麦芽糖化工艺的优化及其对发酵的影响

梁若楠 李洲 何松贵 周世水

摘要 [目的]优化麦芽的糖化工艺条件，探究麦芽的水解作用规律，获得发酵优良的麦汁。[方法]以还原糖、总糖、α-氨基氮和可溶性蛋白质的含量为指标，探究麦芽蛋白质休止温度、糖化的温度、时间、初始pH 等工艺参数对麦芽淀粉和蛋白质水解的影响。[结果]糖化温度是影响麦芽淀粉水解的主要因素；蛋白质休止温度、时间及初始pH 是影响麦芽蛋白质水解的主要因素。麦芽糖化工艺优化结果：50 ℃蛋白质休止1 h，65 ℃糖化40 min，72 ℃糖化20 min，初始pH为5.0。该工艺制备的麦汁15 ℃发酵的酒精度达6.2%，实际发酵度达75.3%。[结论]该研究可为不同类型啤酒酿造制备特定的麦汁提供生产依据。

关键词麦芽；糖化工艺；淀粉水解； 蛋白质水解

中图分类号TS262.5文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）26-0099-03

Study on Optimization of Malt Saccharification Process and Fermentation Effect

LIANG Ruonan1，LI Zhou2，HE Songgui3，ZHOU Shishui1*（1.School of Biology and Biological Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong 510006；2.Guangdong Gold Medal Biotechnology Co.，Ltd，Lufeng，Guangdong 516600；3.Jiujiang Guangdong Distillery Co.，Ltd.，Nanhai，Guangdong 528200）

Abstract[Objective]To study the effects of different saccharification process on malt hydrolysis and in the meantime optimize the saccharification process and prepare good fermentation wort .[Method]Single factor experiment was conducted to evaluate the effects of malt amylolysis and proteolysis by measuring reducing sugar，total sugar，αamino nitrogen and soluble proteins.Factors involved protein rest temperature，protein rest time，saccharification temperature，saccharification time and initial pH .[Result]The result confirmed that saccharification temperature is the critical factor of amylolysis while protein rest temperature，protein rest time，and initial pH significantly affect proteolysis of malt.The optimal saccharification process were as follow：Protein rest for 1 hour at 50 ℃，saccharify for 40 min at 65 ℃ then for 20 min at 72 ℃，initial pH 5.0.The wort produced under these conditions were fermented into alcohol，of which ethanol content reached to 6.2% and final real attenuation was 80.3%.[Conclusion]The research provides theoretical references for wort production according to different types of beers.

Key wordsMalt；Saccharification process；Amylolysis；Proteolysis

麥芽糖化是指通過各类水解酶的分解作用，以及水和热力作用，将原料麦芽和辅料中的不溶性内容物转化为溶解状态的过程[1]。麦汁质量是保证啤酒酿造质量和啤酒品质的重要前提。现在啤酒个性化酿造盛行，需要根据啤酒类型、风味、质量要求及成本生产相应的麦汁。因此，探究麦芽糖化工艺对麦芽各组分溶出、水解的影响有助于个性化精酿啤酒更好地发展。

麦芽糖化时淀粉的溶出、水解效果决定原料的利用率和啤酒的发酵度，影响啤酒的最终质量[2]。蛋白质的溶出、水解效果对啤酒的正常酿造、泡持性及非生物稳定性影响巨大。蛋白质分解产物α-氨基氮是啤酒酵母生长繁殖的氮源，缺乏α-氨基氮，酵母增殖困难、发酵迟缓，12°P麦汁的α-氨基氮含量应达到240 mg/L[1]。麦汁中可溶性蛋白质、肽类是影响啤酒风味和泡持性的重要物质，赋予啤酒醇厚丰满的口感，但过量会使啤酒的非生物稳定性变差[1]。

目前对麦芽糖化工艺的报道主要集中在对单一或某两个指标的优化[3-4]，系统的研究和分析较少，精酿型啤酒酿造缺少参考价值。笔者以还原糖、总糖、α-氨基氮和可溶性蛋白质为主要指标，研究不同麦芽糖化工艺对麦汁淀粉糖化和蛋白质休止的影响，探索两类物质水解规律，为精酿啤酒酿造提供依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料。麦芽，广州麦芽有限公司；啤酒酵母，华南理工大学发酵工程实验室保藏。

1.1.2主要仪器。YQ-PJ-6B型自动糖化仪，轻工业部西安轻机所光电公司；UV-2700紫外可见分光光度计，岛津仪器（苏州）有限公司。

1.2方法

1.2.1麦汁制备方法。

麦芽粉碎 → 加400%的水 → 蛋白质休止55 ℃，60 min → 糖化 Ⅰ 65 ℃，60 min → 糖化 Ⅱ 72 ℃，20 min → 过滤 → 煮沸60 min → 冷却沉淀 → 过滤 → 定型麦汁 → 成分分析。

1.2.2麥芽糖化影响因素的试验。

1.2.2.1蛋白质休止温度对麦芽糖化的影响。分别选取蛋白质休止温度44、47、50、53、56 ℃进行麦芽糖化，测定麦汁中还原糖、总糖、α-氨基氮和可溶性蛋白质4个主成分的含量。

1.2.2.2蛋白质休止时间对麦芽糖化的影响。蛋白质休止温度50 ℃，分别选取蛋白质休止时间20、40、60、80、100、120 min 进行麦芽糖化，测定麦汁中4个主成分的含量。

1.2.2.3糖化温度对麦芽糖化的影响。蛋白质休止50 ℃、60 min，分别选取糖化 Ⅰ 温度63、65、68 ℃进行麦芽糖化，测定麦汁中4个主成分的含量。

1.2.2.4糖化时间对麦芽糖化的影响。蛋白质休止50 ℃、60 min，糖化 Ⅰ 温度65 ℃，糖化 Ⅱ 72 ℃、20 min，分别选取糖化 Ⅰ 时间20、40、60、80、100 min进行麦芽糖化，测定麦汁中4个主成分的含量。

1.2.2.5初始pH对麦芽糖化的影响。蛋白质休止50 ℃、60 min，糖化 Ⅰ 65 ℃、40 min，糖化 Ⅱ 72 ℃、20 min。分别选取初始pH 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5进行麦芽糖化（利用乳酸调pH），测定麦汁中4个主成分的含量。

1.2.3麦汁发酵试验。将100 mL定型麦汁接种2.0×107 CFU/mL 啤酒酵母，15 ℃主发酵7 d，4 ℃后发酵7 d后测定啤酒残糖、实际发酵度和酒精度。

1.2.4分析方法。

还原糖、总糖测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法[5-6]；α-氨基氮测定采用茚三酮比色法[7]；可溶性蛋白质测定采用考马斯亮蓝法[8]；酒精度、原麥汁浓度、残糖及实际发酵度按国家标准啤酒分析方法测定[9]。

2结果与分析

2.1蛋白质休止温度对麦芽糖化的影响

按照方法“1.2.2.1”进行麦芽糖化，研究蛋白休止温度对麦芽水解的影响，结果见图1、图2。

从图1、图2可知，蛋白质休止温度的改变对麦汁还原糖和总糖含量影响不显著，但对麦芽蛋白质水解影响显著。在蛋白质休止温度50 ℃时，制备麦汁α-氨基氮含量最高，达到425.9 mg/L；47 ℃时可溶性蛋白质含量最高，达到743.2 mg/L，且随着温度升高，可溶性蛋白质含量持续降低。综合确定50 ℃为蛋白质休止温度。

2.2蛋白质休止时间对麦芽糖化的影响

按照方法“1.2.2.2”进行麦芽糖化，研究蛋白休止时间对麦芽水解的影响，结果见图3、图4。

从图3可知，蛋白质休止时间对麦芽淀粉水解影响较小，且蛋白质休止60 min后的淀粉溶出和水解已基本充分。从图4可知，蛋白质休止时间对麦芽蛋白质水解影响显著，并随着时间的延长，麦汁α-氨基氮含量不断增多，从371.7 mg/L增加到450.5 mg/L，而可溶性蛋白质含量不断减少，从773.3 mg/L减少到582.1 mg/L。60 min后可溶性蛋白质降低速率和α-氨基氮增长速率均显著减小，综合确定蛋白休止50 ℃，60 min。

2.3糖化温度对麦芽糖化的影响

按照方法“1.2.2.3”进行麦芽糖化，研究糖化温度对麦芽水解的影响，结果见图5、图6。

由图5可知，糖化温度对麦芽淀粉水解影响显著，其中65 ℃以上有利于麦芽淀粉的充分水解，采用65～72 ℃两段式或68 ℃一段式糖化，最有利于淀粉溶出水解，可得到最高还原糖≥103.1 g/L。

由图6可知，随着糖化 Ⅰ 的温度升高，麦汁中可溶性蛋白质显著增多，而α-氨基氮变化不显著，这说明温度升高利于蛋白质水解。再经糖化 Ⅱ 的麦汁中可溶性蛋白质显著下降，可能是72 ℃高温下生成的蛋白质分解产物不稳定，在煮沸时更易絮凝析出。因此，确定65～72 ℃的两段式糖化工艺，既保证麦汁α-氨基氮含量在420 mg/L以上，又有利于减少影响非生物稳定性的可溶性蛋白质含量，维持啤酒的澄清。

由图9可知，初始pH在4.5～6.0对麦汁还原糖和总糖含量影响不大，pH达到6.5时，麦汁还原糖和总糖含量显著下降，表明淀粉水解酶活性受影响。

由图10可知，初始pH对麦芽蛋白质水解有显著影响。随着初始pH降低麦汁可溶性蛋白质含量减小，α-氨基氮含量增大，这表明酸性条件有利于蛋白质水解。初始pH 4.5时的α-氨基氮含量比自然正常pH 6.0的提高40.9%，达到580.6 mg/L。

对优化麦芽糖化工艺基础上制备的麦汁，接种2×107 CFU/mL啤酒酵母进行15 ℃、7 d主发酵和4 ℃、7 d后发酵，试验结果见表2。

由表2可知，随着初始pH降低，原麦汁浓度有所增加，发酵液残糖先减少后增加，实际发酵度和酒精度先升高后降低。当pH 5.0时，发酵液实际发酵度和酒精度均达到最高值，分别为75.3%和6.2%，比正常pH发酵液的实际发酵度提高了1.6%，酒精度提高了10.7%，效果显著。这表明适当降低麦芽水解初始酸度能够有效提高制备麦汁的发酵效果。

3结论与讨论

该研究通过单因素试验优化得出麦芽糖化工艺：50 ℃蛋白质休止60 min，65 ℃糖化40 min，72 ℃糖化20 min，初始pH 5.0。制备麦汁中含还原糖103.7 g/L、总糖144.6 g/L、α-氨基氮514.0 mg/L、可溶性蛋白质571.4 mg/L。经发酵后得到酒精度6.2%、实际发酵度达75.3%的酒。

糖化温度是影响麦芽淀粉水解的主要因素，蛋白质休止温度、时间、pH是影响麦芽蛋白质水解的主要因素。降低pH到5.0有利于蛋白质分解为α-氨基氮，为啤酒酵母发酵提供充足氮源而提高啤酒发酵度和酒精度，特别适合添加了大米、淀粉、糖浆等辅料造成α-氨基氮降低的啤酒酿造。

参考文献

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