一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝的製作方法
2023-08-13 08:05:21 3
專利名稱：一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝的製作方法
技術領域：
一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝，涉及馬鈴薯深加工、啤酒專用糖漿技術領域。
背景技術：
隨著世界啤酒產量增大，啤酒生產的主要原料麥芽需求量急劇增加。我國啤酒的產量已居世界第一，但由於國產啤酒大麥不能完全滿足生產的需要，使得大多數啤酒廠還依賴於進口啤酒大麥。中國近幾年年均進口啤酒大麥200萬噸，約佔消耗啤酒大麥總量的69％。大量進口啤酒大麥，引起啤酒原料成本的提高。最近作為啤酒輔料的大米價格也迅猛增長，秈米漲至2500～2600元/噸，粳米漲至3000～3200元/噸，大大增加了啤酒生產成本，各啤酒公司都在設法尋找其它輔料降低成本。在可替代大米的各種輔料中，尤以啤酒專用糖漿最具有使用價值和開發前景。近年來，啤酒糖漿在啤酒生產中的應用已趨於量化。2002年我國啤酒的產量達到2386.83萬噸，澱粉糖為187萬噸，而應用澱粉糖漿生產的啤酒已達300萬噸。由於啤酒市場的潛力巨大，另一方面鑑於啤酒輔料價格的居高不下，因此澱粉糖漿在啤酒中的應用比例也會越來越大。
我國是全世界馬鈴薯的最大生產國，2003年種植面積達470多萬公頃，佔世界的25％，總產量為7500多萬噸。但我國的馬鈴薯加工比例還不到產量的百分之五，是世界上馬鈴薯加工能力最低的國家之一，綜合利用方面薄弱，經濟價值發揮不充分。馬鈴薯澱粉製糖是一個值得注意的研究課題，國外已有成熟的生產經驗，但在我國才被認識。
現在啤酒糖漿的生產主要集中在含澱粉較高的禾穀類作物上，糖漿的原料已經涉及到了玉米、小麥、大麥和大米等。而直接用薯類生產糖漿的報導較少，工業化的生產也是用薯類的純澱粉為原料生產糖漿，而用純澱粉為原料勢必提高了糖漿的成本，限制了它在工廠中的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝，直接利用馬鈴薯製造啤酒專用糖漿則是一種全新的嘗試，這對發展我國除甜菜糖以外的澱粉糖工業，提高馬鈴薯的利用價值，開拓啤酒發酵用碳源的多樣性都具有積極的促進作用。
本發明的技術方案是以馬鈴薯粗粉為原料，採用雙酶法依次經過液化、糖化工藝，用耐高溫α-澱粉酶控制液化DE值在15～20之間，而後用β-澱粉酶和普魯蘭酶協同糖化，再經過脫色、濃縮製得一種啤酒專用馬鈴薯糖漿。
本發明所用原料馬鈴薯粗粉將馬鈴薯切片，然後於0.025％的NaHSO3溶液中浸泡10min，40℃下乾燥，粉碎過60目篩，製得粗粉。
耐高溫α-澱粉酶2000u/ml，無錫協達生物製品有限公司。
β-澱粉酶400000u/g，無錫傑能科生物製品有限公司。
普魯蘭酶400u/mL，丹麥NOVO公司。
氯化鈣分析純，上海化學試劑廠。
本發明應用的分析方法DE值的測定澱粉產品DE值的快速測定方法。
固形物含量測定糖量計。
pH值測定酸度計。
糖譜的測定高壓液相色譜法。
游離α-氨基氮含量的測定茚三酮法。
總氮的測定微量凱氏定氮法。
還原糖的測定費林滴定法。
色度和濁度的測定EBC法。
本發明的工藝A.液化工藝液化的程度通常是用葡萄糖值(DE值)來衡量的。為了提高麥芽糖的生成量，減少葡萄糖的生成量，必須防止葡萄糖的聚合度為奇數的低聚糖的生成。液化後DE值越高，則生成奇數聚合度低聚糖的機會也愈多，糖化後會生成較多的麥芽三糖而使麥芽糖的收率降低。若DE值太低，則液化液粘度太高而難於操作，影響糖化與糖化液的過濾。一般的啤酒糖漿要求葡萄糖+果糖的量＜10％、麥芽糖和麥芽三糖＞70％、四糖～八糖＜20％。當控制液化DE值在15～20之間，並用β-澱粉酶和支鏈澱粉酶糖化時，糖譜組成符合上述要求。因此，本發明選定DE值在15～20之間，以DE值為指標來控制液化過程。
(1)液化時間與液化DE值的關係液化保溫是工業化中的一個重要工段，粉乳經高溫噴射液化和高溫維持階段後進入保溫液化階段，液化保溫時間和溫度將直接影響後續糖化工藝。在耐高溫α-澱粉酶的最適溫度92℃下，結合其最適pH範圍5.5～7.0，固定加酶量25u/g，使其作用不同的時間，滅酶後取樣測其DE值，司以得到液化時間與液化DE值的關係。隨著液化時間的增加，液化液的DE值也逐步增加。液化50min，DE值即達到液化要求，但此時碘試不完全。因此，可以再適當延長液化時間，當液化60min時，碘試合格，DE值在15～20之間。所以，選定在耐高溫α-澱粉酶的最適溫度92℃下液化保溫60min，然後迅速升溫滅酶。
(2)加酶量與液化DE值的關係加酶量的多少，在同樣的液化條件下，DE值必然有高低之分。固定其它條件不變，添加不同量的耐高溫α-澱粉酶進行液化，可得加酶量與液化DE值的關係。隨著加酶量的增加，液化DE值顯著增加。當加酶量為25u/g原料時，達到液化要求(DE值15～20)。雖說增大加酶量可以縮短液化時間，使得表面上DE值達到要求，但是液化液在糖化時，由於溫度、pH變化發生凝結，也會造成糖化液難過濾。所以，不能一味的追求縮短時間而增加加酶量。因此，選取酶用量為20～30u/g粗粉。
(3)粉乳濃度與液化DE值的關係粉乳濃度的高低將直接影響液化DE值，隨著粉乳濃度的增加，粉乳濃度為25～35％(W/V)時，DE值較佳，但是存在著一個峰值，當粉乳濃度為30％(W/V)時，液化DE值最高，隨後，液化DE值便逐漸下降。原因是粉乳濃度太低時，液化酶與澱粉連結觸的機率較小，當粉乳濃度過高時，澱粉酶不能有效的分散，也會影響液化效果。同時考慮到粉乳濃度低，增加濃縮費用，粉乳濃度高又會造成粘度大，攪拌困難，且對糖化不利。
(4)液化pH與液化DE值的關係液化液的pH直接影響酶活力，選擇它要兼顧酶活力和少產生色素。由於pH值不同，酶活力大小也不同，液化程度也就不一致。在pH5.6～7.2的範圍內DE值都比較高。隨著液化pH的增大，液化液的色澤也逐漸加深。因此，不宜選擇較高的pH。粉乳的自然pH6.4左右，只要選取底物pH在6.4～7.2之間即可。
(5)CaCl2添加量與液化DE值的關係由於鈣起著保持澱粉酶分子有最適構象的作用，是維持最大活性與穩定性所必需。實驗用水中鈣離子的濃度為35mg/L，而底物中鈣離子的濃度要達到50～70mg/L才足以保護酶分子。因此，有必要考查是否還需要外加CaCl2以補充溶液中鈣離子的不足，CaCl2添加量對液化DE值的影響為隨著CaCl2添加量的增大，液化DE值也逐漸升高，但升高的比較平緩。當CaCl2添加量為0.05％時，DE值已經達到要求。因此，選擇0.05％左右的CaCl2添加量，CaCl2添加量為原料量的質量百分比0-0.1％。
B.糖化工藝在馬鈴薯澱粉中，直鏈澱粉佔總澱粉含量20％～25％，支鏈澱粉佔75％～80％。如此高的支鏈澱粉含量，在糖化過程中單純依靠β-澱粉酶的作用會留下較多的β-極限糊精，降低麥芽糖的收率。因此，在糖化過程中還必須考慮脫支酶的添加，將液化液中的低聚糖和極限糊精儘可能的切斷成麥芽糖。本發明採用β-澱粉酶(最適pH6.0～6.5，最適溫度45～55℃)和普魯蘭酶(最適pH4.2～4.6，最適溫度55～65℃)雙酶協同作用糖化，提高產品的DE值和麥芽糖的產量。
(1)β-澱粉酶用量與糖化DE值的關係β-澱粉酶是一種外切型澱粉酶，它作用於澱粉時從非還原性末端依次切開α-1，4鍵，生成麥芽糖。固定普魯蘭酶的用量1.5u/g，作β-澱粉酶的添加梯度，於55℃糖化16h，取樣測其DE值，結果為隨著β-澱粉酶用量的增加，糖漿糖化DE值呈上升趨勢，當β-澱粉酶的用量達到100u/g原料時，糖化DE值的增加趨於平緩，但此時糖化DE值偏低，不能滿足要求。當β-澱粉酶的用量提升到150u/g原料時，糖化DE值可達42以上，且以後隨著加酶量的增加，糖化DE值的增加較緩慢。因此，選擇β-澱粉酶用量125-175u/g粗粉。
(2)普魯蘭酶的用量與糖化DE值的關係參考普魯蘭酶的最適作用條件，固定β-澱粉酶的用量150u/g，測定最終糖化液的DE值，即可得到普魯蘭酶添加量與糖化DE值的關係。隨著普魯蘭酶的添加量的增大，糖化液DE值逐漸增大，但當添加量為1.5u/g原料時，DE值變化趨於平緩，這是由於支鏈澱粉迅速被水解成短鏈糊精和大分子的多糖的原故。因此，可初步選取普魯蘭酶的添加量為1.0-2.0u/g粗粉。
(3)糖化pH值對糖化DE值的影響在不同的pH下，固定β-澱粉酶和普魯蘭酶用量分別為150u/g和1.5u/g，考察β-澱粉酶和普魯蘭酶協同作用的最適pH。糖化pH對糖化DE值的影響較大，在pH6.0左右DE值比較高，這也說明β-澱粉酶和普魯蘭酶協同作用的最適pH在5.6-6.4。
(4)糖化時間與糖化DE值的關係在前面初步確定的加酶量和pH下，參考兩種酶的作用溫度，於不同的時間取樣測定糖化液的DE值，在最初的2h內，DE值增加最快，在以後的4～10h內，DE值的增加速率在1/h左右，16h以後上升緩慢，說明此時普魯蘭酶對α-1，6-D葡萄糖苷鍵的切斷水解作用基本完成，因此選擇糖化時間為16h。
本發明的有益效果直接利用馬鈴薯製造啤酒專用糖漿是一種全新的嘗試，這對發展我國除甜菜糖以外的澱粉糖工業，提高馬鈴薯的利用價值，開拓啤酒發酵用碳源的多樣性都具有積極的促進作用。馬鈴薯糖漿以麥芽糖為主，葡萄糖+果糖的量＜10％，大比例的釀造不會引起「葡萄糖效應」。另外還含有豐富的氮源，尤其是α-氨基氮含量較高，這是其它原料做的糖漿所不能比擬的，糖漿成份與普通麥汁較為接近，可滿足一般釀造需要，完全可以應用於啤酒釀造。
具體實施例方式
實施例1.
液化工藝條件的優化。由於以上所考慮的都是影響液化的單因素，各個因素之間是否有交互影響卻不得而知。根據單因素的分析，選擇耐高溫α-澱粉酶添加量20～30 u/g、粉乳濃度25～35％(W/V)、pH值6.4～7.2和CaCl2添加量0～0.1％，進一步作正交實驗，從而確定液化最優工藝。
表1 影響因素
表2 L9(34)正交實驗方案
優化液化條件為A2B1C2D2，即粉乳濃度25％(W/V)，pH6.8，耐高溫α-澱粉酶加量25u/g粗粉，CaCl2添加量為粗粉的0.05％，液化時間60min。
實施例2.
優化液化工藝條件的確認。以上述實施例1最優液化工藝進行兩次平行實驗，液化DE值分別為16.6和16.8，液化液澄清透明，碘試合格。
實施例3.
糖化工藝條件的優化。在單因素分析的基礎上，對影響糖化過程的β-澱粉酶用量125～175u/g，普魯蘭酶用量1.0～2.0u/g，糖化pH5.6～6.4，進一步作正交試驗設計，同時增加對糖化溫度50～60℃的考查，從而確定最優糖化工藝。
表3 糖化正交水平因素表
表4 L9(34)正交實驗方案
得出糖化最優條件A2B1C1D2，即β-澱粉酶150u/g，普魯蘭酶1.0u/g，pH5.6，糖化溫度55℃，糖化時間16h。
實施例4.
優化糖化工藝條件的確認。以上述實施例3最優糖化工藝進行兩次平行實驗，糖化DE值分別為42.4和42.7，糖化液澄清透明，具有典型的麥芽糖香氣。
權利要求
1.一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝，其特徵是將馬鈴薯經過粗加工製得粗粉，以馬鈴薯粗粉為原料，採用雙酶法依次經過液化、糖化工藝，用耐高溫α-澱粉酶控制液化DE值在15～20之間，而後用β-澱粉酶和普魯蘭酶協同糖化，再經過脫色、濃縮製得一種啤酒專用馬鈴薯糖漿，主要工藝條件為a)液化工藝用耐高溫α-澱粉酶控制液化DE值在15～20之間，耐高溫α-澱粉酶添加量為20～30u/g粗粉，液化溫度92℃，粉乳的質量/體積濃度為25～35％，pH值為6.4～7.2，CaCl2添加量為原料量的質量百分比0～0.1％，液化時間60min；b)糖化工藝用β-澱粉酶和普魯蘭酶協同糖化，β-澱粉酶用量為125～175u/g粗粉，普魯蘭酶用量為1.0～2.0u/g粗粉，pH值為5.6～6.4，糖化溫度50～60℃，糖化時間16h。
2.根據權利要求1所述的製備工藝，其中的馬鈴薯粗粉製備將馬鈴薯切片，然後於0.025％的NaHSO3溶液中浸泡10min，40℃下乾燥，粉碎過60目篩，製得粗粉。
3.根據權利要求1所述的製備工藝，其中的液化工藝耐高溫α-澱粉酶添加量為25u/g粗粉，液化溫度92℃，粉乳的質量/體積濃度為25％，pH值為6.8，CaCl2添加量為原料量的質量百分比0.05％，液化時間60min。
4.根據權利要求1所述的製備工藝，其中的糖化工藝β-澱粉酶用量為150u/g粗粉，普魯蘭酶用量為1.0u/g粗粉，pH值為5.6，糖化溫度55℃，糖化時間16h。
5.根據權利要求1所述的製備工藝，其中的脫色工藝條件為採用活性炭吸附淨化，活性炭的用量為糖漿乾物質的1.5％，於自然pH，80℃下保溫攪拌30min。
6.根據權利要求1所述的製備工藝，其中的濃縮工藝條件為採用減壓蒸發濃縮至78％～80％，真空度93.9KPa～99.5KPa，溫度控制在48℃～52℃。
全文摘要
一種啤酒專用馬鈴薯糖漿的製備工藝，涉及馬鈴薯深加工、啤酒專用糖漿技術領域。本發明以馬鈴薯粗粉為原料，採用雙酶法依次經過液化、糖化工藝，用耐高溫α－澱粉酶控制液化DE值在15～20之間，而後用β－澱粉酶和普魯蘭酶協同糖化，再經過脫色、濃縮製得一種啤酒專用馬鈴薯糖漿。成品糖漿成分與普通麥汁較為接近，可滿足一般釀造需要，尤其是α－氨基氮含量較高，優於其他原料所做糖漿。本發明對提高馬鈴薯的利用價值，開拓新的啤酒發酵用碳源，具有積極的促進作用。
文檔編號C12C5/00GK1616636SQ20041006461
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月13日 優先權日2004年9月13日
發明者陸健, 趙海鋒, 顧國賢 申請人:江南大學