擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中的可發(fā)酵糖組分分析

鄭慧　武世敏　李宏軍

摘要：可發(fā)酵糖在啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中有重要作用，運(yùn)用高效液相色譜法對擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發(fā)酵糖組分進(jìn)行定性、定量分析。結(jié)果表明，擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發(fā)酵糖組分為果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖以及麥芽三糖，其含量分別為0.147、1.257、0.123、6.845、1.488 g/100 mL。 關(guān)鍵詞：擠壓膨化玉米淀粉；可發(fā)酵糖組分；啤酒；高效液相色譜法（HPLC）

中圖分類號：TS261.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0178-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.01.046

近幾年，隨著啤酒需求量的大幅提升，全國各地的啤酒產(chǎn)量迅猛增加[1]，大麥芽的價格也不斷增加，為了節(jié)約成本，越來越多的啤酒企業(yè)添加輔料。過去因大米產(chǎn)量高、價格便宜，大多數(shù)企業(yè)采用大米為輔料，但隨著啤酒工業(yè)的飛速發(fā)展，大米產(chǎn)需矛盾增大，開發(fā)新的輔料迫在眉睫[2]。我國玉米產(chǎn)量高且不作為主食，目前價格雖有上升趨勢，但上升幅度不大[3]。玉米淀粉具有成為啤酒釀造輔料的基本因素[4]，因其浸出率高、糊化溫度低、易糖化等特性[5]優(yōu)于其他輔料，在國外玉米淀粉早已用于釀造啤酒。玉米淀粉作為釀造啤酒的輔料正逐步受到國內(nèi)啤酒企業(yè)的重視。

傳統(tǒng)工藝的淀粉糊化度為80%～85%，而擠壓膨化處理后的淀粉糊化度達(dá)90%以上，糊化度明顯提高[6]。擠壓膨化技術(shù)還能使谷物的淀粉降解，低聚糖、糊精、還原糖含量增多[7]。擠壓膨化技術(shù)的使用不僅省去了輔料煮沸工序，減少了醪液損耗，還提高了麥汁浸出物的收率[8]，降低了生產(chǎn)成本。

啤酒釀造過程中，90%的麥汁浸出物是糖分，75%的糖分是可發(fā)酵性糖[9]。可發(fā)酵糖提供了酵母繁殖、代謝所需要的能量，96%的可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，剩下的2.0%～2.5%轉(zhuǎn)化為構(gòu)成啤酒主要風(fēng)味物質(zhì)的發(fā)酵副產(chǎn)物[10]。因此，麥汁中可發(fā)酵性糖的組成和含量直接影響啤酒的發(fā)酵度和風(fēng)味。

常用的糖類分析方法有化學(xué)分析法、比色分析法、紙層析法、氣相色譜法等[11]，化學(xué)分析法只能測定總糖和還原糖含量且結(jié)果不精確；紙層析法雖然可以分離鑒定各種糖組分，但其操作復(fù)雜費(fèi)時且不能定量[12]；氣相色譜法雖然可以定量分析，但因大多數(shù)糖會產(chǎn)生復(fù)合峰而使定量測定復(fù)雜化[13]。而高效液相色譜法不僅可以定性、定量分析麥汁中的可發(fā)酵糖組分，而且具有靈敏、快速、前處理簡便等優(yōu)點(diǎn)[10]。本試驗(yàn)采用高效液相色譜法對擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發(fā)酵糖組分進(jìn)行了定性和定量分析。

1 材料與方法

1.1 材料

大麥芽（澳麥，萊蕪市麥芽廠）；玉米淀粉（西王集團(tuán)）；蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品（99.5%，德國Dr.Ehrenstorfer公司）；D-果糖標(biāo)準(zhǔn)品（99.5%，德國Dr.Ehrenstorfer公司）；D-無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品（99.8%，美國Sigma公司）；麥芽三糖標(biāo)準(zhǔn)品（美國Sigma公司）；麥芽糖標(biāo)準(zhǔn)品（美國Sigma公司）；乙腈（HPLC，美國迪馬科技有限公司）。

1.2 儀器

600E 型高效液相色譜儀（美國Waters公司），配置Waters 600控制器，717 plus自動進(jìn)樣器，2414型示差折光檢測器；5242型純水儀（美國PALL有限公司）；TGLl-16C型臺式離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；移液槍（0.5～5 000 μL，上海大龍醫(yī)療設(shè)備有限公司）。

1.3 擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁的制備

用100 L啤酒釀造設(shè)備進(jìn)行啤酒麥汁的制備，總投料量20 kg（擠壓玉米淀粉粉碎物6.4 kg，大麥芽粉碎物13.6 kg），自來水88 L。

糖化工藝流程：在啤酒糖化鍋中加入自來水88 L，用乳酸將pH調(diào)至5.4，再將20 kg物料投入鍋中攪拌；逐漸升溫至50 ℃保溫60 min，再升溫至63 ℃保溫60 min，再升溫至70 ℃保溫30 min，最后升溫至78 ℃并過濾；洗糟兩次，然后加熱至煮沸，煮沸10 min時加入7 g酒花，煮沸40 min時加入35 g酒花，煮沸80 min時加入8 g酒花；然后回旋沉降30 min，最后得到啤酒麥汁。

1.4 方法

1.4.1 色譜條件 Carbohydrate高效色譜柱（4 μm，4.6 mm×250 mm，美國Waters公司）；流動相為去離子水和乙腈（26∶74，V/V）；流速為1.5 mL/min；檢測器溫度為35 ℃；柱溫為45 ℃。

1.4.2 樣品前處理 將麥汁在10 000 r/min下離心20 min，在超聲波條件下真空（0.5 MPa）脫氣30 min，然后在室溫下平衡，取4 mL樣品通過0.45 μm微孔濾膜后注入容量為5 mL進(jìn)樣瓶。每個樣品做5次平行，進(jìn)樣量為15 μL[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合標(biāo)準(zhǔn)液的配制

用1/10 000天平準(zhǔn)確稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品（蔗糖50 mg、麥芽糖1 000 mg、葡萄糖150 mg、果糖50 mg和麥芽三糖150 mg），放入2 mL容量瓶中，用去離子水定容，制得混合標(biāo)準(zhǔn)液母液。然后取0.416 mL母液，定容到2 mL作100%的混合標(biāo)準(zhǔn)液；然后用去離子水分別配制濃度梯度為80%、60%、40%、20%、10%的混合標(biāo)準(zhǔn)液。圖1是80%混合標(biāo)準(zhǔn)液的HPLC色譜圖。如圖可知，5種可發(fā)酵糖組分分離效果良好，無重疊現(xiàn)象也無干擾組分[8]。說明高效液相色譜法對麥汁的可發(fā)酵糖組分分析具有可行性。

2.2 麥汁分析

按“1.3”所述方法制備啤酒麥汁，其HPLC色譜圖見圖2。比照圖1，可判斷麥汁色譜圖中各色譜峰分別代表的成分。endprint

2.3 定性分析

采用保留時間結(jié)合峰高增加法對可發(fā)酵糖組分進(jìn)行定性分析[14]。在啤酒麥汁中分別加入5種可發(fā)酵糖的標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)每種物質(zhì)保留時間基本不變和加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜峰明顯增高來確定各色譜峰對應(yīng)的成分。結(jié)果表明，色譜圖中各色譜峰從左向右分別是果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和麥芽三糖。

2.4 定量分析

采用外標(biāo)法對各試樣中的可發(fā)酵糖組分進(jìn)行定量分析[8]。

2.4.1 線性范圍 按照“2.1”所述方法配制各濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)液，按照“1.4.1”所示的色譜條件進(jìn)行分離，各濃度的混合標(biāo)樣進(jìn)行5次平行檢測。測定的5個平行峰面積偏差均小于±5%，即重現(xiàn)性大于95%，說明方法重現(xiàn)性好，靈敏度高。然后取各峰面積的均值，用標(biāo)準(zhǔn)品峰面積進(jìn)行濃度的線性回歸，得到5種糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的回歸方程、線性相關(guān)系數(shù)和線性濃度范圍[14]，見表1。

如表1所示，5個回歸方程的線性相關(guān)系數(shù)為0.999 0～0.999 6，說明回歸方程具有良好的線性關(guān)系，因此得到的回歸方程可以用于啤酒麥汁的可發(fā)酵糖組分的定量分析。

2.4.2 回收率試驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取果糖11 mg、葡萄糖21 mg、蔗糖15 mg、麥芽糖132 mg、麥芽三糖26 mg，然后用擠壓玉米淀粉麥汁分別定容到2 mL，測定5種糖組分的回收率，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

如表2所示，果糖回收率是99.1%，葡萄糖回收率是100.8%，蔗糖回收率是97.3%，麥芽糖回收率是98.6%，麥芽三糖回收率是98.5%，均大于97.3%，并且RSD均小于5%，說明上述方法有良好準(zhǔn)確性。

2.5 可發(fā)酵糖含量測量結(jié)果

為了測定結(jié)果的精確性，對樣品麥汁做了4次平行檢測，擠壓玉米淀粉輔料麥汁中各可發(fā)酵糖組分含量的測定結(jié)果見表3。

管敦儀[15]的研究表明，全麥芽麥汁中果糖含量一般為0.1～0.5 g/100 mL，葡萄糖含量為0.5～1.0 g/100 mL，蔗糖含量為0.1～0.5 g/100 mL，麥芽糖含量為4.0～6.0 g/100 mL，麥芽三糖含量為1.1～1.8 g/100 mL。如表3所示，擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中葡萄糖、麥芽糖含量略高。酵母利用麥汁中可發(fā)酵糖的順序是：麥芽糖>麥芽三糖>葡萄糖>果糖>蔗糖。葡萄糖含量增高，使酵母更容易直接吸收、分解、發(fā)酵，有利于提高發(fā)酵度[16]。

3 小結(jié)與討論

通過高效液相色譜法測定擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發(fā)酵糖組分及含量，測定結(jié)果如下：擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發(fā)酵糖組分為果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖以及麥芽三糖，其含量分別是0.147、1.257、0.123、6.845、1.488 g/100 mL。添加擠壓膨化玉米淀粉作輔料的麥汁中葡萄糖、麥芽糖含量略高于全麥芽麥汁。

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