玉米淀粉在啤酒酿造中的应用探讨.doc

玉米淀粉在啤酒酿造中的应用探讨周国泉 程远东 王国川（福建省燕京惠泉啤酒股份有限公司 泉州 362100）摘要 本文就啤酒酿造中使用玉米淀粉做为辅料，可能出现的泡沫性能下降、啤酒口味较淡薄、淀粉糊化过程容易粘锅影响加热速度等问题进行探讨，着重对糊化、液化工艺进行实践分析，提出全玉米淀粉出现的粘锅问题的解决思路。关键词 啤酒 玉米淀粉 糊化、液化工艺 应用 随着啤酒原料的大幅度涨价，消化成本的巨大压力摆在了每一位酿造技术工作者的面前，目前每吨玉米淀粉的平均价格比大米便宜500多元，其无水浸出率又比大米高10%左右，对降低粮耗节约成本来说十分有利，替代大米做为辅料成了重要的研究课题。使用玉米淀粉酿造的啤酒整体口味比起使用大米会淡薄些，泡沫性能也差些，玉米淀粉在糊化过程粘度大、加热速度较慢、易粘锅。这些缺点只要在酿造工艺过程加以调整应对，同样能够做出风味并未发生大的改变的好啤酒。1 玉米淀粉的成分 玉米淀粉颗粒大部分呈压碎状的多角形，其颗粒较小，粒径范围为426m。玉米淀粉和大米及玉米粉粒的对比分析见表1。从表1中可看出，玉米淀粉是一种纯的淀粉质产品。啤酒厂担心的玉米的脂肪、蛋白质高的问题，经浸泡脱胚、提取蛋白质制成的玉米淀粉已完全能适应啤酒酿造的要求。表1 典型的辅料品种的分析数据玉米粉粒大米玉米淀粉水分 %13.312.812.0风干浸出物 %76.982.889.9无水浸出物 %88.795.0102.0无水蛋白质 %9.37.90.04无水脂肪 %1.00.30.05无水矿物质 %0.70.90.08PH值5.86.35.2糊化温度6075658062752 玉米淀粉原料的质量控制玉米淀粉现在广泛地运用在淀粉糖、味精、柠檬酸、发酵酒精等行业，加工工艺已相对成熟。用于啤酒酿造的进厂质量控制应关注气味、水分、酸度、脂肪和铁盐等指标。主要针对玉米淀粉在制备过程中可能出现微生物繁殖而带来异味；水分太高容易出现结块和发霉；二氧化硫浓度过高带来的酸度高，水溶液PH值太低，可能影响淀粉酶作用及啤酒酸度的一致性；而脂肪太高会损害啤酒的泡沫形成能力和持久性，其中的不饱和脂肪酸作为醛类的前体物质会影响啤酒的口味稳定性；铁盐含量高会引起啤酒的喷涌、泡沫不洁白、加速啤酒的氧化；以及干燥温度过高可能发生局部过热糊化产生老化淀粉等问题。怪味、发霉、结块可通过感官加以鉴别，不同淀粉厂的设备和处理过程不同，玉米淀粉的酸度、脂肪、铁盐含量有的差别较大，进行必要的抽检，才能清楚可能带来的影响。3 使用玉米淀粉对泡沫性能影响的探讨 工业玉米淀粉脂肪的含量即使二级品也规定要求0.25%，远比大米脂肪含量低，其泡沫性能与使用同比例大米辅料下降的原因，主要在于缺少大米所含有的可改进啤酒的泡沫性能的糖蛋白的缘故，另一方面玉米淀粉浸出率高客观上也减少了麦芽类原料的量，含氮物质相对也少了些。采取配搭使用蛋白质含量高的麦芽或使用一些小麦芽可加以改善；也可使用四氢浸膏或六氢浸膏来增强泡沫的性能，对辅料用量和稀释比大的，还可考虑使用泡沫稳定剂。4 使用玉米淀粉口味会淡薄些的探讨玉米淀粉为辅料，其蛋白质含量几乎为零，若麦芽的可同化氮偏低，则即使玉米淀粉的使用量不大，也会使成品酒的口味淡薄。适当调高啤酒的总氮含量，控制合适的非糖比例，发酵度不要控制太高，保持醇脂比例，对改善口味淡薄有利。5 玉米淀粉糊化、液化工艺的探讨5.1 玉米淀粉的投料温度玉米淀粉糊化的温度为6275，投料水温度选择4060理论上都可行，生产中60调浆也未发生输送困难，从节约能源的角度，选择60可多利用糖化车间的富余热水，对节能有利。但实践中通过手感或显微镜可观察醪液中已有受热糊化的淀粉颗粒，如果出现停电或停留时间长醪液无法加热，当温度降至50以下会出现淀粉老化，即糊化后的淀粉糊，产生凝胶脱水，其结构又趋紧密的现象。因此综合考虑，玉米淀粉投料水的温度还是选择52为佳。5.2 玉米淀粉所用淀粉酶的选择玉米淀粉酶制剂的选择首先要适应其PH值较低的要求，现在许多公司所提供的4000060000u/ml的耐/ml0，结块、 高温淀粉酶适应的PH值范围可从5.07.0，早期常使用PH值适应范围为6.27.0的耐/ml0，结块、 高温淀粉酶就不适合了。随着酶制剂工业的发展，目前市场上提供的耐高温淀粉酶有的温度的作用范围较广（不排除其中复配了中温淀粉酶），能适应部分以玉米淀粉为辅料的液化，可不考虑外加中温淀粉酶，对使用全玉米淀粉（喷射液化的除外）由于直接加热过程易出现粘锅，不加中温淀粉酶对投料速度和能耗影响较大。5.3 液化工艺终点温度的确定随着辅料比例的不断增大，节约能源越来越受到重视，通过提高耐高温淀粉酶的使用量，糊化醪不经过煮沸就能够达到液化的要求。通常液化终点的温度选择在淀粉酶最佳作用温度9095。在我们进行的试验对比中，90保温远不如92和95，出于并醪的需要和节约能源考虑，我们选择92作为液化的终点温度。与传统煮沸工艺相比此项每年可为公司节约能耗40多万元。5.4 玉米淀粉为主加部分大米的糊化、液化工艺的试验对比不同玉米淀粉比例、不同的料水比，进行加热后进入粘度剧增点的温度有所差别，大米比例越多、料水比越大粘度剧增点的温度越高。加有大米的糊化醪不会出现严重影响加热的粘锅问题，分析原因一方面由于大米的糊化温度比玉米淀粉的糊化温度高，在玉米淀粉糊化时大米处于吸水和表面糊化过程，粘度较小，另一方面可能因为有大米碎颗粒的冲刷，使粘锅的机会变小。 在表2中列出了通过选择不同的保温温度和保温时间、及添加中温淀粉酶的5个方案的实验对比。在同样添加中温淀粉酶情况下，方案2在65保温10分钟比70保温10分钟所用加热时间少46分钟；方案2在65保温10分钟和65保温20分钟的方案3在加热时间没有变化；方案5 在65保温10分钟70又保温5分钟所耗加热时间最短；而方案1未添加中温淀粉酶直接升温至92的加热耗时最长，总时间基本相同。各个方案的得率和碘值都比较接近，综合酶制剂成本、加热总时间对比，添加中温淀粉酶并进行65保温10分钟的方案2最优。表2 在0.25Mpa蒸汽压力，不同工艺的粘度剧增温度和加热耗时的对比方案25%大米+75%玉米淀粉的液化工艺批号开始进入粘度剧增点温度（）扣除保温时间的加热耗时（分钟）1直接升温至9266964.55767064.7582多加1升中温淀粉酶；65保温10分钟再升温至9267165.44767265.1483多加1升中温淀粉酶；65保温20分钟再升温至9267764.84767864.9484多加1升中温淀粉酶；70保温10分钟再升温至9267365.15267464.7545多加1升中温淀粉酶；65保温10分钟，70保温5分钟再升温至9267964.94668064.7445.5 全玉米淀粉糊化、液化工艺的试验对比全玉米淀粉在约63进入粘度剧增点，表3列出了未添加中温淀粉酶直接加热至92过程升2耗用时间的对比，从63升到65的加热升温过程速度急剧变得缓慢，在67到71所用加热升温时间速度最慢，说明此时传热受粘度剧增的影响很大。表3 在0.25Mpa蒸汽压力下，未添加中温淀粉酶，加热2耗时对比加热温度（）耗时（）加热温度（）耗时 （）61-6321877-7943463-6545179-8143065-6753281-8342967-6962083-8542069-7161785-8742071-7354187-8941373-7545389-9140775-7743991-92(升1)220在表4中，全玉米淀粉采用未加中温淀粉酶直接加热至92保温工艺的方案1，生产至第二锅加热时间就延长了十几分钟，第二锅结束就要进行锅体CIP。根据前面摸清的玉米淀粉糊化过程的影响加热状况，采取在粘度剧增的63和粘度最大的68两个温度点，即63保温10分钟和68保温10分钟进行避峰停留降低粘度后再升温，仍在未加中温淀粉酶情况下，试验结果表明对粘锅有所缓解，但还是一锅比一锅加热困难，还需6批次CIP一次糊化锅。方案3通过减少一些高温淀粉酶，多添加2升中温淀粉酶，同时进行63保温10分钟和68保温10分钟的工艺，加热时间基本保持相对的稳定，可维持1个月不CIP锅体没问题，有效缓解了加热过程粘锅需频繁进行锅体CIP的问题。3个方案对比详见表4。表4 在0.25Mpa蒸汽压力下，3种工艺的粘度剧增温度和加热耗时对比方案全玉米淀粉液化工艺批号开始进入粘度剧增点温度（）扣除保温时间的加热耗时（分钟） 1直接升温至9261862.67361962.892中间进行糊化锅CIP62062.47662163.088263保温10分钟，68保温10分钟再升温至9264263.06964362.87364463.07764562.8853添加2升中温淀粉酶；63保温10分钟，68保温10分钟再升温至9272062.76572162.96772362.96772463.06872562.76772663.06872762.7675.6 讨论5.6.1 糊化、液化工艺的制定由于各厂所用酶制剂、水质、原辅料配比、料水比 、以及糊化锅的加热面积、传热效果、搅拌速度的不同，出现的情况会有所不同，需根据各厂的实际情况试验而确定；5.6.2 液化工艺随着辅料比的增大，料水比的降低，淀粉原料的不同，拘泥于传统要求的1/min显然是没必要的，设定加热时间的结果会导致在粘度大的时候蒸汽压力太高，可能使粘锅加剧。如果能测定加热过程的粘度曲线，对不同糊化、液化工艺的粘度变化将更加清晰；5.6.3 不同厂家的玉米淀粉，淀粉的糊化温度和液化速度会有所不同，除了与其酸度、及制备过程的质量外，可能与品种的差异有关；5.6.4 对使用玉米淀粉由于支链淀粉和直链淀粉含量与大米不同，经糖化后产生的糖谱情况需进一步的研究，才能清晰解释发酵度高的原因；5.6.5玉米淀粉的难溶性淀粉含量约占玉米淀粉中的0.23%，比大米高约9倍，采用液化终点温度为92与95或增加100保温相比不溶性淀粉颗粒的量可能会不同，需进一步加以对比。目前，采用喷射高温液化是减少难溶性淀粉含量的最佳手段；5.6.6 使用全玉米淀粉，试验的料水比在1：3.2，添加中温淀粉酶0.26升/吨淀粉，耐高温淀粉酶0.45升/吨淀粉，进行63保温10分钟，68保温10分钟再升温至92保温30分钟 ，有效解决了粘锅的问题，碘值和得率等各项指标均较好。6 小结 随着啤酒界同行们对玉米淀粉研究的深入，使用玉米淀粉的缺点将不断被克服，其在提高啤酒非生物稳定性、风味稳定性 、适应淡爽潮流等优点将变得更为突出。在现今世界粮食短缺的情况下，大米的价格短期内大幅降低的可能性很小，玉米淀粉在啤酒行业的使用将越来越受到青睐。参考文献 康明官，特种啤酒酿造技术，中国轻工业出版社，1999。 蒋锡瑞，酶制剂应用技术，中国轻工业出版社，1996。