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自酿啤酒的糖化过程分析

作者:啤佬精酿 人气: 发布时间:2017-06-11
摘要:自酿啤酒的糖化理论;经常有电话过来咨询啤酒糖化的问题,现在发一篇理论;一、所谓糖化是指利用麦芽本身所含有的酶(或外加酶;二、糖化时主要酶的作用;糖化过程酶的来源主要来自麦芽,这些酶以水解酶为主;(一)淀粉酶;1.-淀粉酶;是对热较稳定、作用
自酿啤酒的糖化理论;经常有电话过来咨询啤酒糖化的问题,现在发一篇理论;一、所谓糖化是指利用麦芽本身所含有的酶(或外加酶;二、糖化时主要酶的作用;糖化过程酶的来源主要来自麦芽,这些酶以水解酶为主;(一)淀粉酶;1.α-淀粉酶;是对热较稳定、作用较迅速的液化型淀粉酶;2.β-淀粉酶是一种耐热性较差、作用较缓慢的糖化;3.R-酶;R-酶又叫异淀粉酶,它能切开支链淀
 
自酿啤酒的糖化理论
 
经常有电话过来咨询啤酒糖化的问题,现在发一篇理论性高的文章参考。
 
一、 所谓糖化是指利用麦芽本身所含有的酶(或外加酶制剂)将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质(淀粉、蛋白质、半纤维素等)分解成可溶性的低分子物质(如糖类、糊精、氨基酸、肽类等)的过程。由此制得的溶液称为麦芽汁。 糖化的目的就是要将原料(包括麦芽和辅助原料)中可溶性物质尽可能多的萃取出来,并且创造有利于各种酶的作用条件,使很多不溶性物质在酶的作用下变成可溶性物质而溶解出来,制成符合要求的麦芽汁,得到较高的麦芽汁收得率。 糖化时间是酶在起作用时所用的时间
 
二、糖化时主要酶的作用
 
糖化过程酶的来源主要来自麦芽,这些酶以水解酶为主,有淀粉酶(包括包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、界限糊精酶、R-酶、麦芽糖酶、蔗糖酶),蛋白酶(包括内肽酶,羧基肽酶,氨基肽酶、二肽酶),β-葡聚糖酶(内β-1,4葡聚糖酶、内β-1,3葡聚糖酶、β-葡聚糖溶解酶)和磷酸酶等。
 
(一) 淀粉酶
 
1.α-淀粉酶
 
是对热较稳定、作用较迅速的液化型淀粉酶。可将淀粉分子链内的α-1,4葡萄糖苷键任意水解,但不能水解α-1,6葡萄糖苷键。其作用产物为含有6~7各单位的寡糖。作用直链淀粉时,生成麦芽糖、葡萄糖和小分子糊精;作用支链淀粉时,生成界限糊精、麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖。淀粉水解后,糊化醪的粘度迅速下降,碘反应迅速消失。
 
2.β-淀粉酶 是一种耐热性较差、作用较缓慢的糖化型淀粉酶。可从淀粉分子的非还原性末端的第二个α-1,4葡萄糖苷键开始水解,但不能水解α-1,6葡萄糖苷键,而能越过此键继续水解,生成较多的麦芽糖和少量的糊精。
 
3.R-酶
 
R-酶又叫异淀粉酶,它能切开支链淀粉分支点上的α-1,6葡萄糖苷键,将侧链切下成为短链糊精、少量麦芽糖和麦芽三糖。此酶虽然没有成糖作用,却可协助α-淀粉酶和β-淀粉酶作用,促进成糖,提高发酵度。
 
4.界限糊精酶
 
界限糊精酶能分解界限糊精中的α-1,6葡萄糖苷键,产生小分子的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和直链寡糖等。由于α-淀粉酶和β-淀粉酶不能分解界限糊精中的α-1,6葡萄糖苷键,所以界限糊精酶可以补充α-淀粉酶和β-淀粉酶分解的不足。
 
5.蔗糖酶
 
蔗糖酶主要分解来自麦芽的蔗糖,产生葡萄糖和果糖。虽然其作用的最适温度低于淀粉分解酶,但在62℃~67℃条件下仍具有活性。
 
(二)蛋白分解酶
 
蛋白分解酶是分解蛋白质和肽类的有效物质,其分解产物为眎、胨、多肽、低肽和氨基酸。按分子量大小可分高分子氮、中分子氮和低分子氮,所占比例的大小取决于分解温度的高低,并对啤酒的质量产生重要的影响。蛋白分解酶类主要包括内肽酶(50—60度)、羧肽酶(50-60度)、氨肽酶(40-50度)和二肽
 
酶(40-50度)。
 
(三)β-葡聚糖酶
 
麦芽中β-葡聚糖酶的种类较多,但在糖化时最主要的是内切型β-葡聚糖酶和外切型β-葡聚糖酶。它是水解含有β-1,4葡萄糖苷键和β-1,3葡萄糖苷键的β-葡聚糖的一类酶的总称。可将粘度很高的β-葡聚糖降解,从而降低醪液的粘度,提高麦汁和啤酒的过滤性能以及啤酒的风味稳定性。
 
三、糖化时主要物质变化
 
(一)淀粉的分解
 
麦芽的淀粉含量占其干物质的58%~60%,辅料大米的淀粉含量为干物质的80%~85%,玉米的淀粉含量为干物质的69%~72%。
 
1.麦芽及辅料淀粉的性质
 
麦芽淀粉和大麦淀粉的性质基本-致,只是麦芽淀粉颗粒在发芽过程中,因受酶的作用,其外围蛋白质层和细胞壁的半纤维素物质已逐步分解,部分淀粉也受到分解,麦芽中淀粉含量比大麦中淀粉含量减少4%~6%,淀粉结构变化主要是支链淀粉含量有所减少,直链淀粉含量稍有增加,它比大麦淀粉更容易接受酶的作用而分解。
 
麦芽淀粉中直链淀粉约占20%~40%,支链淀粉占60%~80%;糯米含支链淀粉90%~100%,籼米只有60%~70%,玉米高达85%~90%。
 
2.淀粉的分解过程
 
淀粉的分解分为三个不可逆过程,但它们彼此连续进行,即糊化、液化、糖化。
 
糊化:淀粉颗粒在一定温度下吸水膨胀,淀粉颗粒破裂,淀粉分子溶出,呈胶体状态分布于水中而形成糊状物的过程称为糊化。形成糊状物的临界温度称为糊化温度。
 
液化: 淀粉糊化为胶粘的糊状物,在α-淀粉酶的作用下,将淀粉长链分解为短链的低分子的α-糊精,并使粘度迅速降低的过程称为液化。
 
糖化:谷类淀粉经糊化、液化后,被淀粉酶进一步水解成糖类和糊精的过程称为糖化。
 
糊化、液化与糖化是相互关联的,糊化促进液化的迅速进行,液化又促进淀粉的充分糊化。液化质量的好坏,决定了糖化能否完全、麦汁质量的好坏以及过滤和洗糟速度的快慢。因此,辅料的糊化是糖化工艺的重要环节。
 
3.辅料的糊化与液化
 
大米或玉米作为麦芽的辅助原料,主要是提供淀粉,为了促进糊化、液化,防止糊化醪稠厚和粘结锅底,必须在辅料中加入15%~20%麦芽或α-淀粉酶(6~8u/g原料),使其在55℃起就开始糊化、液化,还可缩短时间。
 
辅料的糊化、液化常在100℃下进行,保温30min。有的采用低压100kPa,105~110℃保温30min。使淀粉充分糊化,提高浸出率,同时可提供混合糖化醪升温所需要的热量,达到阶段升温糖化的目的。
 
糊化醪的检验,只凭经验感官检查。良好的糊化醪不稠厚、稍粘,不发白,上层呈水样清液。
 
辅料糊化时应控制好料水比及α-淀粉酶的用量,并注意避免出现淀粉的老化现象,或称回生。所谓老化现象是指糊化后的淀粉糊,当温度降至50℃以下,
 
产生凝胶脱水,使其结构又趋紧密的现象。
 
4.淀粉的糖化
 
在啤酒酿造中,淀粉的糖化是指辅料的糊化醪和麦芽中的淀粉受到麦芽中淀粉酶的作用,产生以麦芽糖为主的可发酵性糖和以低聚糊精为主的非发酵性糖的过程。在糖化过程中,随着可发酵性糖的不断产生,醪液粘度迅速下降,碘液反应由兰色逐步消失至无色。
 
可发酵性糖是指麦汁中能被下面啤酒酵母发酵的糖类,如果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖和棉子糖等。
 
非发酵性糖(也称非糖)是指麦汁中不能被下面啤酒酵母发酵的糖类,如低聚糊精、异麦芽糖、戊糖等。
 
非发酵性糖,虽然不能被酵母发酵,但它们对啤酒的适口性、粘稠性、泡沫的持久性,以及营养等方面均起着良好的作用。如果啤酒中缺少低级糊精,则口味淡泊,泡沫也不能持久。但含量过多,会造成啤酒发酵度偏低,粘稠不爽口和有甜味的缺点。一般浓色啤酒糖与非糖之比控制在1:0.5~0.7之间,浅色啤酒控制在1:0.23~0.35,干啤酒及其它高发酵度的啤酒可发酵性糖的比例会更高。
 
(二)蛋白质的水解
 
糖化时蛋白质的水解具有重要意义,其分解产物即影响啤酒泡沫的多少,泡沫的持久性,啤酒的风味和色泽,又影响酵母的营养和啤酒的稳定性。糖化时蛋白质的分解称为蛋白质休止,分解的温度称为休止温度,分解的时间称为休止时间。
 
在糖化过程中,麦芽蛋白质继续分解,但分解的数量远不及制麦时分解得多。因此,蛋白质溶解不良的麦芽,经过蛋白质休止后分解仍是不足的,但这并不意味没有分解蛋白质的必要,而需进一步加强对蛋白质的分解。相反对溶解良好的麦芽,蛋白质的分解作用,可以减弱一些。
 
α-氨基氮的含量 麦汁中α-氨基氮的含量,不仅关系到酵母的营养,也关系到酵母代谢产物的变化。α-氨基氮含量过低,酵母会利用糖自己合成酮酸,在进行转氨作用,从其他胺类得到-NH2。而生成需要的氨基酸,大量的酮酸必然会
 
形成大量的高级醇、酯和双乙酰,啤酒中双乙酰的含量就会增高;α-氨基氮含量过高,会通过脱氨脱羧形成高级醇,啤酒起泡性差,口味淡泊。
 
120P麦汁,α-氨基氮含量应保持在180±200mg/L,110P麦汁以160 mg/L、100P麦汁以150 mg/L为宜。过高为分解过度,过低则为分解不足。
 
(三)β-葡聚糖的分解
 
麦芽中的β-葡聚糖是胚乳细胞壁和胚乳细胞之间的支撑和骨架物质。大分子β-葡聚糖呈不溶性,小分子呈可溶性。在35~50℃时,麦芽中的大分子葡聚糖溶出,提高醪液的粘度。尤其是溶解不良的麦芽,β-葡聚糖的残存高,麦芽醪过滤困难,麦汁粘度大。因此,糖化时要创造条件,通过麦芽中内-β-1,4葡聚糖酶和内β-1,3-葡聚糖酶的作用,促进β-葡聚糖的分解,使β-葡聚糖降解为糊精和低分子葡聚糖。糖化过程控制醪液PH在5.6以下,温度在37~45℃休止,有利于促进β-葡聚糖的分解,降低麦汁粘度(1.6~1.9mPa·s)。
 
(四) 滴定酸度及pH的变化
 
麦芽所含的磷酸盐酶在糖化时继续分解有机磷酸盐,游离出磷酸及酸性磷酸盐。麦芽中可溶性酸及其盐类溶出,构成糖化醪的原始酸度,改善醪液缓冲性,有益于各种酶的作用。
 
(五)多酚的变化
 
酚类物质存在于麦皮、胚乳的糊粉层和贮存蛋白质层中,占大麦干物质的0.3%~0.4%。溶解良好的麦芽,游离的多酚多,在糖化时溶出的多酚也多,在高温条件下,与高分子蛋白质络合,形成单宁-蛋白质的复合物,影响啤酒的非生物稳定性;多酚物质的酶促氧化聚合,贯穿于整个糖化阶段,在糖化休止阶段(50~65℃)表现得最突出,又会产生涩味、刺激味,导致啤酒口味失去原有的协调性,使之变得单调、粗涩淡薄,影响啤酒的风味稳定性。氧化的单宁与蛋白质形成复合物,在冷却时呈不溶性,形成啤酒混浊和沉淀。因此,采用适当的糖化操作和麦汁煮沸,使蛋白质和多酚物质沉淀下来。适当降低PH,有利多酚物质与蛋白质作用而沉淀析出,降低麦汁色泽。
 
在麦汁过滤中,要尽可能地缩短过滤时间,过滤后的麦汁应尽快升温至沸点,使多酚氧化酶失活,防止多酚氧化使麦汁颜色加深、啤酒口感粗糙。
 
(六)无机盐的变化
 
麦芽中合有无机盐约为2%~3%,其中主要为磷酸盐,其次有Ca、Mg、K、S、Si等盐类,这些盐大部分会溶解在麦芽汁中,它们对糖化发酵有很大的影响,例如:钙可以保护酶不受温度的破坏,磷提供酵母发育必需的营养盐类等。
 
(七) 黑色素的形成
 
黑色素是由单糖和氨基酸在加热煮沸时形成的,它是一种黑色或褐色的胶体物质,它不仅具有愉快的芳香味,而且能增加啤酒的泡特性,调节pH,所以它是麦芽汁中有价值的物质,但其量必需适当,过量的黑色素不仅使有价值的糖和氨基酸受到损失,还会加深啤酒的色素。
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