小麦和小麦芽在啤酒生产中的应用.ppt

王海明无锡2009 4 27 报告内容 小麦概况 03小麦与大麦的不同 16小麦芽生产 29小麦芽酿造特性 35使用小麦芽带来的问题及解决方案 41未发芽小麦用于啤酒生产 54质量变化 70经济效益分析 76 一 小麦概况1 小麦的分类2 小麦的成分3 啤酒酿造小麦选择 1 小麦的分类 根据生长季节可以分为 春小麦和冬小麦 冬小麦主要集中于南方 包括河南 河北 山东 冬小麦皮层厚 蛋白质含量低 淀粉含量高 根据颜色可以分为 红皮小麦和白皮小麦 红皮小麦为红褐色至深红色 白皮小麦为白色至黄色 根据质地可以分为 硬质小麦和软质小麦 凡粉状率达50 以上的为软质小麦 凡角质率达50 以上的为硬质小麦 软麦皮色浅 粒形饱满 含淀粉多 含蛋白质少 适宜于做糕饼和酿酒 而硬质小麦宜做面包 2 小麦的成分 小麦籽粒各部分的化学成分 以干基计 小麦蛋白质的基本组成 小麦品种和蛋白质含量的关系 生长地域对小麦蛋白质含量的影响 相同的品种 生长地域纬度越高 小麦蛋白质含量也越高 因此 宜选择南方地区小麦 小麦淀粉 淀粉占小麦籽粒重的57 67 占面粉重的67 占胚乳质量的70 小麦淀粉中 直链淀粉约占1 4 支链淀粉占3 4 用热水处理 可溶部分为直链淀粉 不溶部分为支链淀粉小麦淀粉的糊化温度59 64 小麦的纤维素 纤维素是一种多糖类化合物 纤维素和半纤维素是小麦籽粒细胞壁的主要成份 约为籽粒干物质总量的2 3 3 7 纤维素在胚乳 胚芽和麦麸中分别占0 3 16 8 和35 2 半纤维素在胚乳 胚芽和麦麸中分别占2 4 15 3 和43 1 小麦的游离糖 单糖类 葡萄糖 果糖 半乳糖二糖类 蔗糖 蜜二糖 麦芽糖和棉籽糖多糖类 葡果聚糖 葡二果聚糖等 8 小麦中的酶 淀粉酶 淀粉酶量较低 发芽时活性提高 淀粉酶以游离或结合形式存在 发芽时结合的或非活性 淀粉酶变为活性的 蛋白酶发芽时蛋白酶活性增加 外肽酶水解产生氨基酸 内肽酶产生多肽 细胞溶解酶发芽时产生 当作用于细胞壁和淀粉颗粒内的葡聚糖 戊聚糖和多糖 蛋白复合物时 它们包括内 葡聚糖酶和外 葡聚糖酶以及戊聚糖酶 它们的作用使得淀粉酶和蛋白酶能进入胚乳细胞 分别水解淀粉和蛋白质 酯酶脂肪酸变化归因于酯酶的活性作用 植酸酶减少植酸量氧化酶脂肪氧化酶 酚氧化酶 过氧化物酶 3 啤酒酿造用小麦的选择 蛋白质含量低 软质白皮冬小麦 二 小麦与大麦的不同1 蛋白质组成2 胚乳细胞壁3 葡聚糖和戊聚糖 生长中的大麦和小麦 收获后的大麦和小麦 小麦没有皮壳 只有种皮缺少介质 影响过滤多酚含量低 有害成分少小麦戊聚糖含量高粘度高 影响过滤小麦蛋白质含量高 谷蛋白含量高泡沫好影响制麦影响过滤影响稳定性 小麦与大麦蛋白组成不同 75 葡聚糖20 阿拉伯木聚糖5 蛋白质 其他胚乳 淀粉 蛋白质 大麦胚乳细胞壁的组成 小麦胚乳细胞壁的组成 b 葡聚糖 葡萄糖通过 1 3 1 4 键连接主要连接为 1 4 键 纤维二糖酶 戊聚糖 整麦中戊聚糖含量为8 9 戊聚糖是戊糖 D 木糖和L 阿拉伯糖组成的多糖存在于胚乳和糊粉层细胞壁分子式为 C5H8O4 n制麦过程中 不溶性的阿拉伯木聚糖被部分降解 麦芽中可溶性阿拉伯木聚糖含量是大麦中的两倍阿拉伯木聚糖可以被降解为阿拉伯聚糖和木聚糖 可以进一步降解为阿拉伯糖和木糖 阿拉伯木聚糖 阿拉伯木聚糖 Arabinoxylan AX 是广泛存在于玉米 小麦等原料中的非淀粉多糖 Non starchpolysaccharides NSP 是限制营养物质有效利用的主要抗营养因子 AX通常根据溶解性分为 水溶性阿拉伯木聚糖 Water一extractableArabinoxylan WEAX 约占总AX的25 30 不溶性阿拉伯本聚糖 Water unextractableArabinoxylan WUAX 约占总AX的70 75 不同谷物中阿拉伯木聚糖的含量 干物质 戊聚糖的化学结构 组成 L 阿拉伯糖和D 木糖主链 以 1 4键连接的D 吡喃木糖分支 L 呋喃阿拉伯糖连接在木糖残基的O 2或O 3上 分支存在于 单独的木糖残基主要两个连续的木糖残基主要3种相邻的木糖残基少4种或更多相邻的木糖残基无 三 小麦芽的生产1 制麦流程2 指标差异 小麦制麦流程 浸麦 小麦与大麦的主要区别在于小麦没有麦皮 薄的谷皮层允许水分非常快速地进出谷粒 因而小麦吸水快 浸麦时间必须缩短 否则小麦会变成糊状 过度浸麦会使小麦生长滞后而影响发芽 小麦浸麦时间较大麦芽缩短三分之一 浸麦度达到37 38 后 就结束浸麦 然后在发芽时将水分升至44 46 发芽 为了防止缠根 在发芽过程中要经常翻麦 但是小麦没有皮壳 叶芽暴露在麦粒外容易断裂 当叶芽破坏以后 溶解就会停止 因此在小麦制麦过程中要特别小心 小麦蛋白质丰富 发热量高 麦层通风不好 麦层不宜过厚 小麦发芽温度比大麦要低一些 但在发芽最后一天 为促进细胞壁溶解 发芽温度可升至17 20 干燥 凋萎期通风量不宜过大 保证小麦芽能更好地溶解 干燥期间要加大通风量 翻麦要勤 水份达到10 左右时 进行焙焦 一般浅色小麦麦芽的焙焦温度为80 水份达到5 左右时 焙焦结束 指标差异 四 小麦芽的酿造特性 特性1 蛋白质含量高 优点 小麦糖蛋白含量较高 有助于啤酒的泡沫持久缺点 难溶解 糖化过程要加强蛋白质的分解小麦蛋白质中的谷蛋白可引起大量的混浊 造成麦汁混浊啤酒的稳定性较差 特性2 小麦芽无皮壳 优点 小麦的无水浸出率高 比麦芽高5 小麦虽无皮壳 但有种皮 不容易氧化 作为辅料比大米更易于保存缺点 由于缺少皮壳作为过滤介质 糖化醪的过滤性能较差 特性3 多酚含量低 优点 小麦芽花色苷只有麦芽的30 50 多酚的处理费用低延长或过热的洗糟对浸出皮壳风味物质的危险性较小 特性4 糖化力高 优点 可协助糖化 减少酶制剂用量可以提高辅料比例 特性5 戊聚糖含量高 缺点 糖化醪粘度高 影响过滤需添加戊聚糖酶 五 使用小麦芽的问题 解决方案1 糖化和过滤困难2 酵母不易沉降3 啤酒过滤困难4 冷稳定性差5 pH值偏低 1 糖化和过滤问题 由于小麦芽蛋白质 戊聚糖含量较高 添加小麦芽 通常醪液粘稠 过滤缓慢 由于小麦麦芽比大麦麦芽硬而且粉状物少 如果小麦麦芽粉碎得比大麦麦芽更细时 实际浸出率增加 但较细的粒子会增加过滤问题 在50 52 下短时间的蛋白质休止能有助于过滤 通过降解一些高分子量的蛋白质而不会降低泡沫性能 添加中性蛋白酶也有助于蛋白质分解 高温糖化对降低麦汁的粘度有利 糖化过程中添加适量的戊聚糖酶或木聚糖酶 有助于戊聚糖的降解 从而降低糖化醪液的粘度 有利于麦汁过滤 因为小麦没有皮壳 多酚含量低 洗糟水温可以提高至80 来降低麦汁的粘度 但是洗糟用水要进行酸化 由于小麦芽缺少皮壳 所以随着小麦芽用量的加大 过滤介质减少 过滤可能存在问题 使用压滤机可以解决这一问题 实际上 随着小麦芽用量的增加 相同料量的情况下 糟层变得更薄 同时也变得更加 实在 通透性下降 我们在试验过程中发现 经过此过滤层的麦汁也有比较好的清亮度 问题在于过滤阻力大 一次过滤数量少 针对此问题 我们加大了过滤槽的直径 使糟层变得更薄一点 同时采用微负压过滤 将过滤时间控制到与使用大麦芽相似 目前 在普通酒完全不使用大麦芽的情况下 使用过滤槽过滤 总时间可以控制在120分钟以内 对过滤槽进行改造 头道麦汁采用直接抽取上清液 效果非常好 平稳抽取上清液 麦汁更清亮 时间更短 料量相同 过滤层厚度不同大麦芽小麦芽易过滤难过滤 使用过滤槽时可采取的措施 增加过滤槽直径减少总料量从上层吸滤 南阳公司过滤现场 信阳公司过滤现场 郑州公司过滤现场 2 酵母使用问题 与大麦芽生产的麦汁相比 使用部分或全部小麦麦芽为原料生产的麦汁较混 发酵后 酵母表面吸附了较多的冷凝固物 活性较差 且容易产生沉降困难 导致啤酒过滤困难 在麦汁煮沸过程中添加卡拉胶 可以有效解决此问题 不使用大麦芽的情况下 卡拉胶的使用量应达到50ppm左右 因麦汁混而导致的酵母不易沉降 可以通过从罐底吹二氧化碳的办法来解决 全部使用小麦芽时 麦汁的 氨基氮一般会偏低 尤其是使用市场采购的小麦芽时 通过调整工艺 将麦汁的 氨基氮含量提高到140mg L以上 是保证酵母正常发酵的必要条件 扩培酵母无需特制麦汁 让酵母从0代开始就适应新的环境 酵母使用代数一般不要超过5代 3 啤酒过滤问题 添加小麦芽的啤酒经发酵贮酒后 发酵液比较混 过量的混浊物将使过滤非常困难 发酵液如不经处理 硅藻土的耗量明显增加 而且啤酒的浊度也偏高 在发酵滤酒前添加硅胶可以有效地提高啤酒的澄清度 并使啤酒过滤容易 4 啤酒抗冷能力问题 小麦麦芽与大麦麦芽相比 含有较高的蛋白质 小麦芽用量达到10 就会影响啤酒的保质期 糖化过程中 添加一些辅料 可以降低麦汁的总氮含量及高分子氮含量 因为辅料对麦汁含氮物质的贡献较小 添加大米或玉米淀粉 可以稀释麦汁中含氮物质的水平 有利于降低麦汁的可凝固氮的含量 而不会影响啤酒的泡沫 糖化过程中应加强蛋白质的分解 采用两段蛋白休止 使用中性蛋白酶 促进蛋白质分解 既提供足够的低分子氮 满足酵母的生长需求 又降低麦汁中高分子氮的含量 特别是可凝固氮的含量 麦汁煮沸过程中添加卡拉胶可以提高麦汁的清亮度 降低麦汁的可凝固性氮含量 麦汁煮沸过程中添加酿造单宁 可以有效地降低高分子氮含量 从而提高啤酒的抗冷能力 啤酒冷贮的温度和时间对啤酒的冷稳定性影响较大 啤酒的冷贮温度为 1 1 5 冷贮时间在3天以上 并要求在贮酒过程中温度不得回升 在贮酒过程中或滤酒过程中 添加一些抗冷剂 将有利于啤酒的保质期 一般添加单宁或硅胶 添加这两种稳定剂 必须注意的是要添加均匀和保持一定的接触时间 在清酒中添加木瓜蛋白酶也是一种有效的方法 此法已很少使用 5 pH值低 当辅料比例较高时 麦汁中缺少缓冲物质 发酵过程中产生的有机酸容易导致 成品酒的pH值偏低糖化使用磷酸或乳酸调节pH糖化石膏使用量不宜过大减少麦汁的充氧量 降低发酵温度 减少发酵中有机酸的产生量做好微生物管理 减少或杜绝污染产酸稀释水pH尽可能接近中性后修饰添加醇厚剂 也可加糖或糖浆 防止啤酒过淡 六 未发芽小麦用于啤酒生产 1 小麦的特点及对啤酒酿造的影响 小麦的蛋白质含量高 优点是 小麦糖蛋白含量较高 有助于啤酒的泡沫持久 缺点是 麦汁不清亮 啤酒容易混浊 小麦无皮壳 优点是 小麦的无水浸出率高 比麦芽高5 由于没有皮壳 花色苷含量低 当然比大米高 只有麦芽的30 50 对延长保存期有利 小麦虽无皮壳 但有种皮 不容易氧化 作为辅料比大米更易于保存 缺点是 由于缺少皮壳作为过滤介质 糖化醪的过滤性能较差 小麦富含 和 淀粉酶 优点是 可协助糖化 减少酶制剂用量 小麦淀粉糊化温度较低 为59 64 小麦的戊聚糖 葡聚糖含量比大米高 缺点是 糖化醪粘度高 影响过滤 与大米相比 小麦的各类蛋白质比例恰当 可同化氮多 优点是 麦汁中的总氮和 氨基氮均较高 发酵较快 啤酒口味不会过于淡薄 2 小麦用量的确定 由于小麦含有较多的蛋白质 同时缺少皮壳作为过滤介质 添加比例太高 一方面 会造成糖化醪过滤困难 另一方面 可能造成啤酒的非生物稳定性问题 小麦的使用比例应根据实际情况确定 一般使用量为20 30 对于淡季生产的啤酒 销售周期长 要减少小麦的用量 对于旺季生产的啤酒 销售周期短 可适当增加小麦的用量 使用压滤机时 可以适当增加小麦的用量 3 小麦的粉碎 小麦可用锤式粉碎机进行粉碎 通过1 6mm的筛即可 粉碎太粗 会影响糖化收得率 粉碎太细 会使糖化醪过滤的困难 当使用压滤机时 小麦应尽可能粉碎得细一点 4 糖化 当小麦用于糊化时 应对工艺进行适当调整 小麦粉容易结块 必须在50 以下下料 小麦的戊聚糖含量偏高 可添加戊聚糖酶 以降低糖化醪的粘度 小麦本身含有丰富的 和 淀粉酶 所以外源的 淀粉酶的用量会减少 小麦麸皮中含有丰富的 和 淀粉酶 可将麸皮加入糖化锅中协助糖化 5 麦汁过滤 麦汁过滤时间可能会有所延长 同时 麦汁可能不够清亮 因此过滤时回流要适可而止 由于小麦的花色苷含量比麦芽低 因而延长或过热的洗糟对浸出皮壳风味物质的危害性较小 实际生产过程中 为了提高过滤速度 可以适当提高糖化醪过滤及洗糟的温度 当使用压滤机时 过滤基本不受影响 6 煮沸 提高煮沸强度 促使蛋白质凝固使用低压煮沸时 可适当提高煮沸温度并可添加麦汁澄清剂促使麦汁澄清 有利于啤酒发酵和啤酒的非生物稳定 7 发酵与啤酒过滤 发酵采用常规工艺由于麦汁中含有较多的可溶性氮 发酵较快 啤酒中含有较多的可溶性高分子蛋白 容易造成啤酒的非生物稳定性问题 因此 要保证贮酒的时间和温度 要求在0 1 贮酒达7天以上有必要添加一些啤酒的稳定剂进行处理 如单宁 硅胶等 以保证啤酒在保质期内不出现混浊现象 8 小麦替代大米试验方案 糊化锅 大米45 小麦20 糖化锅 小麦芽35 糊化工艺调整 添加蛋白酶 加强蛋白质分解添加戊聚糖酶 加强戊聚糖分解增加60 停留30 40分钟 有利于小麦淀粉糊化糖化工艺调整 添加小麦复合酶 加强小麦芽分解添加糖化酶 因辅料比大 弥补糖化力不足 9 小麦为什么没有用于糖化锅 经多次实验室小试发现 小麦用于糖化 麦汁色泽非常暗 类似于隔夜茶水 呈黑褐色 大生产过程中 试验一批糊化锅 糖化锅各加10 的小麦 结果麦汁色泽也是发暗 不像正常的麦汁色泽 原因分析 糖化过程中 缺少高温处理 小麦的色素物质在自身氧化酶的作用下 氧化变色 而在糊化过程中 酶很快因高温失活 10 使用小麦对出汁率的影响 11 添加20 小麦试验 过滤槽 麦汁组成对比 糖化结果 糖化时间变化不大因减少了原料总量 使用过滤槽过滤时过滤时间没有延长 过滤也比较清亮 使用压滤机时 时间更短 过滤也更清亮刚试验时 碘值略高 添加糖化酶后 相差不大因原料变化 操作不熟练 残糖偏高 出汁率下降0 06麦汁的色度相当酸度和浊度有上升均势加小麦时 提高了煮沸温度 结果可凝因N相当氨基氮略有增加总氮明显提高 A区分变大 C区分变小 发酵结果 12度 酵母峰值相差不大 4 0 107 4 4 107双乙酰还原时间变化不大 7 8天发酵液酸度偏高0 1左右 1 4发酵液的pH值偏低0 1左右 3 9 4 1发酵度变化不大 68 70 成品理化 稀释至9度 浓度浊度色度酸度二氧化碳双乙酰泡持8 860 34 00 990 510 06432成品品评 泡沫较细腻酯香明显 七 质量变化 外观 泡沫更加洁白细腻 泡持性好色泽更淡理化 保质期相对较短 可以通过处理得到提高口味 有酯香味口味更淡 质量变化 质量下降 外观