啤酒麥芽發芽工藝專利技術發展狀況

啤酒歷史悠久，是人類發展史中的一種重要飲品。早在公元前3 000年，美索不達米亞的蘇美爾就有關于啤酒的相關記載，而真正的起源還要更為久遠[1]。而我國同樣在3 000多年前出現了使用麥芽釀造的被稱為醴的酒，但因其味苦淡，不符合我國居民口味而逐漸被其他酒類取代[2]。幾千年過去了，啤酒依然受到人們的喜愛，也發展出了眾多的品類。麥芽作為啤酒的主要原料，其品質會極大影響最終獲得啤酒的質量、風味，同時也決定了釀造工藝的制定和生產成本。專利技術可以展現產業中的技術運用情況和技術發展方向。麥芽發芽基本技術已十分成熟，其機理也已被掌握，早年的專利技術雖然多，但已成為常規技術或被更新替換，本文通過考察近幾十年相關專利技術，可以更好聚焦于當前的發展方向。

1 啤酒行業基本現狀及麥芽發芽工藝基本原理

隨著近年來我國經濟的持續發展，我國啤酒行業也在不斷發展，且保持了較高的發展速度。2018年我國啤酒制造企業數已達562家，全國啤酒產量為3 212 200萬升，2019年我國啤酒行業凈利潤增幅更是超越了白酒[3]。隨著近年的消費升級，精釀啤酒受到消費者的喜愛，而麥芽對啤酒的風格具有重要的作用[4]。除通常以大麥為原料制備的普通大麥麥芽外，還可通過調整干燥、烘干工藝，調整原料，調整發芽時間制備一些特種麥芽，這些麥芽可以帶來不同品質特性，并可通過復配獲得口味、色度、香味、豐滿型以及泡沫等特性不一的啤酒。

麥芽生產的基本工藝流程為原大麥→粗選→貯存→精選→分級→浸麥→發芽→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芽。大麥種子發芽的過程中會激活種子中的酶系，這些酶包括多種水解酶類，可以將長鏈淀粉轉化為短鏈淀粉，將淀粉轉化成糖，分解蛋白質和高黏度的β-葡聚糖，從而獲得可供發酵產生酒精的底物、部分風味物質以及與黏稠度、泡沫性能相關的成分。大麥發芽時的溫度和濕度十分重要，溫度過高容易滋生霉菌，溫度過低則會使大麥停止發芽。此外，種子發芽過程中會釋熱量，因此需要對發芽過程中的溫度和濕度進行人工控制。

2 近年全球相關專利申請情況

通過梳理啤酒麥芽發芽工藝專利申請的數量，發現自20世紀90年代以來，啤酒麥芽發芽工藝專利申請進入了第2次上升階段，然而每年的申請量并不穩定，波動較大。食品行業的相關技術發展，尤其是與消費端聯系更為緊密的部分，通常是一種長期緩慢演變的過程，較少出現集中爆發式的技術革新和專利申請。一般來說，伴隨著其他學科新技術的出現與普及，將這些新技術引入到食品行業時會帶來食品領域技術的一輪新發展。同時，消費者喜好與需求的變化也是促進食品領域專利技術發展的一大因素。

與過去相比，近年來食品行業相關專利申請國出現了一定程度的變化，自1990年以來我國的相關專利申請數量已躍居世界第一。改革開放后，我國經濟增長動力強勁，形成了巨大的消費市場，同時國內相關領域的技術發展和專利申請也存在一定的空白，這就促使國內外企業在搶占市場的同時借助專利技術進行排他性競爭。歐美一些發達國家則已經形成了較為完善的啤酒產業以及較為穩定的市場，在專利申請量上呈現出一種較為平穩的態勢，且保持在較高位。傳統啤酒生產大國日本也同樣保持在一定的申請量水平。

主要的專利技術申請主體為企業類創新主體，其中申請量最大的為嘉士伯系企業，其同時以嘉士伯啤酒和其2008年全資收購的法國馳名品牌Brasseries Kronenbourg的名義擁有大量專利。日本啤酒企業札幌啤酒和三得利則分列第二和四位。除專門的啤酒企業外，涉足啤酒行業的食品、化工大型跨國集團也在啤酒麥芽發芽領域具有較多的申請量，如嘉吉、帝斯曼、巴斯夫以及陶氏。金山啤酒原料是2010年成立的專業生產銷售麥芽、啤酒花等啤酒原料的公司，啤酒麥芽的相關生產技術是其核心智力資產。青島啤酒也申請了少量的啤酒麥芽發芽工藝的相關專利，此外還有部分高校也關注于相關領域的研究。

3 麥芽發芽工藝專利技術方向及目的

（1）技術方向。筆者統計了1990—2022年30多年的啤酒麥芽發芽工藝專利技術申請情況，梳理發現技術改進主要集中在以下幾個方面。較多的技術改進是在傳統發芽工藝的基礎上進行的，發明人通過引入一些特殊的步驟如超聲波處理、可變磁場處理、菌種預發酵、含水陽極電解液產物處理、假發芽以及一步加工不干燥等方式提高生產效率和增強麥芽品質。在傳統工藝步驟的基礎上，通過探索特定小范圍的參數組合對各步驟的具體工藝參數進行優化。此外，采用發芽促進劑也是較為主要的發展方向。通過抑制生根來提高麥芽品質，提供工業化設備以實現更高效的工業化生產也具有一定的關注度。

（2）技術目的。大部分的技術改進旨在提高麥芽的品質，以獲得品質較好的啤酒，保障麥芽糖品質是在日益激烈的市場競爭中滿足消費者隨時變化的喜好需求的重要一環。麥芽的品質主要涉及安全性、風味、起泡性、濁度和口感等方面，由于麥芽發芽是一個較為復雜的生化過程，通常改進后的工藝所帶來的是多個方面品質的同時或者整體的增強。效率同樣是技術改進的目的，通過提高對原料大麥的利用率、縮短發芽的周期、降低生產過程中的直接能耗等，都能降低生產企業的整體生產成本，從而提高企業在市場上的競爭力。

產品的品質以及生產的成本是企業在市場上競爭力以及是否能夠存活的重要因素，從專利技術的改進和發展上也可以看出，各啤酒麥芽技術生產者也是集中關注在這些方面的。

4 近年來主要專利技術進展

啤酒麥芽的制備實質也是植物種子萌發的過程，因而促進麥芽發芽的方法，主要集中在將植物種子普適性促發芽技術應用在麥芽發芽技術領域。而啤酒麥芽最終目的是用于釀造啤酒，與農業上種子促發芽目的（育苗栽種）不同，因此在具體的促發芽手段上會存在一些差異。

（1）使用發芽促進劑來促進萌發。赤霉素是一種常見的發芽促進劑，陶氏化學在使用了赤霉素的同時，針對啤酒麥芽的促發芽過程確定了具體的溫度和時間，以高效率獲得高質量的啤酒麥芽[6]。楊暉和周文存[7]采用蕓苔素內酯和6-芐氨基嘌呤部分替代了赤霉素，在保證促發芽效果的基礎上降低赤霉素對色度的影響，這是一種較常見的發芽促進劑在啤酒麥芽發芽中的具體復配嘗試。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，同時提高麥芽中極限糊精酶的活力[8]。

（2）使用酸類營養物質促進種子萌發。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烷基酯組成的發芽促進劑。糖類物質如還海藻寡糖[10]、甜菊糖苷[11]，其他的如氯化物[12]、大麥提取物[13]也是促進麥芽發芽的因子。

（3）使用特定酶或復合酶促進種子萌發。發芽的過程是通過利用種子中自身酶系對種子中的物質進行酶解，從而促進芽萌發生長，通過添加外源酶，尤其是含有多種酶的復合酶來促進種子中物質被酶解的過程一種常規的方法。研發人員研究了不同酶及不同酶組合對麥芽品質的影響，如有學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合酶制劑來提升綠麥芽品質，降低麥汁濁度[14]。江南大學則通過使用特定里氏木霉菌株在大麥表面生長分泌阿拉伯木聚糖降解酶系，促進江蘇大麥麥芽中高分子量阿拉伯木聚糖的降解，進而提高協定麥汁的過濾速度[15]。

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

（5）采用特殊工藝促進發芽。通過一些特殊的處理工藝同樣也可以提高麥芽發芽效率和麥芽品質。有專利通過使用乳酸菌制劑來抑制原料大麥以及發芽過程中微生物的生長，從而保證發芽的效果[18]。在浸麥步驟中采用經過特殊處理的溶液也可以促進麥芽發芽，如以陽極電解液和陰極電解液先后進行處理[19]。

（6）使用替代原料。小麥或大麥替代品也是一個發展方向。青島啤酒通過采用特定的多次浸水斷水法、低溫高頻補水發芽、恒溫焙焦工藝，實現了對藜麥麥芽長度的控制，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，還有許多企業針對性地研發了生產線設備以實現流水線式的工業化生產，這些設備的具體結構及特點與各企業自身的啤酒或制麥工藝相關，而這往往又具有不同的地域特色或是不同消費者的偏好。因此專利技術中的設備通常是一些具體獲得某種特定效用的裝置。還有許多專利針對制麥工藝中不同步驟或是某一細節進行改進嘗試，均得到了較好的效果。

5 結語

除各企業結合自身工藝流程研發的配套設備之外，如何促進麥芽的高效發芽，并使其含有所需要的成分是一個長期探索目標。對新的發芽促進劑、復合酶制劑、菌種、生根抑制劑的研發和對發芽條件的精確控制，以及探索不同的麥芽原料以獲得更具風味和特色的啤酒，將是今后的重點技術發展方向。