CN109182452B - 基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法 - Google Patents
基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，属于啤酒技术领域。该技术方案包括根据啤酒品类和酵母对可发酵性糖比例的要求，确定配方麦芽应满足的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件，结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比，得到具有稳定发酵度的麦芽配方。本发明通过建立准确预测麦芽淀粉水解能力的方法，结合调整麦芽配比，得到满足配方麦芽淀粉水解能力的配方，保证了麦汁组分的稳定性及啤酒风味的一致性。
Description
技术领域
本发明属于啤酒技术领域，尤其涉及基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法。
背景技术
以风味为核心的啤酒关键技术的研究一直是世界啤酒业的研究焦点。而风味一致性和风味稳定性的控制能力，也正是国内外啤酒品质控制水平差异性的集中体现。风味物质主要来源于酵母代谢，而麦汁组成、发酵条件等的变化都会影响酵母代谢，导致啤酒风味特征产生波动，因此稳定的麦汁组分是风味一致性的基础。
大麦是啤酒酿造的主要原料，通过制麦激活各种水解酶活力，在糖化过程中将麦芽中非水溶性物质逐步水解为小分子水溶性的营养物质，供酵母发酵产生酒精以及各种风味物质。大麦中60％的成分是淀粉，且啤酒中的酒精是由糖发酵而来，为了提高麦芽的利用效率，必须尽可能多的将淀粉彻底水解为酵母可以吸收利用的可发酵性糖(麦芽糖、葡萄糖、麦芽三糖、果糖及蔗糖)以及不会导致碘液变色的不可发酵性糖糊精。因此，淀粉水解能力是麦芽的重要评价指标，也是保证麦汁组分稳定性的关键。目前麦芽以糖化力评价麦芽淀粉水解能力，但越来越多的研究表明，糖化力相同的麦芽，其淀粉水解程度不同，生成的可发酵性糖含量也不一致，无法准确的反映麦芽淀粉水解能力，保证麦汁组分的稳定。
作为农产品，麦芽容易受年份、种植区域、气候、品种的影响而产生波动，直接影响酵母的生理状态、发酵过程的酿造性能以及产品风味的一致性。目前，国内外啤酒原料配方研究仅停留在传统工艺配方比例搭配上，以品种质量等级搭配为主，以专家经验结合试验结论确定配方，已经远远不能满足愈来愈严格的质量一致性需求，亟需基于麦芽淀粉水解能力建立数字化的配方技术，保证麦汁组分的一致性以及产品的稳定性。
发明内容
本发明提出一种基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，该方法通过建立准确预测麦芽淀粉水解能力的方法，结合调整配方中各麦芽配比，得到满足配方麦芽淀粉水解能力需求的麦芽配方，保证了麦汁组分的稳定。
为了达到上述目的，本发明提出了基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，根据啤酒品类和酵母对可发酵性糖比例的要求，确定配方麦芽应满足的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件，结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整麦芽配方中的各麦芽配比，得到具有稳定发酵度的麦芽配方。
作为优选，所述淀粉水解能力系数由以下方法计算得到：
测定麦芽的α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力；
通过回归分析建立α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力、极限糊精酶活力与可发酵性糖比例的关系，建立麦汁可发酵性糖比例计算公式；
结合麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立淀粉水解能力系数计算公式，计算得到淀粉水解能力系数。
作为优选，所述结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比同时满足下述两个公式：
L2*X+L1*(1-X)≥L (1)
S2*X+S1*(1-X)≥S (2)
其中，S为符合要求的配方麦芽淀粉水解能力系数，L为符合要求的配方麦芽极限糊精酶活力，S1为A麦芽的淀粉水解能力系数，L1为A麦芽的极限糊精酶活力，S2为需搭配B麦芽的淀粉水解能力系数，L2为需搭配B麦芽的极限糊精酶活力，X为B麦芽的比例。
作为优选，所述结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比包括下述方式：
若A和/或B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力均大于配方麦芽指标，则可以随意搭配；
若A麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力低于配方麦芽，则B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力必须大于配方麦芽标准，结合公式(1)计算得到B麦芽的比例为X1，结合公式(2)计算得到B麦芽的比例为X2，选取X1和X2中的最大值作为搭配B麦芽的最低比例。
作为优选，所述α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力通过以下方法得到：
利用α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶提取缓冲液分别提取α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液；
分别向α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液中加入α-淀粉酶底物、β-淀粉酶底物和极限糊精酶底物，反应后，分别加入α-淀粉酶终止液、β-淀粉酶终止液和极限糊精酶终止液终止反应；
分别测定终止反应后各混合液的吸光度值，得到α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶的活力。
作为优选，建立的麦汁可发酵性糖比例的公式具体如下：
可发酵性糖比例(％)＝69.2+0.0101*极限糊精酶活力+0.00347*α-淀粉酶活力+0.000286*β-淀粉酶活力。
作为优选，所述淀粉水解能力系数计算公式具体如下：
淀粉水解能力系数＝(1.01*极限糊精酶活力+0.347*α-淀粉酶活力+0.0286*β-淀粉酶活力)/100。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于本发明通过建立准确预测麦芽淀粉水解能力的方法，结合调整麦芽配比，得到满足配方麦芽水解能力的麦芽配方，本发明建立的基于麦芽淀粉水解能力的数字化的配方技术，有力保证了麦汁组分的稳定性及啤酒风味的一致性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，根据啤酒品类和酵母对可发酵性糖比例的要求，确定配方麦芽应满足的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件，结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比，得到具有稳定发酵度的麦芽配方。
在啤酒酿造过程中，为了满足啤酒口感和酵母需求，保证啤酒风味，需要保证酿造过程中可发酵性糖比例达到一定的标准，其中，国内主要的Lager啤酒酿造大多是含大米25％-35％辅料酿造，麦汁的可发酵性糖比例需大于73％。若生产其它品类啤酒，如高发酵度啤酒、低发酵度醇厚性啤酒，对麦汁可发酵性糖比例的要求有所不同。
在该实施例中，根据不同啤酒酿造过程中麦芽配方对可发酵性糖比例的要求，利用可发酵性糖比例和麦芽淀粉水解能力系数与α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力之间的关系，得到满足要求的配方麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力，根据各个麦芽淀粉水解能力系数和极限糊精酶活力调整各个麦芽的配比，以满足配方麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件，从而得到具有稳定发酵度的麦芽配方。
在一优选实施例中，所述淀粉水解能力系数由以下方法计算得到：
S1：测定麦芽淀粉α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力。
在该步骤中，测定了麦芽淀粉α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力，原因在于α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶是影响麦汁可发酵性糖比例高低的三种主要酶，三种酶协同将淀粉水解。其中麦芽中70％的淀粉为支链淀粉，而极限糊精酶是麦芽中含量最低且是唯一分解α-1,6-糖苷键的淀粉酶，只有极限糊精酶将淀粉的α-1,6-糖苷键水解后，α-淀粉酶和β-淀粉酶才能继续水解，因此极限糊精酶是淀粉水解的限速酶；α-淀粉酶随机切割α-1,4-糖苷键，给极限糊精酶和β-淀粉酶的进一步水解提供底物；β-淀粉酶是含量最丰富的酶，可以切割α-1,4-糖苷键产生麦芽糖。因此三种酶的合适配比是保证淀粉彻底水解的关键。
S2：通过回归分析建立α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力、极限糊精酶活力与可发酵性糖比例的关系，建立麦汁可发酵性糖比例公式。
在该步骤中，建立了麦汁可发酵性糖比例公式，原因在于为了保证发酵过程中酵母营养物质充分以及啤酒口感，一方面需要保证麦汁中存在足够的可供酵母吸收利用的可发酵性糖，另一方面也需存在一部分酵母无法吸收利用的不可发酵性糖(大于等于四糖的多糖)留在啤酒中，保证啤酒的口感。因此，生产中根据酵母以及啤酒品类的不同，需控制麦汁发酵度，即可发酵性糖比例。而α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶活力是影响麦汁可发酵性糖比例高低的三种主要酶，通过建立α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力、极限糊精酶活力与可发酵性糖比例的关系，建立麦汁可发酵性糖比例公式，实现了通过α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力、极限糊精酶活力大小预测麦汁极限发酵度和可发酵性糖比例的目的，为进一步建立准确测定淀粉水解能力评价方法提供了基础。
S3：结合麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立淀粉水解能力系数计算公式，计算得到淀粉水解能力系数。
在该步骤中，通过麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立麦芽淀粉水解能力系数计算公式，原因在于，麦汁可发酵性糖比例是反映麦芽淀粉水解能力的重要参数。麦汁中的可发酵性糖主要来自于麦芽中的淀粉在淀粉酶系的协同作用下逐步水解得到。麦芽中的淀粉水解酶主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶以及极限糊精酶，三种酶在麦芽中的含量及比例不同，导致麦汁中可发酵性糖比例的不同。因此，三种酶均会影响淀粉水解的程度，与麦芽淀粉水解能力都有关系，但重要程度不同。通过建立三种酶活力与可发酵性糖比例的回归方程，回归方程系数中可以看出三种酶对可发酵性糖比例的影响程度和重要性。
在一优选实施例中，所述结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比同时满足下述两个公式：
L2*X+L1*(1-X)≥L (1)
S2*X+S1*(1-X)≥S (2)
其中，S为符合要求的配方麦芽淀粉水解能力系数，L为符合要求的配方麦芽极限糊精酶活力，S1为A麦芽的淀粉水解能力系数，L1为A麦芽的极限糊精酶活力，S2为需搭配B麦芽的淀粉水解能力系数，L2为需搭配B麦芽的极限糊精酶活力，X为B麦芽的比例。
在该步骤中，通过公式(1)和公式(2)确定需搭配B麦芽的搭配比例，计算方法简单，且由其确定的麦芽配方，能够很好的满足啤酒酿造要求，满足工厂实际发酵要求。
在一优选实施例中，所述结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比包括下述方式：
若A和/或B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力均大于配方麦芽指标，则可以随意搭配；
若A麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力低于配方麦芽，则B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力必须大于配方麦芽标准，结合公式(1)计算得到B麦芽的比例为X1，结合公式(2)计算得到B麦芽的比例为X2，选取X1和X2中的最大值作为搭配B麦芽的最低比例。
在该步骤中，根据麦芽配方对淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力的要求确定不同麦芽的配比，有利于保证麦汁组分的稳定，保证啤酒风味的一致，提高啤酒品质。同时，该配方原则简单，由其确定的麦芽配方，能够很好的满足啤酒酿造要求，满足工厂实际发酵要求。
在一优选实施例中，所述α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力通过以下方法得到：
利用α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶提取缓冲液分别提取α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液；
分别向α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液中加入α-淀粉酶底物、β-淀粉酶底物和极限糊精酶底物，反应后，分别加入α-淀粉酶终止液、β-淀粉酶终止液和极限糊精酶终止液终止反应；
分别测定终止反应后各混合液的吸光度值，得到α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶的活力。
在该实施例中，具体限定了α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力的测定方法，可以理解的是，对于实施例中的α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力的测定方法并不局限于上述实施例所列举的，还可以是本领域技术人员根据常识在本领域进行合理选择和调整的其它方法。
在一优选实施例中，建立的麦汁可发酵性糖比例的公式具体如下：
可发酵性糖比例(％)＝69.2+0.0101*极限糊精酶活力+0.00347*α-淀粉酶活力+0.000286*β-淀粉酶活力。
在该实施例中，根据麦汁可发酵性糖比例的计算公式，结合测得的α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力，可以得到麦汁可发酵性糖比例。同时，麦汁可发酵性糖比例的计算公式中三种不同淀粉酶的系数反映了三种淀粉酶对麦汁可发酵性糖比例的影响程度。
在一优选实施例中，所述淀粉水解能力系数计算公式具体如下：
淀粉水解能力系数＝(1.01*极限糊精酶活力+0.347*α-淀粉酶活力+0.0286*β-淀粉酶活力)/100。
在该实施例中，结合麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立麦芽淀粉水解能力系数计算公式，需要说明的是，麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数反映了三种淀粉酶对麦汁可发酵性糖比例的影响程度，而麦汁可发酵性糖比例是反映麦芽淀粉水解能力的重要参数，利用可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立麦芽淀粉水解能力系数计算公式，可以通过三种淀粉酶活力更加准确地计算得到麦芽淀粉水解能力系数。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
A、B、C、D四种麦芽的搭配方案
1、淀粉酶系分析
在含大米25％-35％的啤酒酿造中，为了满足淡爽型口感和酵母需求，需要确保配方麦汁的可发酵性糖比例在73％以上，由此，配方麦芽的淀粉水解能力应当大于4.1，且极限糊精酶活力应当大于300mU/g。分析四种麦芽的淀粉酶系活力和淀粉水解能力系数。
1)称量300mg(±25mg)的麦芽粉末于10mL的EP管中，记录准确的粉末质量。每个样品称取2份，一份用于测量α/β-淀粉酶活性(质量为M1)，一份用于测量极限糊精酶活性(质量为M2)；
2)1份加入5mLα/β-淀粉酶提取缓冲液(100mM马来酸，pH为5.5)，1份加入极限糊精酶提取缓冲液(100mM马来酸，25mM DTT，pH为5.5)，混匀放入到金属水浴上，20℃震荡16h。12000rpm离心10min，上清即为α/β-淀粉酶粗提液和极限糊精酶粗提液。
3)将α/β-淀粉酶粗提液用α-淀粉酶稀释缓冲液(50mM苹果酸，3.5g/L氢氧化钠，3g/L氯化钠，2.95g氯化钙，pH5.4)稀释到250倍。取50μL加入2mL离心管，40℃温浴2min，加入50μLα-淀粉酶底物(Megazyme)，40℃反应10min，然后加入750μLα-淀粉酶终止液(1％磷酸三钠，pH为11)，混匀后测定405nm处吸光值(OD405)，即为α-淀粉酶O.D。
α-淀粉酶活力(U/g绝干麦芽)＝α-淀粉酶O.D*17*稀释倍数*100*5000/181/(100-水分)/M1。
4)将α/β-淀粉酶粗提液用β-淀粉酶稀释缓冲液(11.6g/L马来酸，0.37g/L EDTA，1g/L BSA，pH为6.2)稀释到25倍。取50μL加入2mL离心管，40℃温浴2min，加入50μLβ-淀粉酶底物，40℃反应10min，然后加入750μLβ-淀粉酶终止液(1％Trizma)，混匀后测定405nm处吸光值(OD405)，即为β-淀粉酶O.D。
β-淀粉酶活力(U/g绝干麦芽)＝β-淀粉酶O.D*17*稀释倍数*5860*5000/181/(100-水分)/M1。
5)取11.5-12.5mg于一个2mL离心管中，40℃水浴2min，准确取100μL的极限糊精酶粗提液，加入到装有底物的离心管中，40℃准确反应10min，加入1mL极限糊精酶终止液(1％Trizma)，12000rpm常温离心40min，将上清吸出，测定595nm处吸光值(OD595)，即为极限糊精酶O.D。
极限糊精酶(mU/g绝干麦芽)＝11.2*极限糊精酶O.D*500000*2*5/(100-水分)/M2。
2、淀粉水解能力系数＝(极限糊精酶*1.01+0.347*α-淀粉酶+0.0286*β-淀粉酶)/100
3、麦芽判定
含大米25％-35％的酿造中，为了确保配方麦汁的可发酵性糖比例在73％以上，配方麦芽的淀粉水解能力应当大于4.1，且极限糊精酶活力应当大于300mU/g。
表1四种麦芽性能数据
由表1的数据可以发现，A、B麦芽低于配方要求，必须搭配其它麦芽使用。
按照配方原则搭配，以A麦芽搭配C\D麦芽，或以B麦芽搭配C\D麦芽。
利用配方原则需要满足的条件：
L2*X+L1*(1-X)≥300 (1)
S2*X+S1*(1-X)≥4.1 (2)
得到搭配麦芽必须的麦芽比例如表2所示：
表2麦芽搭配比例
对搭配后的麦芽配方进行了验证试验，实验结果如表3。
表3搭配后的不同配方麦汁性能数据
由表3数据可以发现，根据配方原则搭配的麦芽配方能够很好的满足啤酒酿造过程对麦汁可发酵性糖比例的要求，得到满足麦芽水解能力的麦芽配方，保证了麦汁组分的稳定性及啤酒风味的一致性。
Claims (3)
1.基于麦芽淀粉水解能力调节麦芽配方的方法，其特征在于，根据啤酒品类和酵母对可发酵性糖比例的要求，确定配方麦芽应满足的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件，结合各麦芽淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力条件调整配方中的各麦芽配比，得到具有稳定发酵度的麦芽配方；
所述各麦芽配比同时满足下述两个公式：
L2*X+L1*（1-X）≥L （1）
S2*X+S1*（1-X）≥S （2）
其中，S为符合要求的配方麦芽淀粉水解能力系数，L为符合要求的配方麦芽极限糊精酶活力，S1为A麦芽的淀粉水解能力系数，L1为A麦芽的极限糊精酶活力，S2为需搭配B麦芽的淀粉水解能力系数，L2为需搭配B麦芽的极限糊精酶活力，X为B麦芽的比例；
并且，若A和/或B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力均大于配方麦芽指标，则可以随意搭配；
若A麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力低于配方麦芽，则B麦芽的淀粉水解能力系数及极限糊精酶活力必须大于配方麦芽标准，结合公式（1）计算得到B麦芽的比例为X1，结合公式（2）计算得到B麦芽的比例为X2，选取X1和X2中的最大值作为搭配B麦芽的最低比例；
其中，建立的麦汁可发酵性糖比例的公式具体如下：
可发酵性糖比例（%）=69.2+0.0101*极限糊精酶活力+0.00347* α-淀粉酶活力+0.000286*β-淀粉酶活力；
建立的淀粉水解能力系数计算公式具体如下：
淀粉水解能力系数=(1.01*极限糊精酶活力+0.347*α-淀粉酶活力+0.0286*β-淀粉酶活力)/100。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉水解能力系数由以下方法计算得到：
测定麦芽的α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力；
通过回归分析建立α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力、极限糊精酶活力与可发酵性糖比例的关系，建立麦汁可发酵性糖比例计算公式；
结合麦汁可发酵性糖比例公式中α-淀粉酶、β-淀粉酶、极限糊精酶的系数建立淀粉水解能力系数计算公式，计算得到淀粉水解能力系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述α-淀粉酶活力、β-淀粉酶活力和极限糊精酶活力通过以下方法得到：
利用α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶提取缓冲液分别提取α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液；
分别向α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶粗提液中加入α-淀粉酶底物、β-淀粉酶底物和极限糊精酶底物，反应后，分别加入α-淀粉酶终止液、β-淀粉酶终止液和极限糊精酶终止液终止反应；
分别测定终止反应后各混合液的吸光度值，得到α-淀粉酶、β-淀粉酶和极限糊精酶的活力。
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