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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4~26μm。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 %
13.3
12.8
12.0
风干浸出物 %
76.9
82.8
89.9
无水浸出物 %
88.7
95.0
102.0
无水蛋白质 %
9.3
7.9
0.04
无水脂肪 %
1.0
0.3
0.05
无水矿物质 %
0.7
0.9
0.08
PH值
5.8
6.3
5.2
糊化温度　℃
60~75
65~80
62~75

2 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62~75℃，投料水温度选择40℃~60℃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40000~60000u/ml的耐/ml0，结块、 高温淀粉酶适应的PH值范围可从5.0~7.0，早期常使用PH值适应范围为6.2~7.0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90~95℃。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4~6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92℃
669
64.5
57
670
64.7
58

2

多加1升中温淀粉酶；65℃保温10分钟再升温至92℃
671
65.4
47
672
65.1
48

3

多加1升中温淀粉酶；65℃保温20分钟再升温至92℃
677
64.8
47
678
64.9
48
4

多加1升中温淀粉酶；70℃保温10分钟再升温至92℃
673
65.1
52
674
64.7
54
5

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92℃
679
64.9
46
680
64.7
44

5.5 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 （′″）
61-63
2′18″
77-79
4′34″
63-65
4′51″
79-81
4′30″
65-67
5′32″
81-83
4′29″
67-69
6′20″
83-85
4′20″
69-71
6′17″
85-87
4′20″
71-73
5′41″
87-89
4′13″
73-75
4′53″
89-91
4′07″
75-77
4′39″
91-92(升1℃)
2′20″

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92℃
618
62.6
73
619
62.8
92
中间进行糊化锅CIP
620
62.4
76
621
63.0
88

2

63℃保温10分钟，68℃保温10分钟再升温至92℃
642
63.0
69
643
62.8
73
644
63.0
77
645
62.8
85
3

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92℃
720
62.7
65
721
62.9
67
723
62.9
67
724
63.0
68
725
62.7
67
726
63.0
68
727
62.7
67

5.6 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
⑴ 康明官，《特种啤酒酿造技术》，中国轻工业出版社，1999。
⑵ 蒋锡瑞，《酶制剂应用技术》，中国轻工业出版社，1996。