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評價啤酒泡沫的穩定性

更新時間:2022-04-27       點擊次數:832
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MultiScan 20 (MS 20)




泡沫穩定性是評價啤酒質量的一個重要參數。穩定而豐富的泡沫可以提升啤酒的口感。為了讓啤酒泡沫穩定存在,人們對蛋白質等化合物進行了廣泛的研究。將這些化合物添加到啤酒中可提高泡沫的穩定性。因此,提供一種簡便、快速的泡沫穩定性評價技術,對促進此類配方的研究與開發具有重要意義。


 德國德飛 Dataphysics 公司研發生產的 MultiScan 20(MS 20)【圖1】穩定性分析儀可以準確的定量測量啤酒泡沫的穩定性,比任何傳統的貨架期測試都要快很多。本文將介紹 MS 20 穩定性分析儀在兩種啤酒的泡沫穩定性研究中如何起作用。


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【圖1】Dataphysics 公司 MS 20 穩定性分析儀,

連接6個測量塔

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關鍵詞:啤酒泡沫、穩定性、

     

           MS 20 穩定性分析儀





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技術和方法

德國Dataphysics公司研發的 MS 20 穩定性分析儀是一款光學測量儀器,主要用于自動測量液體分散體系的穩定性和老化分析,以及用于由時間和溫度引起的分散體系不穩定機制的綜合表征。它由一個中央控制單元和多個測量塔組成,最多可連接6個測量塔,每個測量塔可獨立控溫,溫度范圍為-10°C到80°C ,所有的測量塔均可以不同的設定參數獨立工作。


       配套強大的 MSC 軟件,使 MS 20 能夠捕捉到液體分散體系最輕微的變化。因此,MS 20 能夠快速和準確的測量和分析液體分散體系的穩定性,并對該分散體系可能的失穩機制給出指導結論。

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實驗


      將兩種類型的啤酒(輕啤酒,pils啤酒)10毫升倒入透明標準樣品瓶中,搖晃并產生泡沫,分別裝入測量塔,測量10分鐘,測量時間間隔為13秒。測量高度從0毫米(樣品瓶底)至57毫米(樣品瓶中樣品的裝樣頂部)。【圖2】顯示了測量開始和結束時的兩個樣品狀態 。

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【圖2】測量開始和結束時的兩個樣品狀態

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結果    

      可以同時得到透射光強度和背散射光強度與樣品高度,掃描時間的關系圖。由于透射光強度在測量過程中較背散射光強度圖有明顯的變化,所以,我們選擇透射光譜圖分析啤酒泡沫的穩定性。


       兩個樣品的透射光強度隨時間變化相似。【圖3】顯示了淡啤酒透射光強度與樣品管高度的關系圖。曲線中從紅色線(實驗開始,t=0s )到紫色線(實驗結束,t=10min45s )的顏色變化信息表示不同的測量時間。每條曲線代表從樣品管底部到頂部的一次全程掃描。透射光譜圖顯示了透射光信號與時間和樣品位置的變化圖,由圖可知,樣品高度 33mm 至 54mm 之間顯示了泡沫區域的變化過程。25mm 到 32mm 之間的區域為泡沫逐漸轉化為水的區域,是由于而導致水的生成。


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【圖3】淡啤酒的透射光強度與樣品管高度的關系
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泡沫轉化為水區域(drainage phase)

       為了更好的理解水相生成動力學,我們對樣品管高度范圍從 25mm 至 32mm 區域的譜線變化速率和變化寬度進行了分析,計算了水生成速率和測量時間內生成水層的厚度。從【圖4】可以看出,pils啤酒泡沫轉化成水的速度和厚度比淡啤酒大很多,說明pils啤酒中的泡沫不如淡啤酒泡沫穩定。


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【圖4】水生成動力學


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啤酒的泡沫相分析

      隨著時間的推移,透射光信號范圍均在33毫米到54毫米之間不斷擴大。該區域為啤酒的泡沫區域,分別對兩個樣品的這一區域的透射光信號前沿的擴張遷移速率進行分析。


      【圖5】所示,對于淡啤酒可以看到大約3分鐘內的平均遷移速率為 9.34mm/min 。之后,遷移速率變得非常小,表明淡啤酒的泡沫在前3分鐘內破裂明顯,之后變得緩慢。


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【圖5淡啤酒遷移前沿與時間關系圖

(樣品管高度 32mm – 54mm )



對pils啤酒進行分析,得出【圖6】中的變化率。可以看到,啤酒泡沫的透射光強度的變化是從1分鐘56秒開始的,這意味著泡沫在前2分鐘內變化較小,比較穩定。然而,從2分鐘到3分鐘之間泡沫開始變得非常不穩定,變化速率高達10.4mm/min 。在這種快速的不穩定之后,泡沫繼續以較慢的速度流失。


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【圖6pils啤酒遷移前沿與時間關系圖

(樣品管高度 32mm – 54mm )

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整體穩定性分析及比較

        利用 MSC 軟件中提供的穩定性指數 ( SI ) 函數,用一個值來表示每次測量的整體穩定性,所有測量的 SI 值與時間的關系見【圖7】。與之前的結果一致,穩定指數 SI 的分析結論為,淡啤酒在剛倒入樣品瓶后,會在最初的幾分鐘內泡沫快速崩塌,之后進入一個相對緩慢的狀態。與之不同的,pils啤酒在前4分鐘前比淡啤酒穩定。而在4分鐘后pils啤酒的SI值更高,說明4分鐘后其maomo轉化為水的速度更快,這與圖5水轉化速率的討論中pils啤酒的泡沫 轉化為水的速率更快的結論相一致。


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【圖7】pils啤酒與淡啤酒的透射光穩定性

指數與時間的關系圖



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總結

           利用 MS 20 穩定性分析系統及其相應的 MSC 軟件,可通過透射光信號的變化動態分析啤酒pomo隨時間的變化狀態,具有高敏感,簡單,量化,快速等特點。可以直觀的了解不同啤酒pomo 在不同時間段的破裂規律并計算不同啤酒pomo在不同時間段的破裂速度和轉化水的速率。為啤酒泡沫的穩定性研究提供一種簡便、快速并可靠的方法。幫助生產及科研人員預測和量化啤酒泡沫的穩定性問題,從而保證時間和成本的產品開發。

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關于MS 20 穩定性分析儀的基本原理介紹:


     以下為 MS 20 穩定性分析儀的測量原理及譜圖識別方法說明,可以幫助對本文測試譜圖結果的理解。感興趣可以閱讀。
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1、基本原理

          MS 20 穩定性分析儀采用近紅外光( λ=870±30nm )對樣品由下往上(設定間距,最大高度56.5mm )進行間隔時間掃描,同時利用光學探測器分別采集樣品的透射光和背散射光,并繪制透射光強度和背散射光強度隨樣品高度的變化曲線。

透射光強度和背散射光強度與樣品濃度的關系如下圖:

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透射光強度和背散射光強度與液體分散體系中粒子的半徑關系如下圖:

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2、譜圖表示含義

      樣品按設定的時間間隔進行掃描,得到透射光和背散射光光強在樣品管不同高度隨時間的譜圖。


      X軸表示樣管的高度,最右側是樣品管的頂部,最左側是樣品管的底部。


      Y軸表示背散射光強度(透射光強度)值 (%) 。


      不同顏色曲線代表不同時間的掃描,每條譜線代表一次掃描,時間順序按顏色詳見右側對應的時間指示柱(紅色→紫色)。


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