啤酒麥芽發(fā)芽工藝專利技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

啤酒歷史悠久，是人類發(fā)展史中的一種重要飲品。早在公元前3 000年，美索不達(dá)米亞的蘇美爾就有關(guān)于啤酒的相關(guān)記載，而真正的起源還要更為久遠(yuǎn)[1]。而我國(guó)同樣在3 000多年前出現(xiàn)了使用麥芽釀造的被稱為醴的酒，但因其味苦淡，不符合我國(guó)居民口味而逐漸被其他酒類取代[2]。幾千年過(guò)去了，啤酒依然受到人們的喜愛(ài)，也發(fā)展出了眾多的品類。麥芽作為啤酒的主要原料，其品質(zhì)會(huì)極大影響最終獲得啤酒的質(zhì)量、風(fēng)味，同時(shí)也決定了釀造工藝的制定和生產(chǎn)成本。專利技術(shù)可以展現(xiàn)產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)運(yùn)用情況和技術(shù)發(fā)展方向。麥芽發(fā)芽基本技術(shù)已十分成熟，其機(jī)理也已被掌握，早年的專利技術(shù)雖然多，但已成為常規(guī)技術(shù)或被更新替換，本文通過(guò)考察近幾十年相關(guān)專利技術(shù)，可以更好聚焦于當(dāng)前的發(fā)展方向。

1 啤酒行業(yè)基本現(xiàn)狀及麥芽發(fā)芽工藝基本原理

隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)啤酒行業(yè)也在不斷發(fā)展，且保持了較高的發(fā)展速度。2018年我國(guó)啤酒制造企業(yè)數(shù)已達(dá)562家，全國(guó)啤酒產(chǎn)量為3 212 200萬(wàn)升，2019年我國(guó)啤酒行業(yè)凈利潤(rùn)增幅更是超越了白酒[3]。隨著近年的消費(fèi)升級(jí)，精釀啤酒受到消費(fèi)者的喜愛(ài)，而麥芽對(duì)啤酒的風(fēng)格具有重要的作用[4]。除通常以大麥為原料制備的普通大麥麥芽外，還可通過(guò)調(diào)整干燥、烘干工藝，調(diào)整原料，調(diào)整發(fā)芽時(shí)間制備一些特種麥芽，這些麥芽可以帶來(lái)不同品質(zhì)特性，并可通過(guò)復(fù)配獲得口味、色度、香味、豐滿型以及泡沫等特性不一的啤酒。

麥芽生產(chǎn)的基本工藝流程為原大麥→粗選→貯存→精選→分級(jí)→浸麥→發(fā)芽→干燥→除根→貯存→拋光→商（成）品麥芽[5]。制麥工藝的核心步驟就是發(fā)芽。大麥種子發(fā)芽的過(guò)程中會(huì)激活種子中的酶系，這些酶包括多種水解酶類，可以將長(zhǎng)鏈淀粉轉(zhuǎn)化為短鏈淀粉，將淀粉轉(zhuǎn)化成糖，分解蛋白質(zhì)和高黏度的β-葡聚糖，從而獲得可供發(fā)酵產(chǎn)生酒精的底物、部分風(fēng)味物質(zhì)以及與黏稠度、泡沫性能相關(guān)的成分。大麥發(fā)芽時(shí)的溫度和濕度十分重要，溫度過(guò)高容易滋生霉菌，溫度過(guò)低則會(huì)使大麥停止發(fā)芽。此外，種子發(fā)芽過(guò)程中會(huì)釋熱量，因此需要對(duì)發(fā)芽過(guò)程中的溫度和濕度進(jìn)行人工控制。

2 近年全球相關(guān)專利申請(qǐng)情況

通過(guò)梳理啤酒麥芽發(fā)芽工藝專利申請(qǐng)的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)自20世紀(jì)90年代以來(lái)，啤酒麥芽發(fā)芽工藝專利申請(qǐng)進(jìn)入了第2次上升階段，然而每年的申請(qǐng)量并不穩(wěn)定，波動(dòng)較大。食品行業(yè)的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，尤其是與消費(fèi)端聯(lián)系更為緊密的部分，通常是一種長(zhǎng)期緩慢演變的過(guò)程，較少出現(xiàn)集中爆發(fā)式的技術(shù)革新和專利申請(qǐng)。一般來(lái)說(shuō)，伴隨著其他學(xué)科新技術(shù)的出現(xiàn)與普及，將這些新技術(shù)引入到食品行業(yè)時(shí)會(huì)帶來(lái)食品領(lǐng)域技術(shù)的一輪新發(fā)展。同時(shí)，消費(fèi)者喜好與需求的變化也是促進(jìn)食品領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)發(fā)展的一大因素。

與過(guò)去相比，近年來(lái)食品行業(yè)相關(guān)專利申請(qǐng)國(guó)出現(xiàn)了一定程度的變化，自1990年以來(lái)我國(guó)的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量已躍居世界第一。改革開(kāi)放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力強(qiáng)勁，形成了巨大的消費(fèi)市場(chǎng)，同時(shí)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)也存在一定的空白，這就促使國(guó)內(nèi)外企業(yè)在搶占市場(chǎng)的同時(shí)借助專利技術(shù)進(jìn)行排他性競(jìng)爭(zhēng)。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家則已經(jīng)形成了較為完善的啤酒產(chǎn)業(yè)以及較為穩(wěn)定的市場(chǎng)，在專利申請(qǐng)量上呈現(xiàn)出一種較為平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)，且保持在較高位。傳統(tǒng)啤酒生產(chǎn)大國(guó)日本也同樣保持在一定的申請(qǐng)量水平。

主要的專利技術(shù)申請(qǐng)主體為企業(yè)類創(chuàng)新主體，其中申請(qǐng)量最大的為嘉士伯系企業(yè)，其同時(shí)以嘉士伯啤酒和其2008年全資收購(gòu)的法國(guó)馳名品牌Brasseries Kronenbourg的名義擁有大量專利。日本啤酒企業(yè)札幌啤酒和三得利則分列第二和四位。除專門的啤酒企業(yè)外，涉足啤酒行業(yè)的食品、化工大型跨國(guó)集團(tuán)也在啤酒麥芽發(fā)芽領(lǐng)域具有較多的申請(qǐng)量，如嘉吉、帝斯曼、巴斯夫以及陶氏。金山啤酒原料是2010年成立的專業(yè)生產(chǎn)銷售麥芽、啤酒花等啤酒原料的公司，啤酒麥芽的相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)是其核心智力資產(chǎn)。青島啤酒也申請(qǐng)了少量的啤酒麥芽發(fā)芽工藝的相關(guān)專利，此外還有部分高校也關(guān)注于相關(guān)領(lǐng)域的研究。

3 麥芽發(fā)芽工藝專利技術(shù)方向及目的

（1）技術(shù)方向。筆者統(tǒng)計(jì)了1990—2022年30多年的啤酒麥芽發(fā)芽工藝專利技術(shù)申請(qǐng)情況，梳理發(fā)現(xiàn)技術(shù)改進(jìn)主要集中在以下幾個(gè)方面。較多的技術(shù)改進(jìn)是在傳統(tǒng)發(fā)芽工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，發(fā)明人通過(guò)引入一些特殊的步驟如超聲波處理、可變磁場(chǎng)處理、菌種預(yù)發(fā)酵、含水陽(yáng)極電解液產(chǎn)物處理、假發(fā)芽以及一步加工不干燥等方式提高生產(chǎn)效率和增強(qiáng)麥芽品質(zhì)。在傳統(tǒng)工藝步驟的基礎(chǔ)上，通過(guò)探索特定小范圍的參數(shù)組合對(duì)各步驟的具體工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。此外，采用發(fā)芽促進(jìn)劑也是較為主要的發(fā)展方向。通過(guò)抑制生根來(lái)提高麥芽品質(zhì)，提供工業(yè)化設(shè)備以實(shí)現(xiàn)更高效的工業(yè)化生產(chǎn)也具有一定的關(guān)注度。

（2）技術(shù)目的。大部分的技術(shù)改進(jìn)旨在提高麥芽的品質(zhì)，以獲得品質(zhì)較好的啤酒，保障麥芽糖品質(zhì)是在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中滿足消費(fèi)者隨時(shí)變化的喜好需求的重要一環(huán)。麥芽的品質(zhì)主要涉及安全性、風(fēng)味、起泡性、濁度和口感等方面，由于麥芽發(fā)芽是一個(gè)較為復(fù)雜的生化過(guò)程，通常改進(jìn)后的工藝所帶來(lái)的是多個(gè)方面品質(zhì)的同時(shí)或者整體的增強(qiáng)。效率同樣是技術(shù)改進(jìn)的目的，通過(guò)提高對(duì)原料大麥的利用率、縮短發(fā)芽的周期、降低生產(chǎn)過(guò)程中的直接能耗等，都能降低生產(chǎn)企業(yè)的整體生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

產(chǎn)品的品質(zhì)以及生產(chǎn)的成本是企業(yè)在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力以及是否能夠存活的重要因素，從專利技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展上也可以看出，各啤酒麥芽技術(shù)生產(chǎn)者也是集中關(guān)注在這些方面的。

4 近年來(lái)主要專利技術(shù)進(jìn)展

啤酒麥芽的制備實(shí)質(zhì)也是植物種子萌發(fā)的過(guò)程，因而促進(jìn)麥芽發(fā)芽的方法，主要集中在將植物種子普適性促發(fā)芽技術(shù)應(yīng)用在麥芽發(fā)芽技術(shù)領(lǐng)域。而啤酒麥芽最終目的是用于釀造啤酒，與農(nóng)業(yè)上種子促發(fā)芽目的（育苗栽種）不同，因此在具體的促發(fā)芽手段上會(huì)存在一些差異。

（1）使用發(fā)芽促進(jìn)劑來(lái)促進(jìn)萌發(fā)。赤霉素是一種常見(jiàn)的發(fā)芽促進(jìn)劑，陶氏化學(xué)在使用了赤霉素的同時(shí)，針對(duì)啤酒麥芽的促發(fā)芽過(guò)程確定了具體的溫度和時(shí)間，以高效率獲得高質(zhì)量的啤酒麥芽[6]。楊暉和周文存[7]采用蕓苔素內(nèi)酯和6-芐氨基嘌呤部分替代了赤霉素，在保證促發(fā)芽效果的基礎(chǔ)上降低赤霉素對(duì)色度的影響，這是一種較常見(jiàn)的發(fā)芽促進(jìn)劑在啤酒麥芽發(fā)芽中的具體復(fù)配嘗試。將金屬離子與赤霉素搭配使用也可用于制備特殊的淺色麥芽，同時(shí)提高麥芽中極限糊精酶的活力[8]。

（2）使用酸類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)種子萌發(fā)。如JUROBSHCHESTOV等[9]嘗試了以花生四烯酸、二十碳五烯酸、茉莉酸以及它們的低級(jí)烷基酯組成的發(fā)芽促進(jìn)劑。糖類物質(zhì)如還海藻寡糖[10]、甜菊糖苷[11]，其他的如氯化物[12]、大麥提取物[13]也是促進(jìn)麥芽發(fā)芽的因子。

（3）使用特定酶或復(fù)合酶促進(jìn)種子萌發(fā)。發(fā)芽的過(guò)程是通過(guò)利用種子中自身酶系對(duì)種子中的物質(zhì)進(jìn)行酶解，從而促進(jìn)芽萌發(fā)生長(zhǎng)，通過(guò)添加外源酶，尤其是含有多種酶的復(fù)合酶來(lái)促進(jìn)種子中物質(zhì)被酶解的過(guò)程一種常規(guī)的方法。研發(fā)人員研究了不同酶及不同酶組合對(duì)麥芽品質(zhì)的影響，如有學(xué)者使用包含菠蘿蛋白酶、胰蛋白酶、β-葡萄糖苷酶、纖維二糖酶、戊聚糖酶及脂肪酶的復(fù)合酶制劑來(lái)提升綠麥芽品質(zhì)，降低麥汁濁度[14]。江南大學(xué)則通過(guò)使用特定里氏木霉菌株在大麥表面生長(zhǎng)分泌阿拉伯木聚糖降解酶系，促進(jìn)江蘇大麥麥芽中高分子量阿拉伯木聚糖的降解，進(jìn)而提高協(xié)定麥汁的過(guò)濾速度[15]。

（4）抑制根的生長(zhǎng)。種子發(fā)芽的過(guò)程不僅會(huì)長(zhǎng)出綠芽，還會(huì)長(zhǎng)出根，根對(duì)于栽培十分必要，但對(duì)于啤酒制作而言是不被期望的，這也是啤酒中的大麥發(fā)芽與作物種植中的種子發(fā)芽的不同之處。通過(guò)使用生根抑制劑來(lái)控制啤酒用麥芽根的生成也是一個(gè)研發(fā)方向。如有專利通過(guò)添加乳酸而實(shí)現(xiàn)了對(duì)根的抑制[16]，還有專利則通過(guò)將大麥預(yù)先在磷酸溶液中浸泡的方式實(shí)現(xiàn)了根抑制[17]。

（5）采用特殊工藝促進(jìn)發(fā)芽。通過(guò)一些特殊的處理工藝同樣也可以提高麥芽發(fā)芽效率和麥芽品質(zhì)。有專利通過(guò)使用乳酸菌制劑來(lái)抑制原料大麥以及發(fā)芽過(guò)程中微生物的生長(zhǎng)，從而保證發(fā)芽的效果[18]。在浸麥步驟中采用經(jīng)過(guò)特殊處理的溶液也可以促進(jìn)麥芽發(fā)芽，如以陽(yáng)極電解液和陰極電解液先后進(jìn)行處理[19]。

（6）使用替代原料。小麥或大麥替代品也是一個(gè)發(fā)展方向。青島啤酒通過(guò)采用特定的多次浸水?dāng)嗨?、低溫高頻補(bǔ)水發(fā)芽、恒溫焙焦工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藜麥麥芽長(zhǎng)度的控制，確保其α-氨基氮[20]和蛋白[21]的含量，可作為制備啤酒的原料。

此外，還有許多企業(yè)針對(duì)性地研發(fā)了生產(chǎn)線設(shè)備以實(shí)現(xiàn)流水線式的工業(yè)化生產(chǎn)，這些設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與各企業(yè)自身的啤酒或制麥工藝相關(guān)，而這往往又具有不同的地域特色或是不同消費(fèi)者的偏好。因此專利技術(shù)中的設(shè)備通常是一些具體獲得某種特定效用的裝置。還有許多專利針對(duì)制麥工藝中不同步驟或是某一細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)嘗試，均得到了較好的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

除各企業(yè)結(jié)合自身工藝流程研發(fā)的配套設(shè)備之外，如何促進(jìn)麥芽的高效發(fā)芽，并使其含有所需要的成分是一個(gè)長(zhǎng)期探索目標(biāo)。對(duì)新的發(fā)芽促進(jìn)劑、復(fù)合酶制劑、菌種、生根抑制劑的研發(fā)和對(duì)發(fā)芽條件的精確控制，以及探索不同的麥芽原料以獲得更具風(fēng)味和特色的啤酒，將是今后的重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展方向。