（发酵工程专业论文）啤酒用麦芽糖浆的制备及在高浓酿造中的应用.pdf

摘要 我国每年用于啤酒酿造的辅料在2 0 0 万吨以上，而且随着啤酒产量 的逐年上升辅料使用量还在继续增加，用玉米淀粉制备适合啤酒酿造的麦 芽糖浆作为辅料用于啤酒酿造中，不但可以为玉米的深加工提供一条新的 途径，也可以为啤酒生产企业提供质优价廉的辅料。而且麦芽糖浆与大米 相比其酿造性能更为优越。 本实验研究以玉米淀粉为原料，利用耐高温n 一淀粉酶液化，真菌淀 粉酶糖化制备适合作为啤酒酿造辅料使用的麦芽糖浆，简化了生产工艺， 降低了麦芽糖浆的生产成本。本课题还对麦芽糖浆在啤酒高浓酿造中的应 用做了部分探讨。 实验结果表明： ( 1 ) 液化最佳工艺为：淀粉乳调配用水为自来水，淀粉乳质量浓度为 3 0 ，耐高温n 一淀粉酶的用量为t 0 u g 淀粉，液化p h 值为6 0 。经过1 0 0 一1 1 0 。c 高温液化的液化液其液化效果好于1 0 0 。c 的液化效果。 ( 2 ) 糖化最佳工艺为：控制液化d e 值为1 6 ，p h 值5 5 ，真菌淀粉酶 添加量0 4f a u g 淀粉，5 0 下糖化3 0 h 。通过正交试验发现p h 值为影响 糖化的主要因素。增大真菌淀粉酶的用量可以增大糖化速率，增加糖浆中 葡萄糖和麦芽糖的含量。糖化结束后，需要及时升温灭酶活已防止真菌淀 粉酶对糖化液的继续作用。 ( 3 ) 在最佳工艺条件下制备出的麦芽糖浆中葡萄糖含量为6 2 ，麦 芽糖含量为6 1 4 ，麦芽三糖含量为1 5 8 ，其它糖类1 6 6 ，该糖浆 样品p h 值为5 5 2 ，颜色接近无色透明，碘液显色为无色。自制麦芽糖浆 完全达到了作为啤酒辅料使用的质量要求。 ( 4 ) 应用自制麦芽糖浆进行啤酒高浓酿造，实验发现，辅料添加量为 4 0 的样品效果最好，与全麦汁样品相比，产品中高级醇含量更低，双乙 酰含量也更低，发酵周期相当，都是1 9 天左右。添加糖浆进行高浓酿造 可以显著提高啤酒的发酵度和酒精度，降低了残糖度，更适合酿制淡爽型 啤酒。同时通过感官品评发现，辅料添加量为4 0 的样品口感较好，其 口味与商品酒相比没有显著性差别。说明在最优条件下制备的麦芽糖浆适 合作为啤酒辅料使用，用于啤酒酿造不会影响啤酒的质量。 关键词：玉米淀粉液化糖化真菌淀粉酶麦芽糖浆高浓酿造 a b s t r a c t t h e r ea r em o r et h a n2 ，0 0 0 ，0 0 0t o na u x i l i a r ym a t e r i a l su s e di nb e e r b r e w i n ge v e r yy e a ri no u rc o u n t y a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo fb e e ry i e l d ，m o r e a u x i l i a r ym a t e r i a l sw i l lc o n t i n u et ob eu s e di nb e e ri n d u s t r y m a l t o s es y r u p p r e p a r e df r o mc o r ns t a r c ha st h ea u x i l i a r ym a t e r i a l si nb e e rb r e w i n gn o to n l y p r o v i d e san e wm e t h o df o rd e e p l yp r o c e s s e dp r o d u c t so fc o r n ，b u ta l s oo f f e r s h i g hq u a l i t ya n dl o wp r i c ea u x i l i a r ym a t e r i a l sf o rb e e rb r e w e r y w h a t sm o r e ， m a l t o s es y r u pi sf i t t e rf o rb e e rb r e w i n gt h a nr i c e i nt h i sp a p e r , t h ep r e p a r a t i o no fm a l t o s es y r u pf o rb e e rb r e w i n gf r o mc o i t i s t a r c hw a ss t u d i e d ，i n c l u d i n gl i q u e f a c t i o no fs t a r c hw i t hh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n ga a m y l a s ea n dt h e ns a c c h a r i f i c a t i o nw i t hf u n g a m y l8 0 0 l t h en e w p r o c e s s c a ns i m p l i f yt h et e c h n i c sa n dr e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t t h e a p p l i c a t i o ni nh i g hg r a v i t yb r e w i n gw a sa l s op a r t l yr e s e a r c h e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e d ： ( 1 ) t h eo p t i m a ll i q u e f a c t i o nc o n d i t i o n ：3 0 s t a r c hp u l p ( w w ) w a s p r e p a r e db yt a pw a t e r ，t h ed o s a g eo fh i g ht e m p e r a t u r er e s i s t i n gq a m y l a s ew a s 1 0u gs t a r c h ，a n dt h ep hw a s6 0 s a c c h a r i f i c a t i o nf i q u i da t1 0 0 - l l o w a sb e t t e rt h a na tl o o ( 2 ) t h eo p t i m a ls a c c h a r i f i c a t i o nc o n d i t i o n ：t h el i q u e f a c t i o nd ew a s1 5 ， t h ep hw a s5 5 。t h ed o s a g eo ff u n g a m y l8 0 0 lw a s0 4 f a u gs t a r c h ，t h e t e m p e r a t u r ew a s5 0 ，a n dt h es a c c h a r i f i c a t i o nt i m ew a s3 0 h p hi st h em a i n f a c t o rt h a te f f e c t ss a c c h a r i f i c a t i o nb yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t oi n c r e a s et h e d o s a g eo ff u n g a m y l8 0 0 lc o u l da c c e l e r a t et h es a c c h a r i f i c a t i o ns p e e d ，a n d i n c r e a s e d o s a g e o f g l u c o s e a n dm a l t o s e i nm a l t o s e s y r u p a f t e r s a c c h a r i f i c a t i o n ，i tw a sn e c e s s a r yt or a i s et h et e m p e r a t u r et om a k ef u n g a m y l 8 0 0 li n a c t i v e ( 3 ) t h em a l t o s es y r u pp r e p a r e du n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n sc o n t a i n e d a p p r o x i m a t e l y6 2 g l u c o s e 6 1 4 m a l t o s ea n d1 5 8 m a l t o t r i o s e t h ep h o fs y r u pw a s5 5 2a n di t sc o l o rw a sa l m o s tl i m p i d s ot h em a l t o s es y r u pw a s f i tf o rb e e rb r e w i n g ( 4 ) i tw a sf o u n dt h a tt h es a m p l eo f4 0 a u x i l i a r ym a t e r i a l sw a st h eb e s t o n ei nh i g hg r a v i t yb r e w i n gw i t hm a l t o s es y r u p c o m p a r e dw i t hp u r ew o r t ， h i g h e ra l c o h o l sa n da c e t y lw e r el o w e r t h ef e r m e n t a t i o np e r i o dw a sa b o u t1 9 d a y s h i g hg r a v i t yb r e w i n gw i t hm a l t o s es y r u pc o u l do b v i o u s l yi m p r o v et h e f e r m e n t a t i o nd e g r e ea n da l c o h o ld e g r e e ，a n di tc o u l dr e d u c et h er e s i d u es u g a r d e g r e e i tw a sm o r es u i t a b l ef o rb r e w i n gl i g h tb e e r t h r o u g ho r g a n o l e p t i c e v a l u a t i o ni tw a sf o u n dt h a tt h eb e e rs a m p l eo f4 0 a u x i l i a r ym a t e r i a l sh a d t h eb e s t p a l a t a b i l i t y ，b u t n or e m a r k a b l ef l a v o rd i f f e r e n c ec o m p a r e dw i t h c o m m e r c i a lb e e r i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h em a l t o s es y r u pw a sf i tf o rb e e r b r e w i n ga sag o o dk i n do fa u x i l i a r ym a t e r i a l s h i g hq u a l i t yb e e rc o u l db e p r o d u c e db yu s i n gm a l t o s es y r u pa sa u x i l i a r ym a t e r i a l s i ti n d i c a t e dt h a tt h e m a l t o s es y r u pp r e p a r e du n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n sw a ss u i t a b l ef o rb e e r b r e w i n ga sa u x i l i a r ym a t e r i a l s ，a n dh a dn ob a de f f e c to nb e e rq u a l i t y k e yw o r d s ：c o r ns t a r c hl i q u e f a c t i o n s a c c h a r i f i c a t i o nm a l t o s es y r u p f u n g a m y l8 0 0 lh i g hg r a v i t yb r e w i n g 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文中 引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已 属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果，与我。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 并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工业 学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专 利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 山东轻工业学院硕士学位论文 第一章绪论 1 1 麦芽糖浆概述 1 1 1 麦芽糖浆的特点及用途 麦芽糖为两个葡萄糖单元经一i ，4 糖苷键结合的二糖，易溶予水， 右旋，分子中有游离半缩醛羟基存在，属还原性双糖，易被酵母发酵。 其分子式为： 瞅喻 麦芽糖浆是一种主要含有麦芽糖，同时还含有少量葡萄糖、麦芽三糖 以及其它一些小分子糖类的淀粉糖制品。它具有无色透明、甜度温和、吸 湿性低、热稳定性好、保水性好、抗结晶性好等特点，在食品、医药、化 妆品及保健品行业中得到了广泛的应用2 】 3 1 。 麦芽糖浆用于食品工业有许多优点： ( 1 ) 甜度低，应用于口香糖，棉花糖等制品中，具有香昧稳定，甜味 柔和的作用。用于馅类甜食，有提味、保色以及防腐的效果。用于鱼肉冻 等胶冻类食品能保持其鲜度，改进质量。总之，麦芽糖浆用于制作当今流 行的低甜度食品效果很好。 ( 2 ) 吸湿性低，保水性好，可使糖果生产不受季节限制，保持产品的 柔软和弹性。用于年糕、江米团等食品能保持其柔软度，延长保存时间。 ( 3 ) 热稳定性好，适合生产高级透明糖果，具有保水、保香、减少水 分活性的效果。 ( 4 ) 抗结晶性好，用于糖果、巧克力制品，能有效防止返砂现象。由 于麦芽糖浆的冰点降低作用小，可用于冷饮中，使雪糕、冰淇淋等冰晶细 腻、甜昧温和爽口，提高产品质量。 ( 5 ) 具有良好的发酵性能，适合面包、糕点和啤酒行业使用。 ( 6 ) 胶粘性大，增稠性强，可用于各种果蔬饮料中。 ( 7 ) 高麦芽糖浆和葡萄糖相比渗透压较低，和蔗糖相比对胃粘膜刺激 小，在糖类中营养价值高，丽且还具有特殊的保健疗效，可以利用这些特 点开发出新的具有保健效用的食品4 i f 5 1 。 另外，麦芽糖在人体内吸收时不经过胰岛素的作用，可以直接被人体 吸收，因此可用作糖尿病人食品中的甜味剂嘲。 麦芽糖浆在医药行业也得到了广泛的应用( 7 1 。 第一章绪论 ( 1 ) 麦芽糖浆可直接服用，补充机体所需的碳源。 ( 2 ) 作为碳源与其它营养素搭配，制成培养基，用于特殊疫苗、抗生 素的生产。 ( 3 ) 麦芽糖纯化后，可以通过催钝加氢反应制成一种新型的甜味剂一 麦芽糖醇，由于人体摄入后不产生热能，不会使血糖升高和血脂合成，是 糖尿病、动脉硬化、心血管病、高血压患者的理想疗效甜味剂，也可以作 为防止小儿龋齿的甜味食品用糖【8 1 。 ( 4 ) 精制麦芽糖制成麦芽糖注射液( 纯度为9 9 ) ，直接注射有很好的 疗效。麦芽糖用作静脉注射液时，与传统葡萄糖注射液相比有如下优点： 麦芽糖在血液中代谢不需要胰岛素控制，注射后不会引起血糖升高，适 合糖尿病患者使用。长期使用它不会患糖尿病。麦芽糖为二糖，与同 浓度的葡萄糖相比其渗透压仅为葡萄糖的一半。 另外，麦芽糖浆还应用于酶制剂工业和化妆品行业。在酶制剂中加入 l o 一5 0 的高麦芽糖浆粉，可防止蛋白酶失活，从而延长乳糖酶的保存期。 在化妆品工业中，利用高麦芽糖的保水性好、保湿性低，开发出各种洗面 乳、保湿霜类化妆品。随着麦芽糖浆的进一步研究和深层次的开发应用， 其越来越多的功能和用途将为社会服务，造福于人类【9 】。 1 1 。2 麦芽糖浆生产的发展历史及其种类 游离的麦芽糖不存在于自然界中，但是却首先被制成甜味剂。饴糖是 传统的麦芽糖浆，在我国历史悠久，早在3 0 0 0 多年前，古代中国就利用 大麦芽中天然的酶水解淀粉制造麦芽糖浆【l0 1 。 传统的麦芽糖浆生产方法是将碎大米用水浸泡3 0 r a i n ，蒸熟使淀粉糊 化，为保证米颗粒内部能充分糊化，通常将蒸熟的米混些水再蒸一次。蒸 熟的米温度在1 0 0 c 以上，经翻拌散热降温到约7 5 8 0 。c ，加入麦芽汁混 匀，混匀以后的温度约在6 0 c 左右，保持此温度糖化约6 8 h ，然后过滤， 浓缩糖汁到8 0 8 8 ，得到的产品呈浅金黄色，甜昧温和，还具有特别的 风味，麦芽糖含量约在3 0 - 4 0 左右，在市场上很受欢迎。 随着酶制荆工业的发展，麦芽糖浆的制备工艺也有了很大的改进。张 力田教授首先成功引用纺织工业原应用于退浆的枯草杆菌a 一淀粉酶 b f 一7 6 5 8 用于淀粉液化使麦芽糖的制造取得了很大的改进。在国外麦芽糖 浆生产起步较晚，但发展速度较快，生产的麦芽糖浆品种多、范围广、产 量高、质量好。欧洲从1 9 世纪就开始了用酸水解法制备麦芽糖浆产品的 工业化生产。2 0 世纪中叶后，随着生物酶技术的发展，应用全酶法生产 麦芽糖浆的工艺在各国普遍采用，取得了长足的发展。酶法生产麦芽糖浆 对淀粉原料要求较低，可以有效的控制糖组分的水平，可以通过设计或改 2 山东轻工业学院硕士学位论文 变操作参数在同一生产线上制取多种糖品【l i 1 2 1 。 麦芽糖浆制备工艺的发展不仅包括酶的广泛应用，还有工艺上设备仪 器的改进：从最初的升温液化法到喷淋液化法的广泛应用。该方法是先在 液化桶中加入清水，用蒸汽加热到约9 0 ，保持不断搅动，再用泵将淀 粉打到桶顶的进料管，喷淋到热水中，保持9 0 。c 淀粉受热糊化、液化， 与传统的蒸煮液化相比，喷淋液化法液化更均匀，能耗更低，这是三千多 年来麦芽糖生产工艺的一大突破【1 3 1 。而近几年发展起来的喷射液化技术， 又逐步取代了喷淋液化技术。喷射液化是将液化酶和料液混合后在喷射器 中粉浆直接和蒸汽相遇，控制出料温度9 5 1 0 5 ，然后进入层流罐保温 一定时间进行液化，与喷淋液化相比，该方法液化时间较短，有利于蛋白 质的凝结，液化后不发生老化现象，液化液清亮透明，并且在高温下喷射 液化还可减少小分子( 如葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等) 物质的生成，有利 于提高产品中麦芽糖的得率f 1 4 1 。目前生产中采用的固定化液化酶和糖化酶 的工艺 15 1 ，对麦芽糖浆的生产也带来了很大的经济效益，该工艺生产效率 高，自动化程度高，原料利用率高，酶的重复利用降低了成本，简化了操 作，而且将酶的最适温度提高了2 0 ，酶的稳定性也大大提高了。另外 麦芽糖浆生产中还采取了超滤法生产高麦芽糖浆【l 蜘以及热分离水化系统 精制麦芽糖浆【n 】的方法。 随着食品，医药等工业的发展，人们对麦芽糖浆的品种和质量( 如麦 芽糖含量，还原糖值，色泽等) 提出了更高的要求，传统的饴糖已不能满 足这些要求了【l 吼。目前，国内外十分重视质量更好的、针对各种不同用途 的专用麦芽糖浆的研制与生产。 麦芽糖浆按照其中麦芽糖的含量可分为三类：1 普通麦芽糖浆，麦 芽糖含量在4 0 5 0 之间；2 高麦芽糖浆，麦芽糖含量在5 0 7 0 之间； 3 超高麦芽糖浆，麦芽糖含量在7 0 以上f 1 9 1 。 1 1 3 麦芽糖浆的生产工艺 麦芽糖浆的生产工艺主要分为酸法生产和酶法生产。酸法工艺的缺点 很明显：对淀粉的质量要求高，加酸糖化然后中和会产生较多的无机盐类， 影响糖浆的进一步精制，而且酸法生产的麦芽糖浆中麦芽糖的含量较低， 难于控制质量，因此，酸法工艺已经基本上全部被酶法工艺所取代聆o l 。 ( 1 ) 用于生产麦芽糖浆的原料 目前，国内国际上主要以精制玉米淀粉为原料制备淀粉糖浆，同时也 有部分企业以木薯淀粉、碎米、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、小麦粗淀粉等为 原料制备麦芽糖浆。上述几种来源不同的淀粉的特性参数如表1 i 所示 【2 l 】【2 2 1 1 2 3 1 3 山东轻工业学院硕士学位论文 变操作参数在同一生产线上制取多种糖品“i 1 1 2 。 麦芽糖浆制备工艺的发展不仅包括酶的广泛应用，还有工艺上设备仪 器的改进：从最初的升温液化法到喷淋液化法的“泛应用。该方法是先在 液化桶中加入清水，用蒸汽加热到约9 0 c ，保持不断搅动，再用泵将淀 粉打到桶顶的进料管，喷淋到热水中，保持9 0 淀粉受热糊化、液化， 与传统的蒸煮液化相比，喷淋液化法液化更均匀，能耗更低，这是三千多 年来麦芽糖生产工艺的一大突破”。面近几年发展起来的喷射液化技术， 又逐步取代了喷淋液化技术。喷射液化是将液化酶和料液混合后在喷射器 中粉浆直接和蒸汽相遇，控制出料温度9 5 一1 0 5 ，然后进入层流罐保温 一定时间进行液化，与喷淋液化相比，该方法液化时间较短，有利于蛋白 质的凝结，液化后不发生老化现象，液化液清亮透明，并且在高温下喷射 液化还可减少小分子( 如葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等) 物质的生成，有利 于提高产晶中麦芽糖的得率n 4 】。目前生产中采用的固定化液化酶和糖化酶 的工艺 i s l ，对麦芽糖浆的生产也稽来了很大的经济效益，该工艺生产效率 高，自动化程度高，原料利用率商，酶的重复利用降低了成本，简化了操 作，而且将酶的最适温度提高了2 0 ，酶的稳定性也大大提高了。另外 麦芽糖浆生产中还采取了超滤法生产高麦芽糖浆 1 印以及热分离水化系统 精制麦芽糖浆【i 刀的方法， 随着食品，医药等工业的发展，人们对麦芽糖浆的品种和质量( 如麦 芽糖含量，还原糖值，色泽等) 提出了更高的要求，传统的饴糖已不能满 足这些要求了【l ”。目前，国内外十分重视质量更好的、针对各种不同用途 的专用麦芽糖浆的研制与生产。 麦芽糖浆按照其中麦芽糖的含量可分为三类：1 普通麦芽糖浆，麦 芽糖含量在4 0 5 0 之间；2 高麦芽糖浆，麦芽糖含量在5 0 7 0 之间： 3 超高麦芽糖浆，麦芽糖含量在7 0 以上( 1 ”。 1 1 3 麦芽糖浆的生产工艺 麦芽糖浆的生产工艺主要分为酸法生产和酶法生产。酸法工艺的缺点 很明显：对淀粉的质量要求高，加酸糖化然后中和会产生较多的无机盐类， 影响糖浆的进一步精制，而且酸法生产的麦芽糖浆中麦芽糖的含量较低， 难于控制质量，因此，酸法工艺已经基本上全部被酶法工艺所取代刎。 ( 1 ) 用于生产麦芽糖浆的原料 目前，国内国际上主要以精制玉米淀粉为原料制各淀粉糖浆，同时也 有部分企业以木薯淀粉、碎米、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、小麦粗淀粉等为 原料制备麦芽糖浆。上述几种来源不同的淀粉的特性参数如表1 1 所示 原料制备麦芽糖浆。上述几种来源不同的淀粉的特性参数如表1 ，l 所示 2 1 1 ( 2 2 1 1 2 3 1 ： 3 第一章绪论 表1 1 几种淀粉的特性参数比较 t a b l e1 1c o m p a r i s o no fc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e ro fs o m ek i n d so fs t a r c h 由表1 1 可以看出，这几种目前市场上存在的主要的淀粉产品中，玉 米淀粉中直链淀粉含量最多，而且聚合度较低，糊化后粘度榻对较低，并 且玉米淀粉产量占全部淀粉产量的9 0 左右，有广泛的原料来源，最适合 用于麦芽糖浆的生产嗍。 甘薯中由于含有多酚氧化酶，在生产淀粉的过程中，多酚氧化酶与多 酚类物质接触，催化多酚类物质氧化成邻醌，再进一步氧化成黑色素，吸 附在淀粉颗粒上，使淀粉色泽变差，品质下降，制约了它的深加工应用2 5 1 。 马铃薯淀粉的聚合度较高，支链淀粉含量高，糊化粘度高，主要用于食品 加工中的扩充剂、增稠剂以及变性淀粉粘合剂的生产中。木薯在我国主要 产区是广西等亚热带地区，产量较少，同时木薯淀粉中直链淀粉含量较低， 不利于生产高质量的麦芽糖浆 2 6 】。 小麦中由于含有大量的蛋白质，而且小麦蛋白质可形成特有的面筋网 络结构，对小麦淀粉的制备有很大影响f 2 3 】，同时由于在我国，小麦主要作 为主要的食粮，价格相对较高，因此小麦淀粉在糖浆制备中的应用较少。 大米在我国虽然产量很大，但是其价格较高又是国人的主要口粮，并且成 分之间的分离比其它谷物困难，因此，大米淀粉的开发应用与玉米淀粉相 比较落后，价格也较高1 2 甜。 国内也有研究直接用玉米、大米、大麦等原料直接生产一些专用糖浆 的，如利用玉米直接生产啤酒用全营养型麦芽糖浆的研究阱 ，大米直接酶 4 山东轻工业学院硕士学位论文 法生产高麦芽糖浆的工艺研究【2 剐等，但是考虑到原料的质量，以及生产过 程中蛋白质、脂肪的去除等因素，这些技术的应用均尚未得到普及【2 。 玉米是我国第三大产量的粮食作物，年产量超过1 亿吨，居世界第二 位，这就为玉米淀粉的生产提供了广泛的原料来源。同时玉米淀粉由于被 认为是化学成份最佳的一种淀粉，因而在现代麦芽糖浆生产工业中得到了 广泛的应用。 用于制糖工业的淀粉质量标准一般采用工业玉米淀粉( g b l 2 3 0 9 9 0 ) 中规定的标准，见附录i 。通常厂家要求玉米淀粉的水分含量控制在1 3 以下，蛋白质含量在0 4 以下，脂肪含量不高于0 1 ，细度在9 9 以上( 过1 0 0 目筛) 3 1 1 。 ( 2 ) 液化 酶法生产麦芽糖浆过程中，液化具有极其重要的作用，液化的程度及 液化效果直接影响到最终糖浆中麦芽糖的含量。 液化就是r 淀粉酶在一定的温度条件下迅速水解淀粉链中的a l ，4 糖苷键，任意切断成长短不一的短链糊精和低聚糖，使淀粉粘度迅速下降 的过程。淀粉是以a - d - 葡萄糖聚合而成的高聚物，以颗粒状态存在，在 淀粉颗粒中存在着结晶性区域结构和非结晶性区域结构，结晶性部分必须 破坏其结构才能受到酶的作用。要使酶能较好地液化淀粉，首先应对淀粉 进行糊化。所谓“糊化”，即淀粉颗粒在适当温度下( 一般在6 0 8 0 ) ， 在水中溶胀，分裂，形成均匀糊状溶液，使其中晶质与非晶态的淀粉分子 间的氢键断开，分散在水中成为胶溶液。然后通过液化使胶溶液粘度下降， 形成水流状态【10 1 。在这过程中包括两个相衔接的糊化速度和液化速度，两 者之间应处于密切联接状态，如果液化速度超过糊化速度，即使在同样加 酶量和p h 条件下，亦会产生不良的液化结果；表现液化呈轻糊状液，粘 度偏高，看不到澄清液区，甚至产生较多的不溶淀粉颗粒存在于液化液中， 这即是液化不完全的现象了；倘若液化速度过慢，不能及时赶上糊化速度， 亦不足取，其原因应归咎于加酶量或p h 值不符合要求。 应用较多的液化酶主要有中温a 一淀粉酶和耐高温q 一淀粉酶。中温n 一 淀粉酶的适宜作用温度为6 0 。c 一9 0 。c ，而耐高温a 一淀粉酶的适宜作用温度 为6 0 c 一1 0 5 c ，在温度高达1 1 0 c 时仍有部分酶活。耐高温n 一淀粉酶与 中温a 一淀粉酶作用机理相同，但由于两者作用温度不同，液化效果有差 异。耐高温淀粉酶在以相同酶量作用于等量料液所得到的液化液与中温伍一 淀粉酶液化得到的液化液相比外观显得清亮，手感粘性低，嗅之有较明显 的甜糖味，放置一段时间后出现明显的分层。料液流动性好。碘液反应 般都是浅红色或棕红色，而中温淀粉酶液化得到的料液基本上都要带点蓝 5 第一章绪论 色或紫色。耐高温旺一淀粉酶切割长链淀粉速度非常快，且在下一步的糖 化中可以证实切割糊精分子又是十分均匀的。以耐高温a 一淀粉酶液化的 液化液再经糖化处理，可以得到麦芽糖含量更高的糖浆。而中温n 一淀粉 酶需要在6 0 c 左右保温一定时间，以求液化充分，且需较大的使用量， 同时在经过下一步糖化单元操作后，糖浆中麦芽糖含量最高为6 5 ，远 远达不到超高麦芽糖浆的要求。这是因为耐高温q 一淀粉酶的最适作用温 度在1 0 5 。c ，此时淀粉分子处于一个较为显著的支链伸展溶胀阶段，酶分 子的攻击点大量增加，易切断，液化比较彻底；而中温q 一淀粉酶因液化 温度较低，不具备这一优点，故液化程度不十分理想p ”。 另外，淀粉的液化程度还受以下因素的影响： 淀粉乳浓度：直接影响液化操作，间接影响糖化程度。淀粉乳浓度 低一些，液化操作易于掌握，而且液化均匀、完全，效果良好，其理由很 简单，即淀粉乳浓度低，糊化过程的粘度相应低，使得液化酶分散均匀， 作用及时；淀粉乳浓度高，则起到相反作用。另一方面，圆形物含量过高 的液化液，不利于糖化作用。其主要缺点是糖化时间延长，往往会引起逆 反应，产生不需要的其他物质。 温度对液化的影响：采用喷射液化器，在喷射液化时，瞬间温度可 达1 0 5 左右，对液化更为有利，也更适于耐高温吐一淀粉酶的液化操作。 p h 值对液化的影响：p h 值的变化对普通a 一淀粉酶的影响十分灵 敏，而耐高温一淀粉酶，p h 值在5 5 7 0 之间，范围较广。长期的生产 实践证明，p h 控制在6 2 6 7 范围内，液化操作比较顺利，而且十分稳定 【3 3 】。 ( 3 ) 糖化 液化后的液化液中除了少量葡萄糖外，主要是糊精和低聚糖，因此必 须利用糖化酶将液化液进一步水解，生成麦芽糖浆。该过程的关键是糖化 酶的水解能力，糖化酶应尽可能将液化产品中的低聚糖和极限糊精切割生 成麦芽糖。 根据生产目的不同，糖化时采用的酶制剂也不同。在糖化操作中，工 业上常用的酶主要有以下几种： b 一淀粉酶。b 一淀粉酶又叫n l ，4 葡聚糖麦芽糖苷酶，是一种外 切酶，其作用方式是从淀粉的非还原性末端依次切割旺一1 ，4 麦芽糖瞢键， 生成麦芽糖。该酶不能水解，也不能绕过a l ，6 糖苷键。该酶催化水解 产生的游离半缩醛羟基发生一个沃尔登转位作用，将a 一型转为b 一型( 1 】。 该酶单独作用于淀粉液化液时，最终可生产麦芽糖含量4 0 一5 0 左右的麦 芽糖浆，但是水解液中有大分子极限糊精残留【3 5 】。 6 山东轻工业学院硕士学位论文 m a l t o g e n a s e 酶。m a l t o g e n a s e 酶也是一种外切酶，其作用方式足 从淀粉的非还原性末端依次切割d 一1 ，4 麦芽糖昔键，生成麦芽糖，也不 能绕过一1 ，6 糖苷键继续作用，只是它水解生成的麦芽糖是一构型的。 m a l t o g e a a s e 酶也可以水解麦芽三糖。单独糖化时可生产麦芽糖含量 4 0 5 0 的麦芽糖浆，最终糖化液中会有大量的大分子极限糊精口6 】。 真菌淀粉酶。真菌淀粉酶是一种内切酶，从淀粉内部切割吐一l ，4 糖苷键，不能切割旺一1 ，6 糖苷键但可以绕过a - 1 ，6 糖苷键继续作用，最 终糖化液中不会有大分子极限糊精残余。它并不是专一的麦芽糖生成酶， 只是在它的水解产物中，以麦芽糖为主，同时还含有一部分葡萄糖。单独 糖化时可制备含麦芽糖含量5 0 左右的麦芽糖浆【37 1 。同时，真菌淀粉酶有 较强的缩台反应活性f 38 l 。 异淀粉酶。异淀粉酶又叫淀粉一1 ，6 一葡萄糖苷酶，来源不同，名 称也不同，有脱支酶、r 酶、普鲁蓝酶等名称。但它们都是专一水解支链 淀粉的a 1 ，6 糖苷键，生成长短不一的支链淀粉。脱支酶的每次作用， 只增加一个薪的还原端，而无非还原端产生。b 一淀粉酶只能从淀粉分子的 非还原端开始作用，故脱支酶并不能起到以往动力学模型中所认为的能增 加1 3 一淀粉酶的底物浓度的作用 3 外。异淀粉酶在麦芽糖工业中主要用来与 b 一淀粉酶或m a l t o g e n a s e 酶协同作用，生产麦芽糖含量超过8 0 的超高麦 芽糖浆【4 0 】。 液化程度对糖化液中麦芽糖的含量也有很大的影响。实验证明，液化 d e 值稍低，糖化后糖浆中麦芽糖含量会高一些。其原因是液化d e 值高， 说明液化程度高，还原糖含量多，但如果液化过度，会导致液化液中糊精 链或寡糖链过小，将不利于与糖化酶结合发生反应，而且产生奇数聚合度 低聚糖的机会就越多，最终糖化液中葡萄糖的含量较高。但从工业化生产 观点出发，不可能无限地追求降低液化液的d e 值，这样不但不能取得高 度糖化的效果，相反会造成更大的损失，其原因是液化液d e 值低，其中 包含的大糊精分子也较多，当液化液的温度降至糖化所需温度时，部分直 链糊精分子形成凝沉或老化现象，不但阻止糖化的完成，还会给过滤、离 子交换带来困难。经验认为液化液的d e 值在1 5 - 2 0 之间，即可保证糖化 质量3 酊。 糖化结束后应将糖化液升温至1 0 0 t 下恒温2 0 m i n ，令酶活力全部消 失，反应停止，防止葡萄糖发生复合反应，因为一部分葡萄糖会重新聚合 成异麦芽糖等复合糖类1 4 ”。 1 2 啤酒用糖浆的研究现状及其应用 1 2 1 糖浆在嗥滔酿造中的应用 7 第一章绪论 虽然大麦芽是啤酒生产中的主要而且非常重要的原料，但是大麦芽由 于经过了麦芽加工过程，加上制麦芽过程的损失，所以是价格比较高的啤 酒工业原料，因此，很多啤酒厂为了降低生产成本，调节啤酒的口味和色 泽，通常加入一些淀粉类物质或糖类制品作为辅料。常用的啤酒辅料包括： 淀粉质辅料如玉米、大米、大麦、小麦、淀粉等，糖类辅料如蔗糖、转化 糖、糖浆等2 3 4 扪。啤酒生产所用辅料直接影响啤酒质量和成本。 以糖浆作为啤酒辅料，在国际上比较普遍，一些较大的玉米深加工企 业均生产啤酒用糖浆辅料，在欧洲通常用玉米或小麦生产淀粉质糖浆作为 啤酒辅料，在国内添加工业起步较晚，由于多方面的因素，糖浆价格长期 居高不下，导致在啤酒行业应用甚少。近几年，随着糖浆价格的下降，在 啤酒酿造中逐步得到了使用。 使用糖浆作为辅料有很多优点： 糖浆可以直接添加到煮沸锅中，调节糖化罐中麦汁中的含氮物质 含量，调整麦汁浓度，工艺简单，使用方便，节能降耗。 在不添加糖化设备的情况下，提高设备利用率，提高糖化工序能 力，提高糖化、发酵的生产能力。 生产的啤酒色泽浅，口味清爽，抗氧化能力强。 减轻啤酒生产造成的污染，尤其是在麦汁制备过程中可以减少污 染物的产生。 代替部分麦芽，减少麦芽的用量从而降低成本，还可以缓解啤酒 大麦供应不足的矛盾。 提高原料利用率，增加玉米深加工的经济效益。 使啤酒淡爽型的风味特定更加突出，同时可以增加啤酒的风昧稳 定性，延长成品啤酒的货价期【删。 当然，辅料使用过多，也会导致麦汁可溶性氮增加，不利于酵母生长， 并影响啤酒口感质量鄞。 应用糖浆进行啤酒的酿造会对啤酒的质量有直接的影响，主要表现在 以下几个方面： 胶体稳定性 当麦芽提供的含氮物质过量时，如生产小麦啤酒，过多的高分子含氮 物质会导致成品啤酒产生混浊的倾向。在此情况下，在煮沸锅中添加麦芽 糖浆，将稀释最终麦汁含氮物质的水平，因为麦芽糖浆几乎不含蛋白质， 不会给麦汁带来含氮组分。使用麦芽糖浆不仅可以降低麦汁的总氨水平， 而且可以降低高分子氨水平，可以提高啤酒的胶体稳定性。 口感与风味 8 山东轻工业学院顸士学位论文 啤酒中残存的含氮化合物对啤酒风味影响极大，使用麦芽糖浆生产的 啤酒，尤其是贮藏型啤酒，其口感更为淡爽，但使用量过多会造成啤酒过 于淡薄。麦芽糖浆添加过多，可能造成麦汁氨基酸含量不足，影响酵母的 正常代谢，产生较高水平的高级醇、双乙酰等代谢副产物，从而影响啤酒 的风味。因此使用麦芽糖浆必须保证麦汁合理的氨基酸水平，以满足酵母 的生长和发酵要求。 风味稳定性 脂肪水解所产生的油酸和亚油酸，是生成醛类等羰基化合物的主要来 源之一，而羰基化合物是啤酒老化味的主要成分，由脂肪酸产生的长链不 饱和醛是老化风味的典型代表物质。据文献报道，糖化过滤麦汁的浊度与 脂肪酸含量有关。糖化醪中的脂肪酶分解脂肪产生游离脂肪酸，这些游离 脂肪酸在过滤时被滤层所截留，直至达到一定的数量便作为混浊物或大颗 粒而进入麦汁中。 使用麦芽糖浆作为辅料生产的啤酒，风味稳定性更好，这是因为：一 方面，麦芽糖浆本身的脂肪含量较低；另一方面，使用麦芽糖浆作为辅料 时，因为糖化醪中麦芽比例较多，麦汁过滤快而清亮，麦汁中的游离脂肪 酸的含量较低。 色度 多酚物质是啤酒色度的主要来源之一，而麦芽糖浆不含多酚物质，同 时在生产过程中有脱色工序，麦芽糖浆几乎无色，因此使用麦芽糖浆可以 降低啤酒的色度。 泡沫 麦芽糖浆不含有利于啤酒泡沫的糖蛋白，使用量过多，会降低啤酒的 泡沫性能；同时，麦芽糖浆几乎不含脂肪物质，不含破坏泡沫的成分，这 是对啤酒泡沫有利的一面。 发酵度 麦芽糖浆的可发酵性糖含量较高，可以通过调整麦芽糖浆的添加量， 调节啤酒的发酵度。在生产干啤时，添加适量的高麦芽糖浆可以方便地达 到所需的发酵度。 1 2 2 啤酒用糖浆的质量要求、种类及其选用原则 相对于普通麦芽糖浆而言，啤酒用糖浆为了满足啤酒生产的需要，有 其独特的质量特点： 淀粉糖浆的基本组成与麦芽汁的组成相似为最好。作为辅料使用的 糖浆也可以不含有氮源，作为代替麦汁使用的糖浆则必须具有足够的氮 源，合理的龙丁区分，丰富的生长素，适当的多酚、单宁、花色苷、矿物 9 第一章绪论 元素含量等。 淀粉糖浆的基本组成以麦芽糖为主，麦芽三糖为辅，单糖含量不应 超过1 0 ，麦芽糖含量不低于5 5 ，可发酵性糖含最大于6 5 ，糖浆中 不能含有大分子糊精。p h 值在5 3 - 5 6 之间，可以是无色透明，也可以 含有一定的色素物质，但色度不应该超过6 0 e b c l 4 。 不含有有害有毒的金属离子和非金属离子，使用后不影响啤酒的原 有风味。 具有一定的经济性。 根据糖浆在啤酒酿造中所起的不同作用，可以大致分为以下几类： 以纯玉米淀粉为原料生产的糖浆，例如麦芽糖浆，高麦芽糖浆，果 葡糖浆，低聚糖浆等，由于这类糖浆只含有少量的a n ，适合于和全麦芽 汁搭配使用，特别适合于酿造淡爽型啤酒。 以大麦，玉米或小麦等含氮物质为主要原料，通过添加合适的酶类， 制备与麦汁组成相近的糖浆，这种糖浆又被称为全营养型糖浆。这种糖浆 制品可以直接代替啤酒工厂的前期糖化过程。但是除了大麦糖浆得到了部 分应用外，玉米、小麦糖浆还处在研究开发阶段。 特色糖浆：根据不同啤酒品种可制造出一系列的专用糖浆。如利用 低聚糖浆可生产低发酵度、低酒精含量的低醇啤酒，利用异麦芽糖浆可生 产双歧因子啤酒等等。还有用于啤酒后修饰用的专用糖浆，这种糖浆用来 改善啤酒的色泽和风味。如浓色糖浆1 4 6 l 。 面对现在市场上品种繁多，但又没有一个统一标准的啤酒用糖浆，啤 酒企业在选用糖浆时应尽量遵循以下两个原则： 成本原则： 作为辅料使用时，其折算价格与其它淀粉质辅料相仿，或更低。 单独使用时，与同等数量的麦汁生产成本相仿或更低。 、 提高旺季产量使用时，与因产量增加而通过减少能耗和降低固定费 用后的成本相仿或更低。 使用原则： 在旺季为了提高产量，需要提高每天的糖化次数时。 使用高浓发酵工艺时。 等原料麦芽价格大幅度提升，需要采用高辅料比生产方式时。 为了改善口味特征和调节麦汁成分比例时。 1 2 3 田内外玉米原料啤酒用糖浆的研究进展 以玉米为原料生产的淀粉糖浆在啤酒行业得到了广泛的应用，最早在 啤酒酿造中应用酶制剂转化原料是在1 9 5 8 年，到了六十年代。美国的c e 山东轻工业学院顼士学位论文 l a n d 和r r b a t o n 最早提出采用细菌。一淀粉酶水解淀粉浆生产高麦芽糖 低葡萄糖的玉米糖浆。到了1 9 8 6 年，r o n a t d e h e b e d a 和c h a r l e s r s y r u n d 报道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、麦芽糖和麦汁的发酵度几 乎一致。而c h a n l e r l 4 7 1 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不会改变 麦汁糖谱成分。现在这一技术己被实际采用，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。 我国啤酒酿造用玉米糖浆研制起点较晚，开始于九十年代。王涌铠研 究了生产啤酒用浓缩麦芽糖浆的制造方法，刘复军等人报道了玉米原料啤 酒糖浆的研制与应用【4 8 1 ，马广平研究了啤酒专用淀粉糖浆的制各方法，肖 荫波等人也报道了富含扩氨基氮的麦芽糖浆及制各方法，黄玉斌等人则报 道了含a 一氨基氮的麦芽糖浆在啤酒中的应用。赵云财( 4 9 1 、涂俊铭【5 0 1 、岳 春1 5 1 】等分别报道了利用玉米为原料生成啤酒专用糖浆的研究。 目前国内以玉米淀粉为原料生产的啤酒用糖浆工艺均为首先采用值一 淀粉酶液化，然后用且一淀粉酶和脱支酶双酶糖化。而以玉米为原料生产 的全营养型糖浆虽然其旷氨基氮含量可以达到要求，但是总氮龙丁区分 并不理想，泡持性较差，而且玉米蛋白对啤酒的风味有一定影响。 1 2 4 高浓酿造 近年来，随着啤酒消费需求的日益增长和产量的不断扩大，高浓酿造 工艺正在被越来越多的啤酒生产厂家所采用。啤酒高浓酿造是指用1 5 。p 以上的麦汁