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麥汁制備 - 糖化的過程

文章來源:www.yededi.com 作者:卓達機械編輯 發布時間:2018-10-20 01:09:37 瀏覽次數:292

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從廣義上說,麥汁制備過程叫糖化;從狹義上說,糖化是指淀粉轉變成糖的過程。我們這里講的糖化是指利用麥芽自身的酶(或外加酶制劑)將麥芽和輔料中不溶性高分子物質分解成為可溶性低分子物質,而制得麥汁的過程,從麥芽中溶解出來的物質叫浸出物,麥芽汁中浸出物與投料量的比值的百分數叫做浸出率。
 
一、糖化的目的與要求
 
(一)糖化的目的
 
是將原料中可溶性物質盡可能多的浸泡出來,并且創造有利于各種酶作用的條件,使很多不溶性物質在酶的作用下變成可溶性物質而溶解出來,從而得到盡可能多的溶解物,并且所含組分的比例適當。
糖與非糖的比例,淺色啤酒控制在1:0.4~0.5;濃色啤酒控制在1:0.5~0.7。高、中、低分子氮的比例控制在:高分子氮15%~20%,中分子氮20%~25%,低分子氮55%~60%。
 
(二)糖化的要求
 
1、 浸出物收得率最高。
2、浸出物的組成及成分比例符合產品要求。
3、盡量減少生產費用,降低成本。
 
二、糖化時的主要物質變化
 
(一)淀粉的分解
麥芽的淀粉含量占其干物質重量的50%~60%,大米的淀粉含量占干物質的90%左右。
 
1、麥芽淀粉的性質
 
麥芽淀粉和大麥淀粉的性質基本一致,只是麥芽淀粉顆粒在發芽過程中,因受酶的作用,其外圍蛋白質層和細胞壁中的半纖維素物質已有很大程度的分解,所以麥芽淀粉更容易接受酶的作用而分解。
麥芽淀粉中直鏈淀粉約占20%~40%,支鏈淀粉約占60%~80%。直鏈淀粉被酶分解產生較多的可發酵性糖,支鏈淀粉被酶分解產生較多的非發酵性糖。
 
2、淀粉的糊化、液化和糖化
 
(1)糊化
在一定的溫度下,淀粉顆粒吸水膨脹,細胞壁破裂,淀粉分子溶出,呈膠體狀態分布于水中,形成糊狀物,這個過程即稱為“糊化”。
糊化溫度 指淀粉顆粒迅速吸水、膨脹、細胞壁破裂而形成糊狀物的臨界溫度。 不同谷類因淀粉顆粒大小不同,化學組成不同,所以糊化溫度也不同,大麥與麥芽淀粉的糊化溫度是70~80℃, 而大米淀粉的糊化溫度是65~73℃。如果糊化時,有α-淀粉酶的存在,則糊化溫度將大大降低。
(2)液化
主要是指α-淀粉酶的作用,使醪液粘度很快降低,形成稀的醪液,這個過程稱為“液化”。 淀粉的糊化和液化兩個過程是相輔相成的,糊化會促進液化的迅速進行,反過來,液化作用又能促進淀粉的充分糊化。
(3)糖化
是指淀粉轉化為糖的過程,是淀粉經過了糊化、液化之后,進一步被糖化型淀粉酶分解產生單糖、雙糖、三糖等多種可發酵性糖類的過程。
 
糖化的好壞,決定著啤酒的質量。在工藝上通過糖與非糖之比來控制淀粉的分解程度。糖,是指能在發酵期間可被酵母利用的糖,即可發酵性糖;非糖,包括寡糖、糊精以及麥汁中所有的有機和無機成分(蛋白質、無機鹽等)。
測定方法:按能否還原費林試劑,能還原的為糖,不能還原的為非糖。
 
3、淀粉分解的主要酶類及分解過程
 
主要酶類包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、麥芽糖酶、界限糊精酶、R-酶等。
α-淀粉酶是從淀粉分子內部作用,可使醪液粘度迅速下降,其分解產物為糊精、麥芽糖、葡萄糖以及α-界限糊精。
β-淀粉酶遇淀粉分支點即停止作用,所以其分解產物為β-麥芽糖和β-界限糊精。α-葡萄糖苷酶也是從淀粉的非還原性末端作用,依次一個一個地切下葡萄糖分子,并且遇到淀粉分支點能越過去繼續作用,所以最終分解產物為葡萄糖和異麥芽糖。
R-酶和界限糊精酶統稱為異淀粉酶,又叫解支酶,其作用是切開α-1.6糖苷鍵,作用產物為直鏈淀粉和直鏈糊精。
淀粉的分解表現為糖化醪液粘度很快下降,可發酵性糖含量不斷增加,碘液反應由藍色逐步消失至無色。無色糊精和麥芽糖糊精,均屬于低分子糊精,它們也包含在麥汁浸出物中。雖然酵母很難利用它們,但它們的存在對啤酒的適口性、粘度、泡沫性能以及營養方面均起著良好的作用。
淀粉的分解應達到兩點:
(1)淀粉必須分解到無碘液反應,即麥汁中應不含有淀粉和高分子糊精。
(2)淀粉分解要適度,即可發酵性糖與非發酵性糖的數量應根據啤酒的品種維持一定的比例。
 
4、影響淀粉分解的因素
 
(1)麥芽的質量及粉碎度的影響
 
應根據原料麥芽的質量,確定一個合適的粉碎度。
 
(2)糖化溫度的影響
 
溫度對糖化的影響,不僅表現為溫度的高低對糖化作用的影響,而且升溫速度的快慢對糖化作用也有影響。溫度高,升溫迅速時,有利于α-淀粉酶的作用,從而獲得較多的糊精和少量的麥芽糖;當溫度低,升溫緩慢時,則有利于β-淀粉酶的作用,從而獲得較多的麥芽糖和較少的糊精。
生產中α-淀粉酶的最適作用溫度為65~70℃,β-淀粉酶的最適作用溫度為60~63℃,生產中一般控制糖化溫度在60~70℃。 糖化溫度的選擇不僅要考慮麥芽汁成分的比例,而最主要的是要考慮能獲得最大浸出率。當糖化溫度在65~70℃之間,浸出物收得率最高。
 
(3)糖化醪pH值的影響
生產中,α-淀粉酶最適pH值為5.8~6.0,β-淀粉酶的最適pH值為5.0~5.5。 最適pH值和溫度有關系,溫度越高,最適pH值也隨著增高。 生產中一般控制糖化醪的pH值在5.3~5.8范圍內。
 
(4)糖化醪濃度的影響
 
糖化醪的濃度,以制備出的一號麥汁濃度(原麥汁濃度)在14%~18%之間為宜。 生產上,生產淡色啤酒一般控制加水比為1:4左右(物料的重量與水的體積之比)。 糖化醪
濃度的確定,應考慮以下二方面的因素:
①啤酒的品種 :淡色啤酒宜稀醪糖化,生成多量的麥芽糖,提高發酵度;濃色啤酒宜濃醪糖化,增加非糖比例,增加酒的醇厚感。
②麥芽質量 : 溶解好的麥芽宜濃醪糖化,防止淀粉水解過度;溶解差的麥芽宜稀醪糖化,防止原料收得率低。
料水比,即物料的體積與水的體積之比。有總料水比,糖化醪料水比,糊化醪料水比。最終醪液的稀稠程度取決于總料水比。
總料水比的確定,是以一號麥汁濃度為依據的,計算公式如下:
①V總=Em+Ea/Pf         V總:物料與水的總體積(L)
②V水=V總-V物          Em:投入麥芽的總浸出物量(kg)
③料水比=V物/V水     Ea: 投入輔料的總浸出物量(kg);Pf:一號麥汁濃度 ( ≈kg/hL) 在
水中1kg物料占體積(0.75~0.85)升。
按此公式計算出的料水比,不一定能準確得到一號麥汁濃度,因為
①糖化效果有好、有壞,浸出率有高、有低;
② 糊化鍋煮醪時會有部分水分蒸發;
③加水時在計量上也會有誤差;
④混醪時由于控制溫度的需要,有時需摻入一些冷水以調整溫度;
⑤為了防止醪液殘留在送醪管內,需用一定量的水頂送。
生產過程中的糖化用水量允許有1%~2%的誤差。
總的料水比計算出之后,應先假定糖化醪料水比,再計算糊化醪料水比。
實際生產中,一般是物料的重量與水的體積之比,一般控制總料水比為1:4左右,糖化醪料水比為1:3.56,糊化醪料水比為1:4.52。
 
(二)蛋白質的分解
 
1、蛋白質分解的主要酶類及分解過程
 
(1)內肽酶 作用方式類似于α-淀粉酶,從蛋白質內部分解,分解產物為示、胨、多肽。
(2)二肽酶、三肽酶,作用方式類似于麥芽糖酶,分解產物為氨基酸。
(3)氨肽酶 是從氨基末端開始分解蛋白質,分解產物為氨基酸。
(4)羧肽酶 是從羧基末端開始分解蛋白質,分解產物為氨基酸。
 
各種蛋白酶作用的最適溫度、最適pH值都不一樣。在麥汁制備過程中,常采取低溫、長時間的蛋白質分解工藝。由于蛋白酶的熱穩定性都比較差,而且糖化醪的pH值不可能適合各種蛋白酶的作用,所以在糖化過程中蛋白質的分解作用是有限的,大約只能占全部蛋白質分解總量的35%左右。所以在制麥階段,麥芽要有良好的蛋白溶解度。
 
2、影響蛋白質分解的因素
 
(1)麥芽質量
糖化過程中蛋白質的分解是制麥過程中蛋白質分解的繼續,分解的數量比制麥過程少。溶解好的麥芽,酶活也高,蛋白質分解作用速度快。溶解差的麥芽,酶活低、作用弱。
 
(2)溫度與時間的影響
 
如果蛋白質分解溫度為45~50℃,則麥汁中低分子氮含量較多,有利于酵母的營養;如果蛋白質分解溫度為50~55℃,則麥汁中高分子氮較多,并且總可溶性氮的含量也增加,這有利于降低啤酒的表面張力,有利于泡持性并增加醇厚感。
對于蛋白質溶解不良的麥芽,可選擇較低的蛋白質分解溫度,較長的分解時間,確保產生足夠的氨基酸,保證發酵的順利進行;對溶解良好的麥芽,則蛋白質分解溫度可高些,保證良好的啤酒泡持性和口感。
生產中一般控制蛋白質的分解溫度為48~52℃,時間30~90min。
另外在蛋白質分解期間,β-葡聚糖及果膠質在葡聚糖酶和果膠酶的作用下也進行分解。所以適當延長蛋白質的分解時間,可以促使葡聚糖與果膠質的分解,有利于降低粘度,改善過濾條件。
蛋白質的分解,生產上主要是測α-氨基氮的含量,一般12ºBX麥汁α-氨基氮應在180~240mg/L。
 
(3)pH值的影響
 
實驗表明生成適量或多量的可溶性氮和非凝固性氮的最適pH值為4.3 ~ 4.7,而產生較多的氨基態氮的最適pH值為4.4 ~ 4.8。
實驗表明在pH4.2~5.0范圍,氨基酸的生成量隨著pH值的降低而增加。
實際生產中,pH值的調節按糊化鍋下料水pH6.0~6.2,糖化鍋下料水pH4.5~5.0,洗糟水pH6.0~6.5,蛋白質分解階段 pH為5.1~5.3,糖化階段pH為5.5~5.7,過濾完混合麥汁pH為5.8~6.2,煮沸期間,由于添加酒花,苦味酸的浸出、類黑精的形成以及硫酸鈣與磷酸鹽的作用,使pH值下降至5.2~5.4。
 
(4)醪液濃度的影響
 
在一定的濃度范圍內,濃醪比稀醪有利于蛋白質的分解。
 
3、控制蛋白質分解程度的方法
 
(1)庫爾巴哈值(蛋白分解強度)
蛋白分解強度=生產麥汁含氮量/標準協定麥汁含氮量╳100; 標準:100 ~ 110為分解適中
(2)倫丁區分
(3)甲醛氮與可溶性氮之比 35% ~ 40%為蛋白質分解適中
(4)α-氨基氮 12%的麥汁中,α-氨基氮應在200mg/L左右
 
(三)半纖維素的分解
 
主要是β-葡聚糖的分解,該物質在制麥階段大部分已分解,在糖化過程中還將繼續分解。
啤酒中適量存在β-葡聚糖,對啤酒的泡沫性能和適口性有良好的作用。12%麥汁,粘度為1.6~1.9Pa˙s103之間。
 
(四)谷皮成分的溶出
 
減少谷皮成分浸出的措施是:①調pH值,酸性環境不利于谷皮成分的浸出。②糖化溫度不能太高,低溫可以減少浸出。③過濾時洗糟水溫不能太高,洗糟時間不能過長,洗糟次數不能太多。
 
(五)無機鹽的溶解
 
麥芽中的無機鹽大部分在糖化過程中能溶解出來。這些鹽類對糖化和發酵均有良好的影響。
 
三、糖化方法及設備
 
(一)糖化方法
 
1、浸出糖化法
 
糖化醪液自始至終不經過煮沸,單純依靠酶的作用浸出各種物質。原料只使用麥芽,不用輔料。
(1)恒溫浸出糖化法 是指投料溫度即是糖化溫度65℃,糖化結束后升溫至過濾溫度,去進行過濾。
(2)升溫浸出糖化法 此法是先用35~37℃的水對原料進行浸泡一段時間,然后升溫到50℃進行蛋白質分解,然后再升溫到糖化溫度進行糖化,繼而再升溫至78℃,去進行過濾。
(3)降溫浸出糖化法 此法是先糖化后再降溫進行蛋白質分解,只適用于溶解特別好的麥芽。
 
2、煮出糖化法
 
此法的特點是既有物理作用,又有生化作用。此法是將糖化醪的一部分取出,放到糊化鍋里,逐步升溫加熱至沸騰,維持一段時間,然后與其余未煮沸的醪液混合,使溫度升到要求的溫度。
 
(1)三次煮出糖化法 此法的特點是醪液經過三次煮沸和混合,溫度上升幅度小,更有利于發揮各種酶的作用及物質的溶解。
(2)二次煮出糖化法 此法是將第一次煮沸去掉。
(3)一次煮出糖化法 此法是將三次煮出糖化法中的第一次和第三次煮沸去掉。
 
3、雙醪煮出糖化法
 
由于使用輔料,糖化鍋和糊化鍋分別投料。根據煮沸的次數分為:
(1)雙醪三次煮出糖化法
(2)雙醪二次煮出糖化法
(3)雙醪一次煮出糖化法
 
4、雙醪煮— 浸糖化法
 
此法特點是糊化鍋只加大米不加麥芽,依靠耐高溫α-淀粉酶進行液化。
 
(二)糖化設備的組合
 
1、煮出糖化法的糖化設備組合(1)二器組合 (2)四器組合 (3)六器組合
2、浸出糖化法的糖化設備組合(1)二器組合 (2) 三器組合
 
五、糖化過程中的計算
 
(一)料量的計算
 
1、原料配比 
(1)麥芽與輔料的配比
(2)不同質量麥芽的配比
 
2、計算混合原料的浸出率
混合原料浸出率=麥芽浸出率╳麥芽使用量% +輔料浸出率╳輔料使用量%
 
3、混合原料量的計算
混合原料(kg)=【麥汁產量(L)╳麥汁濃度╳比重╳ 0.96】/ 【原料混合浸出率╳原料利用率】
 
4、按比例計算各種原料的用量
 
(二)糖化醪煮沸量的計算
 
根據熱平衡的原理計算煮醪的數量
X=A(T2-T1)/100-T1
X—被煮沸醪液的數量(hL)
A—總醪液數量(hL)
T1—混醪前糖化鍋中醪液的溫度
T2—混醪后糖化鍋中醪液的溫度
100—糊化鍋中醪液煮沸溫度
X´=A´ (T´2-T´1)+250/100 -T´1
X´— 需煮沸的醪液量
A´— 總用水量
T´1—- 混醪前糖化鍋中醪液的溫度
T´2— 混醪后糖化鍋中醪液的溫度
100 —糊化鍋醪液煮沸溫度
250— 是補充數
 
(三)原料利用率的計算
 
原料利用率(%)=現場實際收得率/ 理論收得率╳100%
實際收得率可用下式計算:
A=(L·B·S·0.96)/W ╳100%
A — 實際收得率(%)
L — 麥汁煮沸后的最終產量(hL)
B — 麥汁在20℃時的糖度
S — 麥汁在20℃時的比重
W— 原料的總重量
0.96— 100℃麥汁冷卻到20℃時容積的縮小系數。
 
影響原料利用率的因素:
 
1、麥芽的質量
(1)麥芽的水分含量;
(2)麥芽的溶解度
(3)麥芽中的蛋白質含量
2、粉碎度
3、糖化工藝參數的控制
(1)糖化的溫度和時間控制不當造成浸出率低。
(2)攪拌不良,或過濾槽中的耕糟機距濾板太高導致浸出率低。
(3)洗糟水溫高,造成麥糟中的殘余物膨脹、分解,使醪液粘度高,洗糟困難,導致浸出率低。
 
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