不同蛋白質溶解度的小麥芽蛋白質組成及麥芽質量分析

李盼盼 杜金華 張開利 金玉紅

(山東農業大學食品科學與工程學院1，泰安 271018)

(泰安泰山啤酒有限公司2，泰安 271000)

我國啤酒大麥主要依靠進口，嚴重受到國際市場的制約，因此尋找合適的取代原料，成為啤酒企業的選擇之一。小麥在我國種植面積很大，是僅次于水稻的第二大糧食作物。而以小麥為原料生產的啤酒具有小麥芽特有的香味，泡沫豐富、細膩、苦味較輕、營養豐富等特點，越來越受到廣大消費者的喜愛［1］。因此，充分挖掘國產小麥的生產潛力，找到合適的小麥啤酒生產工藝，既可以填補國內啤酒大麥所形成的空缺，提高啤酒企業產品的市場競爭力、提高企業經濟效益，又可以使農民增收，提高小麥的附加值，調整我國產業結構。

蛋白質含量是評價啤酒用小麥制麥芽性能的核心因素之一［2－3］。根據Osbome溶解度的分類方法，將大麥胚乳蛋白質可簡單分為水溶性蛋白質、鹽溶性蛋白、醇溶性蛋白質和堿溶性蛋白質。各組分蛋白質在啤酒制備中起著重要的意義。水溶性蛋白質和鹽溶性蛋白質是大麥組織蛋白，盡管在麥芽汁制備中水溶性蛋白大部分被析出，但其對于濁度降低具有一定的作用［4］。鹽溶性蛋白質包含有部分水解酶，其中β－球蛋白是對非生物穩定性有害的主要成分。有研究認為，制麥過程中醇溶蛋白的降解對于淀粉酶與淀粉結合是必須的，如果在制麥和淀粉糖化過程中，醇溶蛋白不完全降解，將對淀粉降解酶的移動形成物理屏障，從而限制淀粉水解。未降解的醇溶蛋白在淀粉糖化過程中也可以形成二硫鍵結合的復合物，將引起麥芽汁過濾問題，并導致麥芽浸出率降低［5－8］，同時小麥醇溶蛋白組分、堿溶蛋白質組分在釀造過程中對于啤酒的濁度具有負面的影響［9－10］。

庫值是作為麥芽的一項重要指標，與浸出物、總多酚及麥汁的抗氧化能力及泡沫穩定性具有一定相關性［11］。在制麥過程中，通過庫值可以在一定程度上反映蛋白質溶解度和蛋白酶的活性，從而決定糖化過程中需要的蛋白休止時間與溫度。甚至能夠決定是否需要添加蛋白分解酶。在國標中，優質的大麥麥芽庫值要求達到40%～45%［12］，然而，對于小麥麥芽的生產，目前沒有統一的標準。本試驗通過控制不同的浸麥度和發芽時間，制備了不同蛋白質溶解度的小麥麥芽，研究了不同蛋白質溶解度下小麥麥芽的蛋白質組分變化及其與麥芽指標的相互關系，選出適合用于釀造啤酒的小麥麥芽所需溶解度，以便為小麥麥芽制麥工藝的優化提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

魯麥21，購自煙臺農科所，水分11.9%，千粒重40.8 g，發芽率 96%。

1.2 主要儀器

EBC磨粉機:北京德之杰公司;KDY－08C半自動凱氏定氮儀:上海瑞正儀器設備有限公司;比重瓶:安徽省鳳陽玻璃儀器廠;UV－2100型分光光度計:尤尼柯儀器有限公司;恒溫水浴鍋:金壇市雙捷實驗儀器;分析天平:梅特勒－托利多儀器有限公司;BGT－8A糖化儀:杭州博日科技有限公司;CHA－SA數顯恒溫振蕩器:金壇市雙捷實驗儀器廠;Anke LXJ－IIB離心機:上海安亭科學儀器廠。

1.3 主要試劑

各測定化學試劑均為分析純;氯化鈉、乙醇氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、冰乙酸、乙酸鈉:天津市凱通化學試劑有限公司;碘:山東省化學研究所;水合茚三銅:上海強順化學試劑有限公司;果糖:上海試劑二廠;甘氨酸:上海三浦化工有限公司;牛血紅蛋白(生化試劑):SIGMA公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 蛋白質降解酶活力測定方法［13］

取1.5 g小麥芽(或原麥粉)于研缽中，向研缽中加入10 mL 0.05 mol/L pH 7.5 的Trise－HCl緩沖液(包含2.5 mmol/L EDTA，3 mmol/L β － 巰基乙醇，0.1%PVP)在冰浴下研磨1 h，待研磨完成后轉移到25 mL容量瓶中定容，并在4 000 r/min下離心10 min，取上清液作為粗酶液。

向比色管中加入1 mL 0.2 mol/L pH 4.5醋酸－醋酸鈉緩沖液、1 mL粗酶液放在50℃浴中保溫30 min，然后向比色管中加入 1 mL以0.2 mol/L pH 4.5醋酸－醋酸鈉緩沖液配制的0.9%的牛血紅蛋白溶液在50℃下準確反應3 h。向比色管中加入4 mL 7.5%三氯乙酸溶液終止反應。在4℃下靜置30 min后12 000 r/min離心10 min，取上清液在278 nm下比色。空白在保溫前加入7.5%三氯乙酸。內肽酶酶活定義為Δ278·g－1FW·h－1

1.4.2 小麥芽制備方法

取1 kg小麥按下述制麥工藝參數進行發芽試驗。制麥工藝參數如下:

浸麥水溫:16℃;浸麥方式:浸4斷4;通風:10 min/h;浸麥度:43%～46%;發芽溫度:15～16℃;發芽時間:5 d;麥芽干燥:40℃ 3 h，45℃ 3 h，50℃2 h，55 ℃ 1 h，60 ℃ 1 h，65 ℃ 2 h，70 ℃ 3 h，75 ℃3 h，80℃ 3 h。通過不同的浸麥度和發芽時間來獲得不同的庫值指標。

1.4.3 小麥芽基本指標的測定

水分、庫值、色度、酸度、糖化時間、濁度、浸出物、FAN、糖化力、黏度、酸度、麥芽可溶性氮、麥汁總可溶性氮的測定參照參照QBT 1686—2008［12］。

1.4.4 蛋白質組分提取

參考金玉紅等［14］累計提取方法。蛋白質組分的提取方法具體見圖1，各蛋白質組分的測定測定參照QBT 1686—2008［12］。

圖1 蛋白質組分提取方法

2 結果與分析

2.1 不同蛋白質溶解度下小麥芽理化指標檢測

通過表1可以看出:不同蛋白質溶解度下8種小麥芽各類指標相差較大，浸出物在79.3%～84.5%之間，FAN在120～211 mg/100 g，糖化力在384～477 WK之間。

比較8種小麥芽的指標發現，隨著蛋白質溶解度的增加，麥芽浸出物、FAN、色度等指標會升高，蛋白質溶解度為31.4%、33.1%時麥芽浸出物、FAN等指標較低，麥芽品質較差。蛋白質溶解度在39.5%～45.5%時麥芽品質較好，尤其蛋白質溶解度為39.5%時，糖化力最高為497 WK，其他各項指標都較好。蛋白質溶解度為54.2%時，雖然各項指標在8種小麥芽中都相對較高，但有溶解過度的表現。

2.2 不同蛋白質溶解度下各蛋白質組分的差異性分析

對原麥及8種小麥芽的4種蛋白質組分:水溶、鹽溶、醇溶、堿溶蛋白進行了測定，結果列于表2。從表2中看出，本試驗采用的累進提取法對蛋白質的提取率達到89.97%～97.30%，另外由于殘渣蛋白質的存在，所以該方法用于4種組分蛋白質的提取效率較高。

原麥水溶性蛋白質所占質量分數為2.61%，小麥芽水溶蛋白所占質量分數在5.47%到8.01%之間，小麥制麥后水溶性蛋白含量明顯增加，在5%顯著水平下，小麥芽水溶性蛋白含量除在蛋白質溶解度為31.4% 和 33.1%;37.6% 和 39.5%;45.5% 和54.2%時都無顯著性差異外，其余麥芽間均存在顯著性差異。原麥鹽溶性蛋白質所占質量分數為1.44%，小麥芽鹽溶蛋白所占質量分數在1.86%到2.75%之間，小麥制麥后鹽溶性蛋白含量增加。在5%顯著水平下，小麥芽鹽溶性蛋白含量除在蛋白質溶解度為31.4%和33.1%;37.6%和37.0%時都無顯著性差異外，其余麥芽間均存在顯著性差異。

原麥醇溶性蛋白質所占質量分數為5.24%，小麥芽醇溶蛋白所占質量分數在1.24%到3.28%之間，小麥制麥后醇溶性蛋白含量明顯減少。在5%顯著水平下，小麥芽醇溶性蛋白含量除在蛋白質溶解度為31.4%和 33.1%;37.6%和 39.5%時都無顯著性差異外，其余麥芽間均存在顯著性差異。

原麥堿溶性蛋白質所占質量分數為4.63%，小麥芽堿溶蛋白質所占質量分數在2.08%到3.60%之間，小麥制麥后堿溶性蛋白含量減少。在5%顯著水平下，小麥芽堿溶性蛋白含量除在蛋白質溶解度為31.4%和 33.1%;37.6%、39.5% 和 40.7%;45.5%和54.2%時都無顯著性差異外，其余麥芽間均存在顯著性差異。

小麥芽制麥過程中，醇溶性蛋白和堿溶性蛋白質降解轉化為可溶性氮組分，其中醇溶性蛋白質降解是主要的。小麥芽水溶性氮組分和鹽溶性氮組分是增加的，其中水溶性氮組分增加是主要的。

表1 不同蛋白質溶解度(庫值)的小麥芽理化指標

表2 不同蛋白質溶解度(庫值)的小麥芽各蛋白質組分含量/%

2.3 蛋白質溶解度及蛋白質組分間的相關性分析

對8種小麥芽蛋白質溶解度及4種蛋白質組分間的相關性進行了分析發現:隨著小麥芽蛋白質溶解度的增加，小麥芽水溶性蛋白質含量成線性增加，相關系數達到0.919＊＊，醇溶性蛋白質和堿溶性蛋白質呈現直線下降，相關系數分別為 －0.964＊＊和－0.860*。結合表2，小麥芽制麥過程中醇溶性蛋白質的分解程度要大于堿溶性蛋白質的降解程度，而且醇溶和堿溶蛋白質的降解具有一定的“協同作用”，因為二者在小麥芽中含量具有極顯著正相關性，相關系數為0.916＊＊。小麥芽醇溶和堿溶蛋白含量與小麥芽水溶性蛋白含量存在極顯著負相關性，相關系數分別為 －0.970＊＊和 －0.943＊＊，而醇溶和堿溶蛋白質含量與鹽溶性蛋白質含量無相關性，從表2可以看出，不同蛋白質溶解度下，鹽溶性蛋白質增長較小。說明小麥在制麥過程中，醇溶蛋白、堿溶蛋白質降解，轉化為水溶性氮組分的過程是主要的。

表3 不同蛋白質溶解度(庫值)的小麥芽各蛋白質組分間的相關性分析

2.4 蛋白質溶解度及組分含量與內肽酶間的相關性分析

對小麥芽內肽酶活力進行了測定，并對其與蛋白質溶解度及4種蛋白質組分間的相關性進行了分析(表4)，由表4可以看出，小麥芽內肽酶活力與水溶性蛋白質含量呈現顯著正相關，與小麥芽醇溶性蛋白質含量呈現顯著負相關，相關系數為分別為0.732*，－0.734*。

表4 不同蛋白質溶解度(庫值)及組分含量與內肽酶活的相關性分析

對小麥芽內肽酶活力及其活力增長率與小麥芽指標間的相關性進行了分析，結果列于表5。由表5可以看出小麥芽內肽酶活力與小麥芽水分，浸出物存在顯著正相關，相關系數分別為0.792*和0.727*，所以小麥芽含水量越高，相應的小麥芽內肽酶活力將越高，小麥芽內肽酶活力的提高將有助于小麥芽浸出物的增加，這在理論上分析是正確的。小麥芽內肽酶活力與糖化時間存在顯著負相關，相關系數為－0.748*。

小麥芽內肽酶活力的增長率，與小麥芽水分、浸出物和色度均存在顯著正相關性，相關系數分別為0.793*、0.729*和0.708*。與小麥芽糖化化時間存在顯著負相關，相關系數為－0.748*。

表5 小麥芽內肽酶及其增長率與麥芽指標的相關性分析

2.5 蛋白質溶解度及其組分含量對小麥芽品質的影響

對小麥芽蛋白質溶解度及其4種蛋白質組分含量與小麥芽品質相關性分析列于表6。表6顯示小麥芽庫值與小麥芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在極顯著正相關性，相關系數分別為0.885＊＊、0.971＊＊、0.880＊＊、0.915＊＊、0.964＊＊。庫值與濁度存在顯著正相關，相關系數0.714*。庫值與有效酸度存在極顯著負相關，相關系數為－0.921＊＊。

表6 不同小麥芽蛋白質溶解度及其組分含量與小麥芽品質相關性分析

小麥芽水溶性蛋白質含量與小麥芽水分、色度、浸出物、酸度均存在極顯著正相關性，相關系數分別為 0.945＊＊、0.937＊＊、0.899＊＊、0.844＊＊;小麥芽水溶性蛋白質含量與小麥芽FAN存在顯著正相關相關系數0.806*;小麥芽水溶性蛋白之含量與糖化時間存在顯著負相關，相關系數－0.817*，與有效酸度存在極顯著負相關，相關系數 －0.861＊＊。

鹽溶性蛋白含量與小麥芽糖化力及黏度存在顯著正相關性，相關系數分別為 0.741＊＊和 0.816＊＊。

小麥芽醇溶性蛋白與小麥芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在小極顯著負相關性，相關系數分別為 －0.939＊＊、－0.980＊＊、－ 0.884＊＊、－0.845＊＊、－0.929＊＊。醇溶性蛋白質與糖化時間呈顯著正相關，相關系數為0.750*，與有效酸度成極顯著正相關性，相關系數為0.881*;與濁度存在顯著負相關，相關系數為 －0.754*。

小麥芽堿溶性蛋白質與小麥芽水分、色度存在極顯著負相關，相關系數為 －0.938＊＊和 －0.870＊＊;與浸出物、酸度存在顯著負相關，相關系數為－0.823*和 －0.750*;與糖化時間和有效酸度存在顯著正相關相關系數為0.807*和0.765*。

以上分析發現，小麥芽蛋白質溶解度及4種組分含量與小麥芽常規指標之間存在較顯著的相關性性，所以通過控制蛋白質溶解度來調控小麥芽常規指標是必要的，提高蛋白質溶解度，小麥芽浸出物、濁度、FAN、酸度、色度等指標都會提高。比較表1中8種小麥芽指標，蛋白質溶解度為39.5%時小麥芽指標較好。此時，浸出物為 82.0%，FAN 166 mg/100 mg，糖化力為 496 WK，黏度為 1.61 cP，糖化時間為6 min。

3 結論

通過控制不同的浸麥度和發芽時間，制備了蛋白質溶解度分別為，31.4%、33.1%、37.0%、37.6%、39.5%、40.9%、45.5% 和 54.2% 的 8 種小麥芽，在不同蛋白質溶解度條件下麥芽指標相差較大，浸出物在 79.3% ～84.5% 之間，FAN 在 120～211 mg/100 g之間，糖化力在384～477 WK之間。

與原麥相比，小麥制麥后水溶、鹽溶性蛋白質含量增加，醇溶、堿溶性蛋白含量減少。隨著小麥芽蛋白質溶解度的增加，小麥芽水溶性蛋白質含量成線性增加，相關系數達到0.919，小麥芽醇溶性蛋白質和堿溶性蛋白質呈現直線下降，相關系數分別為－0.964和 －0.860，且小麥芽制麥過程中醇溶性蛋白質的分解程度要大于堿溶性蛋白質的降解程度。醇溶和堿溶蛋白質的降解具有一定的“協同作用”，因為二者在小麥芽中含量具有極顯著正相關性，相關系數為 0.916。

小麥芽內肽酶活力與小麥芽水溶性蛋白質含量、水分和浸出物呈現顯著正相關，相關系數分別為0.732、0.792 和 0.727，與醇溶性蛋白質含量呈現顯著負相關，相關系數達到－0.734。

小麥芽蛋白質溶解度與小麥芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在極顯著正相關性，相關系數分別為 0.885、0.971、0.880、0.915、0.964;與濁度存在顯著正相關性，相關系數為0.714;與有效酸度存在極顯著負相關，相關系數為－0.921。所以通過控制蛋白質溶解度來調控小麥芽常規指標是必要的，提高蛋白質溶解度小麥芽浸出物、濁度、FAN、酸度、色度等指標都會提高。比較表1中8種小麥芽指標，蛋白質溶解度為39.5%時小麥芽指標較好此時，浸出物為 82.0%，FAN 166 mg/100 mg，糖化力為 496 WK，黏度為1.61 cP，糖化時間為6 min。

［1］陳婷玉.小麥啤酒釀造技術的研究［D］.無錫:江南大學，2006

［2］何國慶，曹立民.啤酒用小麥蛋白質含量與制麥芽性能的關系［J］.中國糧油學報，2002，17(6):32 －34

［3］陳錦新，戴飛，韋康，等.Relationship between malt qualities and β－amylase activity and protein content as affected by timing of nitrogen fertilizer application［J］.浙江大學學報，2006，7(1):79 －84

［4］徐凱，石殿瑜，邱然，等.大麥蛋白組分對糖化麥汁的影響［J］.食品工業科技，2010，31(12):72 －79

［5］程殿林.啤酒生產技術［M］.北京:化學工業出版社，2005:19－24

［6］Howard K A，Gayler K R，Eagles H A，et al.The relationship between D hordein and malting quality in barley［J］.Journal of Cereal Science，1996，24:47 －53

［7］Baxter E D，Wainwright T.Hordein and malting quality［J］.Journal American Society of Brewing Chemists，1979，37:8 －12

［8］Janes J H，Skerritt J H.High performance liquid chromatography of barley proteins:relative quantities of hordein fractions correlate with malt extract［J］.Journal of the Institute of Brewing，1993，99:77 －84

［9］Bei Jin，Lin Li，Zong Cai feng，et al.Investigation of the relationship of malt protein and beer haze by proteome analysis［J］.Journal of Food Processing and Preservation，2012，36(2):169－175

［10］Delvaux F，Depraetere S A，Delvaux J A，et al.Ambiguous impact of wheat gluten proteins on the colloidal haze of wheat beers［J］.Journal of the Amercian Society of Brewing Chemists，2003，61(2):63 －68

［11］曹鈺，孔維寶.溶解度對大麥麥芽多酚含量和抗氧化力的影響［J］.食品工業科技，2007，28(12):90－93

［12］QBT 1686—2008 啤酒麥芽［S］

［13］張志剛，芮琪，徐朗萊.小麥葉片老化期間的內肽酶與H2O2的關系［J］.植物學報，2001，43(2):127 －131

［14］金玉紅，張開利，付聿成，等.小麥蛋白質含量對小麥芽質量的影響［J］.中國糧油學報，2006，21(3):39 －43.