麥芽糖化工藝的優(yōu)化及其對發(fā)酵的影響

梁若楠 李洲 何松貴 周世水

摘要 [目的]優(yōu)化麥芽的糖化工藝條件，探究麥芽的水解作用規(guī)律，獲得發(fā)酵優(yōu)良的麥汁。[方法]以還原糖、總糖、α-氨基氮和可溶性蛋白質(zhì)的含量為指標，探究麥芽蛋白質(zhì)休止溫度、糖化的溫度、時間、初始pH 等工藝參數(shù)對麥芽淀粉和蛋白質(zhì)水解的影響。[結(jié)果]糖化溫度是影響麥芽淀粉水解的主要因素；蛋白質(zhì)休止溫度、時間及初始pH 是影響麥芽蛋白質(zhì)水解的主要因素。麥芽糖化工藝優(yōu)化結(jié)果：50 ℃蛋白質(zhì)休止1 h，65 ℃糖化40 min，72 ℃糖化20 min，初始pH為5.0。該工藝制備的麥汁15 ℃發(fā)酵的酒精度達6.2%，實際發(fā)酵度達75.3%。[結(jié)論]該研究可為不同類型啤酒釀造制備特定的麥汁提供生產(chǎn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞麥芽；糖化工藝；淀粉水解； 蛋白質(zhì)水解

中圖分類號TS262.5文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）26-0099-03

Study on Optimization of Malt Saccharification Process and Fermentation Effect

LIANG Ruonan1，LI Zhou2，HE Songgui3，ZHOU Shishui1*（1.School of Biology and Biological Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong 510006；2.Guangdong Gold Medal Biotechnology Co.，Ltd，Lufeng，Guangdong 516600；3.Jiujiang Guangdong Distillery Co.，Ltd.，Nanhai，Guangdong 528200）

Abstract[Objective]To study the effects of different saccharification process on malt hydrolysis and in the meantime optimize the saccharification process and prepare good fermentation wort .[Method]Single factor experiment was conducted to evaluate the effects of malt amylolysis and proteolysis by measuring reducing sugar，total sugar，αamino nitrogen and soluble proteins.Factors involved protein rest temperature，protein rest time，saccharification temperature，saccharification time and initial pH .[Result]The result confirmed that saccharification temperature is the critical factor of amylolysis while protein rest temperature，protein rest time，and initial pH significantly affect proteolysis of malt.The optimal saccharification process were as follow：Protein rest for 1 hour at 50 ℃，saccharify for 40 min at 65 ℃ then for 20 min at 72 ℃，initial pH 5.0.The wort produced under these conditions were fermented into alcohol，of which ethanol content reached to 6.2% and final real attenuation was 80.3%.[Conclusion]The research provides theoretical references for wort production according to different types of beers.

Key wordsMalt；Saccharification process；Amylolysis；Proteolysis

麥芽糖化是指通過各類水解酶的分解作用，以及水和熱力作用，將原料麥芽和輔料中的不溶性內(nèi)容物轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)的過程[1]。麥汁質(zhì)量是保證啤酒釀造質(zhì)量和啤酒品質(zhì)的重要前提?，F(xiàn)在啤酒個性化釀造盛行，需要根據(jù)啤酒類型、風(fēng)味、質(zhì)量要求及成本生產(chǎn)相應(yīng)的麥汁。因此，探究麥芽糖化工藝對麥芽各組分溶出、水解的影響有助于個性化精釀啤酒更好地發(fā)展。

麥芽糖化時淀粉的溶出、水解效果決定原料的利用率和啤酒的發(fā)酵度，影響啤酒的最終質(zhì)量[2]。蛋白質(zhì)的溶出、水解效果對啤酒的正常釀造、泡持性及非生物穩(wěn)定性影響巨大。蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物α-氨基氮是啤酒酵母生長繁殖的氮源，缺乏α-氨基氮，酵母增殖困難、發(fā)酵遲緩，12°P麥汁的α-氨基氮含量應(yīng)達到240 mg/L[1]。麥汁中可溶性蛋白質(zhì)、肽類是影響啤酒風(fēng)味和泡持性的重要物質(zhì)，賦予啤酒醇厚豐滿的口感，但過量會使啤酒的非生物穩(wěn)定性變差[1]。

目前對麥芽糖化工藝的報道主要集中在對單一或某兩個指標的優(yōu)化[3-4]，系統(tǒng)的研究和分析較少，精釀型啤酒釀造缺少參考價值。筆者以還原糖、總糖、α-氨基氮和可溶性蛋白質(zhì)為主要指標，研究不同麥芽糖化工藝對麥汁淀粉糖化和蛋白質(zhì)休止的影響，探索兩類物質(zhì)水解規(guī)律，為精釀啤酒釀造提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料。麥芽，廣州麥芽有限公司；啤酒酵母，華南理工大學(xué)發(fā)酵工程實驗室保藏。

1.1.2主要儀器。YQ-PJ-6B型自動糖化儀，輕工業(yè)部西安輕機所光電公司；UV-2700紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司。

1.2方法

1.2.1麥汁制備方法。

麥芽粉碎 → 加400%的水 → 蛋白質(zhì)休止55 ℃，60 min → 糖化 Ⅰ 65 ℃，60 min → 糖化 Ⅱ 72 ℃，20 min → 過濾 → 煮沸60 min → 冷卻沉淀 → 過濾 → 定型麥汁 → 成分分析。

1.2.2麥芽糖化影響因素的試驗。

1.2.2.1蛋白質(zhì)休止溫度對麥芽糖化的影響。分別選取蛋白質(zhì)休止溫度44、47、50、53、56 ℃進行麥芽糖化，測定麥汁中還原糖、總糖、α-氨基氮和可溶性蛋白質(zhì)4個主成分的含量。

1.2.2.2蛋白質(zhì)休止時間對麥芽糖化的影響。蛋白質(zhì)休止溫度50 ℃，分別選取蛋白質(zhì)休止時間20、40、60、80、100、120 min 進行麥芽糖化，測定麥汁中4個主成分的含量。

1.2.2.3糖化溫度對麥芽糖化的影響。蛋白質(zhì)休止50 ℃、60 min，分別選取糖化 Ⅰ 溫度63、65、68 ℃進行麥芽糖化，測定麥汁中4個主成分的含量。

1.2.2.4糖化時間對麥芽糖化的影響。蛋白質(zhì)休止50 ℃、60 min，糖化 Ⅰ 溫度65 ℃，糖化 Ⅱ 72 ℃、20 min，分別選取糖化 Ⅰ 時間20、40、60、80、100 min進行麥芽糖化，測定麥汁中4個主成分的含量。

1.2.2.5初始pH對麥芽糖化的影響。蛋白質(zhì)休止50 ℃、60 min，糖化 Ⅰ 65 ℃、40 min，糖化 Ⅱ 72 ℃、20 min。分別選取初始pH 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5進行麥芽糖化（利用乳酸調(diào)pH），測定麥汁中4個主成分的含量。

1.2.3麥汁發(fā)酵試驗。將100 mL定型麥汁接種2.0×107 CFU/mL 啤酒酵母，15 ℃主發(fā)酵7 d，4 ℃后發(fā)酵7 d后測定啤酒殘?zhí)?、實際發(fā)酵度和酒精度。

1.2.4分析方法。

還原糖、總糖測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[5-6]；α-氨基氮測定采用茚三酮比色法[7]；可溶性蛋白質(zhì)測定采用考馬斯亮藍法[8]；酒精度、原麥汁濃度、殘?zhí)羌皩嶋H發(fā)酵度按國家標準啤酒分析方法測定[9]。

2結(jié)果與分析

2.1蛋白質(zhì)休止溫度對麥芽糖化的影響

按照方法“1.2.2.1”進行麥芽糖化，研究蛋白休止溫度對麥芽水解的影響，結(jié)果見圖1、圖2。

從圖1、圖2可知，蛋白質(zhì)休止溫度的改變對麥汁還原糖和總糖含量影響不顯著，但對麥芽蛋白質(zhì)水解影響顯著。在蛋白質(zhì)休止溫度50 ℃時，制備麥汁α-氨基氮含量最高，達到425.9 mg/L；47 ℃時可溶性蛋白質(zhì)含量最高，達到743.2 mg/L，且隨著溫度升高，可溶性蛋白質(zhì)含量持續(xù)降低。綜合確定50 ℃為蛋白質(zhì)休止溫度。

2.2蛋白質(zhì)休止時間對麥芽糖化的影響

按照方法“1.2.2.2”進行麥芽糖化，研究蛋白休止時間對麥芽水解的影響，結(jié)果見圖3、圖4。

從圖3可知，蛋白質(zhì)休止時間對麥芽淀粉水解影響較小，且蛋白質(zhì)休止60 min后的淀粉溶出和水解已基本充分。從圖4可知，蛋白質(zhì)休止時間對麥芽蛋白質(zhì)水解影響顯著，并隨著時間的延長，麥汁α-氨基氮含量不斷增多，從371.7 mg/L增加到450.5 mg/L，而可溶性蛋白質(zhì)含量不斷減少，從773.3 mg/L減少到582.1 mg/L。60 min后可溶性蛋白質(zhì)降低速率和α-氨基氮增長速率均顯著減小，綜合確定蛋白休止50 ℃，60 min。

2.3糖化溫度對麥芽糖化的影響

按照方法“1.2.2.3”進行麥芽糖化，研究糖化溫度對麥芽水解的影響，結(jié)果見圖5、圖6。

由圖5可知，糖化溫度對麥芽淀粉水解影響顯著，其中65 ℃以上有利于麥芽淀粉的充分水解，采用65～72 ℃兩段式或68 ℃一段式糖化，最有利于淀粉溶出水解，可得到最高還原糖≥103.1 g/L。

由圖6可知，隨著糖化 Ⅰ 的溫度升高，麥汁中可溶性蛋白質(zhì)顯著增多，而α-氨基氮變化不顯著，這說明溫度升高利于蛋白質(zhì)水解。再經(jīng)糖化 Ⅱ 的麥汁中可溶性蛋白質(zhì)顯著下降，可能是72 ℃高溫下生成的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物不穩(wěn)定，在煮沸時更易絮凝析出。因此，確定65～72 ℃的兩段式糖化工藝，既保證麥汁α-氨基氮含量在420 mg/L以上，又有利于減少影響非生物穩(wěn)定性的可溶性蛋白質(zhì)含量，維持啤酒的澄清。

由圖9可知，初始pH在4.5～6.0對麥汁還原糖和總糖含量影響不大，pH達到6.5時，麥汁還原糖和總糖含量顯著下降，表明淀粉水解酶活性受影響。

由圖10可知，初始pH對麥芽蛋白質(zhì)水解有顯著影響。隨著初始pH降低麥汁可溶性蛋白質(zhì)含量減小，α-氨基氮含量增大，這表明酸性條件有利于蛋白質(zhì)水解。初始pH 4.5時的α-氨基氮含量比自然正常pH 6.0的提高40.9%，達到580.6 mg/L。

對優(yōu)化麥芽糖化工藝基礎(chǔ)上制備的麥汁，接種2×107 CFU/mL啤酒酵母進行15 ℃、7 d主發(fā)酵和4 ℃、7 d后發(fā)酵，試驗結(jié)果見表2。

由表2可知，隨著初始pH降低，原麥汁濃度有所增加，發(fā)酵液殘?zhí)窍葴p少后增加，實際發(fā)酵度和酒精度先升高后降低。當(dāng)pH 5.0時，發(fā)酵液實際發(fā)酵度和酒精度均達到最高值，分別為75.3%和6.2%，比正常pH發(fā)酵液的實際發(fā)酵度提高了1.6%，酒精度提高了10.7%，效果顯著。這表明適當(dāng)降低麥芽水解初始酸度能夠有效提高制備麥汁的發(fā)酵效果。

3結(jié)論與討論

該研究通過單因素試驗優(yōu)化得出麥芽糖化工藝：50 ℃蛋白質(zhì)休止60 min，65 ℃糖化40 min，72 ℃糖化20 min，初始pH 5.0。制備麥汁中含還原糖103.7 g/L、總糖144.6 g/L、α-氨基氮514.0 mg/L、可溶性蛋白質(zhì)571.4 mg/L。經(jīng)發(fā)酵后得到酒精度6.2%、實際發(fā)酵度達75.3%的酒。

糖化溫度是影響麥芽淀粉水解的主要因素，蛋白質(zhì)休止溫度、時間、pH是影響麥芽蛋白質(zhì)水解的主要因素。降低pH到5.0有利于蛋白質(zhì)分解為α-氨基氮，為啤酒酵母發(fā)酵提供充足氮源而提高啤酒發(fā)酵度和酒精度，特別適合添加了大米、淀粉、糖漿等輔料造成α-氨基氮降低的啤酒釀造。

參考文獻

[1]

顧國賢.釀造酒工藝學(xué)[M].2版.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005：110-121.

[2] 劉秀華，滿娟娟，李宏軍.小麥啤酒糖化工藝優(yōu)化[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（13）：7898-7900，7904.

[3] 唐浩國，肖楓，王冠宇，等.啤酒麥芽汁的制備研究[J].食品科學(xué)，2008，29（9）：139-142.

[4] 閆素娟，李紅，賈士儒.提高麥汁發(fā)酵度的糖化工藝優(yōu)化分析[J].釀酒科技，2015（4）：20-22，27.

[5] 李謙，秦禮康，夏輔蔚，等.釀造苦蕎醬油用糖漿的液化和糖化工藝優(yōu)化[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2015，41（1）：162-168.

[6] 賈玉平.水解條件對食品總糖測定的影響[J].大眾標準化，2007（S2）：81-82.

[7] 管敦儀.啤酒工業(yè)手冊：中冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1982：190-216.

[8] 李志江.考馬斯亮藍G250染色法測定啤酒中蛋白質(zhì)含量[J].釀酒，2008，35（1）：70-72.

[9] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.啤酒分析方法：GB/T 4928—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.