如果醪液、麥汁吸氧嚴重或受到強烈氧化,則會導致含有—SH基團的中小分子質量蛋白質分解產物氧化,形成分子質量更大的蛋白質分解產物(即形成凝膠蛋白質),導致過濾槽中的糟層滲透性下降,影響麥汁過濾,而且還可能鎖住某些酶的活性表麵,導致酶活力下降,影響酶分解效果。
5.確定糖化時蛋白質分解的依據
麥汁中的含氮物質是經過製麥和麥汁生產兩個過程的蛋白質分解、變化。製麥時必須依據麥芽溶解、成品麥芽中蛋白質分解指標的要求進行蛋白質分解。由於不可能要求蛋白質全部徹底分解,並且不同蛋白質分解產物對啤酒生產過程、啤酒質量所起的不同作用,所以糖化時進行的蛋白質分解必須以麥汁質量指標的要求、製麥時的蛋白質分解程度(通過麥芽蛋白質含量、蛋白質溶解度、麥芽α-氨基氮含量、可凝固性氮含量、麥芽可溶性氮的高中低分子質量的比例等方麵反映)以及輔料比例為依據,進行適當的蛋白質分解。
6.糖化時影響蛋白質分解的因素
糖化時影響蛋白質分解的因素包括麥芽質量、酶的活力、粉碎質量及粉碎物組成、溫度、休止時間、醪液pH、醪液濃度等。
(1)麥芽質量、酶的活力麥芽的蛋白質分解程度取決於大麥品種、種植年份、大麥質量以及製麥條件等因素。麥芽質量指標中反映製麥時蛋白質分解程度的指標包括蛋白質含量、蛋白質溶解度等,但在整個蛋白質分解過程中,製麥時的蛋白質分解(麥芽質量)比糖化過程中的蛋白質分解更為重要。這是因為麥汁中FAN的60%來自製麥過程的蛋白質分解,25%來自50℃蛋白質休止時的蛋白質分解,還有15%來自糖化休止時的蛋白質分解。
分解酶的活力蛋白質溶解好的麥芽冷水浸出物中含有550~580mg可溶性氮/100g幹物質,蛋白質分解酶的活力(內肽酶的活力)、麥芽的可溶性氮、α-氨基氮含量也明顯高於蛋白質溶解差的麥芽。在麥芽蛋白質含量和糖化蛋白質休止條件一定時,麥芽蛋白質溶解度越高,則麥芽的蛋白質分解酶活力越高,麥芽提供的FAN越多,在糖化時形成的FAN數量也越多。所以麥芽的蛋白質含量、蛋白質溶解度、α-氨基氮含量、輔料的比例對麥汁中FAN含量起主要作用。
(2)輔料比例在輔料糊化處理的過程中,由於添加的耐高溫α-澱粉酶中不含有蛋白質分解酶,在50℃休止時間短,加上蛋白質分解酶的專一性強,所以輔料中的蛋白質很少分解並進入到醪液中。麥汁中的α-氨基氮、總氮絕大部分來源於麥芽以及麥芽在糖化中分解形成的α-氨基氮、可溶性氮,采用高比例輔料的麥汁生產,必然要求麥芽的蛋白質含量高、麥芽的蛋白質溶解好、麥芽的α-氨基氮含量高,否則麥汁中的α-氨基氮含量低、麥汁總氮低。或者為了保證麥汁質量必須調整輔料比例,避免輔料比例過高。
(3)休止溫度和休止時間45~55℃是通常的蛋白質休止溫度,如果在45~50℃休止且休止時間長,會加強蛋白質分解,麥汁總氮增加,有利於α-氨基氮的積累以及所占比例的提高。選擇52~55℃範圍的休止溫度、休止時間稍長,也有利於蛋白質分解,麥汁總氮增加,有利於中分子氮的積累,對啤酒泡持性有益。如果選擇37℃投料,並於45~50℃休止,則有利於蛋白質分解酶的溶出、活化、耐溫性的提高,從而促進蛋白質的分解,如果沒有45~55℃休止或休止時間短,則不利於或限製蛋白質分解。
62~70℃是糖化時澱粉水解的休止溫度。實際上在這個糖化休止的範圍內也發生一定程度的蛋白質分解,形成的α-氨基氮相對要少,僅占麥汁α-氨基氮的10%~15%,形成的高分子蛋白質分解產物相對要多些,會使麥汁中高分子的蛋白質分解產物所占比例上升。在糖化休止溫度範圍內,醪液的溫度相對低些(接近63℃),相對來說有利於低分子質量的蛋白質分解產物的積累,反之,糖化休止溫度相對高些(接近70~72℃),相對來說就有利於高分子質量的蛋白質分解產物的積累,有利於啤酒泡沫和醇厚性。由於不可能放棄糖化休止,所以在所有的糖化休止時都會發生一定程度的蛋白質分解。
采用48℃/50℃/52℃各休止10min的分步蛋白質休止,比50℃休止30min,更有利於蛋白質的分解,可提高麥汁中α-氨基氮含量。
在45~55℃的蛋白質休止溫度範圍內,隨著休止時間的延長(最長60~70min),有利於蛋白質分解,麥汁總氮含量上升,所有含氮組分增加,α-氨基氮增加的絕對值和所占比例均為最大,一般也不會出現高分子蛋白質分解產物缺乏的情況,這是由於一部分不溶性蛋白質也會溶出,也就是說隨著蛋白質休止時間的延長,盡管高分子蛋白質分解產物所占比例下降,但麥汁中的高分子蛋白質分解產物數量卻呈上升趨勢。
(4)醪液pH糖化時能水解蛋白質的酶主要是內肽酶、羧肽酶,其最適pH為5.0~5.2,在蛋白質休止時選擇相對較低的醪液pH,可明顯促進蛋白質分解,提高麥汁中的α-氨基氮含量,可縮短糖化過程所需時間。最新研究表明,醪液的pH降低到5.2以下可抑製脂肪酸氧化酶(LOX酶)的活性,改善啤酒的風味穩定性。但醪液的pH為5.2時並不利於澱粉水解,為了既有利於蛋白質分解,又能保證糖化休止時澱粉水解,可通過醪液濃度控製或分階段控製醪液的pH。但必須顧及過低的醪液pH會影響麥汁酸度。
(5)醪液濃度在一定範圍內濃醪可提高內肽酶的耐溫性,醪液pH也相對低些,從而有利於蛋白質分解,麥汁總氮、FAN呈上升趨勢。
(6)氧負荷糖化時醪液嚴重吸氧,會導致低分子的蛋白質分解產物之間形成二硫鍵,蛋白質分子變大,形成蛋白質凝膠,與吸氧少的情況相比麥汁中FAN含量要低些,而且導致麥糟層的滲透性下降,影響麥汁過濾。
(7)添加劑的使用在糖化時使用蛋白質溶解差、FAN含量低的麥芽,可添加複合酶和蛋白質分解酶,如中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶,來改善蛋白質分解。當輔料比例高時,也可通過添加含有低分子蛋白質分解產物的酵母營養物、酵母自溶液來保證麥汁質量。
(8)如果使用蛋白質分解過度的麥芽、輔料比例過高,並且加強蛋白質分解,必然會導致麥汁中高、中分子質量蛋白質分解產物所占比例及含量都不合理,啤酒口味太淡薄,泡持性下降。隨著麥汁濃度的降低,特別是稀釋的低度啤酒往往總氮過低,啤酒口味淡薄、醇厚性差、泡持性差。反之,使用蛋白質分解一般的麥芽,輔料比例低、投料溫度高、蛋白質休止溫度高(55℃)、休止時間短,使用部分含糖蛋白高的小麥麥芽或其他特種麥芽,糖化時70℃休止(有利於糖蛋白釋放),有利於啤酒的泡持性。後期(麥汁煮沸,冷凝固物排出,酒液澄清,啤酒過濾穩定化處理)高分子蛋白質分解產物適當的析出,也是保證啤酒泡沫性能的關鍵。
如果高分子蛋白質分解產物過多,會導致啤酒渾濁的敏感蛋白質多、過濾麥汁渾濁,凝膠蛋白、醇溶蛋白堵塞麥糟濾孔,影響麥汁過濾,煮沸時蛋白質凝聚負擔重,熱、冷凝固物排除負擔重,沾汙酵母表麵,帶來蛋白質苦味,啤酒的非生物穩定性下降。
(三)半纖維素分解
1.半纖維素的分類、性質和分解意義
大麥半纖維素約占大麥幹物質的10%,可分為胚乳半纖維素和穀皮半纖維素。胚乳半纖維素是指位於胚乳細胞壁中所有聚合糖類的總和,主要由大量β-葡聚糖、少量戊聚糖構成,胚乳細胞壁上的β-葡聚糖、木聚糖通過與中心肋片上的蛋白質結合,可增強細胞壁的機械強度,這樣的胚乳細胞結構直接影響製麥、啤酒釀造過程。首先影響製麥時胚乳溶解,而麥芽溶解的好壞,直接影響麥芽粉碎、糖化過程中的澱粉水解效果。如果麥芽的溶解差、不均勻,會導致糖化時澱粉水解不徹底、糖化時間延長、麥汁的最終發酵度低、碘值高,糖化收得率低。
大麥胚乳半纖維素的絕大部分以不溶形式存在。麥膠物質是水溶性且黏度高的半纖維素,其中的β-葡聚糖溶於堿,基本結構是由β-1,4-葡萄糖苷鍵、β-1,3-葡萄糖苷鍵構成,相對分子質量可達4000萬,通過酶作用後溶出的β-葡聚糖,相對分子質量大約為200萬,水溶性β-葡聚糖相對分子質量為40萬,具有黏度高的特點。製麥過程中的胚乳溶解就是將胚乳細胞壁中的不溶性半纖維素轉化為麥膠物質或黏度低的分解產物。如果製麥、糖化時β-葡聚糖分解效果差,殘留過多的β-葡聚糖,因麥汁黏度高,首先導致麥汁過濾時間延長,洗糟麥汁收得率下降,糖化收得率低,日糖化鍋次下降,並間接影響麥汁質量。其次不利於酒液澄清,降低啤酒可濾性,啤酒過濾周期縮短,耗土增加,過濾效果差。但是過多的β-葡聚糖導致啤酒的黏度高,有利於啤酒泡持性、醇厚性,但也會影響啤酒的非生物穩定性。對於純生啤酒生產而言,會直接影響過濾膜的壽命。反之,啤酒黏度過低,啤酒泡沫性能也不好。
總之,半纖維素分解好壞會影響啤酒釀造過程、設備利用率、啤酒生產成本、啤酒質量。要求定型麥汁中β-葡聚糖含量為150~200mg/L,麥汁黏度為1.8~2.0mPa·s。
戊聚糖主要由五碳糖構成,在D-木糖結構單元之間主要以β-1,4-戊聚糖苷鍵連接,在阿拉伯糖結構單元之間是由β-1,3-戊聚糖苷鍵連接,過去認為戊聚糖對啤酒釀造來說意義不大。
糖化時側鏈上的阿魏酸通過過氧化氫酶的作用,可使木聚糖(氧摻入)相互交聯,形成很大空間的戊聚糖鏈,導致醪液黏度過快上升,特別是導致采用小麥、燕麥生產的麥汁黏度上升。一般通過避免吸氧或添加抗氧化劑,避免木聚糖氧化交聯,或添加木聚糖酶的分解作用,降低醪液黏度上升的可能性。
2.半纖維素分解酶
製麥和糖化過程中都會發生半纖維素分解。製麥時發生的半纖維素分解約占總半纖維素分解量的90%。麥芽中半纖維素物質及其分解產物包括不溶性半纖維素、麥膠物質、低分子β-葡聚糖,含有一定活力的半纖維素分解酶。溶解差的麥芽含有較多的不溶性β-葡聚糖,內-β-葡聚糖酶活力低,麥芽粗細粉差越大,則醪液中、麥汁中β-葡聚糖含量越高。
在製麥時活化形成木聚糖分解酶,糖化投料溫度較低時,木聚糖分解酶僅能起一定的作用,投料溫度高或伴隨著醪液溫度上升,木聚糖分解酶的活力下降,不利於木聚糖分解。
3.糖化過程中半纖維素的溶出、分解過程
將粉碎的麥芽與水混合後,首先麥芽中的可溶性半纖維素(即麥膠物質)、中低分子分解產物以及半纖維素分解酶溶於水,醪液黏度上升。在35~55℃通過內-β-1,4-葡聚糖酶和非專一性β-葡聚糖酶,將溶於醪液中的麥膠物質逐步分解為低聚合度β-葡聚糖糊精和低分子分解產物,醪液黏度下降,但不溶性半纖維素尚未溶解。
在45~60℃內,隨醪液溫度上升,能對醪液中的麥膠物質起作用的內-β-1,4-葡聚糖酶和非專一性內β-葡聚糖酶的活力明顯下降。
在62~70℃內,隨著澱粉顆粒的糊化,β-葡聚糖溶解酶的作用將麥芽中溶解不足的胚乳(麥尖)中含有的大量不溶性β-葡聚糖溶出,並且不溶性β-葡聚糖溶出的速度和數量大於可溶性β-葡聚糖的分解速度(原因是起分解作用的β-葡聚糖酶活力很低),β-葡聚糖數量上升,醪液黏度上升。
溶解好的麥芽含有較少的不溶性半纖維素和麥膠物質,說明製麥時半纖維素已進行了很好的分解,即使在糖化時不加強半纖維素分解,麥汁中的β-葡聚糖含量也很低;溶解差、不均勻的麥芽含有較多的不溶性半纖維素、麥膠物質,必須在糖化時加強半纖維素分解。也就是采用較低投料溫度,雖然有利於酶的溶出、活化以及耐溫性提高,在一定程度上有利於麥膠物質中的β-葡聚糖分解,但由於麥芽中的β-葡聚糖酶耐溫性差,當不溶性半纖維素在較高溫下溶出時,β-葡聚糖酶活力大大下降,無法將溶出的半纖維素分解為黏度低的半纖維素分解產物。所以糖化過程中采取這樣的措施改善半纖維素分解效果有限,僅起到一定的調整作用,麥汁中的β-葡聚糖含量依然較高,也難以達到理想狀態。所以半纖維素分解應在製麥時進行,啤酒生產時最好采用溶解好、均勻的麥芽。
4.糖化過程中保證半纖維素分解效果的措施
(1)采用溶解好、均勻的麥芽。
(2)如果麥芽溶解不好,可適當與溶解好的麥芽混合,減少從原料帶入的不溶性半纖維素,又能提高醪液中β-葡聚糖酶活力,可一定程度上降低麥汁中的β-葡聚糖數量。
(3)采用37℃投料,在37~55℃休止且濃醪,醪液pH低,適當添加β-葡聚糖酶,僅在一定程度上改善半纖維素分解。
(4)采用煮出糖化法:37℃投料後分醪,將分出的醪液在50℃、65℃休止並煮醪,有利於不溶性β-葡聚糖的釋放,合醪溫度在50℃左右休止,可改善半纖維素的分解效果。
(5)添加耐高溫β-葡聚糖酶、木聚糖酶可明顯改善半纖維素分解。
5.β-葡聚糖凝膠
導致麥汁和啤酒的可濾性差的主要原因之一是高黏度的高分子β-葡聚糖含量高。最新研究表明,過去認為對啤酒質量沒有多大影響的戊聚糖,也能影響麥汁、啤酒的可濾性。在進行啤酒膜過濾時,啤酒中過多的β-葡聚糖、α-葡聚糖是影響膜壽命的重要因素。在啤酒生產過程中由於不合理的泵、管路設計、攪拌、離心等因素,可能導致形成較強的剪切力,會使小分子β-葡聚糖分子之間形成氫鍵,小分子β-葡聚糖逐漸變大,最終形成導致可濾性差的大分子β-葡聚糖凝膠,影響麥汁和啤酒過濾。
(四)磷酸鹽分解與鋅離子遊離
大麥中主要含有不溶性肌醇六磷酸等有機磷酸鹽,在製麥時有機磷酸鹽在酸式磷酸鹽酶的作用下,形成大量酸式磷酸鹽,伴隨製麥時強烈的蛋白質溶解,遊離出的酸式磷酸鹽多,麥芽的pH低。盡管很多穀物原料中也含有磷酸鹽,但由於沒有發芽過程,輔料中的磷酸鹽是不溶性的有機磷酸鹽,磷酸鹽酶的活力低,很少進入醪液、麥汁中。
遊離出的無機磷酸鹽是啤酒酵母的營養物質、能量物質ATP的重要組成部分,是麥芽、麥汁、啤酒中的重要緩衝物質之一,並使麥芽、麥汁的pH在酸性範圍內。磷酸鹽酶的最適溫度為50~53℃,最適pH為4.5~5.0,失活溫度是70℃。
一般情況下麥汁中的磷酸鹽數量能滿足酵母的需要,所以在製麥、糖化時的磷酸鹽分解,會影響麥芽、醪液的pH、麥汁的緩衝能力,通過醪液pH變化影響糖化時的酶分解過程,從而影響麥汁質量(麥汁最終發酵度、色度、FAN等),影響糖化時間、麥汁過濾速度、糖化收得率、煮沸時蛋白質凝聚效果、酒花利用率以及苦味質量。
有機酸、氨基酸等也屬於緩衝物質。麥汁、啤酒的緩衝能力可通過滴定酸度和滴定堿度反映。
滴定酸度:使用NaOH滴定到pH7.07(第一階段)或pH9.00(第二階段)。
滴定堿度:使用HCl滴定到pH4.27。
緩衝能力:第一階段的滴定酸度+滴定堿度。
糖化時采用50℃休止、醪液pH低,有利於磷酸鹽酶的作用,釋放無機磷酸鹽多,可提高麥汁的緩衝能力。一般來說,伴隨著糖化時蛋白質強烈分解,磷酸鹽分解同樣也很強烈。高溫短時的糖化工藝不利於磷酸鹽分解,麥汁的緩衝能力下降。所以製麥時磷酸鹽分解不好,使用溶解差的麥芽、過多的輔料、添加過多石膏,生產麥汁的濃度低,投料溫度高,都會導致麥汁中的磷酸鹽少、緩衝能力低。如果麥汁的緩衝能力低,在麥汁煮沸、啤酒發酵時pH的下降程度大,成品啤酒的pH低,雖然有利於啤酒的色度、苦味質量、非生物穩定性,但也會影響啤酒泡持性、醇厚性、酒花利用率。特別對於生產低度啤酒來說,過低的啤酒pH,會導致啤酒的色度更淺、口味更淡、風味穩定性更差。
鋅離子對蛋白質合成、酵母細胞的繁殖以及發酵具有重要的生理作用,鋅離子還是乙醇脫氫酶的重要部分。麥汁中鋅離子低於0.15~0.18mg/L,不利於酵母繁殖、雙乙酰還原,發酵周期延長,回收酵母質量下降,酵母分泌物多,影響啤酒質量。糖化時濃醪、醪液pH5.45、投料溫度45~50℃並休止30~60min條件下有利於鋅離子遊離。通常情況下麥汁中FAN含量高,也伴隨著遊離出的鋅離子多。由於遊離出的鋅離子可能不穩定,輔料比例高,可能導致定型麥汁中鋅離子含量不足,為了保證定型麥汁中鋅離子含量在0.18~0.20mg/L,一般在麥汁煮沸結束前5~10min適當添加ZnSO4。
(五)脂肪酸、多酚物質的變化與啤酒風味的穩定性
1.糖化過程與啤酒風味穩定性
在啤酒釀造、啤酒貯存時,會不同程度發生如下的氧化還原反應:異葎草酮的氧化降解;在類黑素作用下的高級醇氧化;脂肪酸的酶促氧化、高溫裂解、自氧化;高溫下氨基酸的Strecker降解;或因高溫形成羰基化合物,導致啤酒出現老化味。
高質量的啤酒不僅要求口味幹淨、純正、一致,而且放置一段時間後仍然保持良好的口味穩定性。啤酒口味穩定性好的關鍵是啤酒生產後期避免吸氧、冷麥汁通風適當供氧。在麥汁生產中也應注意如下幾點。
(1)提供高質量的麥汁,使啤酒酵母在繁殖、主酵、還原雙乙酰期間,能形成有利於啤酒口味、口味穩定性的代謝產物,避免酵母自溶帶入脂肪酸,影響啤酒口味、風味穩定性、泡持性。
(2)在麥汁生產中避免導致啤酒口味發生老化的前驅物質脂肪、脂肪酸過多進入到麥汁中。
(3)在部分醪液煮沸,麥汁預熱、煮沸以及麥汁處理時的高溫階段,形成羰基化合物少。
(4)減少原料、醪液、麥汁的酶促氧化和高溫氧化,使麥汁中含有足夠多的還原能力強的還原物質,提高麥汁還原能力,有利於啤酒色度,以及啤酒苦味質量、口味、風味穩定性。
2.脂肪和脂肪酸
脂質主要由不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸與丙三醇形成,通常稱為脂肪或油。其中的甾醇對啤酒酵母繁殖有利,可用於新細胞的生物合成。當冷麥汁通風不足時,脂肪酸對啤酒酵母的繁殖具有重要意義。
大麥中的脂質主要存在於胚、糊粉層、胚乳中,首先用於大麥剛開始萌發時的呼吸作用,在發芽過程中部分分解,通過脂肪酶作用將甘油三酯裂解為脂肪酸等。
脂肪酸根據碳鏈上碳個數的多少,可分為長鏈、中鏈、短鏈脂肪酸。隨著碳鏈的增長,脂肪酸的溶解性下降。所以長鏈脂肪酸的溶解性差,往往在不溶性顆粒多、渾濁的液體中含量高;啤酒中的中鏈脂肪酸主要由啤酒酵母自溶產生,乙酸主要由啤酒有害菌產生,很多中短鏈的脂肪酸具有不良氣味,所以會影響啤酒口味純正、幹淨。
根據碳鏈上是否有不飽和鍵,脂肪酸可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。在不飽和脂肪酸中,由於乙烯雙鍵易與氧反應,形成過氧化合物,最後形成羰基化合物,導致啤酒口味出現老化,直接影響啤酒的口味穩定性。
所以成品啤酒中脂肪酸含量過高,會導致口味不幹淨,影響啤酒泡持性、口味穩定性。必須要盡可能減少脂肪酸及其氧化產物進入到啤酒中。麥汁生產中減少脂肪酸含量的措施如下。
(1)麥芽大麥中含有1.5%~2.5%脂肪,在發芽時會活化和形成脂肪酶,麥芽長時間貯存會發生脂肪的酶促氧化,使麥芽中脂肪酸及其氧化產物數量增加,影響啤酒口味、口味穩定性。糖化時投料溫度低(35~37℃),在脂肪酶作用下會發生強烈的脂肪分解,形成大量脂肪酸。分醪煮沸會加強澱粉顆粒的糊化,伴隨脂肪酸的大量遊離,導致糖化完的醪液中脂肪酸多,不利於啤酒的風味穩定性。
(2)輔料玉米最好徹底除胚,選擇脂肪含量低的玉米或玉米製品,選擇精米、新米。由於隨貯存時間長,原料中的脂肪酸含量上升,所以輔料貯存時間不宜過長。
(3)保證過濾麥汁清亮、固形物含量少。
(4)熱凝固物徹底分離;適當的冷凝固物排除。
3.多酚物質
從對成品啤酒質量而言,多酚物質既是形成渾濁物的潛在物質,又是具有還原性能的天然抗氧化劑,所以要求啤酒中的多酚物質含量適當且聚合指數低,既保證成品啤酒對非生物穩定性的要求,又要滿足啤酒口味、口味穩定性的要求。例如,全麥啤酒的總多酚為150mg/L;輔料啤酒中的總多酚為100mg/L。
如果啤酒中含有過多的多酚物質或多酚物質的聚合指數高,會影響啤酒的色度、苦味質量、啤酒非生物穩定性。在啤酒過濾時采用聚酰胺樹脂(PVPP)處理,除去啤酒中多餘可導致啤酒渾濁的多酚物質,從而提高啤酒非生物穩定性、改善啤酒口味。
反之,如果啤酒中的多酚物質過低,特別是聚合指數低的多酚物質少,可導致啤酒還原能力差、口味不協調,啤酒口味穩定性大大降低。使用過多的輔料、啤酒的原麥汁濃度低,很容易導致啤酒總多酚物質少,啤酒風味穩定性差。
從啤酒釀造過程來說,麥汁煮沸時多酚物質與高分子蛋白質分解產物反應,在低溫下以冷凝固物形式析出。如果在麥汁處理時能較徹底排除冷凝固物,酒液澄清的效果好,啤酒過濾時酒溫低、啤酒過濾效果好,相當於降低麥汁、啤酒中的高分子蛋白質分解產物,同時也避免過多的多酚物質殘留在啤酒中,可提高啤酒的非生物穩定性。
大量實踐證明,保存良好的酒花中的多酚,在麥汁煮沸時沉澱蛋白質的能力優於麥芽中的多酚物質。因此,一般情況下糖化時要減少麥芽多酚或高聚合度的多酚浸析,避免醪液、麥汁中含有過多的麥芽多酚物質。對於生產低度啤酒來說,為了避免麥汁中的多酚物質過少,也需要麥芽中的多酚,特別是還原能力強的多酚能保留在麥汁中,有利於輔料比例高的低度啤酒的口味、風味穩定性。所以多酚物質會影響啤酒口味、色度、泡沫、非生物穩定性、風味穩定性以及釀造過程。
(1)在製麥和糖化時多酚物質的變化大麥中的多酚物質一般占幹物質的0.3%~0.5%,存在於麥皮、糊粉層、胚乳中。與大陸氣候生長的大麥相比,海洋性氣候生長的大麥中含有較多的多酚物質。蛋白質含量低的大麥一般也含有較多的多酚物質。大麥浸泡時采用堿浸泡,有利於麥皮多酚的浸出,伴隨著麥芽溶解越好,遊離出的多酚越多,焙焦強度越高,麥芽中的多酚氧化酶的活力低,但麥芽含有較高的多酚和花色苷。
在糖化時會發生麥芽多酚浸出、氧化聚合、酶促氧化聚合、沉澱、與蛋白質結合等複雜的變化,並且一直伴隨著麥汁過濾過程。
①麥芽的不同組成中多酚物質的狀態:醪液中的多酚主要來源於糊粉層、麥皮,胚乳所含的多酚少,且屬於聚合指數低的多酚。麥皮多酚的聚合指數最大,對啤酒色度、苦味質量、非生物穩定性都不利。從糖化要求角度來說,必須使胚乳中的澱粉徹底水解,所以胚乳、糊粉層中的多酚,會隨著胚乳粉碎得越細,澱粉水解效果越好,遊離出來的就越多,這是在糖化中必然發生的多酚物質溶出,一般來說很難控製。胚乳、糊粉層中的多酚主要在糖化時浸出,麥皮多酚在糖化過程、過濾時都會浸出,關鍵要控製好麥皮多酚的浸出。多酚物質在糖化過程中還會發生酶促氧化,這會使多酚物質的變化非常複雜。
②溫度:溫度高,有利於多酚物質浸出,80℃以上的高溫更有利於多酚物質浸出,但多酚物質的酶促氧化程度低,所以麥汁的聚合指數(PI)低,總多酚、花色苷含量都較高。在65℃時因多酚氧化酶的作用,導致花色苷氧化聚合,總多酚、花色苷含量又較低,聚合指數上升。
③糖化方法:50℃蛋白質休止,有利於蛋白質溶出、分解,伴隨著遊離出較多多酚。60℃的高溫投料,多酚物質的聚合指數(PI)低,又由於糖化時間短浸析多酚少,一定程度上可抑製多酚氧化酶的活力。煮出糖化法中因分醪煮沸、溫度高、吸氧多,導致多酚物質的聚合指數高。
④原料粉碎:胚乳粉碎相對細(限定增濕型濕法粉碎),麥皮保持完整,既有利於胚乳中內容物質的分解,伴隨胚乳總多酚、花色苷遊離多,又有利於麥汁過濾,麥皮的多酚浸出少、聚合指數低。增濕型幹法粉碎用於麥皮分離糖化法,浸出的多酚少。
過去認為,采用壓濾機時麥皮、胚乳都粉碎得很細,糖化時浸出的多酚要多些,但由於糖化、過濾時間都縮短了,也減少了麥皮多酚的浸出。新型過濾槽也能滿足日糖化鍋次10~12次,保持麥皮完整,也減少糖化、過濾時麥皮多酚的浸出,有利於啤酒口味和質量。
⑤釀造用水的質量、醪液的pH:很硬的水不利於蛋白質分解,所以花色苷遊離少,但從麥皮中浸出的高分子多酚多,使用殘餘堿度低的水或醪液酸化,溶出的多酚組成更合理,這是因為較低的pH,從麥皮中浸出的多酚少,蛋白質分解強烈,遊離的花色苷多些,聚合指數較低。
(2)減少麥芽多酚物質浸析的途徑
①選擇腹徑大、皮薄的麥芽,麥皮所占比例少。
②在不影響糖化、麥汁過濾、麥汁質量的前提下使用多酚物質少的輔料(大米、玉米)。
③選擇溶解好、均勻、酶活力高的麥芽,采用稀醪糖化,選用性能好的麥汁過濾設備,在粉碎時麥皮保持完整且胚乳粉碎細、正確操作等措施,使糖化時間、麥汁過濾時間盡可能短,減少麥皮與醪液、麥汁的接觸時間。
④糖化和麥汁洗糟時采用殘餘堿度低的釀造用水,適當調整並降低醪液pH、洗糟用水的pH,合理控製糖化用水的數量,減少糖化、麥汁過濾時多酚物質的浸析。
⑤采用酶製劑酶法液化大米或玉米,與采用麥芽相比則多酚物質浸析少,麥汁色度降低,口味改善。
⑥當采用麥皮分離糖化法時,如果麥皮分離徹底,麥皮上附著胚乳少,對澱粉水解影響小, 其優點是麥汁色度下降,多酚物質含量低、組成合理,啤酒口味柔和、協調。將洗糟殘水作為投料用水,熱凝固物和酒花糟打回到過濾槽,往往使麥汁中高聚合度的多酚多,會影響啤酒的苦味質量和非生物穩定性。
⑦在生產低度啤酒時,相當於降低麥芽用量,如果輔料比例高,麥汁或啤酒中的多酚物質往往含量過低,不利於啤酒的口味、風味穩定性。
(3)除去部分麥芽多酚物質的方法糖化時按每千克麥芽添加250~500mg甲醛,可使麥汁中多酚物質含量降低20%~40%,麥汁色度降低,可改善啤酒口味,提高啤酒非生物穩定性,降低生產成本。但目前國際上大多數的啤酒廠一般不在糖化時使用甲醛去除多酚。
在糖化過程中63~65℃進行適當的可控製的醪液通風,通過多酚氧化酶的作用,使部分多酚物質氧化聚合,變為不溶性的狀態,降低麥汁中的多酚物質。此時脂肪酸氧化酶活力很低,脂肪酸的氧化程度不是很大,但或多或少會導致麥汁的還原能力下降,對啤酒風味穩定性會帶來負麵影響,很多的啤酒廠不認可這種去除多酚物質的方式。但適合生產成本低的低檔啤酒的生產。
在生產低濃度啤酒時,人們擔心啤酒中的多酚物質含量不夠,影響啤酒口味、風味穩定性,希望能提高麥汁中還原能力強的多酚物質數量。例如,使用殘餘堿度不是特別低的釀造用水,適當的醪液pH,洗糟用水不酸化,煮沸結束前添加部分多酚物質含量高的香型酒花,可增加麥汁中的多酚物質數量,提高麥汁的還原能力,提高啤酒的風味穩定性。
4.減少糖化時醪液的氧化
(1)醪液、麥汁嚴重吸氧、氧化,涉及多酚、脂肪酸、蛋白質還原能力等變化,分為酶促氧化、自氧化、高溫氧化,並帶來以下後果。
①對於多酚物質來說,低分子多酚氧化聚合為高聚合度多酚,導致花色苷減少,聚合指數(PI)上升,麥汁還原能力下降,不利於啤酒風味穩定性。伴隨而來的是色度上升、苦味質量下降。單寧的減少,不利於煮沸時麥芽多酚沉澱蛋白質,加上殘留的高分子多酚,又不利於啤酒的非生物穩定性。對於使用小麥和燕麥,如果醪液吸氧嚴重,會通過阿魏酸的氧化交聯作用,使戊聚糖分子變大,導致麥汁黏度上升,影響麥汁過濾。
②通過二硫鍵的形成,產生凝膠蛋白,使煮沸時蛋白質的凝聚分離效果變差,也不利於麥汁過濾。使用小麥、燕麥後更容易發生這種蛋白質的氧化作用。
③脂肪和脂肪酸的氧化,會導致啤酒口味老化的前驅物質多,不利於啤酒的風味穩定性。
(2)減少糖化時醪液、麥汁嚴重吸氧、氧化,應從抑製酶促氧化,減少醪液和麥汁吸氧入手,其具體措施如下。
①選擇焙焦強度充足的麥芽,可降低麥芽中多酚氧化酶、過氧化氫酶的活力,大大降低麥芽貯藏、麥汁生產過程中多酚物質的氧化;幹燥後的麥芽在貯存4~6周後,貯存時間盡量不要過長,輔料粉碎後的原料貯存時間不易長,如果貯存時麥層溫度高、貯存時間過長,則發生的氧化反應速度快、程度大,不利於啤酒的風味穩定。
②投料溫度高(62℃)、醪液pH大約為5.2、采用濃醪進行蛋白質休止,可大大抑製脂肪酸氧化酶活力,減少脂肪酸的酶促氧化;使用溶解非常好的麥芽,采用高溫短時的糖化工藝,對啤酒的風味穩定性非常有利。
③投料:當用濕法粉碎時,依據液位高度迅速泵走醪液,從底部進入糖化鍋,采用CO2保護。在用幹法粉碎時,配有合理的料水混合器,下料口在液麵以下,並根據液麵高度、醪液濃度確定攪拌速度或者底部進入鍋內。
④攪拌:在糖化休止時采用間歇攪拌或靜置時不攪拌,可減少從麥皮中浸析的多酚物質,減少吸氧,並在糖化過程中合理采用快攪、慢攪。
⑤采用密封式的麥汁生產設備(糖化鍋、過濾糟、煮沸鍋等),同時要求輸送泵的密封性能好,變頻控製。
⑥在保證糖化時主要物質分解以及滿足麥汁過濾、麥汁煮沸、熱凝固物除去工藝要求的前提下,麥汁生產的周期縮短,可減少醪液、麥汁的氧化。
⑦醪液底部出、底部進入糖化鍋,可減少醪液吸氧。
⑧糖化鍋、糊化鍋上安裝專門的添加管道,使添加劑的添加時刻靈活,減少人孔的開啟,可減少醪液吸氧。
⑨麥汁生產設備采用CO2保護,脫氧水作為投料用水、洗糟用水,可減少醪液、麥汁吸氧。
三、糖化容器
在采用煮出糖化法時需要部分醪液煮沸或輔料糊化處理,糖化過程一般需配有糖化鍋、糊化鍋。
1.糖化容器的組合方式
依據麥汁生產能力大小和日糖化鍋次,一般有不同設備組合形式。
二器式:糖化過濾糟、糊化煮沸鍋,日糖化鍋次2~2.5,設備容量範圍10~30m3。
四器式:糖化鍋、糊化鍋、過濾槽、煮沸鍋,日糖化鍋次6~8次或以上(包括麥汁暫存槽、回旋沉澱槽,通常三鍋三槽),生產能力可分為約10m3、15m3、35m3、65m3、100m3。