（食品科学专业论文）小麦芽在麦芽汁制备中的应用研究.pdf

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r e d u c i n gs u g a r , c h r o m a t i c i t y , a n dp hv a l u eo fw o r t h o w e v e r , t o t a la c i d i t y , a - a m i n on i t r o g e n , b u f f e rc a p a c i t yi nw o r te 田：龇e d 晰t l li n c r e a s i n go fw h e a tm a l td o s a g e 2 b ya n a l y z i n gw o r t si n d e x e sw i t hd i f f e r e n ta m o u n to fw h e a tm a l t a d d i t i o n ，s c h e m ed w a sf o u n dt h eo p t i m u m d o s a g e u n d e rs c h e m ed ，t h ew o r t c h r o m a t i c 毋w a s3 3e b c ，t o t a la c i d i t yw a s1 0 9m l j l 0 0 m l ，a - a m i n o n i t r o g e n w a s15 0 0 7m g l ，r e d u c i n gs u g a rw a s7 3 9 1 ，b u f f e rc a p a c i t yw a s 1 6 3m l lo o m l ，u t i l i z a t i o nr a t i oo fr a wm a t e r i a lw a s8 3 910 a 3 o nt h eb a s eo fs c h e m ed ，t h er a t i oo fr a wm a t e r i a l st ow a t e ra n dp h v a l u ew e r es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tw o r tv i s c o s i t ya n du t i l i z a t i o nr a t eo fr o w m a t e r i a l sr e d u c e dw i t ht h ed e c r e a s i n go ft h er a t i oo fm a t e r i a lt ow a t e r ； h o w e v e r , o t h e rq u a l i t yi n d e x e sw e r el e s sa f f e c t e d 即1 ea d j u s t m e n to fp h v a l u e h a dp o s i t i v ee f f e c to nt h er e d u c i n gs u g a r , w o r tb u f f e rc a p a c i t y , a a m i n o n i t r o g e n , a n du t i l i z a t i o nr a t eo fl a wm a t e r i a l s b u tw o r tv i s c o s i t yi n c r e a s e d f r o m1 5 1c p t 01 6 6c p 4 o nt h eb a s eo fs c h e m ed t h em a i nf a c t o ri ns a c c h a r i f i c a t i o np r o c e s s w h i c ha f f e c t e dt h eq u a l i t yo fm a l tw a s 觞f o l l o w si no r d e r ：p r o t e o l y s i s t e m p e r a t u r e p hv a l u eo fm a s ht h er a t i oo fm a t e r i a lt ow a t e r h o w e v e r , t o w o r tv i s c o s i t y , i tw a s ：p hv a l u eo fm a s h p r o t e o l y s i st e m p e r a t u r e r a t i oo f m a t e r i a lt ow a t e r c o m p o s i t i v e l yc o n s i d e r e d ，t h eo p t i m i z e dp r o c e s sp a r a m e t e r s w e r ea sf o l l o w s ：p r o t e o l y s i st e m p e r a t u r e4 5 ，p hv a l u eo fm a s h5 7 i - 0 1 ，t h e 3 小麦芽在麦芽汁制各中的应用研究 r a t i oo fm a t e r i a lt ow a t e rl ：4 k e yw o r d s ：w h e a tm a l t ；w o r t ；u t i l i z a t i o nr a t i oo f m a t e r i a l 4 山东农业大学硕士学位论文 1 引言 1 1 啤酒简介 啤酒是一种以麦芽( 包括特种麦芽) 为主要原料，加酒花、经酵母发 酵而成的、含二氧化碳的、起泡的、低酒精度( 2 5 - - 7 5 ) 的饮料。 啤酒中除了酒精外，还含有还原糖、糊精、蛋白质分解物、无机盐类、维 生素等，其中大部分都是人体不可缺少的营养物质。因此啤酒有“液体面 包”的美誉，并在1 9 7 2 年世界第九次营养食品会议上被推荐为营养食品。 啤酒中蛋白质及其分解产物，皆以溶解状态存在，其中赖氨酸、组氨酸、 缬氨酸等多种氨基酸不仅是人体必需的营养物质，还是消化系统合适刺激 剂；已知啤酒中含有十七种氨基酸，占总蛋白质质量的1 2 2 2 ，其 中包括人体必需的八种氨基酸。另外，啤酒中维生素的种类含量较丰富， 含有维生素b l ( 硫胺素) 、维生素b 2 ( 核黄素) 、维生素b 6 ( 吡哆醇) 、 烟酰胺、泛酸、叶酸等，矿物质含量以磷和钙为多。啤酒中的蛋白质和碳 水化合物在酿造过程中经过加热和酶分解的作用转化为人体容易吸收的 形式( 杨荣华2 0 0 0 ) 。啤酒的热量一半来自酒精，另一半来自糖类和蛋白 质的分解产物，啤酒的发热量以1 2 0 p 测得为1 8 0 0 j l ，相当于5 0 0 9 马铃薯， 0 7 5 l 牛奶，2 5 0 9 黑面包( 管敦仪啤酒工业手册修订版) 。 啤酒与人类文明有着悠久的历史，它先于其他酒类而最早出现在人类 的生活中，因此，不少学者把啤酒称为“酒类之父”。啤酒大约起源于8 千 年前的中东，后跨越地中海传入欧洲。公元前4 0 0 0 年美索不达米亚平原 已经开始用大麦、小麦、蜂蜜制作1 6 种啤酒。公元前1 8 世纪，古巴比 伦的汉穆拉比大法典中，已有关于啤酒的详细记载。中世纪以前，啤酒为 家庭酿制。到中世纪，啤酒的酿造由家庭生产转向修道院生产，啤酒酿造 技术得到了进一步改进。德国在1 9 世纪颁布法令，严格要求啤酒的原料， 以保持啤酒的纯度。下面发酵法的实行和有规律的酵母纯培养，使啤酒的 质量得到很大提高，成为近代慕尼黑啤酒享有盛誉的基础。1 8 4 5 年，巴 林阐明发酵度理论：1 8 5 7 年，巴斯德确立生物发酵学说；1 8 8 1 年，汉森 发明了酵母纯培养法，这些酿造技术的阐明使啤酒酿造科学得到飞速的发 展，啤酒生产由神秘化、经验主义走向规范化、科学化。1 7 8 2 年瓦特蒸 5 小麦芽在麦芽汁制备中的应用研究 汽机的应用与1 8 7 4 年林德冷冻机的发明，使啤酒的工业化大生产成为现 实。今天，啤酒已成为世界上产销量最大的饮料酒。除了伊斯兰国家由于 宗教原因不生产和不饮酒外，啤酒生产、消费几乎遍及世界各地。 我国是世界上用粮食原料酿酒历史最悠久的国家之一。新中国成立 后，随着经济的逐步发展和人民生活水平的提高，啤酒工业取得了进一步 的发展。到1 9 8 5 年我国把发展啤酒工业设立为专项工程后，我国啤酒工 业又得到了迅猛的发展，到本世纪初，我国已成为世界上啤酒产量最大的 国家。 作为低酒精度饮料，啤酒在西方国家一直处于主流位置，其质量、花 色品种、酿造工艺、技术与设备等方面明显优于我国。随着消费格局的变 化，发达国家( 除日本外) ，啤酒的人均消费量出现了持久的停滞：而在 东方的一些发展中国家，啤酒的需求量和产量却持续增长。增长最快的是 近1 0 年中经济增长迅速的国家，如中国、越南等。2 0 0 2 年中国啤酒总 产量达到2 3 8 6 8 3 万吨；首次超过美国，成为世界第一大啤酒生产国。目 前啤酒行业每年的增长幅度达1 0 左右，进入成熟阶段前期或成长阶段 后期，2 0 0 6 年中国啤酒产量达到说i j 纪录的3 5 1 5 1 5 万k l ( i 国家统计局数 字) 。这是因为发达国家市场趋于饱和，发展中国家从贫困走向富裕，酒 类消费首选的是物美价廉的啤酒。目前欧洲依然是世界上最大的啤酒市 场，人均消费量也最多，但市场竞争异常激烈。世界啤酒年产量前几位的 国家分别是中国、美国、德国、巴西、日本和俄罗斯。 1 2 目前啤酒原料状况 啤酒的主要原料为由大麦经制麦工艺制得的麦芽，世界啤酒大麦的主 要生产地区为加拿大、澳大利亚、法国等。2 0 0 2 - - 2 0 0 3 年以来，世界啤 酒大麦最大供应国澳大利亚由于出现罕见的干旱气候，啤酒大麦的产量比 上一年度减产了约4 0 5 0 ，出口量则比正常年份减少了9 0 - 1 0 0 万 吨左右。与此同时，另一啤酒大麦主要供应国加拿大的大麦产量也出现大 幅度下降。为此，在全球范围内啤酒大麦的实际供应量减少1 6 0 1 8 0 万 吨以上，从而导致了全球啤酒大麦价格从2 0 0 5 年8 月以来价格疯狂上涨 的现状。2 0 0 6 年澳大利亚大麦因为天气大早产量依然大减，大麦价格飙 升3 0 ，已经达到3 0 0 0 元吨的新高。 6 山东农业大学硕士学位论文 目前中国国内啤酒企业的大麦原料近七成需要从澳大利亚、加拿大、 法国等进口，最近啤酒进口大麦原料的涨价令企业成本压力骤然增加。而 澳大利亚作为中国的啤酒大麦主要进口国，大麦减产令缺1 3 最近变得特别 明显。据农业部统计数据，2 0 0 7 年一季度我国大麦进1 33 0 9 万吨，同比 下降5 6 5 。在我国，国产大麦喜获丰收，西北、东北、江浙等地区收获 的大麦品质均好于往年，啤酒大麦的比例也相应增加。虽然如此，由于受 到全球性啤酒原料短缺的影响，信息灵通的啤酒、麦芽企业纷纷将以往分 批采购的计划全部集中提前采购，导致国内各大主产区的国产啤酒大麦在 短时间内迅速被抢购一空。受啤酒大麦短缺的直接影响，大麦麦芽的价格 一路攀升，目前澳麦芽价格已经达到每吨6 0 0 0 元的高价。然而，由于没 有按原计划采购到充足的大麦原料，许多麦芽、啤酒企业目前已经处于无 料下锅的困境，看着飙升的麦芽价格而束手无策。 近年来，我国大麦虽然总产量为3 0 0 万吨，最高达4 2 0 万吨以上，但 是大部分只能做饲料，啤酒大麦只有1 0 0 万吨左右，每年需从澳大利亚、 加拿大、欧共体主要成员国法国等进口啤麦总用量的7 0 ，花去大量的 外汇，使资金外流，很不合算( 秦盈卜2 0 0 4 ，王德生2 0 0 2 ，陈晓静2 0 0 3 ) 。 如果到2 0 0 8 年啤酒年产量达到4 0 0 0 万吨，需啤酒大麦约4 5 0 万吨，进口 量还需要加大。如遇自然灾害，全世界的啤酒大麦都给中国，也满足不了 市场需求。因此，我们应该走自己的路，立足于发展国产啤酒原料，不能 被国际市场牵着走。 1 3 小麦芽的酿造特性 小麦芽富含蛋白质、淀粉是良好的啤酒酿造原料。小麦麦芽与大麦麦 芽相比有以下优点( 邵志远2 0 0 2 ，王志坚2 0 0 2 ，王兰2 0 0 0 ，肖亚新1 9 9 9 ， 耿建华2 0 0 2 ) ： 第一，小麦芽含有丰富的淀粉酶，它的糖化力大大高于大麦芽，小麦 芽液化酶、糖化酶、葡聚糖酶三者活力强于大麦芽。可补充大麦芽酶活力 不足。可节约部分外加酶。小麦淀粉易糊化，在酿造中不存在酿造糊化不 彻底的问题。、 第二，小麦芽中糖蛋白含量高，从而有利于提高啤酒的泡沫性能。 第三，小麦芽无皮壳，浸出物含量较高，无水浸出率一般可高出大麦 7 小麦芽在麦芽汁制备中的应用研究 芽5 个百分点。 第四，小麦芽单宁含量低，仅为大麦芽的3 0 - - 5 0 ，从这个方面 讲有利于啤酒的胶体和风味稳定性。 第五，小麦芽含有相对较高的可溶性氮，有利于啤酒酵母的发酵和双 乙酰等发酵有害物质的控制。 第六，目前小麦芽3 0 0 0 元吨，大麦芽( 澳) 6 0 0 0 冠吨。采用小麦 芽作为原料可以节约成本而且原料易采购。如与大麦芽搭配使用，能起到 提高质量，降低成本，缓解原料紧张作用。 第七，小麦芽制麦损失小于大麦芽( 制麦损失约占小麦干物质8 1 0 ) ，制麦周期短，所以对于啤酒厂家提质降耗节约资金增强市场竞争 能力有至关重要作用。 小麦麦芽除具有上述有利于啤酒酿造的特性外还有不利的特性( 邵法 都2 0 0 0 ) ： 其一是：小麦芽属裸麦，在麦汁过滤时非但不能形成滤层，而且它具 有细泥状物反而会填塞过滤层，所以它或多或少的给麦汁过滤造成不利的 影响。 其二是：小麦芽较大麦芽蛋白质含量高，而且小麦中蛋白质通常以高 分子形式存在，有的是可溶性的，由于蛋白质稳定因子的作用，它不能像 大麦蛋白质那样可轻易分解和除去，这就会给啤酒的胶体稳定性带来麻 烦，因此，用小麦芽酿酒在技术上有更高的要求。 其三是：小麦中b 葡聚糖含量较高，制麦及糖化过程中分解不完全容 易造成麦汁或啤酒粘度高、过滤困难( j i n ，y l2 0 0 2 ，b a m f o r 吐lcw 1 9 8 2 ， y u l a ij i l l2 0 0 4 ，s t u a r tim1 9 8 8 ，r i m s t e nl2 3 ) 。目前在实际生产中往往 用添加b 葡聚糖酶的方式来降低b 葡聚糖的含量。 另外，原料蛋白质对啤酒生产工艺的确定及产品质量的影响是非常显 著的，它不仅影响半成品的过滤，而且还影响啤酒的泡沫，同时对产品的 澄清稳定性也有着很大的关系，因此，有必要了解小麦与大麦的蛋白质区 别。 小麦的蛋白质含量因其品种不同而异，一般在1 1 1 6 之间，7 0 的蛋白质集中在小麦胚乳中，主要是麦谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球 8 山东农业大学硕士学位论文 蛋白。醇溶蛋白不溶于水，溶7 0 的乙醇，约占小麦总蛋白的4 0 - - 5 0 ，醇溶蛋白使小麦粉在加水后形成松软、有弹性、粘结在一起的面团。 谷蛋白在面筋中与醇溶蛋白很难分离，占小麦总蛋白的3 6 - - 4 5 ，谷 蛋白完全不溶于水和乙醇，只稍溶于热的稀乙醇溶液中，但冷却时便成絮 状而沉淀。小麦中的清蛋白和球蛋白含量少。 大麦蛋白质中的清蛋白溶于纯水、稀盐溶液和酸液中，5 4 ( 2 即可从溶 液中凝结析出，约占大麦蛋白质的4 ，等电点p h 4 5 5 8 。球蛋白不溶 于纯水，溶于稀盐溶液和酸碱中，在9 0 左右能凝结析出，等电点p h 4 9 5 7 ，其在麦汁制备过程中不能完全析出沉淀，当啤酒的p h 值持续下降温 度降低时，它就会析出而引起啤酒混浊。大麦球蛋白含量为大麦总蛋白质 含量的3 1 左右。醇溶蛋白主要存在于麦粒糊粉层，等电点p h 6 5 ，不溶 于纯水及盐液，溶于5 0 9 0 的酒精溶液中，也溶于酸碱，它含有大 量的谷氨酸和脯氨酸，是造成啤酒冷凝混浊和氧化物混浊的重要成分。醇 溶蛋白含量为大麦蛋白质含量的3 6 。谷蛋白不溶于中性溶剂和乙醇， 溶于碱性溶液，其含量为大麦蛋白质含量的2 9 。它和醇溶蛋白是构成 麦糟蛋白质的主要成分。 1 4 我国小麦现状 小麦是我国第二大粮食作物，其种植面积和总产量仅次于水稻。多年 来由于高产新品种的选育推广，耕作栽培技术的提高及农业投入的增加， 我国小麦产量不断提高，数量上暂时得到缓解，但是这种情况是低消费水 平下的暂时过剩和结构性过剩，即生产结构不适应消费结构的过剩，目前 小麦生产面临的总体形势是：“优质小麦结构性短缺”和“多的不好、好的 不多”。我国小麦生产水平已经提高到一个新的阶段，小麦单产变化的弹 性已经很小。除非有特殊的自然灾害年景，产量变化的原因主要受市场的 影响。近年来我国小麦出现减产现象，其原因之一是我国小麦深加工程度 不够，小麦附加值低，农民增产不增收。我国麦类生产长期以来一直处于 低投入、低产出的格局，开发利用程度不高，加工转化率低，据有关方面 测算，发达国家农产品的加工品占总生产量的9 0 以上，加工转化后的 产值增加2 - 3 倍，我国农产品的加工品只占其总生产量的2 5 ，加工产 值只增加3 0 。 9 小麦芽在麦芽汁制备中的应用研究 一般来说，小麦主要有以下几种消费渠道，其一是农村的直接消费， 其二是进入流通领域的面粉加工及制品，其三是用于一些副产品包括味 精、谷朊粉、酒精、饲料等的工业生产，这也是小麦产业链的三个分支。 目前我国农村自行消耗的部分占整个小麦产量的三分之二，没有进入流通 领域，也就没有进入到产业链的运转中去，不能直接创造经济效益。而其 它副产品所占小麦消耗总量的比例有限，而且缺乏代表性，所以发展小麦 深加工业，增加小麦深加工产品品种是延长整个小麦产业链，增加小麦附 加值，提高农民收入的有效措施。 随着社会饮食业、旅游业的发展和人民生活水平的提高，以小麦为原 料的各种面食和方便食品、保健食品及营养食品的生产增长很快，使得全 国对小麦特别是对优质小麦的需求呈现不断增长的势头。因此，在我国人 民已基本解决温饱、粮食生产连年丰收的情况下，为适应国民经济的发展 和人民生活水平的提高，大力发展我国的优质专用小麦生产，对于减少和 取代部分优质小麦的进口，节约外汇具有重要的经济意义。多数学者认为， 能够满足和保证某一食品加工工艺和产品质量要求的小麦称为优质小麦， 生产优质小麦所使用的品种称为优质小麦品种：特别适合制作某一种食品 的小麦可以称为专用小麦，其品种称为专用品种。近l o 年来，中国小麦 育种工作者已经选育出了一批优质专用小麦品种，绝大多数已经用于生 产，在一定程度上缓解了国内市场对强筋和弱筋小麦的需求，政府和生产 部门也对优质专用小麦的生产进行了大量的宣传和推广工作，国家也出台 了相应的优质小麦标准和价格优惠政策( 田延年2 0 0 4 ，赵虹2 0 0 4 ) 。 但从总体上来看，优质小麦的产业化链条发展不够均衡，部分科学研 究工作还相对滞后，优质小麦生产还不能从根本上完全满足人民群众日常 生活，农产品加工业、食品加工业快速发展的需求。加快优质专用小麦发 展已经成为当前和今后一段时期内产业政策的主导。今年党中央、国务院 对调整种植业结构，改善小麦品质十分重视。针对农产品卖难问题，国家 一直在想如何调整产业结构，提高农民收入。政府正在转变职能，搞好优 质农产品产销服务。因此，发展小麦深加工业、增a r t s 麦深加工产品品种， 是调整产业结构，保障我国小麦产业健康发展的必由之路，也是新形势下， 增加农民收入、搞活经济的又一途径。 1 0 山东农业大学硕士学位论文 小麦有多种分类方法：按播种季节，我国小麦可分为冬小麦和春小麦， 前者秋季播种，次年夏季收获，我国以冬小麦为主。春小麦春季播种当年 夏、秋收获，播种多分布在较高纬度地区，春小麦籽粒两端较尖，腹沟较 深，皮层较厚，出粉率较低。 按皮色，可分为白皮小麦与红皮小麦。自皮小麦呈黄色或乳白色，皮 薄，胚乳含量较多，出粉率较高；红皮小麦呈深红色或红褐色，皮较厚， 胚乳含量少，出粉率较低。 按籽粒胚乳结构角质或粉质的多少，分为硬质小麦和软质小麦。角质 又叫玻璃质，其胚乳结构紧密，呈半透明状：粉质胚乳疏松，呈石膏状， 粉质占该粮粒横截面的1 2 ，称粉质粒，含粉质粒7 0 以上的小麦称为软 质小麦。 1 5 小麦芽酿造啤酒的情况 德国是使用小麦芽酿造啤酒的发源地小麦啤酒一经正式鉴定便迅速 发展起来，从1 9 6 0 年至1 9 8 4 年短短的2 0 余年时间里，仅德国的巴伐利 亚洲，生产小麦啤酒的企业就有1 6 0 家左右，产量也猛增到4 亿升之多。 到1 9 9 1 年，巴伐利亚的小麦啤酒量占2 3 5 ，几乎与比尔森啤酒产量一 样，而在南巴伐利亚，小麦啤酒占3 0 2 的份额，几乎是比尔森啤酒产量 的3 倍，在德国的其它联邦州，小麦啤酒也越来越受到欢迎，目前，德国 的小麦啤酒约占全国啤酒产量的1 5 以上，其中最负盛名的小麦啤酒为柏 林白啤酒! 巴伐利亚小麦啤酒。8 0 年代初，居世界啤酒产量之首的美国也 开始了小麦啤酒的研究和生产，美国著名的啤酒制造商a n c h o r 酿造公司、 m i l l e r 公司以及c t h e i l m a n 酿造公司先后推出了它们各自的小麦啤酒： a n 2 c h o r 、d a k o t a 、e d e l w e i s s 。近年来，比利时和日本也大量生产各具特色 的小麦啤酒，像比利时的刚城余提小麦啤酒。海洛省的格里萨特小麦啤酒， 它们在欧洲乃至全世界都是很出名。 小麦啤酒是指以小麦芽为主要原料( 占总原料4 0 以上) ，采用上面 发酵法或下面发酵法酿制的啤酒。德国传统的白啤酒就是以小麦芽为主要 原料酿制的。1 9 6 0 年，经过正式的鉴定认可，小麦啤酒先后在巴伐利亚 州的许多工厂大量生产，冲破了啤酒酿造只用大麦芽的“纯净法 的长期 束缚，成为独特新颖的风味产品。从1 9 6 0 年到1 9 8 4 年的2 0 多年的时间 1 1 小麦芽在麦芽汁制各中的应用研究 内，仅在巴伐利亚州生产各种小麦啤酒的厂家，就由最初的少数几家发展 到现在的1 6 0 多家，产量从0 4 3 9 亿升猛增到4 3 3 6 亿升( j a c g u e s1 9 8 6 ， s c h m i d t1 9 7 8 ，k i e n i n g e rh1 9 7 8 ) ，并日益受到其他国家的欢迎。到1 9 9 1 年，巴伐利亚的小麦啤酒产量占2 3 5 ，几乎与比尔森啤酒产量一样，而 在南巴伐利亚，小麦啤酒占3 0 2 的份额，几乎是比尔森啤酒的3 倍。在 德国的其他联邦州，小麦啤酒也越来越受到欢迎( k u n z e1 9 9 8 ) 。小麦啤 酒受欢迎的原因：一是高二氧化碳含量( 6 - 1 0 9 l ) 给人以清爽舒服的感 觉；二是由于酯、高级醇和特定酚类结合物含量高而给小麦啤酒带来典型 的香味。2 0 世纪8 0 年代初，产量居世界榜首的美国也开始研究生产小麦 啤酒( k i e n i n g e r1 9 8 4 ) 。此外，比利时、波兰、保加利亚等也生产出各种 类型的小麦啤酒。我国研究和生产小麦啤酒起步较晚，1 9 8 7 年，山东烟 台啤酒厂才率先在国内生产小麦啤酒，并很快形成了几千吨的规模。随后， 黑龙江省的绥芬河啤酒厂开始了用小麦芽酿酒的研究，并把小麦芽用于干 啤的生产中，取得了成功( 邵法都2 0 0 0 ) 。河南焦作麦芽厂也试产了小麦 啤酒，国内其他少数几家啤酒厂如：北京啤酒厂、山东华狮啤酒厂也进行 了小批量的生产。现在搞小麦啤酒的厂家层出不穷，其中不乏有小麦啤酒 精品出现，如福建的“惠泉 小麦啤酒，珠江的金小麦啤酒等，都有较高 的知名度及产销量。小麦啤酒因其营养丰富、热量高，富含各种矿物质、 维生素、有机酸等营养成分，口味独特，颇受广大消费者的欢迎，因此小 麦啤酒工艺的研究( 董小雷2 0 0 4 ，黄亚东2 0 0 2 ) 在国内外也日益受到重 视，并取得了一定的成效。 1 6 糖化麦汁 糖化是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件( 温度、p h 值、 时间) 下，将麦芽和麦芽辅助原料中的不溶性高分子物质( 淀粉、蛋白质、 半纤维素及其中间分解产物等) ，逐步分解为为可溶性低分子物质的过程。 ( 管敦仪啤酒工业手册1 9 9 8 年修订版) 糖化是啤酒酿造过程中重要 的工序，它直接影响啤酒的质量和类型。在此过程中，麦芽和大米含有的 大量淀粉溶出，并在一定条件下被酶催化并最大限度地水解为可溶性低聚 糊精和麦芽糖等可发酵性糖类，其中淀粉的分解产物是构成麦汁浸出物的 主要成分( 9 0 以上) ，麦汁中以麦芽糖为主的可发酵性糖类供酵母发酵 1 2 山东农业大学硕士学位论文 后形成酒精及其发酵副产物，而低聚糊精是构成啤酒残余浸出物的主体， 给啤酒带来粘度和口味的浓醇性；原料中的蛋白质在酶的作用下，分解成 氨基酸，为合成啤酒酵母的含氮物质提供来源( 王志坚1 9 9 6 ，2 0 0 4 ) 。因 而，糖化方法、温度、料水比例等工艺参数对麦汁制备过程中酶的作用、 物质的转化及最终制得麦汁的成分具有决定性影响。 麦汁的最终组成取决于所采用的、由啤酒类型和质量所决定的温度 时间曲线。糖化时选择合适的温度时间曲线是为了得到具有一定特性的 麦汁。在某一特殊的温度段进行糖化休止对诱导某种酶的变化十分重要。 ( e u rf o o dr e st e e h n o l2 0 0 5 ) 糖化包括以下三个阶段： ( 1 ) 溶解直接可溶性物质； ( 2 ) 酶解一系列对啤酒类型和特性起重要作用的物质： ( 3 ) 分离溶解的物质。 糖化过程对物质进行水解的酶包括淀粉酶、蛋白酶、肽酶、转葡萄糖 苷酶和磷酸化酶。影响这些酶活性的主要因素为p h 值、温度、时间和麦 汁浓度。事实上，糖化温度曲线是介于酶的高效水解淀粉和高温失活速率 之间的平衡( 孟德敬2 0 0 6 ) 。 糖化方法主要分成两种：浸出糖化法和煮出糖化法。浸出法通常用于 生产淡色啤酒和强劲啤酒，但也成功应用于浓醇型啤酒生产上。煮出法通 常用于浓醇型啤酒的生产，主要是由于在酿造过程中使用了质量较差或酶 活力较低的麦芽。在煮出糖化体系中，部分的糖化醪从糖化锅泵出到糊化 锅中进行煮沸，然后再泵回糖化锅，从而达到使全部糖化醪升温的目的。 糖化制备的浸出物溶液就是麦汁，麦汁是啤酒生产的中间产品，是啤 酒酵母生长繁殖的营养基质。由于啤酒生产过程中，需要酵母参与作用， 麦芽汁作为酵母培养基，其中包含的营养物质的优劣直接影响酵母的生长 代谢及发酵作用，从而影响啤酒的最终质量。一般通过检测麦汁中的弘 氨基氮、还原糖、浓度、酸度、色度、p h 值等指标来评价麦汁质量的好 坏。 糖化工艺和原材料消耗直接影响到啤酒的成本，所以，原料利用率是 啤酒生产中的一项重要经济技术指标，也是糖化工艺水平的重要标志。 1 3 小麦芽在麦芽汁制备中的应用研究 1 7 立题背景及研究目的的意义 近期，受啤酒原料市场价格上涨的影响，我国啤酒行业面临着原料紧 缺和酿造成本上涨的趋势，为克服和消化这一不利因素，降低成本，可采 用辅料代替部分麦芽，提高辅料的添加比例。而辅料引起的麦汁成分方面 的改变成为摆在企业面前的主要问题。小麦芽作为一种优良的啤酒原料， 其理化指标与麦芽相比有许多相似之处，将小麦芽代替麦芽用于啤酒酿造 理论上应是可行的，本课题就是研究使用小麦芽代替部分麦芽用于啤酒酿 造对与糖化麦汁的影响情况进行研究，探索使用小麦芽的合理用量：制定 科学合理的糖化生产工艺，达到将小麦芽应用于啤酒生产既能酿制出优质 产品，又能明显提高企业经济效益的目的。 麦芽在啤酒生产成本中所占的比例在3 0 - - - - 4 0 ，进口大麦大幅涨 价，对啤酒企业成本的影响是直接的。由于进口啤酒大麦在颗粒的直径、 水分、蛋白质等指标方面比国产大麦高，因此大多数高端啤酒产品长时间 依赖进口大麦作原料。最近这番进口大麦的涨价，对大企业的成本影响比 较明显。然而，面临全行业的成本上涨与利润危机，啤酒巨头们却对提价 谈虎色变。“在中国啤酒行业产能过剩的形势下，价格扭曲并不是由成本 决定，市场才是决定因素。打国内啤酒巨头高层称，在目前的形势下，谁 先挑起涨价大旗，风险将非常大，一手打造的市场可能毁于一旦。青啤、 华润雪花、珠啤、金威等巨头在这轮大麦涨价风潮中，“啤酒涨价”绝口 不提，“企业挖潜 、“工艺改良 成了唯一的应对招式。 目前，各地啤酒企业正在积极寻找对策，应对全球性啤酒原料短缺所 带来的严峻挑战，其中最为现实的解决方案就是寻求替代品来补充大麦麦 芽的短缺。虽然随着啤酒酿造技术的发展，目前已经可以使用麦芽糖浆、 玉米等替代品，但由于使用比例太小，还不能有效解决大麦麦芽短缺问题。 现在，啤酒行业面临原辅材料价格的上升，以小麦芽代替部分大麦芽 酿制啤酒，啤酒企业来说，不失为抵消价格涨升因素，保证产品质量，降 低生产成本，提高经济效益的有效措施之一( 尹胜华2 0 0 4 ) 。而小麦麦芽 在啤酒酿制过程中如果以辅料的形式添加，可以替代2 0 的大麦麦芽； 如果以主要原料的形式添加，则完全可以替代近5 0 或5 0 以上的大麦 麦芽。因此，只要充分挖掘小麦麦芽的生产潜力，完全可以填补啤酒大麦 】4 山东农业大学硕士学位论文 所形成的空缺，从而有效解决啤酒企业普遍面临的原料短缺的燃眉之急。 我国是世界小麦生产大国，小麦芽是良好的酿造原料，因此制定合理 的小麦芽酿造啤酒的工作将有助于小麦芽在啤酒行业的推广使用，具有现 实意义和社会意义。 1 8 国内外研究现状 。近年来关于小麦组分及其加工品质关系的研究，主要集中在一些传统 食品上，而对于小麦组分与其酿造特性的研究较少。2 0 世纪4 0 年代，m a e d i 血 和f 1 既衄转入就翮冲、种植地区和收获时间对小麦芽质量的影响做了大量的 研究。2 0 世猫晌玳( n a r z i b ，l 1 9 8 3 ) ，n a r z i b 和k i e r t i n g e r 先生连续3 年对 德国4 个地区的2 2 个冬小麦和1 2 个春小麦品种进行了制麦实验，分析了麦 芽质量，进行了中型酿造实验，结果指出，不同品种的小麦芽质量分析数 值变化很大，小麦制麦损失普遍较高，蛋白质含量低的小麦，其麦芽浸出 物含量一般可高出优级大麦5 左右；由于小麦芽富含0 t 淀粉酶，发酵度 很高；蛋白质含量相对较低的冬小麦比蛋白质含量较高的春小麦更适于啤 酒酿造。国内近几年也有这方面的研究，有如下结论：小麦品种间酶活力 的差异非常明显，尤其是b 一淀粉酶和蛋白酶活力，与原料小麦的蛋白质含 量呈明显的正相关性。据k r u g e r ( k r u g e r g h1 9 7 0 ) 等人研究认为，大 多数b 淀粉酶原本与麦谷蛋白连接暂时处于失活状态，只有当新合成的蛋 白酶将麦谷蛋白水解之后它才得以游离而表现出活性。而曹立民( 何国庆 2 0 0 2 ，曹立民2 0 0 2 ) 等人的研究得出的结论与k r u g e r 等人研究结论不一 致。g e d d e s 等人研究认为蛋白酶与蛋白质含量间存在显著相关性，但目前 尚难以从理论上解释。国内外关于大麦麦芽制麦工艺( 孙义章2 0 0 1 ) 、 大麦芽品质性状( 1 lj h e n r y1 9 8 5 ，w g a o2 0 0 4 ，靳正忠2 0 0 4 ) 及其啤 酒质量的关系( 靳正忠2 0 0 4 ，常敬华2 0 0 3 ，李春树2 0 0 0 ) ，以及发酵 工艺对啤酒质量的影响( a h a l 矗s z1 9 9 9 ) 等方面的研究较多，也比较成熟。 对小麦麦芽的有关研究相对较少，近年来小麦芽生产工艺研究也在不断深 入，但大多处于单因子水平( 孔锁贤2 0 0 1 ，魏金斗1 9 9 3 ，程殿林2 0 0 1 ) 。 对小麦芽在啤酒中的应用研究也仅限于小麦芽作为辅料的小麦啤酒研究 ( 祝忠付2 0 0 4 ，尹胜华2 0 0 4 ，王志坚2 0 0 2 ) ，关于小麦芽品质的综述 性报道较多。对小麦啤酒风味的研究也相对较少( m u s t a f a a a2 0 0 2 ) ， 15 小麦芽在麦芽汁制各中的应用研究 在方法和理论上主要沿袭大麦啤酒相关方法和理论。小麦及小麦麦芽含有 的酶类研究国外主要集中在对几种主要酶如淀粉酶、蛋白酶等的基因型方 面的研究( w y c h e u n g1 9 9 1 ，g e t a e h e w2 0 0 1 ，m h d i e k o1 9 9 9 ) 。国内 主要集中在制麦条件对麦芽中酶活力的影响及其变化( 王若兰2 0 0 0 ，王 云庆2 0 0 4 ) 。 1 9 主要研究内容与方法 1 9 1 研究内容 近期，受啤酒原料市场价格上涨的影响，我国啤酒行业面临着原料紧 缺和酿造成本上涨的趋势，为帮助企业解决、消化这一不利因素，决定采 用小麦芽代替部分麦芽酿造啤酒。而小麦芽的使用引起的麦汁成分方面的 改变成为摆在我们面前的主要问题，本文对此做些研究。 本项目以选择小麦芽在糖化投料时的合理用量比例及主要工艺参数 的选择为主线，通过分析使用不同小麦芽用量比例时制得的麦汁组成成分 的变化，探求麦汁质量随小麦芽用量比例的变化关系，以及原料利用率随 小麦芽用量比例改变的变化情况。在保证糖化麦汁质量的前提下，考虑麦 汁的收得率变化，通过比较选择一个合理的小麦芽使用比例。 糖化工艺参数中对于原料利用率、麦汁质量影响较大的因素为：料水 比、糖化蛋白质休止温度、时间和醪液p h 值等，通过对上述参数进行调 整，研究使用小麦芽时的合理糖化工艺。具体如下： 1 9 1 1 分析不同小麦芽用量制备的麦汁组分中a 氨基氮、总酸、还 原糖、麦汁缓冲力、麦汁色度、混合麦汁ph 值等理化项目，研究麦汁组 分随小麦芽用量比例的变化关系，选出最佳的小麦芽用量方案。 1 9 1 2 计算糖化原料利用率，研究小麦芽的用量改变对于糖化原料 利用率的影响，得出使用小麦芽后糖化原料成本变化情况。 1 9 1 3 糖化工艺参数料水比与糖化醪液p h 值单一工艺参数改变对 于麦汁组成及糖化原料利用率的影响。 1 9 1 4 对于选定的小麦芽用量方案工艺参数进行优化，制定出使用 小麦芽时的糖化工艺参数组合。 1 6 山东农业大学硕士学位论文 1 9 2 研究方法 1 9 2 1 合适的糖化小麦芽用量比例的选择 通过对于不同小麦芽用量比例制得的麦汁组分分析及糖化原料利用 率的计算，选出最合理的糖化小麦芽投料使用比例。 1 9 2 2 糖化工艺参数与使用小麦芽生产麦汁质量关系 改变糖化工艺参数料水比、醪液p h 值，检测制得的麦汁组分和原料 利用率的变化规律，了解料水比和醪液p h 值改变对于所检测项目的影响 程度。 。1 9 2 。3 糖化使用小麦芽工艺优化 一 按选出的糖化小麦芽使用比例方案，采用正交试验方法，研究糖化料 水比、糖化醪液p h 值、蛋白休止温度对于糖化麦汁指标和原料利用率的 影响，探讨使用小麦芽时糖化工艺参数的优化。 1 7 小麦芽在麦芽汁制各中的应用研究 1 9 3 研究路线 不同p h 糖化投料小麦芽用量比例 ( 五种比例) 选定最优用量比例 ( 四种) 确定 影响 值 度 ( 四种) 上 确定料水比 影响程度 正交试验 上 麦汁组口用率 糖化工艺参数 指标优化 1 9 4 研究目标 本课题将筛选出糖化使用小麦芽生产时适合的用量比例，通过糖化工 艺参数改变对麦汁质量和原料利用率的影响，优化使用小麦芽时的工艺参 数，了解小麦芽的使用对于麦汁组分及成本的影响。 1 8 傣 撕 捌 鼢 班 组 斛 耕 t 尚程 山东农业大学硕士学位论文 2 材料与方法 2 1 试验材料 澳大利亚大麦芽小麦芽大米 2 2 主要试剂 名称 磷酸 硫酸钾 硫酸铜 碘化钾 碘酸钾 甘氨酸 浓硫酸 d 一果糖 茚三酮 硼酸 磷酸氢二钠 磷酸二氢钾 硫代硫酸钠 可溶性淀粉 酒石酸钾钠 氢氧化钠 碘 次甲基蓝 溴甲酚绿 酚酞 乙醇 醋酸 醋酸钠 生产单位 天津市广成化学试剂有限公司 天津市科密欧化学试剂开发中心 天津市科密欧化学试剂开发中心 天津市四通化工厂 上