不同发芽工艺制作日本大米啤酒

2011-12-01 07:26姜宗豹祖国仁赵长新凌猛
食品研究与开发 2011年9期
关键词:培养箱淀粉酶糖化

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。

[1]日本酱油研究所.酱油实验法[M].东京:日本酱油研究所出版,1985:294-298

[2]中山大学.生物化学导论[M].北京:人民教育出版社,1978:53-54

[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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[5]武宝忠,申华.浅析啤酒发酵过程中高级醇的产生及控制[J].酿酒,2003,30(3):66-68

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[9]贾永杰.浅谈啤酒的醇酯比[J].啤酒科技,2007(12):19-20

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