啤酒大麥的籽粒外觀品質(zhì)與麥芽品質(zhì)指標(biāo)的差異性分析

王菲菲,谷洋洋,于國琦,程婧曄,潘 惠,王順猛,朱 娟,呂 超,郭寶健,許如根

(江蘇省作物基因組學(xué)和分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/植物功能基因組學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué),江蘇揚(yáng)州 225009)

0 引 言

【研究意義】大麥耐性強(qiáng)、早熟及用途廣,在全國均有種植,主要分布在江蘇、甘肅、云南、內(nèi)蒙古等15個(gè)省(自治區(qū))[1-2]。江蘇是我國冬大麥的主要產(chǎn)區(qū),其中,1997年、2000年、2005年、2008年、2012年、2015年其大麥產(chǎn)量均居全國首位。大麥也是釀造啤酒的主要原料,對(duì)主要釀造原料大麥的需求不斷增加[3-4]。2005年開始,全國啤酒大麥種植規(guī)模有所減少[5]。篩選適合江蘇種植的優(yōu)質(zhì)啤酒大麥品種,對(duì)優(yōu)質(zhì)啤酒大麥原料生產(chǎn)有重要意義。【前人研究進(jìn)展】啤酒大麥?zhǔn)枪┽勗炱【频膶Ｓ么篼?啤酒大麥品質(zhì)包括原麥品質(zhì)和麥芽品質(zhì)。原麥品質(zhì)包括外觀和理化品質(zhì),外觀品質(zhì)主要指籽粒色澤、氣味、夾雜物、整齊度、皮殼特征、籽粒形態(tài)等。優(yōu)級(jí)啤酒大麥應(yīng)當(dāng)是籽粒淡黃色,具有光澤、無病斑粒、無霉味和其他異味,夾雜物不大。原麥品質(zhì)的理化品質(zhì)主要包括水分、千粒重、三天發(fā)芽率、五天發(fā)芽率、蛋白質(zhì)含量、飽滿粒和瘦小粒等指標(biāo)。啤酒麥芽指的是以二棱、多棱啤酒大麥籽粒經(jīng)過浸麥、發(fā)芽、烘干、焙焦所制成的啤酒釀造用麥芽[6-7]。麥芽品質(zhì)分為麥芽外觀特征和麥芽理化性狀,外觀品質(zhì)包括夾雜物、色澤和香味等指標(biāo)。理化性狀包括千粒重、硬度、浸出物、糖化時(shí)間、麥芽過濾速度與透明度、色度、粗細(xì)粉浸出率差、麥汁粘度、蛋白溶解度(又稱庫爾巴哈值)、α-氨基氮、α-淀粉酶活力與糖化力等[8]。常用的麥芽品質(zhì)理化性狀主要包括出爐水分、麥芽浸出物、庫爾巴哈值、麥汁粘度、α-氨基氮與糖化力等[9]。目前關(guān)于影響麥芽品質(zhì)的研究主要集中在兩方面,一是制麥工藝對(duì)麥芽品質(zhì)的影響。改變制麥過程中的浸麥方式,可以影響麥芽的脆度、β-葡聚糖、浸出物以及庫爾巴哈值等指標(biāo)[10];二是啤酒大麥的生長(zhǎng)環(huán)境包括熱量、水分和光照條件等地理環(huán)境對(duì)麥芽品質(zhì)的影響。將同一品種大麥種植于不同生態(tài)點(diǎn),二者的浸出率與β-葡聚糖含量出現(xiàn)較大差異[10]。海拔對(duì)啤酒大麥品質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生影響,隨海拔升高麥芽浸出物和庫爾巴哈值先升高后降低,可溶性氮先降低再升高趨勢(shì)[11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】我國大麥種質(zhì)資源豐富。分析墾啤、揚(yáng)農(nóng)啤、 蘇啤、浙皮、駐大麥、甘啤等國產(chǎn)啤酒大麥系列的麥芽品質(zhì)性狀發(fā)現(xiàn),不同品種麥芽浸出率變幅在 69.98% ～86.72% ,α-氨基氮變幅為 112.6 ～254.5 mg/100 g,庫爾巴哈值變幅為 33.14%～66.19%,糖化力變幅為 121.96 WK ～ 588.77WK[12],現(xiàn)有的種質(zhì)資源中,存在著各類優(yōu)質(zhì)啤用資源。需鑒定篩選適合本地推廣種植的優(yōu)質(zhì)的啤酒大麥品種,配套優(yōu)質(zhì)啤酒大麥原料生產(chǎn)技術(shù),提升江蘇啤酒大麥原料的質(zhì)量?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以揚(yáng)州大學(xué)大麥研究所培育8個(gè)啤酒大麥品種為材料,分析主要麥芽品質(zhì)和籽粒品質(zhì)性狀,為江蘇啤酒大麥生產(chǎn)提供的后備品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

以揚(yáng)州大學(xué)大麥研究所培育啤酒大麥品種(系)為材料,列出參試品種的選育年份、特征特性與試驗(yàn)產(chǎn)量表現(xiàn)。表1

表1 參試啤酒大麥品種概況

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年秋將參試啤酒大麥品種種植于揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院大麥試驗(yàn)地。每個(gè)材料點(diǎn)播3行,行長(zhǎng)120 cm,行距20 cm,株距5 cm。田間管理參照大田生產(chǎn)。成熟時(shí)按株行混收、脫粒、曬干、揚(yáng)凈、貯藏備用。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.1.1 籽粒外觀品質(zhì)

從參試品種籽粒樣品中隨機(jī)選取10粒完整籽粒, 用種子輪廓儀依次測(cè)定每粒種子的長(zhǎng)、寬、厚, 并測(cè)定樣品的千粒重。

對(duì)照國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)千粒重≥35 g,國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)千粒重≥38g。

1.2.1.2 麥芽制備

將大麥籽粒過2.3 mm 篩,取2.3 mm篩上的籽粒150g置于微型制麥系統(tǒng)中制取麥芽,每個(gè)品種重復(fù)3次。具體程序:16℃ 濕浸6 h;16℃ 干浸12 h;16℃濕浸4 h;16℃干浸8 h;16℃浸麥2 h;發(fā)芽 96 h,每天將麥芽拍松散2次,發(fā)芽結(jié)束后烘焙。烘干后,手工搓掉麥芽的根,密封4℃低溫儲(chǔ)藏。將去根麥芽置于DLFU盤式粉碎機(jī)(Buhler公司,德國,設(shè)定盤間距0.2 mm)磨成粉,4℃低溫儲(chǔ)藏備用。

1.2.1.3 麥芽品質(zhì)

麥芽庫爾巴哈值指的是通過凱氏定氮儀測(cè)得麥芽的可溶性氮和總氮二者比值的百分?jǐn)?shù)。糖化力是衡量淀粉水解酶類總活力的一個(gè)指標(biāo),不同品種間糖化力變化幅度較大,分析參試啤酒麥芽品質(zhì)等級(jí),根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),麥芽浸出物≥79%符合國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),≥77%符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),≥75%符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。糖化力是指麥芽中各種淀粉分解酶,主要為α-淀粉酶和β-淀粉酶的總活力。用瑞典FOSS公司的全自動(dòng)凱式定氮儀Kjeltec 8200測(cè)定總氮含量。根據(jù)中華人民共和國輕工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-啤酒麥芽(QB/T 1686-2008)分析法,測(cè)定麥芽浸出物、庫爾巴哈值、α-氨基氮與糖化力等麥芽品質(zhì)性狀。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)籽粒外觀品質(zhì)和麥芽品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和運(yùn)算,用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大麥品種的籽粒品質(zhì)變化

研究表明,揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)粒長(zhǎng)最短,揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)和揚(yáng)農(nóng)啤10號(hào)粒長(zhǎng)最長(zhǎng),參試8個(gè)品種的粒長(zhǎng)平均值為8.35 mm;揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)粒寬最小,揚(yáng)農(nóng)啤10號(hào)和揚(yáng)農(nóng)啤11號(hào)粒形最寬,揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)、揚(yáng)農(nóng)啤7號(hào)、揚(yáng)農(nóng)啤11號(hào)及揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)的籽粒長(zhǎng)寬比較小,揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)籽粒長(zhǎng)寬比最大, 相比其他籽性狀粒寬的變異系數(shù)最小為2.69;揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)的千粒重最低,為42.55 g,揚(yáng)農(nóng)啤8號(hào)的千粒重最高,為51.22 g, 所有參試品種籽粒粒重均達(dá)國標(biāo)優(yōu)級(jí)。表2

表2 參試啤酒大麥品種的籽粒品質(zhì)

2.2 不同大麥品種的麥芽品質(zhì)差異及品質(zhì)等級(jí)分類

研究表明,8個(gè)品種的可溶性氮含量相差較小,其中蘇B1403品種的可溶性氮含量最高,達(dá)到108.14%與揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)和9號(hào)有顯著性差異。揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)糖化力最低為157.52WK,蘇B1403糖化力最高達(dá)到337.43WK。揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)的糖化力顯著低于揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)和蘇B1403。8個(gè)品種麥芽的庫爾巴哈值系數(shù)變化不大,其中揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)庫爾巴哈值最小為29.73%,揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)庫爾巴哈值為37.16%,揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)庫爾巴哈值最大為38.75%。揚(yáng)農(nóng)啤系列7個(gè)品種的α-氨基氮含量均少于蘇B1403,其中揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)含量最低為146.09 mg/100g。相比較不同的揚(yáng)農(nóng)啤系列,揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)的α-氨基氮含量顯著低于揚(yáng)農(nóng)啤10號(hào)和12號(hào)。不同品種間浸出物含量差異較大,其中揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)浸出物含量最低為71.84%,揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)含量最高為75.45%。圖1

圖1 8份啤酒大麥的主要麥芽品質(zhì)性狀

揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)的浸出物含量符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥75%)。α-氨基氮是酵母生長(zhǎng)發(fā)育的主要氮源,對(duì)啤酒酵母自身的生長(zhǎng)繁殖有著重大影響進(jìn)而對(duì)啤酒的風(fēng)味質(zhì)量和理化性能有重要的作用。8個(gè)品種麥芽品質(zhì)的α-氨基氮含量有5個(gè)品種符合國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥150 mg/100g),剩余3個(gè)品種符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥140 mg/100g), 其中包括揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)。庫爾巴哈值反映麥芽中蛋白質(zhì)的分解程度,40%～45%為國家優(yōu)級(jí)和一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),38%～47%符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。揚(yáng)農(nóng)啤7號(hào)、8號(hào)以及蘇B1403三個(gè)品種的糖化力符合國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥260WK),揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥240WK),揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≥220WK)。表3

表3 參試啤酒大麥的麥芽品質(zhì)等級(jí)

3 討 論

江蘇8個(gè)品種除揚(yáng)農(nóng)啤7號(hào)的父本來自日本引進(jìn)優(yōu)質(zhì)啤酒大麥品系甘木二條以及揚(yáng)農(nóng)啤11號(hào)父本來自引進(jìn)品系連9015外,其余品種的親本均來自江蘇本土培育的大麥品種。揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)是揚(yáng)州大學(xué)大麥研究所于2003年從如東6109×蘇農(nóng)22雜交組合中選育而成, 屬于弱春性、早熟二棱皮大麥,于2006年8月通過江蘇省大麥中間試驗(yàn)。揚(yáng)農(nóng)啤8號(hào)以揚(yáng)農(nóng)啤2號(hào)為母本、以自育啤酒大麥品系蘇農(nóng)16雜交,采用系譜法選育而成的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)啤酒大麥新品種。揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)以自育啤酒大麥品系蘇農(nóng) 2004-7214為母本、蘇啤3號(hào)為父本配制雜交組合,采用系譜法選擇,于 2008 年選擇到綜合性狀較好的穩(wěn)定的F4株系進(jìn)入院品系比較試驗(yàn)。揚(yáng)農(nóng)啤10號(hào)以啤酒大麥品種蘇引麥3號(hào)(花 30)為母本,以揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)為父本配制雜交組合。揚(yáng)農(nóng)啤11號(hào)以啤酒大麥品種揚(yáng)農(nóng)啤2號(hào)為母本,以引進(jìn)品系連9015為父本配制雜交組合。培育成功的8個(gè)品種均在江蘇省份有過大面積的推廣,其中揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)2004～2005年參加江蘇省大麥品種區(qū)域試驗(yàn)的平均產(chǎn)量為6 800.4 kg/hm2比對(duì)照品種單2大麥增產(chǎn)14.2%;2005～2006年江蘇省生產(chǎn)試驗(yàn)中,揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)平均單產(chǎn)6 486.0 kg/hm2比對(duì)照單2大麥增產(chǎn)16.8%[13]。2011年揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)在江蘇省累計(jì)生產(chǎn)種植53.5×104hm2,2015年仍有一定的種植面積[14]。揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)2010～2011年在江蘇省大麥區(qū)試試驗(yàn)中平均單產(chǎn)7 187.0 kg/hm2比對(duì)照品種揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)增產(chǎn)12.5%,2011～2012年比對(duì)照品種揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)增產(chǎn)8.9%,2015年開始大面積生產(chǎn)種植[14-15]。

試驗(yàn)中,揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)的籽粒粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重均最小,籽粒的長(zhǎng)寬比較小,其籽粒比較團(tuán),是理想的啤酒優(yōu)質(zhì)啤酒大麥的粒型,其千粒重達(dá)到42 g以上,且均勻度好、外觀色澤好,產(chǎn)量水平高,曾作為江蘇省大麥品種鑒定的對(duì)照品種。麥芽浸出物指標(biāo)里只有揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其余品種的麥芽浸出物均小于75%。麥芽浸出物的大小主要受麥芽溶解程度以及酶的影響主要反映大麥籽粒發(fā)芽過程中干物質(zhì)的損耗程度[8]。在浸麥過程中加入適量的亞硫酸和硫酸鹽可以顯著提高麥芽浸出率[16]。同時(shí),大麥籽粒的千粒重、發(fā)芽率以及籽粒蛋白質(zhì)含量也會(huì)對(duì)浸出物的大小產(chǎn)生影響。啤酒釀造過程中通常要求采用千粒重較大,蛋白質(zhì)含量低,發(fā)芽率高的啤酒大麥為原料,配合精良的生產(chǎn)設(shè)備以及精確的生產(chǎn)工藝才能更好的提高麥芽的浸出率[17]。α-氨基氮來自于大麥發(fā)芽過程中蛋白質(zhì)被降解為氨基酸或者低肽,是酵母代謝的主要氮來源,麥汁中α-氨基氮含量高,酵母繁殖的好,發(fā)酵速度也快[18]。啤酒釀造過程中通常會(huì)增加籽粒浸麥程度和降低發(fā)芽溫度來促進(jìn)籽粒蛋白的溶解,增加α-氨基氮含量[19]。一般工業(yè)生產(chǎn)要求麥汁α-氨基氮的含量應(yīng)大于160 mg/100g,試驗(yàn)中揚(yáng)農(nóng)啤10、11、12以及蘇B 1403的α-氨基氮的含量在170～200 mg/100g,符合工藝生產(chǎn)的要求。庫爾巴哈值主要反映麥芽蛋白質(zhì)的溶解程度。籽粒蛋白在發(fā)芽過程中分解的過高或者過低都會(huì)影響啤酒的釀造。如果庫爾巴哈值高于45%,導(dǎo)致酵母過早衰老,啤酒酒體偏薄,酒味變淡;如果庫爾巴哈值低于38%導(dǎo)致啤酒風(fēng)味不純正,產(chǎn)生未完全分解的蛋白質(zhì)渾濁與沉淀,影響啤酒的外觀品質(zhì)以及口感[20]。麥芽糖化力是衡量麥芽將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖的能力,糖化力越高淀粉分解的越完全,麥芽的浸出物越高,質(zhì)量也越好[21]。8個(gè)品種中α-氨基氮含量普遍很高,其中5個(gè)品種符合國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)的α-氨基氮含量符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。8個(gè)品種中只有揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)符合國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)的庫爾巴哈值與揚(yáng)農(nóng)啤12號(hào)無顯著差異。

4 結(jié) 論

揚(yáng)農(nóng)啤7、揚(yáng)農(nóng)啤8號(hào)以及蘇B1403糖化力最高,其次是揚(yáng)農(nóng)啤5號(hào)和揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)。揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)的浸出物、α-氨基氮以及糖化力的指標(biāo)均優(yōu)于其他品種,揚(yáng)農(nóng)啤9號(hào)的綜合評(píng)分最高,可作為江蘇優(yōu)質(zhì)啤酒大麥原料生產(chǎn)品種。