不同发芽工艺制作日本大米啤酒

姜宗豹，祖国仁，赵长新，凌猛

（1.华润雪花啤酒（朝阳）有限公司，辽宁 朝阳 1224002.大连工业大学 生物工程学院，辽宁 大连 116034）

80年代，日本开发出发芽糙米，并已产业化、商业化。其营养成分比糙米大大提高。据日本资料报导,长期食用发芽糙米,对人体机能和代谢的平衡、疏导十分有益而且发芽后的米还有潜在的价值，可以用做酿酒等用途。

发芽的主要目的是产生大量的水解酶如：α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶、果胶酶等。在它们的共同作用下，使大麦中的淀粉和蛋白质等大分子物质降解成小分子的糖类、氨基酸等供萌发使用，直接关系到成品米芽的质量。本文选用日本大米为研究对象，检测其发芽过程中α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶的变化规律。为日本大米的发芽工艺的制定提供理论参考，同时为国产大米制作工艺提供借鉴。因此，本实验意在充分利用大米的营养特性和功效性，将日本大米经过糖化、煮沸、发酵，生成一种起泡、低酒精度的凉爽型饮品——日本大米啤酒。

1 材料与仪器

1.1 原料

日本大米：由日本秋田大学提供；酵母：大连工业大学保藏；麦芽：大连中粮麦芽有限公司提供。

1.2 仪器

ZPS-250H智能恒温恒湿培养箱：黑龙江东拓仪器制造有限公司；HH恒温水浴锅：巩义市英山谷予生化仪器厂；电子天平：A13104瑞士产；GTL-16A离心机：上海浦东物理光学仪器厂；WFJ7200可见光分光光度计：尤尼柯仪器有限公司；IEC离心机：美国Thermo公司；GC28A型气相色谱；数显笔式酸度计：pH-25型；啤酒自动分析仪；蒸汽高压灭菌锅：YX280B上海三申医疗器械有限公司。

2 实验方法

2.1 日本大米发芽的3种工艺

浸2断8工艺：湿浸2 h，干浸8 h。如此反复湿浸总共10 h，干浸共40 h。转至发芽培养箱培养196 h。

浸4断8工艺：湿浸4 h，干浸8 h。如此反复湿浸总共16 h，干浸共32 h。转至发芽培养箱培养196 h。

浸4断10工艺：湿浸4 h，干浸10 h。如此反复湿浸总共20 h，干浸共40 h。转至发芽培养箱培养196 h。

2.2 粗酶液的制备方法

准确称取10 g米芽，用滤纸吸干米芽表面的水。将米芽放入用去离子水冲洗过的粉碎机（粉碎机要干燥）中粉碎。将粉碎的米芽放入糖化杯内加去离子水90 mL，pH5.0的醋酸—醋酸钠缓冲液10 mL。40℃水浴保温搅拌1 h后，4000 r/min离心15 min，最后得到的上清液即为粗酶液。

2.3 α-淀粉酶活力与蛋白酶活力测定

具体测定方法详见参考文献[1]。

2.4 β-淀粉酶活力测定

具体测定方法详见参考文献[2]。

2.5 培养基制备及酵母扩培

参照参考文献[3]。

2.6 焙焦

K1（排潮）：50℃（保温2 h）→55℃（保温2 h）→63℃（保温2 h）→67℃（保温10 h）

K2（焙焦）：60℃（保温5 h）→83℃（保温3 h）

2.7 日本大米米芽汁的制备

称取干燥后的米芽80 g，粉碎放入糖化杯内，由于日本大米芽大部分水解酶活力较大麦低，为防止因糖化时间过长而造成的水分过多损失，按料水比1∶5（g∶mL）的比例加入自来水；先在50℃搅拌糖化120 min，再将温度上升至63℃，由于日本大米芽淀粉酶活力比大麦低很多。因此，为缩短糖化时间加入0.5%的液化酶和糖化酶，糖化分解阶段时间为50 min～60 min；最后将温度上升到70℃，用碘液检测糖化的终点；过滤，用盐酸调节滤液的pH为5.2，在100℃煮沸；将煮沸的醪液趁热过滤，即得澄清的日本米芽汁。

2.8 发酵工艺的制定

将糖化的日本大米米芽汁用2层纱布过滤，煮沸20 min，用脱脂棉过滤，滤液用阿贝折光仪测定糖度并用水稀释到10°P，分装5瓶，用灭菌机在121℃高温灭菌15 min，在无菌室向每瓶麦汁中加入扩培的酵母菌液9 mL，放入恒温恒湿生化培养箱于12℃发酵培养3d，然后再于14℃发酵培养4 d，最后在0℃下后贮7 d。

2.9 主要风味物质的测量

风味物质：采用GC28A型气相色谱测定。

3 结果与讨论

3.1 日本大米吸水实验

取日本发芽大米擦干表面水分，烘干其水分，分别隔6、12、24 h测定其含水量，结果见图1。

图1 16℃不同工艺日本大米吸水曲线Fig.1 The water suction curves of Japanese rice under the different processes at 16℃

由图1可以看出，随着浸米时间的延长，日本大米的含量并非一直增加，而是呈现出波浪上升的趋势。影响米粒吸水的因素有很多，如休眠性、水敏性、浸麦用水、添加剂、通风与吸氧等。通过对实验过程的分析，日本大米水含量上下波动的主要因素是通风情况。浸米前日本大米的含水量为15%左右，在4 h之内日本大米吸水量快速上升，浸2断8工艺为25.5%，浸4断8工艺为27.7%，浸4断10工艺为25.1%。但米粒吸水后呼吸强度激增，需大量供氧。正常条件下，水中的氧只够1 h之需（部分为微生物所耗），若过时不供氧，将导致分子内呼吸，产生CO2、乙醇、醛、酸和酯类，这些物质将影响米粒的生理状况，从而直接影响到日本大米对水分的吸收，这可能是导致28 h～100 h期间日本大米含水量没有增加的缘故。浸米24 h后，要对日本大米适当换水、翻动，经过这些处理，又为日本大米提供了充足的氧气，并可除去分子内呼吸所产生的有害物质，使日本大米的生理状况恢复，再次恢复吸水，导致日本大米总体含水量再度上升了。在第100小时后日本大米的含水量稳步上升但总体上的波动不大，其中浸4断10的方法吸水水分最充分为36.4%，浸4断8方式为33.6%，浸2断8方法为36.3%。吸收水分的快慢以及多少一般能间接反应其活力的大小。

3.2 不同发芽工艺对α-淀粉酶活力的影响

在发芽期间每天定时测定日本大米的α-淀粉酶活力，结果见图2。

图2 发芽过程中α-淀粉酶活力变化Fig.2 Change of α-amylase acitivity during germination

由图2可以看出，α-淀粉酶的活力是波动上升的，在前120 h浸2断8，浸4断8，浸4断103种工艺的酶活力相差不大，都是波动上升。但从120 h之后3种工艺的酶活增涨较快，在144 h 3种工艺的酶活都达到最大，浸4断10工艺为1.128753×10-7Kat/g（绝干），浸4断8工艺为0.8684×10-7Kat/g（绝干），浸2断8工艺的酶活为0.676517×10-7Kat/g（绝干）。之后3种工艺的酶活力都有所下降，这是因为随着发芽时间增加，其它影响因素如发芽产生的副产物也对酶活产生影响，能够抑制酶活力。

3.3 不同发芽工艺对β-淀粉酶活力的影响

在发芽期间每天定时测定日本大米的β-淀粉酶活力，结果见图3。

图3 发芽过程中β-淀粉酶活力变化Fig.3 Change of β-amylase acitivity during germination

由图3可以看出，在发芽过程中，大米的β-淀粉酶活力保持增加趋势，在144 h达到最大浸2断8工艺为1.520034×10-7Kat/g（绝干），浸4断8工艺为1.809779×10-7Kat/g（绝干），浸4断10工艺为2.323805×10-7Kat/g（绝干）。之后酶活力有所下降，这是因为发芽时间过长，大米体内的呼吸消耗大，无氧发酵现象比较严重，造成的酶活力下降。但是浸4断10工艺β-淀粉酶活力总体上是最大的。在发芽初期，可以看出浸4断10工艺的酶活力增涨最快。大米中含有活化和未活化的2种β-淀粉酶，β-淀粉酶属于蛋白质，蛋白含量高的大米，其酶活性也应该高。但是，由于未活化的β-淀粉酶与不溶性的蛋白质成双硫键结合，当这个双硫键被蛋白酶切断后，未活化的β-淀粉酶才有活性。有研究表明，β-淀粉酶活性与糖化力呈正相关[4]。因此，在制做发芽大米时候可考虑添加某些物质（如金属离子Na+）或降低发芽温度来提高β-淀粉酶活力。

3.4 不同发芽工艺对蛋白酶活力的影响

在发芽期间每天定时测定日本大米的蛋白酶活力，结果见图4。

图4 发芽过程中蛋白酶活力变化Fig.4 Change of protease activity during germination

由图4可以看出，在发芽过程中，蛋白酶活力的变化和大小基本相同。前96 h酶活力基本处于水平状态但在96 h之后3种工艺的酶活力显著升高。浸2断8工艺从337.5731×10-7Kat/g（绝干）升高到1664.271×10-7Kat/g（绝干），浸4断8工艺从309.7793×10-7Kat/g（绝干）升高到1675.877×10-7Kat/g（绝干），浸4断10工艺从332.9509×10-7Kat/g（绝干）升高到1837.359×10-7Kat/g（绝干）。发芽结束时，即196 h时蛋白酶活力略有下降。浸2断8工艺为1527.927×10-7Kat/g（绝干），浸4断8工艺为1572.355×10-7Kat/g（绝干），浸4断10工艺为1592.917×10-7Kat/g（绝干）。这是因为发芽后期供氧不及时，导致分子间呼吸产生CO2、乙醇、醛、酸和酯类，导致酶活有所降低的原因。

3.5 发酵结束后风味物质检测结果

发酵结束后风味物质检测结果见表1。

高级醇是啤酒发酵代谢副产物的主要成分，在啤酒中适量高级醇的存在，能使酒体丰满圆润、香气协调，但含量过高，则给人以腐臭感和刺激气味，在饮酒不多时就会“上头”，引起头痛；一般情况下，下面发酵的啤酒总高级醇的含量以60 mg/L～100 mg/L较适宜[5]，从实验检测数据看，发酵后的大米啤酒高级醇含量102.30 mg/L，含量略高；啤酒中乙醛的含量影响啤酒口味的成熟，当乙醛含量超过阈值（10 mg/L左右）时，给人以不愉快的粗糙苦味感觉，含量过高则有一种辛辣的腐烂青草味[6-7]，从实验检测数据看，乙醛含量为20.0 mg/L，高于阈值，品尝过程中也有明显的不愉快刺激味；优质啤酒中醇酯比一般控制在3∶1～4∶1左右的水平[8]，合适的醇酯比会让啤酒口感协调[9]，从实验检测数据看醇酯比较高，主要是酯含量较低,而酯是啤酒风味物质体系中的重要成分[10]。

表1 第1次发酵结束后风味物质检测结果Table 1 The result of the flavor substance after the first fermentationmg/L

3.6 利用不同工艺进行发酵

为解决高级醇、乙醛含量较高以及醇酯比不协调的问题，我们从新设计实验增加米芽汁氮源，降低降糖速速，具体为：麦芽∶米芽=30%∶70%，恒温恒湿生化培养箱于10℃发酵培养3d,然后再于12℃发酵培养4 d，最后在0℃下后贮7 d。发酵结束后风味物质检测结果见表2。

表2 第2次发酵结束后风味物质检测结果Table 2 The result of the flavor substance after the second fermentationmg/L

通过改变工艺，发酵后的啤酒乙醛含量从40.3mg/L降到13.3mg/L，高级醇含量从102.3mg/L降到92.25mg/L，醇酯比从7.84∶1降到4.98∶1。通过品尝，酒体自然柔和，口感协调，并有明显的米香和麦芽香味。

4 结论

大米啤酒呈浅黄色，口味纯正、口感细腻、协调，带有米的清香味，酒液均匀无分层，无杂质，是一种营养、稍有杀口力的休闲型饮料，其市场前景极为广阔，值得国内食品企业大力开发和利用。另外，由于目前原材料价格上涨，再加之啤酒市场竞争激烈，各大啤酒厂都在最大程度的增加辅料的用量，有些啤酒厂辅料量已达到50%。用大米为主料，再辅以小比利的麦芽，通过特定工艺，制作出能满足市场消费需求以及有市场竞争力的啤酒，将对啤酒行业影响深远。同时也得出日本大米发芽时的最优酶活力：在浸4断10工艺下，144 h时α-淀粉酶，β-淀粉酶，蛋白酶最高分别为：1.128753×10-7Kat/g（绝干）、2.323805×10-7Kat/g（绝干）、1837.359×10-7Kat/g（绝干）。这同时也对以后以国产大米为原料做了参考。

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[3]顾国贤.酿造酒工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，1996：193-217

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