擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中的可發酵糖組分分析

2015-03-19 13:52:59鄭慧武世敏李宏軍

湖北農業科學 2015年1期

鄭慧　武世敏　李宏軍

摘要：可發酵糖在啤酒的發酵生產過程中有重要作用，運用高效液相色譜法對擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發酵糖組分進行定性、定量分析。結果表明，擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發酵糖組分為果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖以及麥芽三糖，其含量分別為0.147、1.257、0.123、6.845、1.488 g/100 mL。關鍵詞：擠壓膨化玉米淀粉；可發酵糖組分；啤酒；高效液相色譜法（HPLC）

中圖分類號：TS261.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0178-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.01.046

近幾年，隨著啤酒需求量的大幅提升，全國各地的啤酒產量迅猛增加[1]，大麥芽的價格也不斷增加，為了節約成本，越來越多的啤酒企業添加輔料。過去因大米產量高、價格便宜，大多數企業采用大米為輔料，但隨著啤酒工業的飛速發展，大米產需矛盾增大，開發新的輔料迫在眉睫[2]。我國玉米產量高且不作為主食，目前價格雖有上升趨勢，但上升幅度不大[3]。玉米淀粉具有成為啤酒釀造輔料的基本因素[4]，因其浸出率高、糊化溫度低、易糖化等特性[5]優于其他輔料，在國外玉米淀粉早已用于釀造啤酒。玉米淀粉作為釀造啤酒的輔料正逐步受到國內啤酒企業的重視。

傳統工藝的淀粉糊化度為80%～85%，而擠壓膨化處理后的淀粉糊化度達90%以上，糊化度明顯提高[6]。擠壓膨化技術還能使谷物的淀粉降解，低聚糖、糊精、還原糖含量增多[7]。擠壓膨化技術的使用不僅省去了輔料煮沸工序，減少了醪液損耗，還提高了麥汁浸出物的收率[8]，降低了生產成本。

啤酒釀造過程中，90%的麥汁浸出物是糖分，75%的糖分是可發酵性糖[9]。可發酵糖提供了酵母繁殖、代謝所需要的能量，96%的可發酵糖轉化成乙醇和二氧化碳，剩下的2.0%～2.5%轉化為構成啤酒主要風味物質的發酵副產物[10]。因此，麥汁中可發酵性糖的組成和含量直接影響啤酒的發酵度和風味。

常用的糖類分析方法有化學分析法、比色分析法、紙層析法、氣相色譜法等[11]，化學分析法只能測定總糖和還原糖含量且結果不精確；紙層析法雖然可以分離鑒定各種糖組分，但其操作復雜費時且不能定量[12]；氣相色譜法雖然可以定量分析，但因大多數糖會產生復合峰而使定量測定復雜化[13]。而高效液相色譜法不僅可以定性、定量分析麥汁中的可發酵糖組分，而且具有靈敏、快速、前處理簡便等優點[10]。本試驗采用高效液相色譜法對擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發酵糖組分進行了定性和定量分析。

1 材料與方法

1.1 材料

大麥芽（澳麥，萊蕪市麥芽廠）；玉米淀粉（西王集團）；蔗糖標準品（99.5%，德國Dr.Ehrenstorfer公司）；D-果糖標準品（99.5%，德國Dr.Ehrenstorfer公司）；D-無水葡萄糖標準品（99.8%，美國Sigma公司）；麥芽三糖標準品（美國Sigma公司）；麥芽糖標準品（美國Sigma公司）；乙腈（HPLC，美國迪馬科技有限公司）。

1.2 儀器

600E 型高效液相色譜儀（美國Waters公司），配置Waters 600控制器，717 plus自動進樣器，2414型示差折光檢測器；5242型純水儀（美國PALL有限公司）；TGLl-16C型臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；移液槍（0.5～5 000 μL，上海大龍醫療設備有限公司）。

1.3 擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁的制備

用100 L啤酒釀造設備進行啤酒麥汁的制備，總投料量20 kg（擠壓玉米淀粉粉碎物6.4 kg，大麥芽粉碎物13.6 kg），自來水88 L。

糖化工藝流程：在啤酒糖化鍋中加入自來水88 L，用乳酸將pH調至5.4，再將20 kg物料投入鍋中攪拌；逐漸升溫至50 ℃保溫60 min，再升溫至63 ℃保溫60 min，再升溫至70 ℃保溫30 min，最后升溫至78 ℃并過濾；洗糟兩次，然后加熱至煮沸，煮沸10 min時加入7 g酒花，煮沸40 min時加入35 g酒花，煮沸80 min時加入8 g酒花；然后回旋沉降30 min，最后得到啤酒麥汁。

1.4 方法

1.4.1 色譜條件 Carbohydrate高效色譜柱（4 μm，4.6 mm×250 mm，美國Waters公司）；流動相為去離子水和乙腈（26∶74，V/V）；流速為1.5 mL/min；檢測器溫度為35 ℃；柱溫為45 ℃。

1.4.2 樣品前處理將麥汁在10 000 r/min下離心20 min，在超聲波條件下真空（0.5 MPa）脫氣30 min，然后在室溫下平衡，取4 mL樣品通過0.45 μm微孔濾膜后注入容量為5 mL進樣瓶。每個樣品做5次平行，進樣量為15 μL[14]。

2 結果與分析

2.1 混合標準液的配制

用1/10 000天平準確稱取標準樣品（蔗糖50 mg、麥芽糖1 000 mg、葡萄糖150 mg、果糖50 mg和麥芽三糖150 mg），放入2 mL容量瓶中，用去離子水定容，制得混合標準液母液。然后取0.416 mL母液，定容到2 mL作100%的混合標準液；然后用去離子水分別配制濃度梯度為80%、60%、40%、20%、10%的混合標準液。圖1是80%混合標準液的HPLC色譜圖。如圖可知，5種可發酵糖組分分離效果良好，無重疊現象也無干擾組分[8]。說明高效液相色譜法對麥汁的可發酵糖組分分析具有可行性。

2.2 麥汁分析

按“1.3”所述方法制備啤酒麥汁，其HPLC色譜圖見圖2。比照圖1，可判斷麥汁色譜圖中各色譜峰分別代表的成分。endprint

2.3 定性分析

采用保留時間結合峰高增加法對可發酵糖組分進行定性分析[14]。在啤酒麥汁中分別加入5種可發酵糖的標準溶液，根據每種物質保留時間基本不變和加入標準溶液的色譜峰明顯增高來確定各色譜峰對應的成分。結果表明，色譜圖中各色譜峰從左向右分別是果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和麥芽三糖。

2.4 定量分析

采用外標法對各試樣中的可發酵糖組分進行定量分析[8]。

2.4.1 線性范圍按照“2.1”所述方法配制各濃度的混合標準液，按照“1.4.1”所示的色譜條件進行分離，各濃度的混合標樣進行5次平行檢測。測定的5個平行峰面積偏差均小于±5%，即重現性大于95%，說明方法重現性好，靈敏度高。然后取各峰面積的均值，用標準品峰面積進行濃度的線性回歸，得到5種糖標準溶液的回歸方程、線性相關系數和線性濃度范圍[14]，見表1。

如表1所示，5個回歸方程的線性相關系數為0.999 0～0.999 6，說明回歸方程具有良好的線性關系，因此得到的回歸方程可以用于啤酒麥汁的可發酵糖組分的定量分析。

2.4.2 回收率試驗準確稱取果糖11 mg、葡萄糖21 mg、蔗糖15 mg、麥芽糖132 mg、麥芽三糖26 mg，然后用擠壓玉米淀粉麥汁分別定容到2 mL，測定5種糖組分的回收率，試驗結果見表2。

如表2所示，果糖回收率是99.1%，葡萄糖回收率是100.8%，蔗糖回收率是97.3%，麥芽糖回收率是98.6%，麥芽三糖回收率是98.5%，均大于97.3%，并且RSD均小于5%，說明上述方法有良好準確性。

2.5 可發酵糖含量測量結果

為了測定結果的精確性，對樣品麥汁做了4次平行檢測，擠壓玉米淀粉輔料麥汁中各可發酵糖組分含量的測定結果見表3。

管敦儀[15]的研究表明，全麥芽麥汁中果糖含量一般為0.1～0.5 g/100 mL，葡萄糖含量為0.5～1.0 g/100 mL，蔗糖含量為0.1～0.5 g/100 mL，麥芽糖含量為4.0～6.0 g/100 mL，麥芽三糖含量為1.1～1.8 g/100 mL。如表3所示，擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中葡萄糖、麥芽糖含量略高。酵母利用麥汁中可發酵糖的順序是：麥芽糖>麥芽三糖>葡萄糖>果糖>蔗糖。葡萄糖含量增高，使酵母更容易直接吸收、分解、發酵，有利于提高發酵度[16]。

3 小結與討論

通過高效液相色譜法測定擠壓玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發酵糖組分及含量，測定結果如下：擠壓膨化玉米淀粉作輔料時啤酒麥汁中可發酵糖組分為果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖以及麥芽三糖，其含量分別是0.147、1.257、0.123、6.845、1.488 g/100 mL。添加擠壓膨化玉米淀粉作輔料的麥汁中葡萄糖、麥芽糖含量略高于全麥芽麥汁。

參考文獻：

[1] 劉文生，朱永義.玉米米在啤酒工業中應用的研究[J].糧油加工與食品機械，2004（8）：65-67.

[2] 石海英，徐偉，陳彥，等.玉米淀粉在啤酒生產中的應用探討[J].食品科技，2000（6）：47.

[3] 褚振平.論玉米制品在啤酒生產上的應用[J].釀酒，2004，31（3）：77-79.

[4] 任曉麗.利用玉米淀粉釀造啤酒的技術研究[D].吉林：吉林農業大學，2007.

[5] 李胤，劉慧.玉米、高粱、大麥作為啤酒釀造輔料的比較[J].啤酒科技，2003（2）：57-59.

[6] 關正軍，申德超，劉遠洋.擠壓膨化對玉米淀粉糊化程度影響的研究[J].農機化研究，2003（1）：51-52，55.

[7] 陸勤豐.擠壓膨化加工中的化學成分[J].四川糧油科技，2001， 18（1）：43-44.

[8] 陳冰，李慧敏，劉秀華，等.低溫擠壓脫胚玉米輔料啤酒麥汁中糖組分的測定[J].安徽農業科學，2012，40（27）：13564-13565，13569.

[9] 徐建勤.低糖啤酒發酵過程中糖組分的HPLC動態分析[J].食品與發酵工業，1997，23（1）：1-6，10.

[10] 鄭昕.不同糖化工藝中可發酵性糖的HPLC動態分析[J].釀酒科技，2008（8）：86-88.

[11] 李敬慈.高效液相色譜法測糖[J].河北大學學報（自然科學版），1997（4）：87-92.