液7.0 ml，加入0.5ml1mol/L硫酸溶液，用水稀释到250ml。吸取溶液10.0 ml于100 ml容量瓶中，加水稀释定容。再吸取10.0 ml于250ml碘量瓶中，依次加90ml水、20ml 0.1mol/L碘溶液和15 ml 1mol/L氢氧化钠溶液，摇匀，放置15分钟。再加入20ml 1mol/L硫酸溶液酸化，用0.1000mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定到浅黄色，然后加约1 ml50 g/L淀粉批示剂，继续滴定至兰色退支即为终点。同时做试剂空白实验。
X1=（V1-V2）C×15/10
X1——甲醛标准溶液的含量，mg/ml；
V1____空白试样所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，ml；
V2____滴定甲醛溶液所消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，ml
C——硫代硫酸钠标准溶液的浓度
15——每毫摩尔碘相当的甲醛质量为15mg。
用上述已标定甲醛含量的溶液加蒸馏水配制成5mg/L的甲醛溶液
2.2.3 分析步骤
2.2.3.1 标准曲线的制作
将预冷到10℃左右的试样倒入10ml比色管中到5ml刻度处，分别加入0ml、0.10ml、0.20ml、0.30ml、0.40ml、0.50ml、0.80ml、1.00ml、1.20ml、1.50ml、2.00ml甲醛标准溶液，用蒸馏水定容到10 ml，各加1 ml乙酰丙酮溶液混匀后于60℃水浴保温30分钟，冷却至室温后，用1cm比色皿以蒸馏水调零于波长415nm测定吸光度，以甲醛加入量为横坐标，加甲醛标准溶液试样减去未加甲醛标准溶液试样（零管）的吸光度差值为纵坐标绘制标准曲线，并求出线性回归方程。
甲醛加入量ml
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.80
1.00
1.20
1.50
2.00
甲醛含量ppm
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.4
0.5
0.6
0.75
1.00
2.2.3.2 样品的测定
按2.2.3.1的步骤将预冷的样品缓慢倒入两支10ml比色管中至5ml雇刻度处，用蒸馏水定容至10ml，各加1 ml乙酰丙酮溶液混匀，一支按上述条件保温后测得吸光度值为A1，另一支则不经保温直接测得吸光度值为A2，样品的吸光度A。
2.2.3.4 计算
A=A1-A2
2.2.3.5 标准曲线的绘制：以甲醛浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。
2.2.3.6 样品甲醛含量的计算
根据样品的吸光值从标准曲线中查出甲醛含量，再乘以稀释倍数。
3. 从啤酒生产过程中添加甲醛与不加、不同加量、以及用其它添加剂代替甲醛等不同工艺的试验结果。
3.1 相同原辅料、相同糖化工艺，糖化过程添加甲醛（加量200ppm）与不加甲醛，定型麦汁澄清度及麦汁中甲醛、总多酚含量的检测结果见表1。
表1
麦汁批次
添加甲醛（加量200ppm）
不加甲醛
甲醛含量（ppm）
多酚含量（ppm）
麦汁澄清度
甲醛含量（ppm）
多酚含量（ppm）
麦汁澄清度
1
0.066
63
清亮
0.058
169
混浊
2
0.063
54
清亮
0.065
154
混浊
3
0.059
59
清亮
0.049
162
混浊
4
0.064
51
清亮
0.050
152
混浊
5
0.065
61
清亮
0.047
178
混浊
平均
0.0634
57.6

0.055
163.2

从表1试验结果可以看出: 糖化过程添加适量的甲醛最终定型麦汁甲醛含量平均为0.0634 ppm、多酚含量为57.6 ppm、麦汁较清亮；不加甲醛，最终定型麦汁甲醛含量平均为0.055ppm、多酚含量为163.2ppm、麦汁较混浊。糖化过程添加适量的甲醛与不添加最终定型麦汁甲醛含量差异不大，不添加甲醛最终定型麦汁多酚含量明显高麦汁混浊不清亮。
3.2相同原辅料、相同糖化工艺，糖化过程添加甲醛量不同,分别为麦芽量的200ppm、300 ppm、400 ppm、 500 ppm、600 ppm，定型麦汁澄清度及麦汁中甲醛、总多酚的检测结果见 表2。

表2
添加量
100ppm
200ppm
300 ppm
400 ppm
500 ppm
600 ppm
800 ppm
甲醛含量（ppm）
0.065
0.066
0.068
0.069
0.071
0.120
0.149
多酚含量（ppm）
100
61
59
51

43
50
48
麦汁澄清度
稍有混浊
清亮
清亮
清亮
清亮
清亮
清亮
注：上述检测数据为5次相同条件试验检测结果的平均值。
从表2试验结果可以看出: 糖化过程甲醛加量在200-500 ppm，最终定型麦汁甲醛含量较低在0.066-0.071 ppm间、多酚含量也较低在43-61ppm间、麦汁清亮；随着甲醛添加量的加大，虽最终定型麦汁多酚含量较低、麦汁清亮，但麦汁甲醛含量明显增多；添加量在200ppm以下最终定型麦汁甲醛含量较低，但麦汁多酚含量明显高，麦汁稍有混浊，不够清亮。
3.3 糖化过程不加甲醛，相同辅料、相同糖化工艺、不同麦芽，定型麦汁澄清度及麦汁中甲醛、总多酚含量的检测结果见表3。
表3
项 目
麦芽1
麦芽2
麦芽3
麦芽4
麦芽5
甲醛含量（ppm）
0.035
0.048
0.083
0.105
0.116
多酚含量（ppm）
158
144
173
90
83
麦汁澄清度
混浊
混浊
混浊
稍有混浊
稍有混浊
注：上述检测数据为5次相同条件试验检测结果的平均值。
从表3试验结果可以看出: 糖化过程不加甲醛，相同辅料、相同糖化工艺、不同麦芽，定型麦汁中甲醛、总多酚含量差异也较大，麦汁澄清度也不同。
3.4 用营养成分相似、甲醛含量接近(约50 ppm)的定型麦汁,发酵过程使用不同酵母品种，相同发酵工艺，最终成品啤酒甲醛含量的检测结果见表4。
表4
试验批次
酵母品种1
酵母品种2
酵母品种3
酵母品种4
酵母品种5
1
0.156 ppm
0.189ppm
0.256ppm
0.264ppm
0.345ppm
2
0.168 ppm
0.191ppm
0.229ppm
0.241ppm
0.369ppm
3
0.144 ppm
0.172ppm
0.245ppm
0.275ppm
0.374ppm
4
0.151ppm
0.180ppm
0.248ppm
0.233ppm
0.359ppm
5
0.159ppm
0.192ppm
0.265ppm
0.268ppm
0.360ppm
平 均
0.1556ppm
0.1848ppm
0.249ppm
0.2562ppm
0.3614ppm
从表4试验结果可以看出: 麦汁营养成分相似、甲醛含量接近(约50 ppm)，采用相同的发酵工艺，发酵过程使用不同酵母品种，最终成品啤酒甲醛含量都有明显增加，但使用不同酵母品种，成品啤酒甲醛增加的量不同。
3.5 用营养成分相似、甲醛含量接近(约50 ppm)的定型麦汁,发酵过程使用相同的酵母品种，用不同的发酵工艺，最终成品啤酒甲醛含量的检测结果见表5。
表5
试验批次
工艺1
工艺2
工艺3
工艺4
工艺5
1
0.156 ppm
0.189ppm
0.256ppm
0.264ppm
0.345ppm
2
0.168 ppm
0.191ppm
0.229ppm
0.241ppm
0.369ppm
3
0.144 ppm
0.172ppm
0.245ppm
0.275ppm
0.374ppm
4
0.151ppm
0.180ppm
0.248ppm
0.233ppm
0.359ppm
5
0.159ppm
0.192ppm
0.265ppm
0.268ppm
0.360ppm
平 均
0.1556ppm
0.1848ppm
0.249ppm
0.2562ppm
0.3614ppm
从表5试验结果可以看出: 麦汁营养成分相似、甲醛含量接近(约50 ppm)，发酵过程使用相同酵母品种，采用不同的发酵工艺，最终成品啤酒甲醛含量都有明显增加，但增加的量不同。
3.6相同原辅料、相同糖化工艺，糖化过程添加甲醛（加量200ppm）、不加甲醛以及添加其它无毒麦汁澄清剂，定型麦汁澄清度及麦汁中甲醛、总多酚含量的检测结果见表6。
表6
项 目
不加甲醛
加甲醛
加澄清剂1
加澄清剂2
加澄清剂3
甲醛含量（ppm）
0.045
0.068
0.042
0.034
0.052
多酚含量（ppm）
172
46
59
80
121
麦汁澄清度
混浊
清亮
清亮
稍有混浊
混浊
注：上述检测数据为5次相同条件试验检测结果的平均值, 三种麦汁澄清剂加量相同。
从表6试验结果可以看出:在糖化过程中，选用无毒的麦汁澄清剂，最终定型麦汁甲醛含量与不加甲醛的麦汁相同，都较低，且能去除麦汁中的总多酚，使麦汁澄清。但不同的麦汁澄清剂，去除麦汁中的总多酚效果不同。

4． 结论与讨论
4.1 糖化过程添加适量的甲醛与不添加最终定型麦汁甲醛含量差异不大，因为在糖化时添加甲醛,一部分甲醛可以与麦芽谷皮、胚芽中所含的多酚物质结合,再与蛋白质结合形成沉淀而去除，麦汁中多酚含量也较低，麦汁清亮； 另一方面因甲醛溶液沸点为19℃，极易挥发，随着温度的上升，挥发速度加快，经煮沸锅高温的蒸煮，大部分残留甲醛会挥发掉。但添加量一般控制在麦芽用量的150-300 ppm，若添加量太大，添加的甲醛一部分会在啤酒中残留，使啤酒的甲醛残留量偏高。
4.2 甲醛可杀灭麦皮表面的微生物，具有良好的防腐作用，同时可抵制麦芽根芽的生长，降低制麦损失，因此麦芽生产厂家常把甲醛作为一种添加剂在麦芽生产中使用，在制麦过程中若使用甲醛，会使部分甲醛残留在麦芽上，从而带到麦汁中。这就是为何在糖化过程中不添加甲醛，麦汁同样也含有一定量的甲醛。因此，在啤酒生产过程中，注意原料的选择，尤其是麦芽，要选在制麦程中没有使用甲醛的麦芽，才能降低啤酒中甲醛的残留量。
4.3 甲醛是生物的代谢产物,因此酵母在啤酒发酵过程中,都会产生一定量的甲醛,这就是为何麦汁经发酵后,甲醛会增加的原因。但不同的酵母菌种,其产生的甲醛量不同。在啤酒生产中要选择产甲醛量低的酵母，可通过菌种筛选获得低甲醛产量的酵母，才能有效降低啤酒中甲醛的残留量。
4.4 不同的条件,微生物的代谢产物也不同，因此采用不同的发酵工艺，酵母产生的甲醛量不同, 要降低啤酒中甲醛的残留量,也可以通过改变发酵工艺来控制啤酒中甲醛的残留量。
4.5 甲醛是微生物的代谢产物，除酵母外的其它微生物也同样会产生甲醛。在啤酒生产中，要加强卫生管理，防止微生物污染，才能有效降低啤酒中甲醛的残留量。
4.6 虽在啤酒生产中添加适量的甲醛，可以去除麦汁中的多酚，延长啤酒的保质期,大多外加甲醛在啤酒中不会残,但毕竞甲醛是有毒物质,添加到啤酒中,消费者在饮用时肯定不会放心。因此在啤酒生产中最好不要使用甲醛。

5．啤酒生产过程中甲醛残留量的控制
要控制啤酒中甲醛残留量，保证啤酒的非生物稳定性，除了从原料选择、使用的酿造水、酵母菌种的选择、卫生管理工作等方面控制，还可通过如下几方面控制，以降低啤酒中甲醛的残留量。
5.1 调整糖化工艺如使用新型快速反应的复合酶，缩短糖化过程的时间，减少多酚物质的形成, 保证啤酒的非生物稳定性。
5.2 在糖化过程采用无毒的的麦汁澄清剂，能去除麦汁中的总多酚，使麦汁澄清。但不同的麦汁澄清剂，去除麦汁中的总多酚效果不同，在使用麦汁澄清剂前应试验，选择适合生产工艺、效果较好的麦汁澄清剂。
5.3 酿造过程中使用单宁、过滤时配合PVPP；或几种添加剂搭配使用，都可有效地去除啤酒中的多酚，降低啤酒中甲醛的残留量。

备注：发表于06年《中国啤酒》第10期