木聚糖酶产业化中试及在小麦加工中的应用.doc

成果简述 成果名称：木聚糖酶产业化中试及在小麦加工中的应用 完成单位：河南农业大学 编号：2007000050 第一完成单位：河南农业大学 第一完成人：陈红歌 其他完成单位：河南莲花酶工程有限公司、河南莲花面粉有限公司小麦淀粉一厂 其他完成人：陈红歌、刘新育、贾新成、刘亮伟、张焱堂、李瑞丰、朱 峰、张世敏、王明道、赵玉萍 成果简介：一、任务来源：本项目于 2004 年得到河南省重点科技攻关项目资助，项目名称为木聚糖酶生产中试与应用研究，项目编号 0423021600。二应用领域和技术原理 木聚糖是自然界中含量最丰富的碳水化合物之一，约占植物性材料的 20-35%。木聚糖酶则是专一性水解木聚糖分子-1，4-木糖苷键的酶类，它将大分子木聚糖降解成木寡糖、木二糖及少量木糖。木聚糖酶的应用很广，主要包括以下几方面：（1）用于饲料：以小麦、玉米等为主的饲料中每公斤干料含有 40-80 克戊聚糖（主要为木聚糖），这些木聚糖本身不能被单胃动物所消化，但却因其保水性而增加鸡、猪等动物肠道中食糜的粘稠度，阻碍营养物质尤其是脂肪和蛋白质的消化吸收，导致饲料转化率降低，畜禽生产性能下降。在饲料中添加木聚糖酶是解决这一问题的最有效方法。（2）在小麦加工中的应用：由于木聚糖等戊聚糖的存在使小麦面粉浆液粘度增大，给谷朊粉和淀粉的物理分离过程带来极为不利的影响，从而降低谷朊粉和淀粉的得率，因此需要用木聚糖酶将其中的木聚糖成分降解掉，以降低料液的粘度，实现谷朊粉和淀粉的高效分离。另外，由于所用木聚糖酶液中还含有活力较高的-葡聚糖酶和纤维素酶，在后续的淀粉制糖中还可通过加酶对淀粉乳中残留-葡聚糖和纤维进行降解，以提高淀粉糖的得率，从而提高小麦的综合利用率。（3）纸浆漂白：加入木聚糖酶对纸浆进行处理可大大减少漂白剂氯/次氯酸的使用量，减少环境污染，并可提高纸张亮度。（4）在食品中工业中的应用：木聚糖酶在欧洲长期以来都被用作面粉调理剂，焙烤时可改善面团的机械性能和入炉急涨性能，从而获得较大体积的面包制品。另外，利用木聚糖酶进行半纤维素的酶法转化，可以生产功能性保健食品低聚木糖。（5）生物转化：木聚糖酶与纤维素酶共同作用下，可将农业植物性废弃物（约含 1/3 木聚糖）以及造纸工业废水中的戊聚糖降解为木糖，木糖再被细菌、酵母等转化成有价值的燃料乙醇、化工原料或单细胞蛋白饲料等。经过多年的微生物育种工作，我们已获得一株高产木聚糖酶产生菌黑曲霉 A-25，其产酶活力达到国内领先，已对其发酵条件进行了摇瓶及 40L 实验罐的优化，然而实验室的产酶和生产罐的产酶无论是从接种方式还是物料性质、条件控制、酶的提取等诸多方面都存在明显的不同。本项目旨在将已有的木聚糖酶高产菌株及其实验室获得的发酵条件在工厂化中试水平上进行熟化，为规模化生产木聚糖酶提供熟化的生产工艺，同时建立木聚糖酶在小麦加工中的应用体系，拓宽木聚糖酶的应用领域，为最终将木聚糖酶推向工业化生产和应用奠定坚实的基础。三、性能指标（1）20 吨生产罐液体发酵产酶水平达到 900IU/mL以上，液态酶制剂产品活力达 2500IU/mL，高于计划任务书指标。（2）木聚糖酶产品在室温贮存 3 个月，酶活力保持在 90%以上，产品符合酶制剂行业标准（套用糖化酶行业标准 QB1805.2-93）。（3）将木聚糖酶产品用于小麦谷朊粉及淀粉糖生产中，使总淀粉（折算成商品淀粉）对面粉的收率提高了 1.4%，谷朊粉的蛋白含量提高了 2.1%，换算成纯蛋白提取率，则加酶后纯蛋白提取率比不加酶时提高了 1.82%，在制糖工段加酶后，又使淀粉转化成糖的粉糖转化率（纯糖/商品淀粉）提高了 0.41%，显示了明显的应用效果。四、与国内外同类技术比较 该项目的木聚糖酶产品活力达到 2500IU/mL，接近美国杰能科同类产品活力（3000IU/mL），然而生产成本却远低于杰能科产品（每吨杰能科酶售价在 8-10 万元波动，该酶每吨售价 1.5 万元），因而该产品具有强劲的市场竞争力。另外，从酶组分看，该产品还同时是一个很好的饲用酶制剂，在木聚糖酶饲用酶制剂开发方面，目前除杰能科酶产品外，国内有一些尚不成规模的以固态发酵方式生产饲用复合酶制剂的企业，同时还有正在筹建的利用基因工程酵母菌生产木聚糖酶的报道，本产品与固态复合酶制剂相比，产品纯度高、活力高，而与基因工程菌生产木聚糖酶相比，本产品酶组分合理，特别适用于小麦加工及饲料行业，而工程菌生产的产品只含有单一组分木聚糖酶，不含在这些领域内使用所需要的-葡聚糖酶组分，且本产品生产工艺简单，成本远低于工程菌木聚糖酶，因而该木聚糖酶具有其独特的产品优势。木聚糖酶用于小麦加工，可使淀粉收率提高 1.4%、谷朊粉纯蛋白提取率提高 1.82%、淀粉糖化时的粉糖转化率提高0.41%，此应用效果国内外未见报道。五、成果的创造性、先进性（1）利用粉碎的玉米芯、麸皮做为液体深层发酵的主料，经 20 吨罐发酵生产木聚糖酶，发酵液活力达到 900IU/mL，经过滤和超滤，成品酶活力达到 2500IU/mL，表明菌种活力高、生产成本低、工艺可行。而玉米芯、麸皮在其它研究中都只能用做菌种固态发酵的培养料，因而该生产菌种具有先进性。（2）所试产的木聚糖酶产品其酶组分非常适合于小麦加工及饲料添加，本项目将木聚糖酶产品成功用于小麦加工，拓宽了木聚糖酶的应用领域。六、作用意义（直接经济效益和社会意义）若按年产 1000 吨木聚糖酶计，按每吨 1.5 万元销售，则每年可创产值 1500 万元，而每吨木聚糖酶生产成本约为 0.6 万元，则上缴税收后，企业每年所得毛利润可达 750 万元，效益显著。木聚糖酶产业化的社会效益体现在以下方面：（1）本项目实现了木聚糖酶的实验室研究向产业化生产的实质性衔接，该项目木聚糖酶产品具有完全自主知识产权，其产业化将对改善我省酶制剂行业产品单一、结构不合理、应用领域狭窄的现状具有重要意义。（2）该木聚糖酶生产的主料均为农业废弃物如玉米芯、麸皮等，因此，木聚糖酶的产业化将提供一条新的农业废弃物资源化利用的途径。（3）该木聚糖酶的生产必将带动木聚糖酶应用领域的发展，如小麦加工、饲料、造纸等领域都需要木聚糖酶产品促进其进一步发展，木聚糖酶产业化的价值不仅仅在其生产企业本身，其更大的价值则在与木聚糖酶应用相关的产业中体现。七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 木聚糖酶的生产技术可由现有的酶制剂厂、氨基酸发酵厂等微生物发酵工厂接产，也可依托该技术新建木聚糖酶企业。目前木聚糖酶在造纸、饲料、食品等方面的应用不仅在观念上逐步被人们接受，而且在实践上已开始一些使用，从市场上看，木聚糖酶具有广阔的产业化前景。然而，木聚糖酶的产业化推进也存在一些问题，主要是木聚糖酶在应用领域的推广还有很多工作要做。如在小麦加工中的应用还要广为宣传，而木聚糖酶作为饲料添加剂能显著提高饲料转化率，其效果是业内共知的，然而饲料行业是一个低价行业，主要靠量来保证利润，所以对于饲料用酶制剂，控制酶制剂价格就是一个重点，并且中国的饲料业被几个大的饲料生产集团所控制，饲料配方均为固定化的，木聚糖酶作为饲用酶制剂的新产品，其推广阻力很大，还有待相关的企业去进行有效的市场开发工作。另外，木聚糖酶在纸浆生产领域的应用，可大大减少漂白剂氯/次氯酸的使用量，减少对环境的污染，然而此领域的应用推广工作难度更大，必须有国家相关政策支持。为使木聚糖酶产品真正走向大规模应用，使木聚糖酶成为我省酶制剂行业的新的增长点，特提出以下建议：（1）加强木聚糖酶应用领域的知识普及和技术培训，加强市场开发工作；（2）在木聚糖酶的生产上要特别重视针对不同应用领域的需要开发不同规格的复配酶；（3）在当前秸秆燃料乙醇开发中，建议重视该木聚糖酶产品在秸秆的酶法糖化中的作用。小麦在啤酒生产中的应用小麦在啤酒生产中的应用 【燕京啤酒（曲阜三孔）有限责任公司/马爱华】水母网 日期:2008-06-23 来源:华夏酒报 啤酒是以大麦芽为主要原料，添加酒花，经酵母发酵酿制而成的含二氧化碳、起泡的、低酒精浓度的酿造酒。目前，面对原料价格，尤其是啤酒大麦价格飞涨的压力，各啤酒厂家都在积极寻找大麦的替代品。提高辅料使用比例，已成为广大啤酒生产企业及相关技术人员关注的热点。在众多可酿造啤酒的辅料中，使用部分小麦替代大麦，既可以充分利用我国小麦的资源优势，解决大麦资源的不足，又可以降低生产成本，提高啤酒企业的市场竞争力。因此，小麦在啤酒生产中的应用试验在许多啤酒厂家相继展开，并陆续取得了一定的经验。笔者现结合本企业小麦的使用，谈谈自己的体会，供同行参考，并愿与同行作进一步的交流。一、小麦品种的选择 我国小麦种植面积广泛，产量仅次于大米，同时在一些小麦产区，小麦价格远低于大麦。其中有些小麦品种蛋白质含量较低。它们并非食品行业的上选原料，却恰恰能满足啤酒酿造的要求，同时这些低蛋白小麦在产量和抗逆性等方面都明显优于高蛋白小麦及大麦，且种植效益显著。小麦按播种季节，可分为冬小麦和春小麦两种。我国以冬小麦为主。冬小麦秋季播种，次年夏季收获，分布广泛；春小麦春季播种，当年夏、秋收获，多分布在纬度较高的地区。春小麦籽粒两端较尖、腹沟较深、皮层较厚，出粉率较低。若按小麦皮色的不同，可分为白皮小麦与红皮小麦两种。白皮小麦呈黄色或乳白色，皮薄，胚乳含量多，出粉率较高；红皮小麦呈深红色或红褐色，皮较厚，胚乳含量少，出粉率较低。按籽粒胚乳结构呈玻璃质或粉质的多少，可分为硬质小麦和软质小麦。一般来说，优良的啤酒小麦应符合下列标准：1.粒大饱满，腹径大，体形短，籽粒大小均匀整齐，无虫蛀，无霉变，千粒重一般不低于 35g；2.高产、低肥、抗病虫害，成熟期早、休眠期短；3.蛋白质含量适中，一般在 11.9%13.0%（绝干）；4.发芽力强，发芽率不低于 90%；5.麦粒颜色为白色，胚乳为粉状、松软、非玻璃质；6.所制得的麦芽酶活力高，品质优良，制麦损失小。实际上，能够同时满足以上条件的小麦品种并不多。多数情况下，只能依据生产情况综合考虑，以选择适宜的品种。从整体来看，冬麦优于春麦；软质麦优于硬质麦。软质白皮冬小麦最适合啤酒的酿造（见表 1），其余依次为软质红皮冬麦、硬质红皮冬麦、硬质红皮春麦。二、小麦中的主要物质 1.淀粉 小麦中淀粉含量因品种、产地和栽培条件等因素的不同而存在差异。一般认为，谷物中小麦的淀粉含量仅次于大米且稍高于大麦；麦汁浸出物则高于大麦低于大米。小麦淀粉颗粒的形状与大麦相似，有凸镜形和球形两种，其中支链淀粉的含量与大麦、大米基本相同，为 23%左右，但糖化温度仅为 54620，明显低于大麦（70800）和大米（68780）。因此，小麦用作辅料时可以不经过单独糊化，直接与麦芽混合后进行糖化。2.蛋白质 小麦的蛋白质含量通常高于大米和大麦，这对于啤酒的酿造有着重要的影响。其不利之处表现为：（1）随着蛋白质的增加，麦粒中淀粉的含量会相应降低，从而影响麦汁收得率；（2）随着蛋白质的增加，玻璃质及半玻璃质胚乳的比例也越来越高，这两种胚乳难以溶解，一般不宜用于啤酒酿造；（3）小麦蛋白质的组成与其他谷物有所不同，其中醇溶蛋白和谷蛋白的含量较高，达 80%90%，而且随着蛋白质含量的升高，这两种蛋白质所占比例也会增加。它们难以溶解，容易导致麦汁过滤困难，并严重影响啤酒的非生物稳定性。小麦用于啤酒酿造的主要优点是能有效改善产品的泡沫性能。其机制较为复杂，与小麦中蛋白质的含量及构成有直接关系。掺用小麦后，啤酒中高分子氮的比例较高，而泡沫的稳定性也明显得到改善。此外，有研究证实，蛋白质含量与小麦的发芽力，以及发芽过程中所形成的 淀粉酶活力呈显著的正相关性。因此，小麦芽的糖化力和 氨基氮水平普遍高于大麦芽，这对于啤酒酿造是非常有利的。3.非淀粉多糖 小麦中的戊聚糖和 葡聚糖具有比较重要的意义，因为它们与麦汁的粘度有关。大麦芽与小麦所含戊聚糖的总量相差不多，均远高于大米，但小麦中可溶性戊聚糖的含量高于大麦芽。它在糖化过程中形成的凝胶，可能是导致麦汁过滤困难的主要因素之一。从水溶性 葡聚糖的含量来看，三者非常接近，但大麦中 葡聚糖的总量显著高于小麦，且大部分不溶于水；而小麦中的 葡聚糖几乎全部是水溶性的，这对于制麦及糖化过程中 葡聚糖的降解是非常有利的。三、小麦酶系的特点 未发芽的小麦中，淀粉酶的活性极低。只有在小麦开始萌发后，糊粉层才在赤霉素的刺激下开始大量合成。发芽过程中，淀粉酶活力的生产受多种因素影响，其中赤霉素是主要的促进因子。Ca2+在 淀粉酶的分解和释放过程中具有重要作用，而且是它发挥活力和维持稳定所必需的。与 淀粉酶不同，成熟的小麦在未发芽时即具有较强的 淀粉酶活力。还有一部分酶以酶素的形式存在，在发芽过程中被激活。小麦中的 淀粉酶也有 A、B、C 三种形式，它们都含有四个巯基，并形成一对二巯键，巯基是其活性中心的组成部分，但三者的活力、最适 pH 值以及电泳速度都不相同。其中 A 可溶于水，B、C 则通过二巯键与麦谷蛋白连在一起而溶于水。在发芽过程中，新生成的蛋白酶将麦谷蛋白水解，B、C才得以游离。小麦中的蛋白酶实际是一个复杂的酶系，总体上可分为内切酶和外切酶两大类。在成熟的未发芽小麦的糊粉层中即有明显的内切酶。之后，在发芽过程中激素的调节下，又合成了大量的内切酶，由此导致了其活力在发芽后期急剧上升，并使小麦中的储藏蛋白剧烈降解。还有一类比较重要的酶是非淀粉多糖分解酶类，其中内切（1，4）木聚糖酶主要在发芽中，内切（1，3）（1，4）木聚糖酶合成贯穿发芽始终，但活力只有大麦的 1/5 左右。此外，内切、（1，3）葡聚糖酶也有部分生成，但内切（1，4）葡聚酶的活性始终比较低。四、制麦工艺 斗提机粗选机小麦分级机暂存箱斗提机埋刮板输送机浸麦槽发芽箱液压刮板出箱机胶带输送机斗提机埋刮板输送机烘干箱机械刮板出箱机干麦芽暂存箱斗提机除根机自动缝包机（人工包装）成品小麦麦芽出售或转运 1.流程说明 原料小麦经提升机入粗选机，粗选后自然流入分级筛，分级后流入暂存箱。投料时，由提升机提至浸麦槽上部埋刮板输送机到浸麦槽，浸麦后自然流入发芽箱。发芽采取萨拉丁箱式通风发芽。绿麦用液压刮板出箱机出箱，出箱后进入胶带输送机输送至提升机，提升机提至烘库后，刮平，用翻麦机翻麦，用出箱机出箱烘干。干燥前期，麦芽水分要降至 12%以下，出炉水分控制在 5%以下。2.工艺说明 小麦在发芽期间的生化变化与大麦非常相似。首先由胚产生赤霉素并输送至糊粉层。后者在赤霉素的刺激下生成并分泌了大量的胚乳降解酶类，使胚乳中的淀粉、蛋白质等物质得以充分分解。因此，小麦芽生产工艺的关键，在于以小麦的制麦特性为中心，深入了解胚、糊粉层、胚乳这三个重点区域在发芽期间的生化变化情况及其相互间的联系。在此基础上，寻求浸麦度、发芽时间、温度、通风条件、干燥条件等工艺因素的最佳组合。由于无外层皮壳，小麦发芽比大麦旺盛，容易内层温度过高而产生较高的制麦损失，以及麦芽的溶解过度现象。所以应采用低温（14180）、短时（34d）的发芽工艺。此外，由于谷皮层较薄，小麦只需要较少的浸水时间就能达到发芽所必需的浸麦度（41%42%左右）。过度浸麦会使小麦生长滞后并影响发芽。小麦浸麦时间较大麦芽缩短 1/3，浸麦度达到 3738%就可以结束浸麦。在发芽时，将水分升至 4446%。麦层的通风要求则高于大麦。因此，大胆采用短浸水、长通风的浸麦工艺是有必要的。发芽时间 140 小时，麦温控制在 14180。发芽前 72 小时，麦温控制在 14160；发芽 72 小时后，麦温升至 16180。麦芽下到发芽箱 72 小时后，萌芽率超过 70，绿麦芽生长旺盛。发芽 72 小时内通新风，72 小时后回风。每 8 小时翻麦一次。为防止缠根，在发芽过程中要经常翻麦，但小麦没有皮壳，叶芽暴露在麦粒外容易断裂。叶芽在被破坏以后，溶解就会停止，因此在小麦制作过程中要特别小心。在 16 小时、32 小时翻麦时添加赤霉素 0.10g/t。小麦发芽温度比大麦要低一些。发芽中期，水分控制在4546。在发芽最后一天，为促进细胞壁溶解，发芽温度可升至 1720。排潮时间一般为 12 小时，进风温度 50650；干燥 3 小时，进风温度 65750；焙焦 2 小时，进风温度 80850。采取低浸麦度、低温发芽、分级干燥、焙焦等生产工艺上的调整生产出的小麦芽，其糖化力可达 350wk 以上，淀粉酶活力可达 80100u，N 可达 150mg/L 以上，浸出率可达 82%以上，完全可以用于酿制啤酒。五、糖化工艺 1.原料选择 小麦芽一般蛋白质含量较高，色度偏深，没有皮壳，因而在酿造过程中会带来许多不便。一般宜选用蛋白质含量低、色度和粘度较低的原料（见表 2）。2.添加比例 小麦芽由于没有皮壳，添加过多会出现过滤困难。同时小麦芽中含氮量较高，添加过多会影响产品保质期。由于以上原因，通常小麦芽的添加量以不超过 50%为宜，一般控制在 30%以下。3.小麦芽粉碎 由于小麦芽没有谷皮，粉碎可适当细些，以增加酶与底物的接触面积，提高糖化反应速度。考虑到大麦芽粉碎时应做到皮壳破而不碎，以提高过滤效率，故要尽量使用湿法粉碎或增湿粉碎，以保持小麦麦芽种皮和果皮的完整性。粉碎辊筒之间的辊间距应缩小到 0.30.35mm。实际操作中（以过滤槽过滤为例），小麦芽粉碎时，粗粉占 3040%，细粉占 6070%。大麦芽粉碎时，谷皮 2530%，粗粒 812%，细粒 3035%，细粉2025%。4.糖化 糖化工艺必须考虑加强蛋白质的分解。小麦芽含有大量的高分子氮，投料温度宜采用 3540。使用中性蛋白酶，促进蛋白质分解，既提供足够的低分子氮，满足酵母的生长需求，又降低了麦汁中高分子氮的含量，特别是可凝固氮的含量。同时，蛋白质休止分阶段进行，增加 45温度段，并适当延长休止时间。小麦芽中含有较高 葡聚糖和戊聚糖，因此，糖化时应添加适量的 葡聚糖酶和木聚糖酶，以加强 葡聚糖和戊聚糖的分解。为了照顾实际生产，最好有针对性地选用 葡聚糖酶、木聚糖酶和中性蛋白酶活力较高的小麦专用复合酶，以降低麦汁粘度，提高麦汁澄清度，改善过滤效果。小麦麦芽的比例越大，过滤时间就越长，尤其是头道麦汁的过滤，一般需要 60120分钟。麦汁要尽量清亮，以减少后序过程中沉淀物的含量。如果条件允许，可以采用麦汁压滤机。麦汁煮沸阶段，应提高煮沸强度（1012%），延长煮沸时间（100120min）。如采用外加热煮沸，在 108110的温度下，只需煮沸 6080 分钟。酒花应选用富含多酚物质的酒花制品,以加强麦汁中高分子蛋白质的凝聚，并且适量增加麦汁澄清剂，使多量的热凝固物较好地沉积，以提高麦汁清亮度，降低麦汁的可凝固性氮含量，从而提高啤酒的抗冷能力。5.麦汁处理 试验添加小麦芽的麦汁较全部使用大麦芽麦汁有更多的热、冷凝固物，故需分离，以除去麦汁中的热、冷凝固物。这样不仅有利于酵母发酵，而且有利于提高啤酒的非生物稳定性。6.发酵 利用现有发酵大罐设备，按照现行工艺主酵 6 天左右即可开始回收酵母。零度时及零度后，每两天各排渣一次，以防止酵母自溶。零度后约 3 天左右进行倒罐，以去除过多的蛋白、多酚。倒罐辅料添加（见表 3）数量依据原料及糖化情况而定。倒罐完毕后，严格控制贮酒温度、压力，每天进行排渣一次。啤酒冷贮的温度和时间对啤酒的冷稳定性影响较大。啤酒的冷贮温度为 0-10，冷贮时间至少在 3 天以上，同时在贮酒过程中温度不得回升。7.过滤 为提高啤酒的非生物稳定性，延长产品保质期，过滤前先将酒液进行急冷处理，同时过滤过程中添加澄清剂（如 PVPP、硅胶）和抗氧化剂（如偏重、双抗、异 VCNa 等），以除去多酚、蛋白质等易混浊物质，防止较早出现口感老化。8.保质期预测 笔者选择了两组添加小麦芽的试验酒与不添加小麦芽的正常酒对照，做强化试验（见表 4）。从强化试验的结果来看，添加小麦芽的试验酒，保质期较正常，完全能够达到保质期 180 天的要求。9.感官品评 添加部分小麦芽酿造的酒，酒液清亮、透明，泡沫洁白、细腻、持久挂杯，有特殊的小麦芽香气，口味纯正、口感柔和，有明显的杀口力。10.技术总结 通过对几轮试验数据的整理和总结，我们发现，在质量技术层面上，使用部分小麦芽代替大麦芽酿造啤酒是完全可行的。11.成本分析 若按国产麦芽 3800 元/吨、小麦芽 2700 元/吨计算，使用 20%小麦芽酿造啤酒，吨酒可节约成本 27.72 元。以年产量 10 万千升计算，除去酶制剂的费用，预计全年可以实现经济效益超过 250 万元。由此可见，使用部分小麦芽代替大麦芽酿造啤酒势在必行。麦麦芽在我国啤酒工业中的应用 一、我国小麦资源及啤酒原料概况（一）我国小麦资源 1、小麦的生产 在全球谷物生产中，小麦面积、产量和贸易量分别为 34 亿亩、5.7 亿吨和 1 亿吨左右，分别占世界谷物总量的 32%、30%和 50%。我国小麦面积 4 亿亩、产量 1 亿吨左右，分别占世界总量的 12%和 18%，均居世界第一位。随着经济发展和人口增加，小麦的需求呈增长趋势。近几年，世界小麦总需求达到 6 亿吨左右。据 FAO 中长期预测，到 2015 年、2020 年和 2030 年，全球小麦总需求将分别达到 7.48 亿吨、7.75 亿吨和 8.58 亿吨，分别比目前增加 1.48 亿吨、1.75 亿吨和 2.58 亿吨。我国小麦需求也呈增长趋势，将继续保持产销大国的地位。我国位于世界小麦产销中心。世界小麦 70%左右的产量集中在中国、美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、印度、阿根廷等十几个国家；小麦出口主要集中在美国、加拿大、澳大利亚等国家，小麦进口国家和地区达 70 多个。日本、韩国、中国等东南亚国家和地区是小麦的主要进口国家和地区。加快发展我国专用小麦生产，不仅能够有效替代进口优质小麦，而且可以直接向消费习惯基本相似的亚洲国家或地区出口，将对亚洲乃至世界小麦市场产生举足轻重的影响。小麦的分类 按播种季节分，可分为冬小麦和春小麦两种。春季播种的小麦称春小麦，秋季播种的小麦称冬小麦。我国以冬小麦为主。春小麦籽粒两端较尖，腹股沟深，皮层较厚，故出粉率较低。按皮色的不同，可分为白皮小麦和红皮小麦两种。白皮小麦呈黄色或乳白色，皮薄、胚乳含量多，出粉率较高；红皮小麦呈深红色或红褐色，皮较厚，胚乳含量少，出粉率较低。按籽粒胚乳结构呈角质或粉质的多少，可分为硬质小麦和软质小麦。角质又叫玻璃质，其胚乳结构紧密，呈半透明状；粉质胚乳疏松，呈石膏状。凡角质占粮粒横截面二分之一以上的籽粒称角质粒。含角质粒 50%以上的小麦称为硬质小麦。凡角质不足本粮粒横截面二分之一的籽粒称粉质粒。含粉质粒 50%以上的小麦称为软质小麦。按照国标 GB1351-1999 的规定，小麦分为 9 类：（1）白色硬质冬小麦 种皮为白色或黄白色的麦粒不低于，角质率不低于的冬小麦。（2）白色硬质春小麦 种皮为白色或黄白色的麦粒不低于，角质率不低于的春小麦。（3）白色软质冬小麦 种皮为白色或黄白色的麦粒不低于，粉质率不低于的冬小麦。（4）白色软质春小麦 种皮为白色或黄白色的麦粒不低于，粉质率不低于的春小麦。（5）红色硬质冬小麦 种皮为深红色或红褐色的麦粒不低于，角质率不低于的冬小麦。（6）红色硬质春小麦 种皮为深红色或红褐色的麦粒不低于，角质率不低于的春小麦。（7）红色软质冬小麦 种皮为深红色或红褐色的麦粒不低于，粉质率不低于的冬小麦。（8）红色软质春小麦 种皮为深红色或红褐色的麦粒不低于，粉质率不低于的春小麦。小麦的产区分布 山东 河南 河北 江苏 安徽 湖北 云南 陕西 四川 北京 山西 内蒙古 黑龙江 甘肃 新疆 硬冬白 硬春白 软冬白 软春白 硬冬红 硬春红 软冬红 软春红 （二）我国啤酒原料供应情况 随着中国啤酒产量的逐年增加，大麦使用量也成比例增加，啤酒产量的变化和大麦用量比较相对滞后，每年进口的大麦可能延缓到第二年使用，国产大麦也不一定都是当年收获当年使用。1980 年以前，我国的啤麦完全自给自足（当时啤酒产量只有 69 万吨），1980 年开始进口第一船啤酒大麦，以后逐年增加，1991 年后进口啤麦比率呈明显上升。近几年中，平均每年使用国产啤麦只 82 万吨，最高年份也只 124 万吨。19912001 年中国啤酒产量、大麦用量、进口量见表 1。中国的进口啤麦，主要来自于澳大利亚，品种有 Schooner、Gairdner、Stirling；其次为加拿大，主要品种为 Harrington，近几年由于 Harrington 品种退化、品质规格下降，又逐步引进 Metcalfe 等较新品种；另外进口少量的法麦，多数不是优良品种。中国进口大量澳麦，除澳麦出口量较大以外，还有质量、价格上的因素：澳麦水分低、收得率高、蛋白溶解易于进行、制麦易于管理、酿造性能好，澳麦海运到中国很方便，运输费用低，因此受到中国啤酒业的欢迎。表 1：19912001 年中国啤酒产量、大麦用量、进口量 年度 总量 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 啤酒产量 万吨 838.3 1020.2 1190.1 1414.7 1568.8 1681.9 1888.5 1987.7 2088.8 2231.3 2273.8 啤麦用量 万吨 116 142 165 197 218 234 262 276 290 306 312 进口大麦量万吨 75 83 77 132 127 131 187 152 227 197 237 进口大麦比率%65 58 45 67 58 56 71 55 78 64 76 国产大麦量 万吨 41 59 88 65 91 103 75 124 63 109 75 表中啤麦用量根据啤酒产量和制啤酒耗麦芽比例推算而得，进口大麦量来源于粮油进出口公司数，国产大麦量为啤麦用量减去进口大麦量。表 2：近年中国啤酒工业对啤麦的需求情况 年度 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 啤酒产量 1546 1631 1866 1966 2088 2231 2273 2368 啤麦需求量 217.9 234 258.6 272.5 290 310 315 328 进口啤麦量 150 130 150 160 150 177 237 190 进口大麦占比%69 56 58 59 58 57 58 58 近几年来，啤酒的成本构成在逐渐发生变化，销售费用增加，相对制造成本略有降低；制造成本中包装材料费用上升，原料费用比例下降。以 2001 年全国啤酒行业的统计数据分析，麦芽费用在总成本中占 1015%（和包装形式、啤酒浓度、辅料比例等有关），呈下降趋势。2001 年全国麦芽平均价格为 2358 元/吨，如 2003 年麦芽平均价格提高至 2800 元/吨，吨啤酒成本提高 1.92.8%，随着我国啤酒工业规模的不断扩大，啤酒产量的上升，大麦价格对整个啤酒工业经济的影响将逐步加大。以上数据分析得出，我国啤酒大麦进口量几乎占到整个全球啤酒大麦贸易的一半，而且近年啤酒大麦短缺、国产啤酒大麦近期无法满足需要，这些状况严重束缚着我国啤酒工业的可持续稳定发展。二、小麦麦芽用于啤酒酿造的特点及优势 1、小麦作为啤酒酿造原料的主要品质特征 1.1 淀粉:小麦中淀粉含量随品种、产地和栽培条件 等因素的不同而存在着差异。一般认为在谷物中它仅次于大米而稍高于大麦，麦汁浸出物则高于大麦低于大米。小麦淀粉颗粒的形状与大麦相似，在凸镜形和球形两种，其中支链淀粉的含量与大麦及大米基本相同，为 23%左右，但糖化温度仅为 54620C，明显低于大麦（70800C）和大米（68780C）。1.2 蛋白质:小麦的蛋白质含量通常高于大米和大麦，这对于啤酒的酿造有着重要的影响。其不利之处主要表现为：（1）随蛋白质的增加，麦粒中淀粉的含量一般会相应降低，从而影响了麦汁收得率；（2）随蛋白质的增加，玻璃质及半玻璃质胚乳的比例也越来越高，这两种胚乳难以溶解，一般是不宜用于啤酒酿造的；（3）小麦蛋白质的组成与其他谷物有所不同，其中醇溶蛋白和谷蛋白的含量较高，达 80%90%，而且随蛋白质含量升高，这两种蛋白质所占比例也会增加，但它们难以溶解，容易导致麦汁过滤困难，并严重影响啤酒的非生物稳定性。一般认为，小麦用于啤酒酿造的主要优点在于能有效改善产品的泡沫性能，其机制较为复杂，但是与小麦中的蛋白质含量与构成直接相关，掺用小麦后,啤酒中高分子氮的比例较高，而泡沫的稳定性也明显得到改善。此外，近年来的研究证实，蛋白质含量与小麦的发芽力以及发芽过程中所开成的-淀粉酶活力呈显著的正相关性，因此小麦芽的糖化力和 a-氨基氮水平普遍高出大麦芽 10%30%，这对于啤酒酿造无疑也是非常有利的。1.3 非淀粉多糖:小麦中的戊聚糖和-葡聚糖具有比较重要的意义，因为它们与麦汁的粘度有关，特别是后者。大麦与小麦所含戊聚糖的总量相差不多，均远高于大米，但小麦中可溶性戊聚糖的量高于大麦，它在糖化过程中形成的凝胶可能是导致麦汁过滤困难的主要因素之一；从水溶性-葡聚糖的含量来看，三者非常接近，但大麦中-葡聚糖的总量显著高于小麦，且大部分不溶于水，即使大麦也有部分-葡聚糖不能溶出，而小麦中的-葡聚糖几乎全部是水溶性的，这对于制麦及糖化过程中-葡聚糖的降解应是非常有利的。2、啤酒用小麦品种的选择 不同品种的小麦，其酿造性能存在着明显的差异，而且这种差异往往难以通过工艺手段得到弥补。几十年来，许多国外的研究人员一直在对不同品种、产地、年份的小麦进行追踪考察，反复比较其酿造性能，并从中得到了一些初步结论，总的看来，他们认为优良的啤酒小麦应符合下列标准：（1）粒大饱满，腹径大，体形短，籽粒大小均匀整齐，无虫蛀，无霉变，千粒重一般不低于 38g；（2）高产、低肥、抗病虫害，成熟期早、休眠期短；（3）蛋白含量适中，一般在 13.0%-15.0%（绝干）；（4）发芽力强，发芽率不低于 90%；（5）麦粒颜色为白色，胚乳为粉状、松软、非玻璃质；（6）所制得的麦芽酶活力高，品质优良，制麦损失小。实际上，能够同时满足以上条件的小麦品种并不多，多数情况下只能依据生产情况综合考虑，以选择适宜的品种。我们研究认为：从整体来看冬麦优于春麦，软质麦优于硬质麦，软质白小麦最适合啤酒的酿造，其余依次为软质红皮冬麦、硬质红皮冬麦、硬质红皮春麦。我国目前对于啤酒小麦选育的研究几乎仍是空白，虽然已经有企业生产小麦芽或小麦啤酒，但在品种选择上大多存在很强的随意性和盲目性。小麦与大麦主要成分的比较 指标 小麦含量 大麦含量 淀粉（%）59.1 蛋白质（%）10.7 水分（%）6.0-葡聚糖（mg/g 以绝干计）76 3、选用小麦为原料的可行性及优势 小麦中含有丰富的酶系，有利于改善糖化，减少糖化时的外加酶量；未发芽的小麦中-淀粉酶的活性极低，只有在小麦开始萌发后，糊粉层才在赤霉素的刺激下开始大量合成，发芽过程中-淀粉酶活力的生产受多种因素影响，赤霉素是主要的促进因子。Ca2+在-淀粉酶的分解和释放过中具有重要作用，而且是它发挥活力和维持稳定所必需的。与-淀粉酶不同，成熟的小麦在未发芽时即具有较强的-淀粉酶活力，还有一部分酶以酶素的形式存在，在发芽过程中被激活。小麦中的-淀粉酶也有 A、B、C三种形式，它们都含有四个巯基，并形成一对二巯键，巯基是其活性中心的组成部分，但三者的活力、最适 PH 以及电泳速度都不相同，其中 A 可溶于水，B、C 则通过二硫键与麦谷蛋白连在一起而溶于水，在发芽过程中新生成的蛋白酶将麦谷蛋白水解，B、C 才得以游离。小麦中的蛋白酶实际是一个复杂的酶系，总体上可分为内切酶和外切酶两大类。在成熟的未发芽小麦的糊粉层中即有明显的内切酶活性，之后在发芽过程中激素的调节下又合成了大量的内切酶，由此导致了其活力在发芽后期急剧上升并使小麦中的储藏蛋白剧烈降解。关于原有内切酶类为何不能在发芽初期大量降解储藏蛋白的问题，目前主要有两种看法，一种认为原有酶与新合成的酶类是两类专一性不同的酶，另外一种看法则认为原有内切酶在发芽初期可能处于眠状态，发芽过程中才被逐渐激活。其它一类比较重要的酶是非淀粉多糖分解酶类，其中内切（1，4）-木聚糖酶主要在发芽中，内切（1，3）（1，4）-木聚糖酶合成贯穿发芽始终，但活力只有大麦的 1/5 左右，此外，内切、（1，3）-葡聚糖酶也有部分生成，但内切-（1，4）-葡聚酶的活性始终比较低。小麦淀粉和大麦淀粉结构基本相同，可在底温（51.9-59.5）糊化，便于将小麦加入糖化锅中，充分发挥小麦中酶和外加酶的作用；由于小麦蛋白和大麦蛋白组成基本相似，可改善啤酒泡沫性能；小麦的蛋白质含量因小麦品种不同而异，一般在 11%16%之间。70%的蛋白质集中在小麦胚乳中，主要是麦谷蛋白、麦胶蛋白、麦清蛋白和麦球蛋白。麦胶蛋白不溶于水，而溶于 70%的乙醇，因此又称为醇溶蛋白，约占小麦总蛋白质的 40%50%，麦胶蛋白使小麦粉在加水后形成松软、有弹性、粘结在一起的面团；麦谷蛋白在面筋中与麦胶蛋白很难分离,占小麦总蛋白的 3545%，麦谷蛋白完全不溶于水和乙醇，只稍溶于热的稀乙醇溶液中,但冷却时便成絮状而沉淀;麦清蛋白和麦球蛋白在小麦中含量少。大麦的蛋白质组成：主要有麦白蛋白、麦球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白。麦白蛋白，为大麦蛋白质含量的 31%左右，溶于纯水、稀盐溶液和酸液中，52即可从溶液中凝结析出，约占大麦蛋白质的 4%，包括 16 种成份，等电点为 PH4.65.8；麦球蛋白，不溶于纯水，溶于稀盐溶液和酸碱中，在 90左右的高温下能凝结析出，包括、四个组分，等电点为 PH4.95.7，其中 球蛋白的等电点为4.9，在麦汁制备过程中不能完全析出沉淀，当酒的 PH 继续下降和温度继续降低时，它就会析出而引起啤酒混浊；醇溶蛋白，为大麦蛋白质含量的 36%，是麦糟蛋白质的主要构成部分，主要存在于麦粒糊粉层时，等电点为 PH6.5，不能溶于纯水及盐液，溶于 50%90%的酒精溶液中，也溶于酸碱，含有大量的谷氨酸和脯氨酸，由 5种组分(、)组成，其中、组分是造成啤酒冷混浊和氧化混浊的重要成分；麦谷蛋白占大麦蛋白质含量的 29%，不溶于中性溶剂和乙醇，溶于碱性溶液，也由 4 种组分组成，它和醇溶蛋白是构成麦糟蛋白质的主要成分。小麦蛋白和大麦蛋白对比 蛋白质 原料 总蛋白 谷蛋白/总蛋白 醇溶蛋白/总蛋白 清蛋白/总蛋白 球蛋白/总蛋白 啤酒大麦 912%28%37%4%31%小麦 1 1116%3545%4050%少量 少量 小麦 2(ASBC3/2001)46*22 16 7 *其中酸溶性谷蛋白占 9%，不溶于酸的谷蛋白占 37%。小麦的 N 含量高，糖化时可减少酶制剂用量。无水浸出物含量高，可提高糖化麦汁产量，降低啤酒糖耗成本。酿制的啤酒泡沫持久性，醇厚感强；小麦价格远低于大麦价格，可降低啤酒的生产成本。小麦芽与大麦芽成分的比较 指标 小麦芽含量 大麦芽含量 水分（%）5.5 5.0 蛋白质（%）15 13 色度（EBC）5.5 5.0 粘度（mgs.s）1.7 150 150 浸出物（%以绝干计）82 78 三、小麦麦芽用于啤酒酿造的主要技术问题（一）小麦麦芽生产工艺 1、浸麦度的确定浸麦度受到多种因素的影响，不同小麦品种对浸麦度的要求是不同的：麦粒较小的小麦品种一般要求比大粒的浸麦度要低一些；硬质小麦一般要求比软质小麦要高一些；干旱年份收获的小麦比雨多年份的高一些；北方地区生产的小麦比南方地区生产的小麦浸麦度要高一些。浸麦度的确定关键要根据麦芽的溶解情况、库值等指标进行工艺调整。2、色度的控制焙焦温度越高，出炉水分越低，色度会随之上升。（二）使用小麦麦芽的酿造工艺和啤酒质量 过滤问题 小麦为裸麦、无皮壳。过滤时难以形成麦汁过滤层。因其具有较细阻状物会堵塞过滤层。给麦汁过滤带来困难。小麦芽蛋白质、-葡聚糖含量较高，添加小麦芽，通常醪液粘稠、过滤缓慢。由于小麦芽比大麦芽硬且粉状物少，如果小麦芽粉碎得比大麦芽更细时，实际浸出率增加，但较细的颗粒能增加过滤问题。糖化搅拌使糖化容易完全。在 50-52短时间的蛋白质休止能有助过滤，通过降解一些高分之量的蛋白质不会降低泡沫性能，添加中性蛋白酶也有助于蛋白质的分解。高温糖化对降低