（农产品加工及贮藏工程专业论文）利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究.pdf

摘要 吉林省地处我国东北腹地，为中温带大陆季风性气候，是世界范围内最适合于玉米 生长的黄金地域，玉米资源丰富，素有“中国玉米之乡”的美誉。我省还是全国最大的 玉米深加工工业基地，年处理玉米百余万吨。玉米淀粉和玉米糖浆是玉米深加工工业的 大宗产品，如何充分利用高科技手段，将其更进一步转化和利用，应当成为我省延长玉 米深加工产业链的重要科技攻关课题。 本论文针对目前啤酒原料短缺的现状，采用玉米淀粉替代大麦麦芽生产啤酒，对生 产啤酒的各个工艺环节进行了研究。研究过程中以玉米淀粉为主要原料，对其进行糖化 处理，所得糖化醪作为啤酒酵母生长所需要的碳源；以玉米蛋白粉为辅料，试验中添加 其酶解产物( 主要是a 氨基氮) ，作为辅助啤酒酵母生长所需要的氮源。玉米淀粉糖化醪 与玉米蛋白粉酶解液经合理配比后，加入啤酒生产所需要的辅料。如酒花、磷酸、氯化 钙和硫酸钙等。接种啤酒酵母酿制成玉米超干啤酒，通过正交实验确定其生产工艺的最 佳参数。从玉米淀粉液化工艺、糖化工艺、玉米蛋白粉水解工艺、脱色脱臭工艺、啤酒 酵母培养基配制工艺、煮沸工艺以及发酵工艺等方面的技术问题进行了较系统探讨，取 得良好的试验结果。本论文主要内容如下： 1 确定玉米淀粉液化工艺。采用耐高温铲淀粉酶，液化工艺参数为：加酶量：1 5 u 8 ；p h ： 5 5 ；时间：6 0 m i n 。液化终点d e 值可控制在1 5 - 2 0 之间。 2 确定玉米淀粉糖化工艺。为得到符合啤酒酵母生所需的糖谱组成，利用正交实验确 定糖化最佳工艺条件是：糖化温度：6 0 ；p h ：4 0 ；加酶量：2 5 0 u g ：水解时间：8 0 r a i n 。 糖液d e 值可达到6 5 。 3 探究玉米蛋白粉水解工艺。玉米蛋白粉碎至8 0 目。通过单因素实验确定水解用酶为 酒用酸性蛋白酶。水解条件如下：底物浓度：8 0 9 , l ；温度：5 0 1 2 ；p h ：3 o ；水解时间 4 h 。水解结束后q 氨基氮含量可以达到1 0 5 1 7 8 m g l 。由于其水解效果不理想，为节约 生产成本，采用循环水解玉米蛋白粉的方法。 4 确定玉米蛋白粉脱色工艺。通过做温度、时间和活性炭添加量的三个单因素实验，从 中选出较好的脱色、脱味条件为：活性炭加入量2 o ，脱色、脱味温度7 0 ，脱色、 脱味时间7 5 m i n ，处理结果为脱色、脱味率是2 2 3 5 。 5 小试试验 在小试试验性生产中，所得玉米超干啤酒色泽淡黄，泡沫丰富、洁白细腻，挂杯持久， 口感醇厚，略带醋香，微酸，香味突出，具有典型的啤酒口味。其理化指标与感官评价 与普通啤酒没有较大差别，千升酒生产成本降低4 9 6 元，若年产5 万千升玉米超干啤酒， 可以增加利税2 0 0 0 多万元，经济效益十分显著。 关键词：玉米淀粉玉米蛋白粉糖化水解，发酵 a b s t r a c t j i l i np r o v i n c ei ss i t u a t e da to u rc o u n t r yn o r t h e a s tc e n t e r f o rt h et e m p e r a t ez o n em a i n l a n d m o n s o o nc l i m a t e i ti si nt h ew o r l d w i d es c a l em o s ts u i t st h eg o l dr e g i o nw h i c hg r o w sc o r n , t h e c o lr e s o u r c e si sr i c h , i sk n o w na s “t o w n s h i po f t h ec h i n e s ec o m ”o u rp r o v i n c ei sa l s ot h e b i g g e s tc o r ni n t e n s i v ep r o c e s s i n gi n d u s t r i a lb a s ei nt h en a t i o n , p r o c e s s i n gc o r na b o v e t h o u s a n dt h o u s a n dt o n s 1 1 ”c o r ns t a r c ha n dt h ec o m s y r u pa r e t h ec o mi n t e n s i v ep r o c e s s i n g i n d u s t r yp r o d u c t s ，h o wu s e st h eh i g ht e c hm e t h o d 丘l l l y ，i 招f u r t h e rt r a n s f o r m a t i o na n dt h eu ， t h ei m p o r t a n tt e c h n i c a la t t a c kt o p i c ，m a yb e c o m eo u r p r o v i n c et ol e n g t h e nt h ec o mi n t e n s i v e p r o c e s s i n gi n d u s t r yc h a i n i nv i e wo f t h e p r e s e n tb e e ri n d u s t r yw h i c hi ss h o r t a g eo f m a t e r i a l s t h ep a p e rb s e st h e c o ls t a r c hi n s t e a do f b a r l e ym a l tt on l a k eb e e r , r e s e a r c h i n go ne a c hc r a f tl i n kt oc o n d u c t i n t h er e s e a r c hp r o c e s s ，t a k et h ec o r ns t a r c ha st h ep r i m a r yd a t a , c a r r i e do ns a e c h a r i f i c a t i o n p r o c e s s i n gt oi lt h eo b t a i n e ds a c c h a r i f i c a t i o np r o d u c ta st h ec a r b o ns o u r c ew h e n t h eb e e r y e a s tn e e d s ；t a k et h ec o r na l b u m e na st h es u p p l e m e n t a r ym a t e r i a l ，i nt h ee x p e r i m e n ti n c r e a s e i t se n z y m o l y s i sp r o d u c t ( m a i n l yi sa l p h a a m i n on i t r o g e n ) ，t h en i 仃o g e ns o u r v , ew h e nt h eb e e r y e a s tn e e d s r e a s o n a b l em i xa n dc o n t i g u r a t et h ec o r ns t a r c hs a e c h a r i f i c a t i o na n dt h ec o r n a l b u m e n e n z y m o l y s i sp r o d u c t ，i n c r e a s et h em i n e r a ls u b s t a n c ea n da d j u s tp h ，t h ev a c c i n a t e b e e ry e a s ta n df e r m e n tt h eb e e ro f h i g hd e g r e e d e t e r m i n e st h eb e s tp a r a m e t e ro f p r o d u c t i o nc r a f tt h r o u g ht h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t f r o m c o r ns t a r c hl i q u e f i c a t i o nc 触t h e s a e c h a r i f i c a t i o ne r a t lt h ec o ma l b u m e nh y d r o l i s i sc r a f t , t h e d e c o l o r i z a t i o nc r a f t , c u l t u r em e d i u mo f b e e ry e a s tc o n f i g u r a t i o ne r a t lb o i l e da s p e c ta n ds oo n a sw e l la sf e r m e n t a t i o np r o c e s s t e c h n i c a lq u e s t i o n sa 腭c a r r i e do nc o m p a r i n gt h es y s t e m st o d i s c u s s o b t a i n st h eg o o dt e s tr e s u l t t h ep r e s e n tp a p e rp r i m a r yc o v e r a g ei sa sf o l l o w s ： 1 h a sd e t e r m i n e dt h ec o r ns t a r c hl i q u e f l c a t i o nc r a f t 。u s et h et h e r m o s t a b l ea l p h a a m y l a s e t h e l i q u e f i e dc r a f tp a r a m e t e ri s ：a d d st h ee n z y m eq u a n t i t y ：1 5 u g ；p h ：5 5 ；l i q u e f i e dt i m e ： 6 0 r a i n t h el i q u e f i e de n dp o i n td ev a l u em a yc o n t r o lb e t w e e n1 5 2 0 2 h a sd e t e r m i n e dt h ec o r ns t a r c hs a c c h a r i f l c a t i o nc r a f t i no r d e rt oo b t a i nc o n f o r m st ot h e s u g a rs p e e u - u mc o m p o s i t i o nw h i c ht h eb e e ry e a s th o m a l i u mh a i n a n e n s i sn e e d s ，u s i n gt h e o r t h o g o n a le x p e r i m e n td e t e r m i n e dt h es a e c h a r i f i c a t i o nb e s tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s a r e ：s a c c h a r i f i c a t i o nt e m p e r a t u r e ：6 0 ；p h ：4 0 ；a d d st h ee n z y m eq u a n t i t y ：2 5 0 u g ； h y d r o t i s i st i m e ：9 0 m i n t h es u g a rf l u i dd ev a l b em a ya c h i e v e6 5 3 i n q u i r e di n t ot h ec o r na l b u m e nh y d r o l i s i sc r a f t c o r np r o t e i ns m a s h i n gt o8 0i t e m t h r o u g h t h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n td e t e r m i n e dt h eh y d r o l i s i su s e st h ea c i d i cp r o t e i n a s ew i 血t h e 廿l z y m ef o rt h el i q u o r t h eh y d r o l i s i sc o n d i t i o ni sa sf o l l o w s ： s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n ：8 0 9 l ；t e m p e r a t u r e ：5 0 ：p h ：3 0 ；h y d r o l i s i st i m e4 h i nt h e h y d r o l i s i sf u i da l p h a t h ea m i n on i t r o g e nc o n t e n tm a ya c h i e v e1 0 5 1 7 8 m g l 4 h a dd e t e r m i n e dt h ec o r na l b u m e nd e c o l o r i z a t i o nc r a f t ，t h r o u g hm a k e st h et e m p e r a t u r e ，t h e t i m ea n dt h ea c t i v a t e dc h a r c o a lr e c r u i t m e n tt h r e es i n ef a c t o re x p e r i m e n t , s e l e c t st h eg o o d d e c o l o r i z a t i o nt oe s c a p et h et a s t ec o n d i t i o ni s ：耵忙a c t i v a t e dc h a r c o a li o i n sq u a n t i t y2 o t h e d e c o l o f i z a t i o ne s c a p e st h et a s t et e m p e r a t u r e ：7 0 ，t h ed e c o l o r i z a t i o ne s c a p e st a s t et i m e ： 7 5 m i i lt h i st i m ed e c o l o r i z e se s c a p e st h et a s t er a t e ：2 2 3 5 5 s l i g h t l yt r i e st oe x p e r i m e n t s l i g l l t l yi st r y i n gi nt h ee x p e r i m e n t a lp r o d u c t i o n , t h eo b t a i n e d c o r nu l t r ad o e st h eb e e rl u s t e rl i g h ty e l l o w , f r o t hr i c h , p u r ew h i t ee x q u i s i t e ，h a n g st h ec u pt o n b el a s t i n g t h ef e e l i n gi nt h em o u t hi sm e l l o w ，b r i n g st h ev i n e g a rt ob ef r a g r a n ts l i g h t l y ，t h e m i c r oa c i d ，t h ef r a g r a n c ei sp r o m i n e n t ，h a st h em o d e lb e e rt a s t e i t sp h y s i t sa n dc h e m i s t r y t a r g e ta n dt h es e n s eo r g a na p p r a i s a la n dt h eo r d i n a r yb e e rw i d cd i f f e r e n c e t h ek i l o l i t e rl i q u o r p r o d u c t i o nc o s th a sn o tr e d u c e d4 9 6y u a n , i fy e a r l yp r o d u c e s5 0 ，0 0 0k i l o l i t e r sc o r nu l t r a t o d ot h eb e e r , m a yi n c r e a s et h ep r o f i t sa n dt a x e sm o r et h a n2 0 0 0t e nt h o u s a n dy u a n , t h e e c o n o m i ce f f i c i e n c yi se x t r e m e l yr e m a r k a b l e k 吖w o r d ：c o r ns t a r c h 。a l b u m e np o w d e ro fm a i z e ，s a e e h a r i f i c a t i o n ，h y d r o l i s i s ， f e r m e n t a t i o n - m - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 学位论文作者繇红冼钓掷期：汐7 年，月r 9 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 猢一躲7 i 彬矾 导师签名 签字日期： 7 口刁年f 月f 舅日 签字日期： ，j 7 年月k 日 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀籽酿造啤酒的技术研究 1 1 啤酒工业发展概述口1 1 前言 啤酒是指以麦芽( 包括特种麦芽) 、水为主要原料，加啤酒花( 包括酒花制品) ，经酵 母发酵酿制而成，含有c 0 2 、起泡的、低酒精度的发酵酒，啤酒是世界性饮料。现在除 了伊斯兰国家，由于宗教原因不饮啤酒外，啤酒遍及世界各国，是世界最大的饮料酒。”1 据史料记载，最初巴比伦人把几种谷物磨碎后加水和成面团，经烤制后放在容器中 自然发酵，这就是啤酒的雏形。后来在世界各地酿制出各种各样的啤酒，所采用的原料 有所不同，口味也各异h 1 。所用原料有大麦、小麦、荞麦等。由于大麦麦芽具有优良的 酿造特性，所以逐渐取代了其他谷物而成为啤酒酿造的主要原料，其他谷物只是作为辅 料使用。到公元八世纪，德国入将大麦麦芽作为啤酒酿造的唯一原料固定下来，并于1 5 1 6 年制定了啤酒“纯净酿造法”。嗨1 其他国家虽然没有专门为此制定法律，但受德国的影响， 基本都以大麦麦芽为主要原料。啤酒是世界性饮料酒，营养丰富，大约起源于9 千年前 的中东和古埃及地区。那时的原料是不统一的，有大麦、小麦，也有荞麦。直到公元8 世纪，德国人才把原料只用大麦固定下来，而其他谷物原料酿造的啤酒只作为地方性产 品存在，如德国以小麦发芽酿造的w e i s b e r g 啤酒；南非以高梁发芽酿造的k a f f i 啤酒。” 我国的啤酒工业已有1 0 0 多年的历史了，但在我国仍然属于一个较为年轻的工业。 解放后，尤其是改革开放以来的近3 0 年时间里，我国啤酒工业得到了迅猛发展，平均 年产量的递增速度达到2 0 3 0 ，2 0 0 2 年成为世界第一大啤酒生产国，2 0 0 4 年产量 达到2 9 1 0 万千升。年产3 0 0 万千升的大型啤酒集团有青岛、燕京、华润三家，合计产 量约占全国啤酒产量的3 0 以上，企业间竞争加剧，技术和资本成为目前我国啤酒工业 竞争的主题。解决我国大麦原料短缺问题可以从两个方面着手，一是加大我国大麦生产 的科技投入，寻找大麦适合生产地，扩大种植面积，改良大麦品质；目前我国一些大型 啤酒集团己经着手建立自己的大麦以及原料供应基地。二是选择大麦以外的其他原料作 为啤酒生产辅料或主要原料来代替大麦。玉米淀粉具有作为啤酒酿造原料的基本因素， 且某些特性优于其它啤酒生产的辅料。在啤酒酿造中，玉米淀粉是最早是作为辅料应用 于啤酒生产，以便降低成本。 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉嚏遣啤酒的技术研究 1 1 1 啤酒的分类 1 1 1 1 根据酵母性质分类可分为上面发酵啤滔和下面发酵啤酒。 ( 1 ) 上面发酵啤酒。3 上面发酵啤酒多利用浸出糖化法制备麦汁，经上面酵母发酵而制成。利用上面发酵制造 啤酒的国家主要是英国、比利时、加拿大、澳大利亚等少数国家。 ( 2 ) 下面发酵啤酒 传统的下面发酵啤酒，多利用煮出耱化法制取麦汁，近代则煮出糖化法和浸出法兼用， 经下面酵母发酵而制成。世界多数国家采用下面发酵酿制啤酒。 ， 1 1 1 2 根据啤酒色泽分类可分为淡色啤酒和浓色啤酒。 ( 1 ) 淡色啤酒 淡色啤酒是啤酒中产量最多的一种，其色度一般保持在7 e b c 单位左右。 ( 2 ) 浓色啤酒 浓色啤酒的色泽呈红棕色或红褐色，其色度在1 5 4 0 e b c 单位之间。 目前市场上淡色啤酒成为一种为大部分消费人群所喜欢的产品，生产淡色啤酒多添加玉 米淀粉、玉米米、大米和小麦等辅料。玉米淀粉的加工性能好，所以很多啤酒厂都采用， 国内的生产厂家有的在使用量上达到4 0 以上。所以本论文用玉米淀粉完全代替大麦生 产淡色啤酒有着深厚的理论基础和无限的发展前景。 1 1 - 1 3 根据生产方法分类可分为鲜啤酒和熟啤酒。 ( 1 ) 鲜啤酒 啤酒包装后，不经过巴氏灭菌，称为鲜啤酒，又称生啤酒。 ( 2 ) 熟啤酒 啤酒包装后，经过巴氏灭菌，可以保存较长时间，称为熟啤酒，又叫杀菌啤酒。 酿制贮存时间长和外销啤酒，必须经过巴氏灭菌。 1 1 1 4 市场上一些较常见的新型啤酒可分为冰啤酒、无醇啤酒和干啤酒。 ( 1 ) 冰啤酒 冰啤酒利用物理冷冻离心方法，除去能引起啤酒冷混浊的冷混浊物，这样就可以减轻啤 酒灌装后产生混浊的压力，从而得到冰啤酒。 ( 2 ) 无醇啤酒 酒精含量控制在0 5 以下者，称为无醇啤酒。 ( 3 ) 干啤酒 此种啤酒的发酵度极高，酒中残糖极低，口味清淡爽口，后味干净，无杂味，热值低。 2 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉嚏造啤蓿的技术研究 目前，干啤酒因其的口感和特点也有一定分额的市场。玉米淀粉的转化糖容易被啤酒酵 母利用，采用玉米淀粉生产超干啤酒，其发酵度高，残糖含量低，优点突出。 1 1 1 5 根据使用原辅料和添加剂的不同特殊啤酒： ( 1 ) 白啤酒“2 “。自啤酒的原料是小麦( 或小麦芽) 和大麦芽，并且在麦汁煮沸过程中添加 几种特殊的香料物质，在主发酵结束后，除去主发酵酵母，然后再补加可发酵糖和添加 二次发酵酵母在瓶内完成二次发酵过程。 ( 2 ) 使用特殊辅料制成的风味啤酒，较常见的如养麦啤酒和燕麦啤酒等。 ( 3 ) 营养保健啤酒，按照一般的啤酒酿制工艺，但是在糖化时添加一些具有保健功能的植 物或其汁液等制备的营养保健啤酒慨剀。如苦瓜啤酒阻捌、菊花啤酒。1 、姜汁啤酒”1 等。 1 1 2 现代啤酒酿造的新工艺” ( 1 ) 限制发酵法 通过限制麦汁中的可发酵性糖的生成量，或是通过采用低浓度的麦汁进行发酵，在发酵 过程中限制可发酵性糖变成酒精，以达到生产出低醇啤酒。 ( 2 ) 发酵后脱除酒精法 主要包括蒸发法，膜法脱醇和反渗透法，生产无醇和低醇啤酒。 ( 3 ) 高浓度酿造稀释法啤酒 在原料配比和成品酒的成分上与传统的啤酒几乎相同，只是先高浓度酿造，在滤酒之前 稀释。我国大多数啤酒生产厂家采用此法，而且在使用此法的同时，以玉米淀粉作为辅 料的添加量也在不断的提高。 ( 4 ) 淡爽型啤酒加工工艺 自2 0 世纪6 0 年代以来，不断出现含糖量极低的新产品，口感更显爽适，因此称之为淡爽 型啤酒。主要包括干啤和酶法糖化酿造的淡爽啤酒。 因而，近几年无论从我国啤酒工业酿造技术的发展方向上，还是追溯到啤酒酿造的起源， 本文利用玉米淀粉酿制超干啤酒都具有广阔的发展前景。 1 1 3 我国啤酒工业发展的现状与展望 目前我国保健型饮料酒多数是以高度白酒为酒基，通过直接加入功能性因子或加入 具有保健功能的生物材料，利用低温浸渍工艺生产加工而成，大多属于高酒精度的饮 料酒，虽然有一定的保健作用，但适宜人群多数为中老年男性消费者。果酒和葡萄酒在 我国的保健型饮料酒中也占有一席之地，但为了保证酒体的稳定性和保质期，其酒精度 通常控制在1 2 ，因此不能作为人们经常饮用的大众化保健型饮料酒。啤酒具有淡爽、 3 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉酿造啤蓿的技术研究 保健的特性，是较为理想的低酒精度饮料酒，但由于其风味较为单一，缺少个性化变化， 因此也不能作为最理想饮料酒。 我国的饮料酒消费呈现出追求“淡爽、保健和个性化”的趋势。由于基酒生产原料 主要是经过多次除杂和脱胚处理的玉米淀粉，因此基酒生产原料非常纯正，基酒与其它 饮料酒相比，具有酒体口感柔和、无异杂味等特点。从而，为基酒的进一步修饰提供了 非常巨大的空间，成为最适于个性化修饰的新型饮料酒。它既可以具有高度酒的保健特 性，又可以拥有啤酒一样的淡爽、低酒精度，更具有可以依据人的个性化设计进行修饰 的特性，是最具时代特色的新型饮料酒。 利用玉米淀粉为原料生产超干基酒具有良好的市场前景和地域优势。吉林省是全国 最大的玉米深加工工业基地，年处理玉米1 5 0 亿公斤以上。玉米淀粉和玉米糖浆是玉米 深加工工业最大宗的产品，如何充分利用高科技手段，将其更进一步转化和利用，已成 为我省延长玉米深加工产业链的重要科技攻关课题。 因此本研究内容具有较大的研究价值，故予以开发研究。 1 2 立题背景和研究内容 1 2 1 立题背景 由于世界啤酒生产量的连年攀升，麦芽需求量急剧增加。有很多啤酒企业都采用玉 米、大米、小麦等原料作为辅科，虽可降低麦芽用量，但增加了工艺操作，而采用啤酒 专用糖浆，既可降低生产成本，缩短酿造周期，又可增加原料的利用率，改善啤酒品质， 为啤酒和其它行业带来巨大的经济效益。 近年来，国际上纷纷采用大米为原料生产糖浆。对我国而言，玉米来源丰富，玉 米的酿造性能还优于大米，所以更应加快此研究应用和发展的进程。我国的玉米年产量 位于世界第二但利用率低，加入w t o 以后，将对国内玉米销量产生巨大冲击，因此 加快玉米深加工、用玉米为原料酿造啤酒或生产啤酒糖浆已迫不及待。 我国大多数啤酒厂家采用现代高浓酿造技术生产啤酒，若想实现1 4 5 度1 6 度的酿造， 采用 3 0 的国产淀粉糖浆显然不能满足酵母全营养要求，开发酵母全营养型啤酒专用糖 浆将会给啤酒行业高浓酿造技术的发展带来合理的原料。 1 2 2 研究内容 ( 1 ) 玉米淀粉生产超干啤酒的生产工艺 ( 2 ) 玉米淀粉液化工艺的研究 ( 3 ) 玉米淀粉糖化工艺的研究 ( 4 ) 玉米蛋白粉水解条件的优化 ( 5 ) 实验室小试、中试及结果分析 4 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 ( 6 ) 玉米糖浆生产啤酒项目经济效益的分析 1 2 3 研究目的和意义 通过对本课题的研究，探索玉米蛋白粉水解最佳的工艺条件，确定啤酒用玉米淀粉 糖浆生产的工艺参数，获得啤酒专用玉米淀粉稽浆，并实现小试和中试的实验成果，开 发出较传统啤酒成本低的新型啤酒。玉米淀粉在食品工业的应用有着广泛的前景，随着 科学技术的不断进步，完善以玉米淀粉为主要原料生产啤酒工艺的研究将成为今后科研 的重点。 1 3 原料摄述 1 3 1 玉米淀粉性状与特征o ” 玉米淀粉是玉米种子的主要成分，是空气中二氧化碳和水经光合作用合成的产物， 是取之不尽、用之不竭的自然资源。更好地开发利用玉米淀粉资源是当今世界研究的热 点之一。 1 3 2 玉米淀粉营养价值 表l - 1 玉米淀粉品质指标( ) l a b1 - 1c o r ns t a r c hq u a l i t yt a r g e t 项目含量( ) 水分 蛋白质 脂肪 灰份 1 3 2 0 3 5 0 0 8 0 0 8 1 3 3 玉米淀粉加工利用概况。1 淀粉及其深加工工业是国民经济中重要的产业之一，它包括淀粉、变性淀粉、淀粉 糖、淀粉糖醇及淀粉发酵等多种产业。淀粉深加工工业是农副产品深加工和增值的重要 组成部分，是拉动农业和农村经济发展，提高农民收入的重要途径。 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 1 3 4 玉米蛋白粉性状与特征 玉米蛋白粉是淀粉厂生产玉米淀粉时的副产品例，从淀粉乳分离蛋白质时得到的 黄浆水，经过滤、浓缩、干燥得到黄色的小溶于水的物质，因其中蛋白质占6 0 以上， 因此称为玉米蛋白粉( 玉米黄粉) 。其中含6 5 左右的蛋白质和1 5 左右的淀粉以及少量 的灰份等，化学成分见表1 - 2 ： 1 3 5 玉米蛋白粉营养价值 表l - 2 玉米蛋白化学成分含量( 哟 l a b l 一2c o r np r o t e i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o nc o n t e n t 项目含量( ) 水分 蛋白质 脂肪 灰份 淀粉 纤维 玉米蛋白粉的组成如下脚“1 ：玉米蛋白粉中的蛋白主要为醇溶蛋白( 6 8 ) 和谷蛋白 ( 2 2 ) 。另有极少量的球蛋白和白蛋白。玉米蛋白水解后得到多种氨基酸，通过生物工 程可获得具有生理功能的活性肽。玉米蛋白含有1 8 种氨基酸，包括丙氨酸、蛋氨酸、 异亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、亮氨酸、丝氨酸、赖氨酸、组氨酸、 精氨酸、天冬氨酸、缬氨酸、脯氨酸、甘氨酸、色氨酸、谷氨酸。 1 3 6 玉米蛋白粉加工利用概况2 捌 国外对肽类的研究较早，早在2 0 世纪4 0 年代就己经开始研究一些肽的应用。前一 个时期蛋白水解物的开发主要以大豆蛋白、乳蛋白、蛋清蛋白为主，尤其是以乳蛋白水 解物和活性肽的研究开发最为深入。 近年来有关畜血、水产蛋白和活性肽的研究开发日益受到重视。我国的蛋白水解物 和活性肽的研究相对滞后，很多地方刚刚起步。一些单位开始进行有关大豆蛋白、酪蛋 白、乳清蛋白水解物的研究工作，但是对玉米蛋白水解物的研究很少。以玉米蛋白水解 6 m = 2 ， 培 ： 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 物为基料的医药品和食品几乎没有，目前只有日本和美国等少数国家开始利用并开发了 一些有关玉米蛋白的再次利用。在玉米肽的研究领域，日本处于世界领先位置，文献报 道较多，他们已经将玉米肽开发成低热量早餐饮料，还开发出了降血压作用的玉米肽混 合物。 此外，欧洲、美国等国也有玉米肽产品上市，1 9 7 7 年e d l e r - n i s s e n 研究了玉米面 筋粉的酶解工艺，并研究了温度、p h 值、酶浓度对水解的影响。j u l i e e 等研究了玉米 面筋的酶解工艺，对酶浓度和粒度对水解的影响。日本的山口孙一和佐野良史通过对玉 米蛋白进行特定的酶水解，除去游离氨基酸后制得的玉米肽分子量较小、桔度小随浓度 的增加而上升，即使在5 0 的高浓度下，流动性也很好、透明性好、对热稳定、具有到 达等电点时，不易沉淀等特点。1 9 9 0 年t s h i n y a 等采用嗜热菌蛋白酶和肌动蛋白酶降 解玉米醇溶蛋白研制出无苦味高f 值寡肽，产量达5 6 。1 9 9 1 年日本学者s m i y o s h i 等报道了玉米醇溶蛋白酶解得到的l p p 是迄今发现的蛋白水解得到的最好的a c e i 肽。 1 9 9 6 年y n a k a m u r a 等报道了玉米肤除降血压外还具有抑制乙醇中毒和恢复机体疲劳的 作用。同年s y a n o 等报道用嗜热菌蛋白酶水解经尿素变性的玉米醇溶蛋白，酶解率可 达l o o 。 而我国对于玉米蛋白水解方的研究很少，可见玉米蛋白水解工艺目前还存在许多不 完善之处。对玉米蛋白研究可以促进对玉米肽的深入了解。 1 4 啤酒糖浆国内外研究进展 最早在啤酒酿造中应用酶制剂转化原料是在1 9 5 8 年，到了6 0 年代，美国的c e l a n d 和r r b a t o n 提出采用细菌，利用所产生的生物酶制剂来转化玉米淀粉等啤酒工业原 料。从而得到高麦芽糖、低葡萄糖的啤酒酵母糖浆。 1 9 8 6 年，r o n a l d e h e b e d a 和c h a r l e s1 l s y r u n d 报导了利用酶法水解淀粉产物( 玉米 糖浆和葡萄糖) 作为啤酒酿造的辅料，并做了葡萄糖浆、麦芽糖浆和高麦芽糖浆及麦芽 糊精与普通麦汁中糖分和发酵度的比较，结果发现高转化糖浆、麦芽糖浆和麦汁的发酵 度几乎一致。j o h n c h a a t l e r 比较了新一代高麦芽糖玉米糖浆( 酶法) 和传统麦汁，结果相 当一致“”这使得酿造厂几乎可以任意比例利用液体辅料而小会改变麦汁的糖谱成分。现 在这一技术已被实际采用，在糖化和发酵中都未发现问题。目前，世界各地都在进行啤 酒糖浆的研究与应用。 我国对于普通高麦芽糖浆的研究较多，但对于啤酒酿造用玉米糖浆研制起步较晚， 约开始于9 0 年代。刘复军“”等人报道了玉米原料啤酒糖浆的研制与应用，马广平研究 了啤酒专用淀粉糖浆的制各方法，王海明“”报道了麦芽糖浆在啤酒行业的应用，尤新1 报道了含。一氨基氮的麦芽糖浆在啤酒中的应用。黄生权1 报道了酵母营养糖浆的生产土 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 艺初探，但目前国内还没有研制出满足酵母所需全部营养的啤酒专用玉米糖浆。 应用玉米啤酒糖浆生产啤酒，可使啤酒生产成本降低1 0 0 元，吨左右，如果全国2 0 0 0 万吨啤酒都能推广应用，至少需要3 0 5 0 万吨玉米糖浆。因此开发优质糖浆的工作具有 极大的潜在发展前景。 1 5 创新点 ( 1 ) 以玉米淀粉为主要原料代替大麦生产适于一定人群消费的玉米超干啤酒的。 ( 2 ) 可消化啤酒麦芽在生产成本中占有的较大份额。 ( 3 ) 采用啤酒发酵工艺，开发出风味上兼具啤酒特点，同时又有爽口个性的玉米超干啤酒。 2 1 材料 2 1 1 试验材料 2 材料与方法 玉米淀粉大成玉米淀粉公司 中温淀粉酶( 酶活力2 0 0 0 u m 1 )张家港市金源生物化工有限公司 耐高温a 一淀粉酶( 酶活力2 0 0 0 u g ) n o v o 中国沈阳酶制剂厂 玉米淀粉液化液自制 糖化酶( 酶活力2 0 0 0 u g ) n o v o 中国沈阳酶制剂厂 酒用酸性蛋白酶诺维信中国生物技术有限公司 大麦蛋白水解酶和氏壁生物技术有限公司 胃蛋白酶皇山中皇制药有限公司 碱性蛋白酶北京房山酶制剂总厂 2 1 2 主要试剂与溶液 碘液，乳酸，磷酸，氢氧化钠，氯化钙，精密p h 试纸，水合茚三酮，果糖， 磷酸氢二钠，硫酸二氢钾，甘氨酸，斐林试剂，次甲基蓝指示剂，盐酸，硅藻土，异辛 烷，四硼酸钠p h 缓冲剂。以上化学试剂级别均为分析纯。 8 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 2 1 3 主要仪器 浊度仪西安轻工机械所光电公司 凯氏定氮仪上海精密仪器公司 自动原浓设备机西安轻工机械所光电公司 精密水浴箱天津市泰达实验设备厂 手持式糖度计新天精密光学仪器公司 紫外可见光分光光度计p c 7 5 6 上海精密仪器公司 电子天平上海精密仪器公司 精密p h 计上海雷磁仪器厂 灭菌锅常州国华电器有一限公司 无菌操作台上海奈斯特仪器厂 恒温培养箱上海奈斯特仪器厂 自动糖化器轻工业部西安机械所光电公司 离心机北京离心机研究所 c 0 2 测定仪上海梅特勒托利多仪器厂 电子显微镜上海梅特勒托利多仪器厂 j j 1 电动搅拌器上海精密科学仪器有限公司 小试啤酒生产线长春高等职业技术学校提供 2 2 方法 2 2 1 玉米淀粉酿造啤酒的工艺流程 加耐高雄q 一淀粉酶加糖化酶 玉米淀粉一调浆一掖i 化一糖化一糖化液、 蛋白酶一活化 l 玉米蛋白粉一预处理一水解一蛋白水解液j 加洒花- 1 一兑醪一玉米啤酒糖浆一煮沸一冷却至接种温度 一主发酵一后发酵一过滤一杀菌一成品 图2 - 1 玉米淀粉酿造啤酒的工艺流程图 f i 醇一1 1 1 1 ef l o wc h a r to f c o r ns t a r c hb r e w st h eb e e r 9 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 2 2 2 玉米淀粉液化 称取玉米淀粉，加入5 0 c 温水调成质量分数为2 5 的淀粉乳。用5 0 的温水调浆并 保温，然后分别加入中温淀粉酶( 张家港市金源生物化工有限公司酶活4 0 0 0 u m 1 ) 、 耐高温酶( 诺维信中国生物技术有限公司酶活5 0 0 0 u m 1 ) ，搅拌3 0m i n ，使酶与原料 充分接触。在9 3 9 5 水浴中，保温1 0m i l l ，其过程需要不断搅拌。以防止液化时 的糊化醪粘度过大。对实验和生产产生不利影响。 碘检无蓝色生产，判定为液化终点。液化结束后，煮沸灭酶l o m i n 。此时，可观察 到玉米淀粉中的蛋白质絮凝性良好，可用笊篱捞出变性的片状的蛋白质。 液化终点的标准：不稠厚，稍黏，不发白，上层是呈水样的清液。 2 2 3 玉米淀粉糖化 2 2 3 1 确定糖化时间在试验得到的最佳反应条件下，考察d e 值随时间变化的情况。 当糖化液d e 值达到4 8 6 5 时，即到达糖化终点。 2 2 3 2 玉米淀粉糖化正交实验在液化液中加入糖化酶( 诺维信中国生物技术有限公司 酶活1 0 x 1 0 4u m 1 ) 进行糖化。在玉米淀粉糖化过程中，以加酶量、温度和p h 值为因 素设计三因素三水平正交试验，确定糖化酶的最佳条件。测定d e 值、还原糖及糊精等 各种成分组成，确保各项指标达到玉米超干基酒糖浆所需标准。正交表如下： 表2 - 1k ( 3 3 ) 玉米淀粉糖化正交因素表 t a b 2 - 1 c o ms t a r c hs a c c h a r i f i c a t i o no r t h o g o n a lf a c t o r st a b l e 1 0 吉林农业大学硕士学位论文利用玉米淀粉嚏造啤蓿的技术研究 2 2 4 玉米蛋白粉水解 将玉米蛋白粉经粉碎后，加入不同种类的蛋白酶水解，通过测定水解液中a 氨基 氮的含量，确定玉米蛋白粉的粉碎粒度，水解酶的种类及水解最佳工艺条件。 2 241 蛋白粉碎粒度对水解的影响蛋白粉的粒度降低，以增加其比表面积，促进蛋白 粉的水解。对不同的粒度蛋白颗粒分别水解4 小时，进行单因素试验，通过比色法测定 m 氨基氮含量，确定最佳的粉碎粒度。 2 242 确定蛋白酶种类将玉米蛋白粉配成s 0 e c l 的溶液，取1 0 0 m l 此溶液分别加入酒 用酸性蛋白酶、大麦复合蛋白酶、胃蛋白酶和碱性蛋白酶，加酶量为2 0 u g 。按产品说 明书设定各种酶的最适作用温度、p h 值。水解4 h 后，小氨基氮的含量，比较各种酶的 水解效果，确定水解用酶的种类。 2 2 4 3 底物浓度对蛋白水解的影响在温度为5 0 c ，加酶量2 0u g 、p h5 0 ，反应时问 4 h 的条件下，考察底物浓度对酸性蛋白酶水解玉米蛋白的影响。 2 244 蛋白水解工艺条件的优化底物浓度为s 0 9 l ，以a 氨基氮含量为测试指标，以 p h 值、水解时间、温度为因素设计三因素三水平正交实验。正交表如下： 表2 2 k ( 3 3 ) 玉米蛋白水解正交因素表 t a b 2 - 2c o r np r o t e o l y s i so r t h o g o n a lf a c t o rt a b l e 2 2 5 玉米蛋白粉的循环利用 由于玉米蛋白大部分为醇溶蛋白，较难水解利用。目前尚无有效的水解工艺来攻克 此科研难题。本实验结果考虑到原料的成本问题，采用循环利用玉米蛋白粉的水解残渣。 吉林农业大学硕士学位论文 利用玉米淀粉酿造啤酒的技术研究 2 2 6 玉米蛋白粉水解液脱色 玉米蛋白水解液，离心分离后取上层清液5 m l ，考察不同的脱色条件下，活性炭的 脱色效果。 2 2 7 玉米啤酒糖浆的配制 根据测定的玉米淀粉糖浆和玉米蛋白水解液的各项指标，参考啤酒生产对淡色啤酒 麦芽汁成分的要求，按照一定比例通过兑醪的方法配制基酒糖浆。以此为发酵培养基， 采用低温啤酒酿造工艺生产玉米超干基酒。 2 2 8 5 t 1 米啤酒糖浆的煮沸 2 2 8 1 玉米糖浆煮沸煮沸1 0 7 m i n ，煮沸2 0 r a i n 时加入c a e l