超声波辅助大麦芽糖化工艺的研究

宁 乐，郑 楠，马井喜

(长春大学 食品科学与工程学院，吉林 长春 130022)

国内传统的糖化方式多为双醪浸出糖化法[1]。该方法一般用于大量使用粮食辅料的啤酒配方，不仅热能消耗量大、糖化时间长，加热速率也难以控制，不能精确达到每个糖化阶段的目的，因此这种工艺对于要求高精准度的精酿啤酒而言并不适用。有些使用糖浆作为辅料的工厂则采用单醪分步出糖的工艺[2]，即麦芽单独分步糖化，煮沸时在麦汁中加入糖浆。该工艺相对于双醪浸出糖化法具有糖化时间短、热能消耗少的优势，但是依然无法避免不能精准控制糖化过程的缺陷[3]。

一步法糖化工艺更适用于小微型精酿啤酒企业[4]。该工艺较简单，减少了分步升温糖化过程中的热能损失，节省了糖化时间，能够降低生产成本、提高生产效率。此外，通过一些辅助手段(如超声波处理)提高糖化酶活性也是一个低成本、高效率的方法[5]。超声波技术利用其空化作用、自由基作用和机械作用，已经被广泛应用于食品加工及危害物处理等领域[6-7]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：澳大利亚大麦，购自济南双麦啤酒物资有限公司；试剂：磷酸溶液，实验室配制。

1.2 仪器与设备

FA2104B型电子分析天平：青岛杨中仪器有限公司；CR-200B粉碎机：永康超然电器公司；UW28K-120W超声波清洗器：北京彼奥德电子技术公司；HWS-24型电热恒温水浴锅：江苏苏州东圣仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

超声波辅助大麦芽糖化工艺流程见图1。

1.3.2 操作要点

精确称取大麦芽40 g为一份，添加麦芽重量的5%(2 g)水分以达到增湿的目的，搅拌均匀后静置2 min 以利于麦芽壳层吸收水分；将麦芽加入粉碎机粉碎，要求麦芽麦壳完整而内容物破碎，且每份麦芽粉碎程度一致；将细粉在三角瓶中按一定比例与水混合后调节pH值，放入预先升温至一定温度的超声波清洗器水槽中，恒温保温一定时间，在保温期间，每隔5 min搅动一次糖化醪；糖化结束后，用快速滤纸对糖化醪进行过滤，将滤液快速降温至20 ℃，以折光仪测定糖度，并计算出糖率。考察超声波处理时间、糖化温度、糖化醪pH值、料液比四个因素对出糖率的影响，确定最佳糖化工艺[8]。

1.3.3 出糖率的测定方法

出糖率(%)=(糖度×加水量)/麦芽重量

2 实验设计与结果分析

2.1 单因素实验

2.1.1 超声波处理时间对出糖率的影响

保持糖化温度64 ℃、糖化醪pH5.4、料液比1∶4(g/mL)三个因素不变，探索超声波处理时间对出糖率的影响，结果见图2。

图2 超声波处理时间对出糖率的影响

从图2可以看出，当糖化进行40～44 min时，出糖率快速升高；当糖化进行44～46 min时，出糖率升高速度降低，已接近糖化完全；当糖化进行 46～48 min时，出糖率不再变化，糖化已停止。因此，最佳糖化时间为44～48 min，出糖率顶峰达72.60%。

2.1.2 糖化温度对出糖率的影响

保持超声波处理时间40 min、糖化醪pH5.4、料液比1∶4(g/mL)三个因素不变，探索糖化温度对出糖率的影响，结果见图3。

图3 糖化温度对出糖率的影响

从图3可以看出，当糖化温度为62～66 ℃时，随着温度升高，出糖率也逐渐升高；当糖化温度为66～70 ℃时，随着温度升高，出糖率逐渐降低。因此，最佳糖化温度为64～68 ℃。

2.1.3 糖化醪pH值对出糖率的影响

保持超声波处理时间40 min、糖化温度 64 ℃、料液比1∶4(g/mL)三个因素不变，探索糖化醪pH值对出糖率的影响，结果见图4。

图4 糖化醪pH值对出糖率的影响

由图4可以看出，当糖化醪pH值为5.2时，出糖率较高，为69.30%；当糖化醪pH值为5.0～5.2时，随着pH值升高，出糖率升高；当糖化醪pH值为5.2～5.8时，随着pH值升高，出糖率降低。因此，最佳糖化醪pH值为5.0～5.4。

2.1.4 料液比对出糖率的影响

保持超声波处理时间40 min、糖化温度64 ℃、糖化醪pH5.4三个因素不变，探索料液比对出糖率的影响，结果见图5。

图5 料液比对出糖率的影响

由图5可以看出，当料液比为1∶4.5时，出糖率较高，为68.50%；当料液比为1∶3.0～1∶4.5时，随着料液比增加，出糖率升高；当料液比为1∶4.5～1∶5.0 时，随着料液比增加，出糖率降低。因此，最佳料液比为1∶4.0～1∶5.0。

2.2 正交试验

在上述单因素实验的基础上，对超声波处理时间、糖化温度、糖化醪pH值、料液比四个因素进行正交试验，以出糖率为参考指标优化大麦芽糖化工艺，因素水平见表1，试验结果见表2。

表1 因素水平

表2 正交试验结果

根据极差结果可以看出，在超声波辅助大麦芽糖化工艺中，各因素对出糖率的影响大小为B>A>D>C，即糖化温度>超声波处理时间>料液比>糖化醪pH值，糖化温度对出糖率的影响最大，糖化醪pH值的影响最小。最佳工艺条件为A2B2C1D2,，即糖化时间46 min、糖化温度66 ℃、糖化醪pH5.0、料液比1∶4.5(g/mL)。在此条件下重复实验三次，平均出糖率为72.75%。

3 结论

利用超声波作用与传统麦芽糖化方式相结合的工艺，在单因素实验的基础上，通过正交试验确定了超声波辅助大麦芽糖化工艺的最佳条件：超声波处理时间46 min、糖化温度66 ℃、糖化醪pH5.0、料液比1∶4.5(g/mL)，麦芽糖化出糖率为72.75%。超声波辅助大麦芽糖化工艺可以在一定程度上缩短糖化时间、提高出糖率。