麥汁制備中β-葡聚糖含量的優(yōu)化控制

郭澤峰

（杭州千島湖啤酒有限公司，浙江杭州311700）

β-葡聚糖對于啤酒的質量有著比較重要的影響，這種影響體現(xiàn)在兩個方面：一方面的作用是正向的，β-葡聚糖可以賦予啤酒醇厚協(xié)調的口感，改善泡沫持久性和掛杯性，同時作為浸出物對啤酒生產的糧耗降低也有著正向的作用，研究表明β-葡聚糖能夠提供2%～5%的浸出物含量。但是，在負面作用上，β-葡聚糖給工程技術人員提出了較大的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)以下的3個層面：首先，β-葡聚糖會造成糖化工藝環(huán)節(jié)麥汁的過濾困難，過濾后的麥汁清亮度差；其次，發(fā)酵結束后，造成清酒過濾控制難度加大，尤其在純生啤酒的生產中，通常會對微孔過濾膜造成極大的破壞[1]；最后，過高的β-葡聚糖含量對啤酒的非生物穩(wěn)定性造成較大的隱患。相應的研究報道認為，10°P啤酒的β-葡聚糖含量相應地控制在45～70 mg/L的范圍是比較合適的，這既能賦予啤酒豐滿的口感、良好持久的泡持性，也不會對啤酒的生產過程效率構成消極影響，也可以實現(xiàn)啤酒在貨架期內的膠體穩(wěn)定性。

從β-葡聚糖的形成機制來看，可以溯及到大麥的品系和種植方法，然后是制麥工藝控制，這些對于β-葡聚糖的含量有著決定性的影響[2]。對于啤酒釀造者來講，對該β-葡聚糖的控制和工藝優(yōu)化以滿足啤酒各方面質量的要求已經是補救性的措施。從啤酒的生產工藝來講，選擇不同的麥芽混搭是一個非常經濟且可行的辦法，尤其是在提倡純釀法的環(huán)境下，只有當混搭不能夠完全滿足生產時，才應該考慮添加β-葡聚糖酶來完成工藝的順利進行。通過發(fā)酵的控制對啤酒釀造過程中β-葡聚糖的含量進行控制具一定的意義，至少可以在啤酒成品包裝前將β-葡聚糖的含量控制在比較合理的水平。在前人研究的基礎上，結合實際情況，對糖化階段的β-葡聚糖含量的控制做了相關的研究和分析。

1 材料與方法

1.1 材料

麥芽：Gairdner（70%），Metcalfe（30%），麥芽為進口原料麥在國內加工；國產麥芽為甘啤3號，單二，均為國產大麥在國內制造。

大米：國標一級晚粳米，產地為江蘇。

酒花：新疆產顆粒啤酒花，90型顆粒，包括香花和苦花。

酵母：千島湖啤酒公司菌種室保存。

β-葡聚糖酶：研發(fā)中心向供應商申請的酶制劑樣品，共有6種，包括國產的和進口的兩大類。

1.2 分析方法

1.2.1 β-葡聚糖含量的分析原理

β-葡聚糖在一定的反應緩沖體系中可以和剛果紅發(fā)生反應形成有色物質，該反應具有高度的一致性，在550 nm波長下符合朗伯比爾定律，所以能夠利用該特性準確的確定出樣品中β-葡聚糖的含量。

1.2.2 操作方法

β-葡聚糖標準溶液的配制：精確稱取β-葡聚糖試劑0.0020 g，先以60～70℃的蒸餾水溶解，定容到20 mL，得到100 mg/L的貯液，將其放置在冰箱中備用。

pH8.0，濃度為0.1 M的磷酸緩沖溶液的配制：吸取0.2mol/L的Na2HPO3·12H2O(71.64g/L)94.7mL，吸取0.2 mol/L的NaH2PO4·2H2O(31.21 g/L)5.3 mL混合。

剛果紅溶液的配制：以電子分析天平精確稱取剛果紅100 mg，溶解于0.2 M濃度pH8.0的緩沖溶液中，定容到1 L后貯存?zhèn)溆谩?/p>

天然橡膠的生物合成是由一系列酶促反應構成，其間涉及許多的基因、中間產物及催化酶，想要提高天然橡膠的產量，需要研究清楚其所涉及的相關基因及調控機制。因此，利用基因工程技術研究該類基因，是提高橡膠產量，改善我國目前資源缺乏現(xiàn)狀的有效措施[9]。

繪制標準曲線：共取6組試管進行試驗分析，其中第1組設定為對照樣，該組試管的數(shù)量為1支，其余5組數(shù)量各為3支，取平均值作為數(shù)據(jù)分析所采定的值。按照表1所列的數(shù)據(jù)分別在6組試管里放入相應的反應組分進行反應，每組試管均吸入4 mL的剛果紅緩沖溶液進行反應。吸入剛果紅溶液后必須充分混勻，準確置于20℃的條件下進行反應，時間控制在10 min。

表1 標準曲線繪制用樣品和相應的吸光度數(shù)據(jù)

反應后，試驗樣品在550 nm的波長下測定吸光度，以空白組進行調零校準。以β-葡聚糖含量作為橫坐標，以吸光度作為縱坐標繪制標準曲線，標準曲線的R2應大于0.99。標準曲線如圖1所示，R2值等于0.996，線性關系良好，符合分析實驗要求。

圖1 β-葡聚糖測定標準曲線

樣品檢測：對麥汁樣品進行對應的稀釋，稀釋的范圍可以進行優(yōu)化，目的是使最終樣品中β-葡聚糖的含量在標準曲線的最佳線性部分，這樣增加實驗數(shù)據(jù)的準確性；一般，樣品的稀釋度為10～15倍。對稀釋后的樣品分別取2.0 mL和4.0 mL的剛果紅緩沖液進行反應，反應的條件為20℃下進行10 min，空白樣以蒸餾水進行，反應的操作和樣品的步驟保持一致，對照空白樣品調零使用。最終樣品中β-葡聚糖含量按照下述的方程式進行計算，方程式中D表示稀釋的倍數(shù)，P為根據(jù)吸光度在標準曲線中查到的對應的β-葡聚糖含量數(shù)值。

樣品中β-葡聚糖含量（mg/L）=D×P。

1.2.3 麥汁制備工藝

按照公司正常的生產工藝為參考，對麥汁制備進行有目的的工藝參數(shù)改進，這些改進分別是：對投料溫度進行改進，從37℃到40℃；對蛋白質的休止溫度進行調整，該溫度的變化范圍為45～51℃；對糖化休止溫度進行研究，該溫度的變化范圍為64～69℃；最后在溫度升到72℃時進行β-葡聚糖的含量測定。

為進一步探究β-葡聚糖酶水解β-葡聚糖的不同效率，對不同品牌的β-葡聚糖酶進行分析。結果表明，不同的酶制劑之間的差別非常顯著。有些在國內知名度較高的酶制劑作用效果并不顯著，我們認為這與不同的麥芽有關。

本實驗中的麥汁濃度均已經折算成12°P。

2 結果與分析

2.1 不同投料溫度對β-葡聚糖含量的影響

不同投料溫度，即是在此溫度投料的情況下得到最終麥汁的β-葡聚糖的含量。一般而言，投料溫度對于β-葡聚糖分解酶的溶出是有著比較明顯的影響，即得到該階段最適合的溫度，使后續(xù)工序的β-葡聚糖的分解速度和質量得到保證。在不同的投料溫度下，最終得到的麥汁中β-葡聚糖的含量見表2。

表2 不同投料溫度下定型麥汁中β-葡聚糖含量

由表2可知，投料的溫度對麥汁中的β-葡聚糖的影響是存在的。就像前面述及的理論依據(jù)一樣，該階段對β-葡聚糖酶的溶出有著積極的意義。實驗的數(shù)據(jù)表明，當投料的溫度超過40℃時，β-葡聚糖酶的溶出就會受到負面的影響。生產中，尤其是在夏天投料時一定要注意控制投料溫度不超過40℃。

2.2 不同蛋白休止溫度下定型麥汁中β-葡聚糖含量

在理論上，β-葡聚糖酶的作用溫度都是在蛋白休止溫度。為了探究該溫度對麥汁中β-葡聚糖含量的影響，蛋白休止溫度選擇了45℃、48℃、51℃和55℃；這些溫度對定型麥汁中β-葡聚糖含量的影響見表3。

表3 不同蛋白休止溫度對麥汁β-葡聚糖含量的影響

表3的數(shù)據(jù)表明，蛋白休止溫度對于β-葡聚糖的最終含量的影響和溫度有著明顯的正向作用。理論上看，隨著溫度的升高，β-葡聚糖酶的活性在此溫度區(qū)間隨著溫度的升高而升高，實驗結果和文獻報道的結果相符合。但是生產中基于麥汁其他指標，比如α-氨基氮等指標，在這個溫度下的調整范圍是有局限的，所以實驗中最高的溫度僅達到了55℃。

2.3 不同糖化休止溫度對麥汁中β-葡聚糖含量的影響

β-葡聚糖溶解酶的作用溫度通常在65℃左右，即在該溫度下β-葡聚糖將不斷地溶解到麥汁中，且β-葡聚糖的含量是穩(wěn)步上升的；通常在65℃時，β-葡聚糖分解酶的活性已經大大的降低，因此麥汁的黏度會逐步上升。在該溫度下，不同麥芽中酶系的區(qū)別將體現(xiàn)出來。如果麥芽中本來β-葡聚糖溶解酶含量就低，β-葡聚糖的含量增加就不會明顯，抑或本身麥芽中可供溶解的β-葡聚糖就不多，在該溫度下麥汁的黏度隨著時間的延長也不會有增加或有大分子物質的降解，麥汁的黏度反而下降。但是所有的實驗證明，在該溫度下，麥汁中β-葡聚糖的含量都是呈上升趨勢。

圖2 不同糖化休止溫度下麥汁中β-葡聚糖含量和時間的關系

圖2表明，不同溫度下β-葡聚糖隨著溫度的變化而變化，但是在溫度達到66℃時，該值達到最大，隨后隨著溫度的上升反而會下降。該區(qū)間的溫度對β-葡聚糖溶解酶的活性是非常關鍵的。β-葡聚糖溶解酶從啤酒的質量控制來看是需要釀造者悉心把握的，一方面該酶的作用可以將大分子的多糖進一步溶解形成啤酒的骨架成分，賦予啤酒豐滿的口感和良好的泡持性，另一方面，該酶的作用過度就會使最終的麥汁或者啤酒中多糖含量過高，對釀造過程和啤酒的貨架期質量穩(wěn)定性帶來不利的影響。

2.4 麥汁溫度上升到72℃后的β-葡聚糖含量的變化

為了探究溫度對于麥汁中β-葡聚糖含量的影響，對繼續(xù)升溫后β-葡聚糖含量的變化進行試驗。糖化休止結束后，將溫度上升到70℃、72℃、74℃、76℃和78℃，通過這些溫度的實驗來分析溫度對β-葡聚糖含量的影響。無論是溶解酶還是分解酶，都會有一個最適合的溫度，同樣也會有一個失活的溫度。當這兩種酶的活性幾乎都鈍化時，β-葡聚糖的含量就不再會改變。圖3為在不同溫度下β-葡聚糖含量和時間的對應曲線圖。

圖3表明，在糖化麥汁的制備中，當溫度上升到78℃時，在40 min內，β-葡聚糖溶解酶就會失去活性，或者說β-葡聚糖溶解酶和β-葡聚糖分解酶都失去活性后，麥汁中的β-葡聚糖含量才會穩(wěn)定。實際上，在大生產的糖化操作階段，迅速將溫度升到78℃后進行過濾，這是和理論研究相符合的。

圖3 溫度對于β-葡聚糖含量的影響

2.5 不同麥芽對于糖化中β-葡聚糖含量的影響

實驗也證明了不同麥芽中β-葡聚糖含量的顯著差異。對于這些差異，釀造者應當有客觀的認識。麥芽的差異可以通過適當?shù)拇钆溥M行彌補，盡管只是補救性的措施；通過溫度的調節(jié)來抑制β-葡聚糖的溶出，同時提升酶分解的速度；外加酶制劑通常是一個解決問題的根本方法，但是必須注意，β-葡聚糖含量高的麥芽通?？赡茉谄渌笜松弦泊嬖趩栴}，釀造者必須均衡的解決問題，不能僅僅專注于一個問題而忽視全局。采用不同麥芽所進行的糖化結果見表4。

表4 使用不同麥芽不同糖化階段的β-葡聚糖的含量

表4表明，麥芽質量的好壞可對啤酒的質量造成影響。通過大量的工藝彌補，對麥汁中β-葡聚糖含量的影響也是有限的，優(yōu)良的麥芽對于合理的控制β-葡聚糖的含量是有著至關重要的意義的。

2.6 外加酶制劑對于降低β-葡聚糖含量的影響

酶制劑的發(fā)展對解決β-葡聚糖含量高的問題有著非常積極的意義，因為這是針對性的解決該問題的具體辦法。在這些酶制劑中，有時因不同的酶制劑對麥芽有一定的選擇性，而導致β-葡聚糖含量降低效果不明顯。糖化過程包含了復雜的物理的、化學的和熱力學的很多因素，加之不同酶制劑的生產菌株和工藝不同，作用的最適合的pH值、溫度和離子濃度等不同，探索出每一種酶制劑的特點并客觀地比較是一個非常復雜的課題，作為釀造者需選擇適合自己的酶制劑，即酶制劑滿足麥芽特性或者混合的麥芽指標。圖4為不同酶制劑對于糖化不同階段的β-葡聚糖含量的影響。

圖4 不同酶制劑對糖化不同階段β-葡聚糖含量的影響

圖4表明，第3種酶制劑在溫度為72℃時，其活性明顯降低，耐受溫度的能力較第4種、第5種的低。當然，第1種、第2種的β-葡聚糖酶本身就是耐熱性能非常差的品種。選擇酶制劑時，一定要對整個糖化過程進行評估，而不是看單一作用溫度下的酶活性或者β-葡聚糖含量。

3 結論

β-葡聚糖含量作為衡量麥芽的一個重要的指標，在原料進廠時通常是被放在一個非常重要的地位上的[3]。同樣，在麥汁的制備階段該指標對生產的影響也是非常顯著，表現(xiàn)在對過濾的控制帶來很大的困難，從而對麥汁的質量有重大的影響。從啤酒工廠的技術人員的角度來看，準備使用的麥芽在該項指標上已是客觀事實，如何通過工藝的手段來彌補改進，使之能夠順利地實現(xiàn)釀造工藝設定的目標是必須解決的問題。通過近些年不斷的研究和探索，解決β-葡聚糖的問題應當做好如下的關鍵控制：

首先，合理設置投料溫度、蛋白休止溫度和糖化溫度。這些溫度的控制需要在實驗室進行探索研究，然后在大生產中進行方向性的調整。實驗室的條件和大生產的條件有很多不同，且受控的程度也不一樣，但是在趨勢分析和調整方面是有指導意義的。

其次，選擇合適的酶制劑。作為現(xiàn)代生物技術的最新成果，酶制劑的應用是科學有效的。但是在選用酶制劑時一定要堅持以實驗數(shù)據(jù)作為選擇的標準，不迷信所謂的宣傳和規(guī)模，因為不同的酶制劑其反應的條件都有差別，哪種酶制劑最適合自己的原料和工藝只能以實驗數(shù)據(jù)來確定。

最后，解決β-葡聚糖含量的問題并實現(xiàn)釀造者的工藝意圖，需要有系統(tǒng)而全面的工藝思想。啤酒的釀造是一個平衡的過程，更是一個統(tǒng)籌解決各項工藝要求的系統(tǒng)工程。β-葡聚糖既可以賦予啤酒積極的因素，也能夠給啤酒的品質造成很大的負面影響；解決好β-葡聚糖的問題只是釀造中的一個方面，通過平衡解決發(fā)酵度、麥汁過濾溫度控制和原料的搭配對解決β-葡聚糖也有著非常積極的意義，這需要釀造者在日常工作中認真實踐。