超聲波輔助大麥芽糖化工藝的研究

寧 樂(lè)，鄭 楠，馬井喜

(長(zhǎng)春大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的糖化方式多為雙醪浸出糖化法[1]。該方法一般用于大量使用糧食輔料的啤酒配方，不僅熱能消耗量大、糖化時(shí)間長(zhǎng)，加熱速率也難以控制，不能精確達(dá)到每個(gè)糖化階段的目的，因此這種工藝對(duì)于要求高精準(zhǔn)度的精釀啤酒而言并不適用。有些使用糖漿作為輔料的工廠則采用單醪分步出糖的工藝[2]，即麥芽單獨(dú)分步糖化，煮沸時(shí)在麥汁中加入糖漿。該工藝相對(duì)于雙醪浸出糖化法具有糖化時(shí)間短、熱能消耗少的優(yōu)勢(shì)，但是依然無(wú)法避免不能精準(zhǔn)控制糖化過(guò)程的缺陷[3]。

一步法糖化工藝更適用于小微型精釀啤酒企業(yè)[4]。該工藝較簡(jiǎn)單，減少了分步升溫糖化過(guò)程中的熱能損失，節(jié)省了糖化時(shí)間，能夠降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。此外，通過(guò)一些輔助手段(如超聲波處理)提高糖化酶活性也是一個(gè)低成本、高效率的方法[5]。超聲波技術(shù)利用其空化作用、自由基作用和機(jī)械作用，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品加工及危害物處理等領(lǐng)域[6-7]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：澳大利亞大麥，購(gòu)自濟(jì)南雙麥啤酒物資有限公司；試劑：磷酸溶液，實(shí)驗(yàn)室配制。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2104B型電子分析天平：青島楊中儀器有限公司；CR-200B粉碎機(jī)：永康超然電器公司；UW28K-120W超聲波清洗器：北京彼奧德電子技術(shù)公司；HWS-24型電熱恒溫水浴鍋：江蘇蘇州東圣儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

超聲波輔助大麥芽糖化工藝流程見圖1。

1.3.2 操作要點(diǎn)

精確稱取大麥芽40 g為一份，添加麥芽重量的5%(2 g)水分以達(dá)到增濕的目的，攪拌均勻后靜置2 min 以利于麥芽殼層吸收水分；將麥芽加入粉碎機(jī)粉碎，要求麥芽麥殼完整而內(nèi)容物破碎，且每份麥芽粉碎程度一致；將細(xì)粉在三角瓶中按一定比例與水混合后調(diào)節(jié)pH值，放入預(yù)先升溫至一定溫度的超聲波清洗器水槽中，恒溫保溫一定時(shí)間，在保溫期間，每隔5 min攪動(dòng)一次糖化醪；糖化結(jié)束后，用快速濾紙對(duì)糖化醪進(jìn)行過(guò)濾，將濾液快速降溫至20 ℃，以折光儀測(cè)定糖度，并計(jì)算出糖率?？疾斐暡ㄌ幚頃r(shí)間、糖化溫度、糖化醪pH值、料液比四個(gè)因素對(duì)出糖率的影響，確定最佳糖化工藝[8]。

1.3.3 出糖率的測(cè)定方法

出糖率(%)=(糖度×加水量)/麥芽重量

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 超聲波處理時(shí)間對(duì)出糖率的影響

保持糖化溫度64 ℃、糖化醪pH5.4、料液比1∶4(g/mL)三個(gè)因素不變，探索超聲波處理時(shí)間對(duì)出糖率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 超聲波處理時(shí)間對(duì)出糖率的影響

從圖2可以看出，當(dāng)糖化進(jìn)行40～44 min時(shí)，出糖率快速升高；當(dāng)糖化進(jìn)行44～46 min時(shí)，出糖率升高速度降低，已接近糖化完全；當(dāng)糖化進(jìn)行 46～48 min時(shí)，出糖率不再變化，糖化已停止。因此，最佳糖化時(shí)間為44～48 min，出糖率頂峰達(dá)72.60%。

2.1.2 糖化溫度對(duì)出糖率的影響

保持超聲波處理時(shí)間40 min、糖化醪pH5.4、料液比1∶4(g/mL)三個(gè)因素不變，探索糖化溫度對(duì)出糖率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 糖化溫度對(duì)出糖率的影響

從圖3可以看出，當(dāng)糖化溫度為62～66 ℃時(shí)，隨著溫度升高，出糖率也逐漸升高；當(dāng)糖化溫度為66～70 ℃時(shí)，隨著溫度升高，出糖率逐漸降低。因此，最佳糖化溫度為64～68 ℃。

2.1.3 糖化醪pH值對(duì)出糖率的影響

保持超聲波處理時(shí)間40 min、糖化溫度 64 ℃、料液比1∶4(g/mL)三個(gè)因素不變，探索糖化醪pH值對(duì)出糖率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 糖化醪pH值對(duì)出糖率的影響

由圖4可以看出，當(dāng)糖化醪pH值為5.2時(shí)，出糖率較高，為69.30%；當(dāng)糖化醪pH值為5.0～5.2時(shí)，隨著pH值升高，出糖率升高；當(dāng)糖化醪pH值為5.2～5.8時(shí)，隨著pH值升高，出糖率降低。因此，最佳糖化醪pH值為5.0～5.4。

2.1.4 料液比對(duì)出糖率的影響

保持超聲波處理時(shí)間40 min、糖化溫度64 ℃、糖化醪pH5.4三個(gè)因素不變，探索料液比對(duì)出糖率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 料液比對(duì)出糖率的影響

由圖5可以看出，當(dāng)料液比為1∶4.5時(shí)，出糖率較高，為68.50%；當(dāng)料液比為1∶3.0～1∶4.5時(shí)，隨著料液比增加，出糖率升高；當(dāng)料液比為1∶4.5～1∶5.0 時(shí)，隨著料液比增加，出糖率降低。因此，最佳料液比為1∶4.0～1∶5.0。

2.2 正交試驗(yàn)

在上述單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)超聲波處理時(shí)間、糖化溫度、糖化醪pH值、料液比四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，以出糖率為參考指標(biāo)優(yōu)化大麥芽糖化工藝，因素水平見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 因素水平

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)極差結(jié)果可以看出，在超聲波輔助大麥芽糖化工藝中，各因素對(duì)出糖率的影響大小為B>A>D>C，即糖化溫度>超聲波處理時(shí)間>料液比>糖化醪pH值，糖化溫度對(duì)出糖率的影響最大，糖化醪pH值的影響最小。最佳工藝條件為A2B2C1D2,，即糖化時(shí)間46 min、糖化溫度66 ℃、糖化醪pH5.0、料液比1∶4.5(g/mL)。在此條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，平均出糖率為72.75%。

3 結(jié)論

利用超聲波作用與傳統(tǒng)麥芽糖化方式相結(jié)合的工藝，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了超聲波輔助大麥芽糖化工藝的最佳條件：超聲波處理時(shí)間46 min、糖化溫度66 ℃、糖化醪pH5.0、料液比1∶4.5(g/mL)，麥芽糖化出糖率為72.75%。超聲波輔助大麥芽糖化工藝可以在一定程度上縮短糖化時(shí)間、提高出糖率。