荣芷铭, 杨 红, 云 霞, 赵长新
(大连工业大学 生物工程学院,辽宁 大连 116034)
大麦是啤酒生产的主要原材料。蛋白质为酿造大麦的主要成分之一,也是酿造大麦一项关键的控制指标[1]。蛋白质的组成及含量直接关系到酿造大麦的品质,若大麦中的蛋白质含量超过其干重的12%,即为高含量蛋白质大麦,通常情况下这种大麦是不能在啤酒酿造中使用的,而仅仅作为家畜的饲料[2]。使用蛋白质含量较高的大麦所生产的麦芽来酿造啤酒,会导致糖化过程困难,且啤酒易混浊,非生物稳定性降低,啤酒难以保存[3]。
国产大麦由于种子自身及地理等因素导致其蛋白质含量普遍偏高,大大制约了国产大麦制备商品麦芽的进程。鉴于此,国内开展了大量的关于商品麦芽国产化的研究[4-5]。本文应用国产大麦制得的麦芽进行糖化试验,通过与优质麦芽相比较,从而揭示高蛋白含量的国产大麦的酿造性能,为进一步应用国产高蛋白大麦进行啤酒酿造提供一定的工艺借鉴。
大麦:甘啤4号(蛋白质质量分数18%,简称高氮甘4),Gairdner(蛋白质质量分数10.6%),由大连中粮麦芽有限公司提供。
1.2.1 蛋白质的提取
根据Osborne的可溶性分类法,将大麦蛋白质分为水溶蛋白、盐溶蛋白、醇溶蛋白、碱溶蛋白,4种蛋白的提取方法详见参考文献[6]。
1.2.2 蛋白质含量的测定
考马斯亮蓝法测蛋白质含量[7]。
1.2.3 糖化工艺
工艺流程:37℃(酸休止)保温30min,控制pH 5.2~5.4→45℃(蛋白质休止)→63℃保温60min,控制pH 5.4~5.6→68℃ 保温40min→80℃ 保温5min→78℃保温5min,控制pH 5.5~5.75→麦汁煮沸30min。蛋白质休止时间分别设定为:40、45、50、55、60、70min。
1.2.4 麦汁常规分析
样品色度、浸出物、α-氨基氮、pH值等指标的测定参见文献[8]。
1.2.5 SDS-PAGE电泳
采用不连续电泳方法,分离胶为5%,浓缩胶为12%,具体操作见参考文献[9]。
由高氮甘4麦芽所制麦汁中α-氨基氮为229mg/L,明显高于 Gairdner所制麦汁中的217mg/L。由图1可知,延长高氮甘4麦芽的蛋白质休止时间,α-氨基氮含量也呈现出正相关性,当休止时间为70min时,麦汁中α-氨基氮达到422mg/L。
图1 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁α-氨基氮含量的影响Fig.1 The effect of protein cessation time on the content ofα-amino nitrogen of Ganpi-4wort
由高氮甘4麦芽所制麦汁中的蛋白质为0.416mg/mL,略高于 Gairdner所制麦汁中的0.413mg/mL。由图2知,延长高氮甘4麦芽蛋白质休止时间,麦汁中蛋白质含量也相应有所提高,休止时间为70min时,麦汁中蛋白质达到0.76mg/mL。
图2 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁蛋白质含量的影响Fig.2 The effect of protein cessation time on the content of protein of Ganpi-4wort
由高氮甘4麦芽所制麦汁的pH 5.74高于Gairdner所制麦汁的pH 5.62。由图3可知,高氮甘4麦芽在不同蛋白质休止时间糖化,休止时间为60min时,麦汁的pH为最低值5.74。较低的pH值有利于麦汁中冷凝固物的絮凝及发酵过程中酵母的沉降,从而提高啤酒的生物稳定性和非生物稳定性。
图3 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁pH的影响Fig.3 The effect of protein cessation time on pH of Ganpi-4wort
高氮麦芽所得麦汁的总酸度大于Gairdner所制麦汁的总酸度。对比图4与图3可以看出,麦汁中总酸的量与麦汁中pH值呈正相关性,较低的pH值麦汁的总酸度也较低。当蛋白质休止时间为60min时,麦汁总酸度达到最低值24.6g/L。这是由于麦汁煮沸时,水中钙离子和麦芽中的磷酸盐反应,释放出氢离子,使得麦汁pH值和总酸都下降。
图4 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁总酸量的影响Fig.4 The effect of protein cessation time on the total acid of Ganpi-4wort
由高氮甘4麦芽所制麦汁煮沸色度为7.25EBC,大于Gairdner所制麦汁煮沸色度的7.15EBC。由图5可知,麦汁煮沸色度随着蛋白质休止时间的增加而增加,60min时,麦汁的色度显著提高,增幅接近15%。由此可知利用高蛋白麦汁糖化,蛋白休止时间不宜过长。
图5 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁煮沸色度的影响Fig.5 The effect of protein cessation time on the boil chroma of Ganpi-4wort
由麦芽高氮甘4所制麦汁的浸出物为74g/kg麦汁,较Gairdner所制麦汁的80g/kg麦汁明显偏低。由图6可知,适当延长蛋白质休止时间,可以增加麦汁中浸出物的含量。麦汁浸出物的多少与麦芽蛋白质含量的高低呈反比,随着蛋白质的溶解,浸出物逐渐增加。
图6 蛋白质休止时间对高氮甘4麦汁浸出物量的影响Fig.6 The effect of protein cessation time on the extract of Ganpi-4wort
综上,通过对比高氮甘4麦芽和Gairdner所制麦汁的几个主要检测指标可知,高氮甘4除了浸出物含量较低外,其他几个指标都较Gairdner所制麦汁高,使用高蛋白大麦所制麦汁中α-氨基氮和蛋白含量较高,但是其麦芽溶解性不好,麦芽浸出物少;适当延长蛋白质休止时间,可以增加高氮甘4中蛋白质的分解,从而弥补高氮甘4溶解性不足的缺点。因此,将高蛋白大麦甘4所制麦芽糖化时的蛋白质休止时间设定在60min为宜。
由图7可以看出,经过煮沸后,麦汁中存在的蛋白质分子质量大都在29.0~44.3ku。对比在不同蛋白质休止时间所制麦汁可知,麦芽甘4在休止时间为60min时,其蛋白质分解最好。
图7 麦汁蛋白质SDS-PAGE图谱Fig.7 SDS-PAGE of protein in wort
应用高蛋白大麦甘啤4号所制麦芽糖化时,通过检测所得麦汁中几个主要检测指标可知,高蛋白甘啤4号可以作为啤酒酿造原料使用,虽个别指标不符合要求,但是可以通过适当地延长蛋白质休止时间来弥补。通过实验蛋白质休止时间最终确定为60min,此时蛋白质为0.76mg/mL,麦汁中α-氨基氮为408mg/L,pH 值5.74,麦汁总酸度24.6g/L,麦汁的色度8.26EBC,麦汁中浸出物108g/kg,基本上达到了酿造麦汁的要求。麦汁的pH值和煮沸色度可通过调节煮沸强度来控制。
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