挤压添加中温α-淀粉酶高粱辅料制备麦汁的蛋白质分析

何媛媛,李宏军

(山东理工大学 农业工程与食品科学学院，山东 淄博，255049)



挤压添加中温α-淀粉酶高粱辅料制备麦汁的蛋白质分析

何媛媛,李宏军

(山东理工大学 农业工程与食品科学学院，山东 淄博，255049)

摘要：啤酒中的蛋白质影响着啤酒各个方面的品质，特别是啤酒的泡沫和浑浊. 测定蛋白质可以很好地了解啤酒品质的好坏. 用SDS-PAGE和隆丁区分对添加中温α-淀粉酶的高粱挤压膨化后作啤酒辅料制得麦汁中的蛋白质和多肽的组成、含量及分子量进行测定. 测得麦汁中总氮含量81.4mg/100mL，低分子氮含量57.6mg/100mL，中分子氮含量为10mg/100mL，高分子氮含量为13.8mg/100mL. 相应蛋白质及多肽的分子量范围为12～18.4kDa、32～36kDa和38～47kDa.

关键词：膨化高粱；啤酒辅料；中温α-淀粉酶；蛋白质

随着传统啤酒辅料价格的提高，啤酒厂家日趋紧迫地寻求价格较低并且适于啤酒酿造的辅料.高粱是我国主要的谷类作物之一，高产、抗旱、耐涝.高粱脂肪含量低，淀粉含量高，蛋白质含量适中，粘度小.在酿酒过程中，高粱也表现出流动性好，浸出率高，煮沸时间短等优点，符合啤酒辅料的要求[1-3].使用高粱代替大米作为啤酒辅料可以降低啤酒的生产成本，提高经济效益[4].

在低温挤压膨化过程中，挤压温度在70℃左右，在此温度下添加中温α-淀粉酶，在酶和挤压的共同作用下，高粱的淀粉分解，有利于后期糖化过程的进行，可提高出酒率，简化工艺.

啤酒酿造过程中，蛋白质是影响啤酒泡沫特性和浑浊性的重要因素[5]，同时对啤酒的非生物稳定性也有着重要的作用[6].中分子量蛋白质可以增加啤酒的持泡性，其含量在一定范围内越高啤酒的持泡性越好.高粱经挤压膨化过程中螺杆的挤压、剪切及加温等作用，蛋白质发生部分变性、降解形成小分子蛋白及多肽，从而改善蛋白质的质量.隆丁区分是测量啤酒麦汁中蛋白质等含量的常用方法，SDS-PAGE研究蛋白质具有分辨率高、重复性好等优点[7].本实验采用SDS-PAGE与隆丁区分相结合测定挤压添加中温α-淀粉酶的高粱辅料，得到啤酒麦汁中蛋白质组成、含量及其分子量.

1　材料与方法

1.1实验材料与方法

样品：大麦芽，高粱.

仪器：DYT-8C型电泳仪；DYCZ-24DN型电泳槽；K-437型凯氏定氮消化仪；K-370型凯氏定氮滴定仪(步琪实验室设备有限公司).

1.2实验方法

1.2.1蛋白质的测定方法：

蛋白质的组成和变化：SDS凝胶电泳[8].

蛋白质的高、中、低分子量含量：隆丁区分法[9].

1.2.2挤压加酶高粱辅料的制备

在单螺杆挤压膨化机中完成添加中温α-淀粉酶高粱的制备.采用的螺杆转速为200r/min，模孔直径为8mm，套筒温度为70℃，含水率为30%，加酶量为9L/t.

1.2.3挤出物制备麦汁

在500L啤酒酿造设备上制备添加挤压高粱辅料的啤酒麦汁，总投料量及糖化工艺条件如下：大麦芽粉碎物69kg，挤压加酶高粱辅料31kg，水420L→升温至50℃，保温52min→升温至63℃，保温57min→升温至70℃，保温32min→升温至78℃，过滤→洗糟→煮沸(煮沸时间90min，沸腾10min加酒花35g，沸腾40min加酒花175g，结束前10min加酒花40g)→回旋沉降30min→麦汁.

1.2.4麦汁的电泳分析

在低分子量标准蛋白质和麦汁中分别加入上样缓冲液，于沸水浴中加热3~5min，取出于室温下冷却.在样品槽内依次加入Marker、处理后样品5μl、10μl.加入电极缓冲液，开始电泳.当指示剂染料迁移至下沿1～1.5cm处时停止电泳.将凝胶板染色并脱色至背景清晰.

2　结果与分析

2.1 隆丁区分的试验数据与结果分析

隆丁区分法是将麦汁或啤酒中的可溶性蛋白质按其分子量的高、中、低，区分为A区、B区、C区的方法[10].其原理为高分子的蛋白质在酸性条件下易与单宁形成沉淀；磷钼酸可以与高分子和中分子蛋白质同时形成沉淀；但这两种物质对低分子蛋白质不起作用.因此，运用这种方法可以区分高、中、低分子量的蛋白质，并粗略的得出各种蛋白质的量.

滴定所用的标准硫酸浓度为0.097mol/L,定性麦汁取样量为10mL.标准硫酸消耗量见表1.定性麦汁的总含氮量及高、中、低分子含氮物质的含量见表2.

表1　样品消耗硫酸体积　　　　　mL

表2麦汁中高、中、低分子量蛋白含氮量

mg/100mL

由表2可知：高分子氮含量占总含氮量的16.95%,中分子氮含量占总含氮量的12.34%，低分子氮含量占总含氮量的77.11%.低分子量蛋白及多肽是酵母生长需要的氮源，这一部分蛋白量不足会产生过量双乙酰、高级醇和酯，影响啤酒口味；也可能引起酵母的早衰，酵母利用后剩余的小分子量蛋白使啤酒具有一定香味、颜色[11].适当的中分子量蛋白含量对啤酒的口感有一定好处，高分子量蛋白对泡沫的形成具有促进作用，但容易析出，啤酒易混浊.朱玉魁等人研究得出啤酒的浑浊是高分子蛋白质和多酚相互作用导致的，适当的减少高分子蛋白质的和多酚的量可以提高啤酒的非生物稳定性[7].挤压膨化处理可以使部分高粱蛋白质降解，有利于中分子和低分子蛋白质含量的提高，同时减少高分子蛋白质的含量.本试验低分子量蛋白较标准麦汁(标准麦汁中高分子量氮 < 25%，中分子量氮15%~25%，低分子量氮60%左右)[12]多，有利于酵母的生长，使发酵更充分，并能减少双乙酰生成，这与詹东认为优质啤酒的小分子量蛋白质含量在65%~80%之间的观点相吻合[13].

2.2SDS凝胶电泳实验数据与结果分析

图1中的A和B从左到右依次是Marker、处理后样品5μl、10μl，以Gelpro32软件处理后得到B，“+”号表示蛋白浓度最高的部位.

图1　样品蛋白质及标准样电泳原图

以标准蛋白条带相对距离与分子量作图，根据样品中蛋白质相对距离及其分布区间求出其分子量范围，见表3.

表3标准蛋白相对距离、分子量范围及样品蛋白质相对距离、分子量范围

蛋白峰标准蛋白相对距离标准蛋白分子量/kDa样品蛋白相对距离样品蛋白分子量范围/kDaa0.15450.20338~47b0.261350.29232~36c0.455250.85812~18.4d0.65718.4e0.78714.4

图2　标准蛋白条带相对距离A、分子量B及样品蛋白条带相对距离C

挤压添加中温α-淀粉酶高粱辅料啤酒麦汁中蛋白质和多肽的分子量集中在12～18.4kDa、32～36kDa和38～47kDa三个范围区间内.在这三个范围区间之间还存在若干颜色较浅的条带，这说明麦汁中还存在其它的蛋白质和多肽，其分子量介于上述三个区间之间. 如图2所示，12～18.4kDa区间是与啤酒混浊有关的酪蛋白残片[13]，在这一区间多个分子量的蛋白连成大的蛋白质条带，经过挤压膨化后这一区间的蛋白质趋于均匀，因此这一方法所得麦汁较传统方法更有利于成品啤酒的稳定性. 32～36kDa和38～47kDa区间范围内的蛋白与啤酒的起泡性有关，挤压添加中温α-淀粉酶高粱辅料啤酒麦汁与传统辅料及处理方法得到的麦汁蛋白质的含量、分布区间相近，说明挤压膨化不影响啤酒的起泡性.在挤压膨化过程中大分子量蛋白(大于47kDa)链断裂，生成的中分子量蛋白能够增加啤酒成品的起泡性.

3　结束语

利用SDS凝胶电泳技术和隆丁区分法对挤压添加中温α-淀粉酶高粱辅料啤酒麦汁中蛋白质、多肽分子量以及总氮含量进行测定，得到麦汁中总含氮量和蛋白质分子量分布区间.麦汁中低分子量蛋白含量高，不仅有利于酵母生长使其充分利用可发酵糖，同时降低双乙酰的生成量，而且可以改善啤酒的泡沫特性.

参考文献：

[1]张丽, 林奇, 张彦青, 等. 酶制剂及辅料比对高粱麦汁功能特性的影响[J]. 酿酒科技, 2013 (4): 26-29.

[2]孔楠, 袁唯. 酶制剂在啤酒品质改良中的应用[J]. 食品研究与开发, 2006(11): 202.

[3]李胤, 刘慧. 玉米、高粱、大麦作为啤酒酿造辅料的比较[J]. 啤酒科技, 2003 (2): 57-59.

[4]王玉露.低温挤压膨化高梁辅料酿造啤酒的试验[D].淄博：山东理工大学，2014.

[5] 张吉磊，郑飞云，郝俊光，等.啤酒中异-α酸和蛋白质含量对啤酒泡特性的影响[J].食品与生物技术学报，2010.29(6):905-910.

[6] 朱玉魁, 李琳, 刘国琴, 等. 啤酒蛋白质及其测定方法研究进展[J]. 现代食品科技, 2008, 24(4):390-393.

[7] 乐萍, 雷颉, 熊建铭. 蛋白质测定方法比较与研究进展[J]. 江西化工, 2007,(2): 50-52.

[8] Yom J W,Jung J Y,Chung H J,etal.Identification of botanical Drigin of starches by SDS-PAGE analysis of starch granule-associated proteins[J].Journal of Cereal science.2010,52(2):321-326.

[9] 杨莹, 张涧铮. 麦汁、发酵液、成品酒隆丁区分之间的相互关系和检验准确性的探讨[J]. 酿酒, 2007,(6): 59-61.

[10] 张锦益, 隆丁区分法在啤酒生产中的应用[J], 啤酒技术, 2005,(2):40-42.

[11] 申文波, 孟艳丽, 刘传玲, 等. 麦芽隆丁区分在生产过程中的变化与重要性[J]. 酿酒, 2012, 39(3): 61-64.

[12] 詹东, 试论啤酒泡持性与蛋白质隆丁区分的关系[J], 啤酒科技, 2005(5):16-18.

[13] 金蓓, 李琳, 李冰, 等. 麦汁蛋白在麦汁煮沸过程中的变化研究[J]. 食品与发酵工业, 2009,35(5): 57-62.

(编辑：刘宝江)

Analysisoftheproteinsinwortofbeerusingextnudedsorghum

withaddedmiddle-temperatureα-amylaseasadjunct

HEYuan-yuan,LIHong-jun

(SchoolofAgricultureEngineeringandFoodScience,ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049,China)

Abstract:The proteins in the beer affec all aspects of the beery quality, especially beer foam and turbidity. The determination of protein can study the quality of beer well. The SDS-PAGE and Lundin fraction were employed to detect protein components and content of wort in beer brewing with extruded adjunct of middle temperature α-amylase-added sorghum. The total nitrogen content was 81.4mg/100mL, low molecular nitrogen content was 57.6mg/100mL, intermediate molecular nitrogen content was 10mg/100mL, and high molecular nitrogen content was 13.8mg/100mL. The molecular weights range of the corresponding proteins and polypeptides are 12～18.4kDa, 32～36kDa and 38～47kDa, respectively.

Key words:extruded sorghum; beer adjunct; middle-temperature α-amylase; protein

中图分类号：TS262.5

文献标志码：A

文章编号：1672-6197(2015)04-0045-03

通信作者：

作者简介：何媛媛，女，heloveyu123@163.com； 李宏军，男，lhj6812@163.com

基金项目：山东省科技公关项目(2012GSF12019)

收稿日期：2014-11-11