改善啤酒酿造过程酶活力方法的研究

刘乃侨，孙丽华

(辽宁经济管理干部学院生物工程系，辽宁沈阳110122)

酶的活力状态受酸环境的影响很大，酶必须在最适pH值条件下才有最高酶活力状态，pH值过低(低于5.3时)，会造成缺钙或缺镁现象，pH值过高(高于6.5时)，会提高微量元素缺乏的机率［1］。因此pH值环境对麦芽制备、啤酒发酵的品质具有重要影响［2］。在啤酒生产中为使淀粉酶、蛋白酶等达到较好的活力状态，需要降低麦芽的pH值，本实验模拟生产工艺，并在浸麦过程中添加无机酸、激素、金属离子等物质来达到调节大麦内源pH值的目的，制得低pH值的麦芽会使酶具有更适合的pH值环境，达到更适合的溶解度，提高啤酒的生产效率、风味及非生物稳定性等［3-4］。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料Gairdner大麦。

1.1.2 仪器设备pH计、高速离心机、HH-6数显恒温水浴锅。

1.2 方法

1.2.1 不同环境影响下麦芽的制备Gairdner大生产工艺：5w-10.5D-5.5w-3D，16℃，发芽96 h，发芽第1天增湿。空白样品用自来水培养，其他条件的为配制不同试剂浓度的水溶液培养大麦。pH值4.0盐酸为将36%～38%的母液稀释1.17×104倍、pH值4.0硫酸为将95%～98%的母液稀释3.00×104倍、钙离子为100 mg/L、赤霉素为1 μg/L。

1.2.2 有机酸的提取、有机酸的测定参照文献［5］。

1.2.3 pH值的测定称取100 g绿麦芽，用滤纸吸干麦芽表面的水。把麦芽摊平放在电热干燥箱里，温度设置在50℃，15 min。待麦芽表面水分被烘干后，将麦芽倒入压榨机中，收集压得的10 mL麦汁，此为初麦汁。取适量初麦汁以离心力4 000 r/min离心15 min，最后得到的上清液用来测定。

2 结果与分析

2.1 外源添加盐酸对大麦发芽过程中pH值的影响

以pH值4.0的盐酸溶液培养大麦，发芽144 h内绿麦芽pH值的变化情况的对比曲线见图1。

图1 外源添加盐酸对大麦发芽内部pH值影响Fig.1 The exogenous additional hydrochloric acid’s effect on the internal pH value of germination barley

总体来看，pH值4.0盐酸溶液培养大麦的麦汁pH值均低于空白培养的大麦，这是由于盐酸溶液中游离出H+，进入到绿麦芽内部，降低了麦汁pH值。pH值并不是一直在降低的，当大量H+进入了绿麦芽内部后，绿麦芽本身具有自身的应激能力，H+在绿麦芽中需要一个稳定的过程，如48～96 h，所以在此之间pH值变化比较平稳。在96～120 h，添加盐酸溶液培养的绿麦芽与空白相比，pH值下降很快，最后在144 h处，pH值也略有降低。

2.2 外源添加硫酸对大麦发芽过程中pH值的影响

以pH值4.0的硫酸溶液培养大麦，发芽144 h内绿麦芽pH值的变化情况的对比曲线见图2。

总体来看用pH值4.0的硫酸溶液培养大麦的麦汁pH值变化趋势与用盐酸培养的相似。均有外源强酸游离出H+，进入到绿麦芽内部，降低了麦汁pH值和发芽过程中的麦芽具有应激能力，使H+浓度缓慢变化的过程，但硫酸溶液培养发芽大麦的降低pH值效果要比盐酸溶液培养的效果较显著，如用硫酸溶液培养的发芽大麦在48 h时的pH值比盐酸溶液培养的低0.28，72 h低0.08，96 h低0.07，120 h低0.05，144 h低0.12。

2.3 外源添加钙离子对大麦发芽过程中pH值的影响

添加钙离子溶液培养大麦的大麦发芽过程内部pH值变化见图3。添加钙离子除了在96 h附近外，其他过程也达到了降低pH值的作用。这是由于钙离子一般是酶的激活剂，它刺激了酸合成酶的生成或活力的增强，但生成较多酸时，又会与钙离子形成复合盐，从而又升高了pH值。所以，虽然钙离子对pH值的降低不是十分稳定，但也能够使发芽结束的绿麦芽的pH值降低。

图3 外源添加钙离子对大麦发芽内部pH值影响Fig.3 The exogenous additional calcium ion’s effect on the internal pH value of germination barley

2.4 外源添加赤霉素对大麦发芽过程中pH值的影响

外源添加赤霉素溶液来培养大麦的大麦发芽过程内部pH值变化见图4。

图4 外源添加赤霉素对大麦发芽内部pH值影响Fig.4 The exogenous additional GA3’s effect on the internal pH value of germination barley

添加赤霉素虽然在培养麦芽中已具有广泛的应用，但它的具体生理作用十分复杂，本实验对赤霉素降低pH值的效果进行研究，结果表明，用赤霉素培养的麦芽内部pH值的降低效果比较明显，在0.13～0.85个单位内波动，效果较好。

3 讨论

上述4种外源添加物质均能达到降低大麦发芽内部pH值的目的，但盐酸、硫酸为强酸，腐蚀性强，无论从食品安全的角度，还是从对设备腐蚀影响进而降低设备使用寿命的角度来看，均不应广泛选择。用钙离子和赤霉素溶液培养大麦发芽，虽然在大麦发芽过程中对pH值的变化影响不是很稳定，但均能使大麦发芽结束点即绿麦芽的pH值降低，所以对于后期啤酒的酿造均能够使淀粉酶、蛋白酶等活力近于最适pH值状态，为在啤酒酿造过程中减少外源添加酸的使用量，或为温和型弱酸或酸性中草药等物质的添加提供条件。

［1］ 李晓趁，吕志强.植物生长基质pH值的调节与测试［J］.河北林业科技，2003，(3)：50.

［2］ 潘瑞炽.植物生理(第4版)［M］.北京：高等教育出版社，2001：167-205.

［3］ 蔡传杰，陈善娜.植物激素的研究进展［J］.云南大学学报(自然科学版)，2001，23(S1)：99-101.

［4］ 管敦仪.啤酒工业手册(修订版)［M］.北京：中国轻工业出版社，1998.

［5］ 刘乃侨，孙丽华.大麦发芽过程中主要有机酸变化初探［J］.辽宁经济管理干部学院(辽宁经济职业技术学院)学报，2011，(3)：41-42.