作者：熊志刚
出版社：中国轻工业出版社
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高等职业教育酿酒技术专业系列教材·啤酒生产原料试读：
前言
中国啤酒工业发展迅猛,2011年全国啤酒的产量达到4898.8万千升,同比增长10.7%。在啤酒产量持续增长的同时,啤酒质量也在稳步提高。我国已经拥有国际著名的啤酒品牌,无论从产业结构与规模、品种规格与特色、质量水平与标准化,还是科技创新与综合实力上都有了长足的进步。如今的啤酒工业已成为一个现代化的工业体系,在我国国民经济中占有举足轻重的地位。
水、大麦(麦芽)、酒花和酵母是啤酒生产的四种基本原料,按照德国1516年颁布的,迄今仍在使用的《纯酿法》中的规定,离开这四种最基本原料而酿制的饮料不能称作“啤酒”。上述原料的质量决定所生产啤酒的质量,了解这四种原料的特性及其对工艺的影响既是对其进行加工处理的基础,也是有针对性地进行工艺控制的关键。当然在世界上(除德国之外)的其他国家,还可以使用其他的辅助原料来生产啤酒,比如大麦、小麦、燕麦、玉米、大米、高粱、荞麦以及淀粉的制成品等。
本书是高等职业教育酿酒技术专业系列教材之一,是参考《啤酒酿造工国家职业标准》中技师的工作要求编写而成的。书中系统介绍了啤酒生产过程中所需的四种主要原料、辅助原料以及常用添加剂,并对它们的性状、使用方法及特点、对啤酒质量的影响进行了详细的描述。在编写过程中,编者力求理论联系实际,注重实践与应用,内容简明实用,通俗易懂。本书可作为高等职业教育酿酒技术专业教学用书,也可供从事啤酒酿造专业的工程技术人员和其他类型院校相关专业的师生参考。
本教材在使用一些资料、图片、表格和相关技术内容时,摘编了一些有关公司产品介绍的内容或相关专业书刊和文章的内容,均尽量注明出处和资料来源。并在此对帮助此书顺利完成的湖北轻工职业技术学院中德啤酒学院的各位老师表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,书中疏漏之处在所难免,敬请读者惠予批评指正。湖北轻工职业技术学院中德啤酒学院熊志刚2012年7月序
随着中国啤酒工业的不断发展,企业在激烈的市场竞争中,一直致力于不断提高产品质量,降低生产成本。为此,企业的生产设备在不断更新,自动化程度在不断提升。因此,企业对技能型人才的需求越来越多,要求也越来越高。这样,企业迫切希望高等职业院校能够培养大量符合企业需要的技能型人才。
目前,我国职业教育正处在发展时期,人们还在积极探索职业院校的人才培养模式和教学模式,积极寻求与之相配套的教材建没方向。中德合作的湖北轻工职业技术学院中德啤酒学院,积极借鉴德国成功的职业教育经验,努力探索适合中国国情的职业教育模式,积极深化教学改革,在企业员工培训、学生实习、学生就业、课程建设和教材建设等方面,不断加强与企业的合作,积极推进专业课程体系和教材的有机衔接。此次该院组织编写的高等职业教育酿酒技术专业(啤酒类)系列教材(即,《啤酒生产原料》、《麦芽制备技术》、《麦汁制备技术》、《啤酒发酵技术》、《啤酒过滤技术》、《啤酒包装技术》、《啤酒生产理化检测技术》和《啤酒生产微生物检测技术》),是该院在认真总结了二十多年办学成功经验的基础上,收集了大量的国内外教学资料和行业信息,在青岛啤酒股份有限公司等国内大型啤酒集团的大力支持和协作下,校企合作开发的专业教材。该教材图文并茂,将理论和实践有机地融合起来,注重专业与产业对接、教学内容与职业标准对接,教学过程与生产过程对接,突出强调了专业的知识目标,特别是技能目标,为学生的专业学习和教师的授课指明了方向。
这套专业系列教材,适合我国高等职业院校酿酒技术专业学生使用,也适合啤酒生产企业在员工培训中作为辅助学习资料使用,我相信,这套酿酒技术专业系列教材的出版发行,对提高我国高等职业院校相关专业学生的学习效果,提高企业员工的培训质量,提高技能型人才的培养质量都能起到相当大的作用,对中国啤酒工业的发展将发挥积极的作用。青岛啤酒股份有限公司副总裁兼制造中心总裁樊伟二零一二年五月第一章酿造大麦
知识目标
1.了解使用大麦作为啤酒生产主要原料的原因;
2.掌握啤酒酿造大麦的定义;
3.了解中国啤酒大麦的需求情况;
4.了解常见的大麦品种;
5.理解大麦化学组成与啤酒酿造的关系;
6.掌握大麦的储存和保管方法。
技能目标
1.能熟练进行酿造大麦的感官评价;
2.了解酿造大麦的可种植性指标;
3.了解酿造大麦的可酿造性指标;
4.掌握淀粉试验的原理和操作;
5.熟悉大麦的储存要求。第一节 概述
一、啤酒酿造大麦的定义
大麦属于禾本科植物,学名为Hordeum sativum jessen。大麦既可食用,又可用作饲料,经过制麦的相关工序加工成麦芽后,就可以作为啤酒酿造的原料。在新修订的《啤酒大麦》GB/T 7416—2008中,专门增加了对啤酒酿造大麦的定义,将其定义为是经过一定程序认定的,适用于制麦和啤酒酿造的二棱和多棱大麦。
二、大麦酿造啤酒的主要原因
啤酒有史以来都是采用大麦作为主要原料,原因如下:
(1)内容物无毒性。
(2)良好的种植能力,即对环境要求相对低,容易种植。
(3)适应各种气候,世界性的广泛种植。
(4)酶的形成和积累能力高。
(5)价格便宜,又非主粮。
(6)比较高的淀粉含量。
(7)蛋白质含量比较适中。
(8)其麦皮可作为麦汁过滤时的天然过滤介质。
三、中国啤酒工业大麦的需求量分析
据统计,尽管近几年来中国的啤酒年增长量达到200～400万kL,但啤酒大麦的使用量并没有增加,反而呈下降趋势,见表1-1和图1-1。表1-1 近年来我国啤酒大麦的使用情况
中国是世界上最大的啤酒大麦进口国,啤酒工业对进口大麦的依赖性比较强,1998年中国啤酒大麦的进口比例约占68%,进口量和价格明显受国际大麦市场供求变化的影响。2003年后,这种很大程度上依靠进口的情况出现了一定的变化,很多啤酒企业开始比较稳定地使用国产大麦,也逐步体会到了使用国产大麦的优越性。随着国产啤酒大麦产量的稳步增长,特别是从2006年开始,国产大麦出现了大幅度增长,2008年进口大麦的比例仅约为24%,国产啤酒大麦的使用量已经超过了进口大麦,应该说中国啤酒大麦在这些年来得到了快速发展。促成这一发展的内部因素主要体现在以下四个方面:
1.国内整体种植啤酒大麦的面积扩大
(1)我国大麦种植产区发生变化 整体啤酒大麦种植面积的扩大表现在,1998年前占主导地位的江浙产区逐渐被西北、东北地区所取代,而西北、东北的大麦种植近年来发展很快。通过比较2008年和1998年中国国产大麦的种植情况可以发现,1998年期间,国产大麦以江浙产区为主,而到2008年,江浙产区的种植面积和产量大幅度减少,而西北和东北产区的种植面积和产量则大幅度增加,见表1-2。表1-2 我国大麦种植面积和产量的变化
江苏水陆运输方便,就地加工,啤酒大麦运输价格明显低于西北或东北、内蒙古等地价格。
江苏沿海地区,特别是盐城境内啤酒大麦规模化种植程度较高,品质较为稳定,一致性较好,为麦芽企业所推崇。而广大农村一家一户零散种植的大麦导致商品啤酒大麦质量不高不稳的问题仍然非常突出。另外江苏啤酒大麦受每年的气候影响较大而不稳定。同时江浙的气候和种植条件适宜种植的作物多样,受国家相关政策的影响,当种植小麦等其他作物的收益高时,转型比较快,也影响了江浙地区大麦的种植面积和产量。
(2)西北产区种植面积和产量增加较大 西北啤酒大麦产区具有得天独厚的气候条件,昼夜温差大,光照充足,空气湿度小,适合大麦的生产成熟。西北啤酒大麦生产较集中的区域为甘肃、新疆、宁夏等地。这一产区的啤酒大麦质量普遍较好。但1997年之前,由于西北大麦多渠道经营,一度出现以次充好,品种混杂,掺假掺杂的情况,严重影响了西北大麦的声誉。之后通过各方重视与管理,情况逐渐好转,质量普遍得到麦芽、啤酒行业的认可。
政府主导的科贸一体化促进了西北大麦的发展,甘肃省农科院啤酒大麦研发中心培育的甘啤3号、甘啤4号等系列啤酒大麦品种,近年来在西北地区得到大面积推广种植,作为国产啤酒大麦难得的优良品种,对提升西北地区啤酒大麦主产地的地位起到重要作用。
目前甘肃啤酒大麦已经成为国内啤酒酿造的主要原料。
(3)内蒙古、东北产区种植面积和产量增加 内蒙古产区农牧场大面积规模化种植,近几年得到快速发展。东北产区多年来保持稳定并有所增长,特别是东北区域交通运输的便捷,使东北及内蒙古大麦在国内市场竞争方面也处于有利位置。随着啤酒大麦品种、质量的进一步提高,内蒙古的呼伦贝尔及其周边地区已成为中国啤酒大麦的主要生产基地之一。
2.麦芽行业的发展
近年来中国的麦芽企业也得到了迅猛的发展,建起了一大批麦芽企业,并形成了以中粮和永顺泰为主的麦芽生产集团,促进了国产大麦的发展。近年来一些大型麦芽企业,更是以其各方面优势带动了行业的发展,优势如下。
(1)原料采购优势;
(2)设备生产条件好;
(3)质量控制稳定;
(4)供货稳定;
(5)可根据啤酒企业的要求安排生产。
目前中国麦芽企业的产能大约为560万t,仍有一些麦芽项目还在建设,产能将有可能进一步提高。
3.酿造技术的不断进步
近年来国产啤酒大麦之所以得到迅猛发展,除了种植面积不断扩大与品种不断优化,同时也得益于啤酒酿造技术的不断进步。
各种酶制剂在啤酒酿造中的应用,使啤酒生产对麦芽质量的要求可相对降低。麦芽中β-葡聚糖的含量直接影响糖化过程的过滤速度和后期清酒的过滤效果,使用β-葡聚糖酶的酿造技术,可以使糖化效果得到大大改善,因此对麦芽中β-葡聚糖含量要求不是太高。根据分析,国产麦芽的β-葡聚糖含量明显高于进口麦芽,见表1-3。表1-3 国产麦芽和进口麦芽中的β-葡聚糖含量
除了β-葡聚糖酶以外,还有不同形式的复合酶,其中含有戊聚糖酶、中性蛋白酶等,通过各种酶制剂的应用,啤酒酿造技术得到了发展和变革。目前的酿造技术可以根据不同的麦芽质量、不同的麦芽特性选用不同的酿造方法,不仅可以改善工程质量、产品质量,同时也可提高收得率,这可能也是国产大麦得到普遍认可、广泛使用的因素之一。
近年来虽然国内啤酒大麦得到了很大增长,但并未与啤酒产量的增长同步,其中有各种原因。
(1)麦芽比例下降 见表1-4。表1-4 近年来麦芽比例变化情况
(2)啤酒浓度变化 主要啤酒产品浓度逐步降低,以华东地区为例,调查发现趋于低浓度化,见表1-5。表1-5 近年来华东地区原麦汁浓度的变化
(3)小麦麦芽的使用 2007—2008年,随着大麦麦芽供应市场的紧缺和价格的上升,小麦麦芽的优势凸显出来:
①浸出率高;
②改善口味和泡持性。
近年来我国啤酒大麦使用量变化情况见图1-1,国产和进口啤酒大麦的对比情况见图1-2,进口大麦价格情况见图1-3。图1-1 2000—2008年中国啤酒大麦使用量变化情况
数据来源:《中国啤酒工业发展态势及大麦(麦芽)需求分析》,杜绿君图1-2 历年国产和进口啤酒大麦的对比情况图1-3 进口大麦价格情况
四、中国的大麦品种
近年来随着中国啤酒工业的发展,中国的啤酒大麦事业也在快速发展,尤其是啤酒大麦品种更是得到了根本性的变革与发展。最早国内育种方面主要是研究饲料大麦,所以更多地是关注与追求产量,随后人们开始关注啤酒大麦,逐渐改变观念,很多育种专家开始研究啤酒大麦的特性,并根据啤酒大麦的特性进行品种研究和培育,国内育种专家经过多年不断地选育,国产啤酒大麦的主导品种与前些年相比已经发生了巨大变化,其质量水平不断提高,主要表现为农学种植性能好,生产上表现为千粒质量进一步提高,蛋白质含量低等。目前,中国三大啤酒大麦产区主要种植品种如下:
1.江浙产区主要栽培品种
KA4B仍有大面积栽培,但品种已逐渐有所退化,目前苏啤3号、单2、扬农啤5号、9811、花30等品种也得到大面积推广,见表1-6。表1-6 苏啤3号和单2的种植情况
2.西北产区栽培品种
西北产区种植品种主要是甘啤3号、甘啤4号和甘啤5号,见表1-7。表1-7 西北产区种植的大麦品种
据报道,2009年7月,啤酒大麦新品种甘啤6号通过了甘肃省级科技成果鉴定,这标志着甘肃省农科院科研人员历经15年攻关的这个新品种正式培育成功。
啤酒大麦是甘肃省河西走廊、中部沿黄灌区的支柱产业,选育高产和具有优良酿造品质的啤酒专用大麦新品种具有重要意义。甘肃省农科院科研人员从20世纪90年代开始培育高产和具有优良酿造品质的啤酒大麦新品种。经过15年的科研攻关,终于培育成功甘啤6号新品种。
科研人员介绍,相比其他品种啤酒大麦,甘啤6号产量高,比当地品种平均增产6%以上;适应性广,不仅适宜在甘肃省河西走廊、中部沿黄灌区种植,而且适宜在内蒙古、黑龙江等地种植;在试验示范中,还表现出高度抗倒伏、抗病害、抗干热风的特性。
甘啤6号具有优良的酿造品质,经中国食品发酵工业研究院和美国AB克林斯堡大麦实验室检测,其酿造品质达到国标优级标准。
3.东北主要栽培品种
东北地区种植的大麦主要是垦啤麦2号和垦啤麦7号,见表1-8。表1-8 东北地区种植的大麦
五、国外的大麦品种
目前世界上有许多优良的大麦品种可供制麦行业和啤酒酿造工业选择,这些大麦主要分布在三个种植地区,即北美(以加拿大为主要产区)、欧洲大陆和英国(以德国、法国和英国为主要产区)、澳大利亚(以西澳和南澳为主要产区)。其中,人们比较熟悉或常用的大麦产地和品种有:
(1)加拿大 AC麦特卡夫(Metcalfe)、哈林顿(Harringdon)、斯泰因(Stein)、CDC肯德尔(Kendall)、CDC卡普兰德(Copeland)和莱格西(Legacy)等。加拿大大麦的主要特点是浸出物含量高,且蛋白质含量适中,葡聚糖含量比较低,制成的麦芽溶解度比较好,酶活力也相对较高,出现水敏性的情况比较少。
(2)澳大利亚 斯特林(Stirling)、宝黛(Baudin)、哈默林(Hamelin)、盖德纳(Gairdner)、斯洛普(Sloop)和斯库纳(Schooner)等,澳大利亚大麦的主要特点是粒大、皮薄,蛋白质含量和葡聚糖含量比较低,浸出率比较高,发芽率普遍较高,澳大利亚大麦的另一个显著特点是大麦的休眠期比较短。
(3)欧洲 欧洲大麦的品种特别多,因为欧洲生产的啤酒品种也多,而且有些品种指定使用一些专门的大麦品种来酿造。种植比较广的和著名的大麦品种有巴克(Barke)、斯卡莱特(Scarlett)、萨纳(Saana)、欧普特(Optic)、雷吉纳(Regina)、普累斯蒂格(Prestige)和帕萨德纳(Pasadena)等。欧洲大麦的特点是浸出物高,蛋白质含量适中,葡聚糖含量低,因此制成的麦芽黏度比较低。欧洲大麦的酶活力一般比较高,而且酶的耐热性能也好。第二节 大麦的种类
大麦是古老的培育植物(图1-4),公元6000年前就开始在亚洲种植。自然界最初出现的野大麦是六棱大麦,随后人们从六棱大麦中选育出了二棱大麦,其学名为Hordeum distichum。图1-4 大麦
一、根据酿造价值分类
在啤酒酿造行业,一般把能用于啤酒酿造的大麦称为酿造大麦。这是因为啤酒酿造对大麦的特征有特殊要求。
不能用于啤酒酿造的大麦称为饲料大麦。在植物学上,二者从形态上并无严格的区别,但是在籽粒性状和内在质量上有一些特殊要求。其中最大的区别就是啤酒大麦蛋白质的含量不能过高,因为含量高会使籽粒溶解度降低,酿出的啤酒易浑浊,保存期短。而饲用大麦则要求蛋白质含量尽可能高,适口性好,因此酿造大麦并非一种特殊大麦品种。
二、根据籽粒生长形态分类
1.六棱大麦
六棱大麦是大麦的原始形态品种,麦穗断面为六角形,即六行麦粒围绕一根穗轴而生,但只有中间对称的两行籽粒发育正常,而左右四行籽粒则发育迟缓、粒形不整齐。所以六棱大麦的籽粒从总体上看,不够整齐且颗粒小。六棱大麦的蛋白质含量相对也较高、淀粉含量较低(所以六棱大麦的浸出率低、色泽深、由此生产的麦芽溶解性不稳定),不过,它制成的六棱麦芽含酶很丰富,所以在使用辅料量很高的美国,有时添加六棱麦芽。
2.四棱大麦
四棱大麦实际上是从属六棱大麦,只不过它的左右四行籽粒不像六棱大麦那样对称生长,即有两对籽粒互为交错,致使麦穗断面看起来像四角形,也因此而得名,四棱大麦和六棱大麦也被称为多棱大麦。
3.二棱大麦
二棱大麦由六棱大麦演变而来,麦穗扁形,只有两行麦粒围绕一根穗轴对称而生,也因此而得名。二棱大麦的麦粒相对六棱、四棱来说,整齐均匀饱满,蛋白质含量相对较低,淀粉含量也因此相对较高。
大麦麦穗的结构见图1-5。图1-5 大麦麦穗的结构
(1)二棱大麦 (2)六棱大麦
1—俯视形态
2—从棱的中间观察形态
3—侧视形态
三、根据生产季节分类
1.德国
在德国,按照大麦生长度过的季节分为夏大麦和冬大麦。
(1)夏大麦 在3月份或4月份播种,7月份或8月份收割。整个生长期约为4个月。为了快速生长,这类生长期短的大麦需要很多的高效营养物质。著名品种有Alexis、Krona、Marina、Maresi等。
(2)冬大麦 在前一年的9月份播种,第二年的7月份或8月份收割。冬大麦生长期很长,但产量高,大多为四棱,少数为二棱。
夏大麦经过几百年的酿造价值的系统改良、培育,因此它具有良好的酿造性能,如,颗粒饱满整齐,麦皮很薄,皱纹细密,休眠期短;而冬大麦的颗粒不整齐,不饱满,麦皮也很厚,休眠期长。不过,经过改良的二棱冬大麦,在今天,其酿造性能也越来越接近夏大麦。
2.中国
由于我国气候条件与德国不同,播种季节分为春大麦和冬大麦。
(1)春大麦 多在3月份或4月份播种,7～8月份收割,生长期较短,但成熟度不够整齐,休眠期较长。
(2)冬大麦 多在秋后播种,第二年6、7月份收割。生长期长,但成熟度整齐,休眠期较短。
四、根据麦穗形态分类
1.曲穗大麦
麦穗在成熟时下垂,麦穗细长。麦粒的基座为斜面形,均为二棱大麦。
2.直穗大麦
麦穗在成熟时直立,麦穗短宽,麦粒基座为凹沟形(有一条横向的隆块和凹沟),有二棱、四棱和六棱大麦。
综上所述,一般选择二棱曲穗夏大麦为酿造大麦。第三节 大麦的品种选育
一、品种选育方法
1.形态选育法
大麦品种繁多,每个品种都具有特异的外部形态,如基刺、浆片、基座、颖齿、腹沟。也依此进行品种分选,小型种植、制麦和酿造试验,从纯种中找出优良的酿造大麦品种加以推广和种植。最近新的PCR法和DNA指纹法用于品种鉴定。
2.杂交选育法
通过遗传杂交技术,把多个纯种大麦的优良特性汇集在一个品种上,新品种进行小型种植、制麦和酿造试验,从中再筛选,继而再进行大型种植、制麦和酿造试验。成功后的新品种才能进行推广,大面积种植。
3.诱变育种法
利用物理或化学的诱变处理方法,通过基因变异,可培育出所需性能的大麦品种。典型的范例如,采用叠氮化钠作为诱变剂,进行诱变处理,切断了花色苷的生物合成途径,从而培育出无花色苷的大麦品种。
4.基因转化技术育种法
利用生物技术,从生物体内将编码某种特性的基因分离出来,转化到大麦中去,得到表达,从而获得所要求的性能。例如,研究开发含低β-葡聚糖和高β-葡聚糖酶的新品种,以解决麦芽难溶解的问题;研究开发高赤霉酸含量的品种,以加速麦芽溶解和缩短制麦时间;培育高赖氨酸大麦品种,以提高大麦的营养价值。
二、选育机构
国际上最著名的欧洲啤酒酿造协会(简称EBC)下设一个分支机构——EBC大麦委员会,它是当前国际上研究酿造大麦品种的主要组织。EBC大麦委员会下设几个分会,分别执行该委员会提出的任务,如土壤气候支会,小型制麦支会,新品种试验支会等。该委员会的主要任务是选育优良酿造大麦品种。每年由各委员会国在不同的气候条件下,分别进行同类大麦新品种的种植试验。根据不同的土壤气候条件,通过至少三年以上的农业栽培试验和小型制麦试验,初步选出优良新品种。然后由各委员会国进行新品种的酿造价值中试。在每批试验的品种中,都有1～2个过去已肯定的优良品种作为对照品种。当然,这些对照品种也随品种的不断改进而不断更新。
除EBC大麦委员会外,著名的还有美国酿造大麦协会(American Malting Barley Association简称AMBA),成员由美国主要生产麦芽和啤酒的大公司组成。由该协会主持开展优良大麦品种的培育。具体研究任务由该协会研究大麦品种的单位(明尼苏达大学、蒙大拿州立大学、埃伯丁研究与开发中心等6个单位)去执行。品种选育后,交该协会进行3年的小型制麦和酿酒试验。被选出的品种,再由该协会成员公司进行3年的大规模生产和酿酒试验,性能良好的品种,最终由该协会批准使用。
育种试验包括农业试验和工业试验两步:
1.农业试验
农业试验是对新品种的形态、生理性能、土壤气候适应性能、抗病虫害能力、抗自然灾害能力等进行观察。
2.工业试验
工业试验是指小型制麦试验。检验内容包括:麦皮形态、生理试验(休眠期、水敏性、吸水力、发芽率、发芽力)、机械物理检验(千粒质量、百升质量、粉状度)、化学试验(浸出率、糖化力、糖化时间、最终发酵度、蛋白质溶解度、蛋白质含量、游离氨基氮、黏度、脆度等)、制麦损失率等。
关于小型制麦试验的方法和设备,由各参加国研究。比如在中欧有中欧酿造分析委员会(简称MEBAK),委员会规定有专门的小型制麦试验方法和小型制麦试验设备来进行小型制麦试验。
在我国,近些年来已从许多国家(如,澳大利亚、法国、加拿大、日本等)引进选育了不少好的酿造大麦品种,如黑引瑞、匈84、红啤1号、冈-2号、新引2号、克拉卡其、哈林顿、曼丽、斯坦因等,可供制麦选择。优良种植地区在新疆、甘肃、黑龙江、宁夏等地。第四节 优良酿造大麦品种的特点
作为一种优良酿造大麦品种,它必须既具备优良的可种植性,又必须具备优良的酿造性能。举例如下:
一、优良的可种植性
(1)产量高,这一点对于种植者来说很重要。
(2)气候适应性强,如抗倒、抗寒、抗热、抗霜等。
(3)对土壤的适应性强及对营养物质的吸收能力好,这一点便于大面积种植。
(4)低肥。这一点无论是从劳动强度,还是从经济上来说,都是重要的。
(5)抗病害能力强,如一品种的抗病害能力弱,也不能推广种植。
(6)生长成熟期短。
(7)性能稳定。
二、优良的酿造性能
(1)休眠期短、水敏性低、吸水能力强。
(2)麦粒大、饱满、形体短、整齐均匀。
(3)麦皮薄、皱纹细腻。
(4)浸出率高。
(5)蛋白质含量适中,9%～11.5%(对目前品种状况要求是:较低的蛋白质含量)。
(6)千粒质量、百升质量高。
(7)粉状度高。
(8)很好的酶形成和积累能力,即制成的麦芽酶系完整,酶活力高。
(9)制成的麦芽溶解性好。
(10)色泽浅。
(11)吸水能力强,72h浸渍(14±10℃),水分应达到47.5%以上。
三、酿造用大麦的质量要求
关于啤酒酿造用大麦的质量要求见《啤酒大麦》GB/T7416—2008。第五节 大麦的生长条件及气候
大麦是对自然有很强抵抗力的谷类,非常适合于在大陆性气候条件下生长。
一、气候
阳光充足、温暖、气候干爽,对大麦生长有利。气温高,空气过于干燥对大麦生长不利,多雨地区对大麦收割质量十分不利。
二、土质
大麦对土质要求不太高,但土质不能偏酸(pH应6.5)。沙质和黏土的土壤对生长有利。如果土壤偏酸,可添加一些石灰改良土质。
保持轮作是农民改良土质的措施。经验表明,前轮作物对土质、产量高低有很大影响,大麦的前轮作物最好是萝卜、白菜、马铃薯。夏大麦,由于生长期短(4个月),因而对土壤的营养性有很高要求(前轮作物及施肥)。冬大麦对轮作物没有什么要求。
三、施肥
在大麦的生长早期,由于麦根扎进土壤不深,所以常施氮肥和钾肥。在大麦麦粒形成期,最好施磷肥,因为有利于麦粒形成,但缺点是会导致大麦颗粒的蛋白质含量高。
作为种子的大麦(即播种用的大麦),颗粒中的内容物对麦苗的开始生长很重要,在大麦形成和生长期(夏大麦一般在5月份),土壤的水分很重要,如果此期间气候干燥则会导致减产,且成熟后的麦粒中蛋白质含量很高。
关于大麦是否成熟,一般划分为如下几种情况:
(1)乳液性或绿色成熟 即麦穗上的麦粒仍呈绿色,其麦粒内容物呈乳液状,水分含量高。
(2)黄色成熟 即麦粒因缺水分而停止生长,麦粒收缩,但仍呈软润状。
(3)完全成熟 麦粒干燥度正好,但麦粒不会轻易从麦穗上脱落,此时是大麦收割的最佳时机。
(4)过度成熟 如果收割延迟,则会发生过度成熟。这样的麦粒非常硬,因此易破,麦粒内容物的转化停止。麦粒很容易从麦穗上脱落,麦皮会因水分的减少而起粗皱纹。
由于不同种类、不同型号的大麦,其性能不同,因此一定要进行分开纯种种植,以保证酿造大麦的品种纯净性。第六节 大麦的组织结构
大麦的形态结构分为外部结构和内部结构,由麦粒结构可以推断大麦的酿造价值并预测其可加工性。
一、外部结构
从不同角度看大麦的形态如图1-6所示。图1-6 大麦的外部结构
(1)背部 (2)腹部
1—麦粒底端 2—麦粒顶端 3—腹沟 4—基刺 5—麦皮皱纹 6—腹部麦皮 7—背部麦皮
在麦穗上生长的具有背皮的麦粒,其背部因连着麦芒,所以外观看起来长些,不过这些麦芒在收割后的脱粒打谷时会全部脱落,少量未脱落的麦芒在制麦的清选工序中可采用除芒机分离掉。背皮的皱纹情况是感官判断麦皮是否细薄的依据,也是推测皮下淀粉情况的依据。这就是说,如果背皮薄、皱纹很细,则推断麦粒的淀粉含量较高。
麦粒的腹部有腹皮、基刺。在腹沟外有基刺和不能生长为麦粒的残花体,这也是大麦分类的依据之一。
在酿造工业中使用的大麦总是带有果皮和种皮的谷皮,在大麦脱粒打谷时它们仍保留在麦粒上。这一点与小麦正好相反,小麦的腹皮和背皮在脱粒时就脱落了。也有这样的大麦品种,它的腹皮和背皮也可脱落,不过这种无谷皮的大麦未用于啤酒酿造。
麦粒的底部比顶部要尖细得多,这是因为顶部的麦芒在脱粒打谷时被脱落掉的原因。如果制麦厂的除芒机,除芒调节得过于细窄,则会损伤麦粒。从麦穗上脱离的麦粒,其麦粒脱落点总是很光滑的,此脱落点是斜面还是平面的,是判断大麦品种属性的办法之一。
二、内部结构
大麦的内部结构如图1-7所示。图1-7 大麦的内部结构
1—胚基 2—叶胚芽 3—根芽
4—盾状体 5—上皮层 6—胚乳
7—空细胞 8—糊粉层 9—种皮
10—果皮 11—谷皮
大麦的组织结构由胚、胚乳和皮层所组成。
1.胚
带盾状体和上皮层的胚,是麦粒有生命的部分。它位于麦粒背部的下端;由胚根和胚芽所组成,其质量为大麦干物质的2%～5%。盾状体将胚乳中的储存营养物质传递给生长的胚芽。
上皮层位于胚乳下侧,它是由栅栏状、薄壁的细胞所组成。它是与它下面的盾状体一同紧密生长的,与其邻近的胚乳细胞存在着很密切的关系,没有胚乳细胞,它们是不能生长的。
2.胚乳
胚乳紧挨着胚的侧面,是胚的营养仓库。胚乳质量为大麦干物质的80%～85%。它由主要以淀粉为主的细胞层和以脂肪为主的糊粉层所组成。在以淀粉为主的细胞中存在的淀粉颗粒嵌入原始原生质中,并被半纤维素组成的膜所包围。即,它是由许多胚乳细胞所构成,而胚乳细胞中有大量的淀粉颗粒。在发芽的过程中,胚乳细胞逐渐变空,以提供根芽叶芽生长所必需的能量和营养。胚乳中除淀粉外,还含有其他内容物,如蛋白质、半纤维素等。它们和淀粉一起,在发芽时不断分解、转化,其分解产物一部分供给胚作营养和能量,以合成根芽、叶芽,而另一部分则以低分子水溶性形式储存于麦皮中,包围淀粉颗粒的胚乳细胞壁,是由半纤维素、麦胶物质和蛋白质(组织蛋白)构成的坚固框架层。
胚乳被一层丰富的细胞——糊粉层所包围。这层糊粉层是制麦过程中酶形成的最重要起源地;在糊粉层中,不仅储存着胶质蛋白,而且储存着脂肪、多酚物质和色素物质,但无淀粉物质。
麦粒由里向外,其蛋白质和酶的含量是不断增加的。在糊粉层和胚乳之间有以储存蛋白质为主的储存蛋白质层,在这层之中还有最小的淀粉颗粒。
糊粉层位于胚乳的周边,它由长方形、厚壁细胞所构成。在胚附近的胚乳是一层厚薄均匀、压缩的、溶解了的空细胞,这层空细胞是麦粒在成熟期间被胚所消耗了的死胚乳淀粉细胞。消耗越多,则空细胞的层数就越多,胚芽、胚根发育得就越大,而糊粉层中的活细胞是有呼吸能力的。
植物呼吸作用的场所在线粒体,而线粒体主要位于上皮层中,在糊粉层中也有线粒体。这些线粒体具有特殊的生理意义,它可视为酶的起源地。在发芽过程中,这些线粒体通过分裂而进行增殖。从盾状体至胚乳的完好无损部分,其线粒体数是不断减少的。
麦粒中的所有生化反应都是在胚乳中进行的,只不过基于经济上的原因(制麦损失),要尽可能在制麦时减少这种消耗。胚死亡之后,则糖化过程中酶分解胚乳内容物的过程就开始了。
3.皮层
大麦从外到里,分别由麦皮、果皮和种皮所组成,其质量为大麦干物质的7%～13%。
麦皮主要是由非水溶性的纤维素和半纤维素所组成。另外还有对啤酒质量影响很大的、但数量很少的多酚物质、硅酸、类脂、蛋白质、苦味物质和鞣酸。纤维素在麦皮中含量最多,它在制麦和糖化中仍不能分解。麦皮对麦粒起保护性作用,即保护麦粒在生长时不被外界因素所破坏(如微生物侵袭),又对发芽中的麦粒起到阻碍水分挥发的作用,同时作为麦汁过滤层,当然也阻碍着对外界水分的吸收,限制胚在绿麦芽成熟时的膨胀。麦皮中的多酚物质的还原作用,被视为麦粒休眠原因之一。
果皮的外表面有一蜡质层,它对赤霉酸和氧是不透性的,与麦粒的休眠性很相关。
种皮是一层半透性的膜,它只能让水通过,而麦粒内部的离子,如糖分、胚乳中的可溶性组分等,则不能透出,微生物也不能透过。这样完好的麦粒既不会损失掉内容物,也不会使微生物进入而染菌。第七节 大麦的化学组成及性质
大麦的水分平均为14%～15%,当然这与收割的情况有关,在麦粒较干收割时水分可能为12%左右,在麦粒较湿收割时可能在20%以上,在较热较干地区可能在12%～14%,在较冷地区可能在16%以上。
较湿麦粒收割,对它以后的储存和发芽率有损害,而且还必须进行储存前的大麦干燥处理;进行储存的大麦,其水分必须在15%以下。高水分的大麦,不仅在经济上有损失,对储存也不利,而且还会形成霉味,导致霉菌、细菌的侵袭(啤酒喷涌),达到全发芽率很慢,长时间保持水敏性,并由此损伤发芽率。由于大麦的水分含量波动很大,因此各麦粒内容物含量一般以干物质含量计(麦粒内容物称为干物质)。大麦绝干物质各成分平均含量如下(%):总碳水化合物70～85.0;蛋白质10.5～11.5;矿物质2.0～4.0;脂肪1.5～2.0;其他内容物1.0～2.0。
一、碳水化合物
在大麦绝干物质中,碳水化合物的比例最多。根据构成碳水化合物各组成物质不同,对其处理及对产品的影响等不同分为:淀粉、糖、纤维素、半纤维素和麦胶物质。
1.淀粉
淀粉是碳水化合物中最重要的一种,麦粒在其成熟过程中,通过光合作用形成葡萄糖,葡萄糖分子之间再聚合形成淀粉,继而以淀粉颗粒形式储存在麦粒的胚乳细胞之中。
(1)淀粉含量 在大麦中占绝干物质的55%～66%(在小麦中占52%～70%);淀粉含量与蛋白含量成反比,即,如一种大麦的蛋白质含量高,则淀粉含量一般就低一些,淀粉含量低的大麦,其糖化收得率、啤酒收得率一般很低。
(2)颗粒大小 大麦胚乳中的淀粉颗粒大小很不均匀,呈圆晶体状的大淀粉颗粒的直径为20～40μm,呈球状的小淀粉颗粒直径为2～10μm,小淀粉颗粒包围着大淀粉颗粒。
在二棱大麦中,虽然小淀粉颗粒的数量占90%,但是在胚乳中仅占淀粉含量的10%左右。一般来说,大麦蛋白质含量越高,小淀粉颗粒的数量就越多。即,小淀粉颗粒所含的蛋白质含量多于大淀粉颗粒,小淀粉颗粒所含直链淀粉高于大淀粉颗粒,因此小淀粉颗粒的糊化、液化以及糖化较大淀粉颗粒困难。这些在一定程度上与矿物质含量有关。小淀粉颗粒含较高的矿物质,约0.16%,而大淀粉颗粒约含0.13%。淀粉颗粒的壁由里向外是不同的;外层有许多压缩紧密的部分及许多矿物质。
(3)淀粉的结构 淀粉颗粒化学组成并不是纯净的。纯淀粉量约占颗粒质量的98%,分子式为(CHO);残余(约2%)部分是由蛋白质、6105n脂肪、纤维素、矿物质以及碳酸盐、硅酸所组成。
纯淀粉是由两种结构不同,被称为直链淀粉和支链淀粉(图1-8和图1-9)的碳水化合物所组成。
①直链淀粉:又称为正常直链淀粉,一般占大麦淀粉的17%～24%;小淀粉颗粒含直链淀粉可高达40%。直链淀粉一般处于淀粉颗粒的内层,它是由60～2000个葡萄糖残基以α-1,4糖苷键相连的螺旋状不分支长链,相对分子质量10000～500000。
两个葡萄糖分子以α-1,4糖苷键相连而形成二糖,此二糖称作麦芽糖。β-淀粉酶分解淀粉的最终产物为麦芽糖。图1-8 直链淀粉图1-9 支链淀粉
三个葡萄糖分子以α-1,4糖苷键相连而形成三糖,此糖称为麦芽三糖,以此类推。六环式的葡萄糖,其空间构型为椅形,由此而形成螺旋状的直链淀粉链。
直链淀粉遇碘呈蓝色,这是检验是否存在淀粉的一种方法。碘由于其电子层的电子与葡萄糖分子中的羟基电子进行所谓的置换反应而显深蓝色。碘-淀粉复合物的呈色反应与聚合度(或分解度)有关。
葡萄糖残基数为12的淀粉最大吸光值为490nm;葡萄糖残基数为30的淀粉最大吸光值为537nm;葡萄糖残基数在80以上的淀粉最大吸光值为610nm。淀粉与碘的反应取决于其分子链的长度,如表1-9所示。该表也适用于支链淀粉的碘着色,因为支链淀粉也同样具有螺旋状结构。表1-9 淀粉链长与碘显色的关系
通过酸或酶的水解,淀粉可分解为无色或黑色的麦芽糖或低分子糊精。碘检反应只有在室温下进行才能显示出正确的结果。在加热时,碘会挥发,这样就会导致错误的碘检呈色现象。某些物质,如蛋白质、多酚、碱或有机溶剂,都会妨碍碘反应的清晰度。
直链淀粉容易结晶,在热水中能溶解,但不形成糊化,不过随着时间的延长,会老化沉淀而出现浑浊。
②支链淀粉:支链淀粉又称异直链淀粉,占麦粒淀粉总量的76%～83%,在小颗粒淀粉中仅约占60%。除有α-1,4键结构外,还有α-1,6键分支结构。
通过α-1,6键相结合的两个葡萄糖残基称为异麦芽糖,因此此键又称为异麦芽糖键。
由于支链淀粉分子拥有α-1,6键,因此它的构型就像发枝的树一样,每隔约15个葡萄糖单元就有一个分支。α-1,6键占总糖苷键的6.7%左右,葡萄糖残基的空间构型也是螺旋形的。
由于支链淀粉结构的复杂性,因而它有如下特性:它的分子质量是直链淀粉分子质量的10倍左右,有6000～40000个葡萄糖残基。支链淀粉大约含有0.23%的磷酸脂,它们以酯键的形式而相连,它与淀粉的糊化性有关,即,在加热时,形成黏性溶液。碘遇支链淀粉呈紫红色直至红色,这是因为碘不能通过α-1,6键结合的分支点,只能和支点外部的二十几个葡萄糖残基结合。
③淀粉的物理性能
a.绝干相对密度:1.63;
b.风干相对密度:1.5～1.6;
c.比热容:0.270kJ/(kg·℃);
d.燃烧热值:4140kcal/kg=17322kJ/kg。
淀粉在水中或加热状况下的性能对啤酒酿造有着非常重要的意义。淀粉颗粒在冷水中首先不溶解,然后膨胀,并通过膨胀而吸水。将水加热到50℃时,淀粉颗粒膨胀加剧;加热到70℃左右,淀粉颗粒的结构被破坏,颗粒内部组分在水中呈胶体溶液状态,继续下去就产生了糊化。在此值得注意的就是:产自寒冷地区的大麦,其淀粉糊化较产自热带地区的大麦要早一些。淀粉颗粒中的残余水分可通过高温(100～120℃)而蒸发掉。在制备深色麦芽时的焙焦期,其淀粉是不变色的,它的褐色只有在150～160℃才开始。淀粉的分解破裂温度大约在260℃,在气体从颗粒内部迸出时,颗粒出现膨大、液化并碳化,这对于制作黑麦芽非常重要。
2.纤维素
纤维素主要存在于谷皮上,微量存在于胚、果皮和种皮内,是细胞壁的支撑物,在胚乳内不存在纤维素。纤维素如同半纤维素一样,也是由葡萄糖单元相互以β-1,4糖苷键相连的高分子物质,纤维素基础物质不是麦芽糖,而是纤维二糖。纤维素既无口味,又无气味,很难与其他试剂进行反应,不溶于水,对酶的分解有相当大的抵抗力。纤维素在麦粒中不参与新陈代谢,仍保留于谷皮上,在制麦中它根本没有任何变化,在麦汁过滤时作为过滤介质。在化验分析时作为原纤维,其含量占大麦干物质的3.5%～7.0%。
3.半纤维素和麦胶物质
(1)半纤维素 半纤维素主要参与胚乳细胞的构成,并且决定着细胞的强度。在麦粒的皮层中也存在着半纤维素,它总是与蛋白质连接在一起。半纤维素不溶于水,但溶于稀碱溶液,麦胶物质溶于热水。半纤维素和麦胶物质在结构上无区别,但在分子质量上有区别,麦胶物质分子质量小于半纤维素。半纤维素和麦胶物质约占大麦干物质的10%,此量的波动与麦粒成熟有关,取决于麦粒生长期间的气候条件。在酸性水解时,半纤维素仅像纤维素那样提供葡萄糖,而且还提供五碳糖(木糖和阿拉伯糖)以及糖醛酸。依照其来源不同(胚乳和谷皮)而分为两种不同的半纤维素:谷皮半纤维素和胚乳半纤维素。谷皮半纤维素主要由戊聚糖所组成,另有少量的β-葡聚糖和糖醛酸。胚乳半纤维素主要含β-葡聚糖(80%～90%),仅含少量的戊聚糖(10%～20%),不含糖醛酸。
①β-葡聚糖:它的分子质量大约有200000,葡萄糖残基之间以70%的β-1,4糖苷键和30%的β-1,3糖苷键相连接。在不完全分解时有纤维二糖(β-1,4键)、昆布二糖(β-1,3键)。β-葡聚糖的结构如图1-10所示。图1-10 β-葡聚糖
②戊聚糖:戊聚糖在制麦和酿造过程中部分被分解,对啤酒酿造无影响,依照来源不同(谷皮和胚乳)而分为谷皮戊聚糖和胚乳戊聚糖。图1-11 戊聚糖
戊聚糖的主要组分由木糖单元以β-1,4键相连接。除此之外,它的侧链是由木糖、阿拉伯糖和糖醛酸所组成。
胚乳中的戊聚糖结构(图1-11)要比谷皮中的戊聚糖简单些。
半纤维素的分子质量大小主要取决于麦粒的生长条件,当然也取决于其浸出方法。生长条件不同、半纤维素浸出方法不同,其分子质量是不同的。
(2)麦胶物质 水溶性的麦胶物质占麦粒干物质的2%,它的分子质量比胚乳半纤维素低,但在化学组成上无区别。麦胶物质的检测可根据在热水(40℃)中的溶解度或先借助于木瓜蛋白酶浸出,再借助于硫酸铵的析出沉淀而进行。由于它的高黏性,因此对啤酒泡沫有利,对啤酒口味丰满性也有利。半纤维素和麦胶物质可通过一系列酶而得以分解。由于细胞膜的溶解或网孔状,以及由此而导致的框架物变松软,因此麦胶就失去了它的坚硬性而变得能搓磨了。所形成的分解物,一部分供给发芽时的呼吸用,一部分合成根芽和叶芽,剩余的部分则储存于麦芽内(有利于提高麦芽浸出率)。
4.低分子碳水化合物
在原大麦中存在有低分子的碳水化合物,如含有1%～2%的蔗糖,此蔗糖主要存在于胚部和糊粉层中;在胚部和糊粉层中还有棉籽糖,它的量大约是蔗糖的1/3。在胚乳中还存在少量的麦芽糖和果糖。这些低分子碳水化合物在麦粒胚部萌发时,提供第一级能量。
二、蛋白质
大麦蛋白质含量一般为8%～16%,虽仅有1/3的蛋白质进入啤酒中,但蛋白质对于啤酒酿造的影响是非常大的,特别是对大麦的可制麦性、酵母营养、啤酒泡沫、啤酒口味和啤酒稳定性至关重要。同时,蛋白质含量的增加量与麦芽浸出率的减少量成正比。蛋白质是植物通过吸收铵中的氮和有机酸而合成的。此有机酸是碳水化合物的氧化分解的中间产物。构成蛋白质的最基本单元是氨基酸。
1.大麦中的蛋白质分布
麦粒中的蛋白质不是均匀分布在胚乳中的,而是重点储存于几个地方。
(1)糊粉层中的胶质蛋白 3～4层糊粉层中的胶质蛋白,它的延伸范围在果皮和种皮之下,在发芽过程中仅部分被分解,未被分解的胶质蛋白和组织蛋白的残余部分随麦糟一起被排除掉。
(2)糊粉层和胚乳之间的储存蛋白或生理蛋白 主要影响着大麦蛋白质含量的高低波动,在制麦过程中将大部分被分解成为水溶性的蛋白复合物。
(3)胚乳中的组织蛋白 组织蛋白作为原生质的残余物主要贮存于胚乳细胞的细胞壁上,并和半纤维素、麦胶物质一起参与胚乳细胞(淀粉细胞)的细胞壁构成。随着其量的增加,胚乳细胞的溶解也就越困难,发芽过程中被酶分解成孔状,使淀粉细胞变得可通透,残余部分也随麦糟排走。
2.大麦蛋白质的化学组成
由于合成蛋白质的氨基酸的分子大小不同,互相连接的方式不同,排列不同,所以蛋白质的种类是不同的。不过最重要的植物蛋白和动物蛋白进行元素分析的结果界限值如下:C=50%～52%;N=15%～18%(集中在16%～17%);H=6.8%～7.7%;S=0.5%～2.0%;另外还有P,Fe,Ca和卤族元素,其他元素则很少。
由于大麦蛋白质中氮组分占16%～17%,因此在凯氏定氮法中将氮含量乘以系数6.25,即为蛋白质含量,这种粗蛋白含量包括了许多非蛋白质以及其他核苷酸。由于蛋白质的化学结构和内部组成异常复杂,至今仍有许多未被人类认识,因此目前还不能进行蛋白质的精确分类。只能根据蛋白质的物理化学特性以及它的来源而进行分类。
3.氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的最基本单元,而在自然界中主要存在α-氨基酸。蛋白质可受酸、碱、酶的催化作用,将高分子蛋白质逐步水解为分子质量较小的胨、肽,最终生成α-氨基酸。在制麦厂,蛋白质的分解是在各种蛋白酶的催化作用下进行的,其产物按分子质量大小而分为高分子蛋白质分解产物、中分子蛋白质分解产物和低分子蛋白质分解产物。各分解产物在酿造过程中的作用和影响是很不同的。
4.大麦中的蛋白质分类
在啤酒生产过程中,大麦蛋白质由于其表现形式不同而被人们分为两组:蛋白质和它的分解产物。大麦中的蛋白质在水中不溶解或者在煮沸时沉淀下来,因此蛋白质进入不了成品啤酒中。
大麦蛋白质主要是由高分子、非水溶性的无磷蛋白质所组成。根据它在不同溶剂中的溶解性和沉淀性,Sborne将大麦蛋白质划分为以下四部分:
(1)清蛋白(也称麦白蛋白) 清蛋白属于高分子蛋白质,它溶于纯水中,在稀盐溶液中也溶解。在52℃时,它会从溶液中大量凝结析出,它可被盐析沉淀(如硫酸铵)出来。大麦中的清蛋白约占大麦蛋白质的4%左右,有时也称为亮氨酸,在麦汁煮沸时全部沉淀,在制麦和酿造过程中部分被分解成为蛋白质分解产物。
(2)球蛋白 球蛋白在纯水中不溶解,可被稀盐酸溶液浸析出(即盐溶性),也溶于糖化醪中,在90℃以上它开始出现高温凝聚。通过电泳分析,它由四种不同分子质量的组分所构成,即,
α-球蛋白,相对分子质量26000;
β-球蛋白,相对分子质量100000;
γ-球蛋白,相对分子质量166000;
σ-球蛋白,相对分子质量300000。
球蛋白的等电点在4.9～5.7。含硫量高的β-球蛋白在工艺上有着特别的意义,它的等电点很低,pI为4.9,由于在麦汁煮沸时达不到如此低的pH,因此它会导致成品啤酒出现“浑浊”,球蛋白也称之为麻仁球蛋白,占大麦蛋白质含量的15%。人们常常把清蛋白和球蛋白一起并称为盐溶性的蛋白质,这是因为在通常工艺条件下总是一起溶于溶液中,它们所表现出的物理化学特性非常接近。据最近免疫分析,它至少由14～15种组分所组成。
(3)醇溶谷蛋白 醇溶谷蛋白不溶于纯水,也不溶于盐溶液,但溶解于浓度为50%～90%的酒精溶液。此类蛋白质在水解中能产生脯氨酸和谷氨酸。大麦中的醇溶蛋白,在电泳分析和色谱分析中可分为5组分,其中的δ-醇溶蛋白组分和ε-醇溶蛋白组分是造成啤酒可逆浑浊和不可逆浑浊的原因之一。它占大麦蛋白质含量的37%,多存在于胶质蛋白中,部分将随着麦糟一起排走。
(4)麦谷蛋白 麦谷蛋白不溶于中性溶剂和乙醇,只有在碱中结构改变后才溶解(即碱溶性)。此类蛋白质几乎仅在糊粉层中存在,在制麦和糖化中分解不了,并且随麦糟排走。
蛋白质分解产物溶于水,但在麦汁煮沸时不沉淀,在成品啤酒中几乎只有蛋白质分解产物。蛋白质分解产物仅占大麦蛋白质的一小部分,大约8%;它们或是蛋白分解的中间产物,或是蛋白合成的中间产物;但经过制麦和酿造后它的比例将会上升。
5.大麦中的结合蛋白质
蛋白质又可分为单纯蛋白质和结合蛋白质,以上清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、麦谷蛋白是单纯蛋白质。单纯蛋白质的水解产物是氨基酸。结合蛋白质是由一个蛋白质与一个或多个非蛋白质分子结合而形成的物质,非蛋白质部分称为辅基。结合蛋白质按其辅基的不同可分为:
(1)磷蛋白类 是由蛋白质和磷酸结合而形成的,其水解产物除氨基酸外,还有磷酸。
(2)糖蛋白类 是由蛋白质与含糖苷基的物质结合而形成的,其水解产物除氨基酸外,还有糖基部分的各种糖类(如甘露糖、半乳糖、岩藻糖、葡萄糖胺、氨基半乳糖胺等黏多糖)。
(3)脂蛋白类 是由蛋白质与脂类物质结合而形成的,其水解产物除氨基酸外,还有脂类物质。脂蛋白是细胞膜的重要组分,与膜的半渗透性有关。
(4)色蛋白类 是由蛋白质和色素物质结合而形成的。此类蛋白质中以铁卟啉为辅基最重要,如生物体中的氧化还原酶(细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等)属于此类。
(5)核蛋白类 此类蛋白质是由蛋白质与核酸结合而形成的。当它不完全水解时,其产物是蛋白质和核酸。当它完全水解时,除形成氨基酸外,还有核酸的水解产物:磷酸、核酸、嘌呤或嘧啶碱。
6.大麦的蛋白质含量及与啤酒酿造的关系
正如前面所提到的那样,大麦中的蛋白质含量是通过把总氮量乘以6.25而求出的。这个粗蛋白含量会由于不同蛋白质中所含氮量的不同而与真正的蛋白质含量有所差距,而目前只能算出平均蛋白质含量。
大麦中的总氮量(无水)为1.30%～2.15%,相对应蛋白质含量为8.0%～13. 5%(无水)。对于酿造大麦来说,正常情况下,无水含氮量应为1.45%～1.85%,或者无水蛋白质含量9.0%～11.5%。含蛋白质丰富的大麦,对啤酒生产中的制麦和酿造都会带来一系列的缺点,而且含蛋白质越高,则相应的淀粉含量会越低,这又会不利于麦芽浸出率。多年的统计表明,每增加1%的蛋白质含量,则麦芽浸出率会减少约0.6%。不过正如一系列检测结果显示,这种关系不一定具有普遍意义。大麦的年度不同、品种不同、施肥不同,在蛋白质含量增加时,其浸出物损失是不同的。如果某品种在千粒质量很高、2.8mm以上的颗粒分级率很高、低的麦皮含量时,即使蛋白质含量很高,但此大麦的麦芽浸出率也还是很高的。如果某品种的麦皮很厚、颗粒很小,那么在氮含量很低时,它所提供的浸出物则处于中等水平。
经验表明,蛋白质含量丰富的大麦,其吸水速度比含蛋白质含量低的大麦要慢。特别在大麦颗粒成熟期间和收割期间,气候条件对麦粒水分吸收影响很大。早熟的大麦,其吸水速度大多比均衡生长的大麦要慢,而且在很多情况下蛋白质含量也较高,但是蛋白质含量与吸水速度比例关系并不十分稳定。
现已表明,含蛋白质丰富的大麦,其制麦条件要加强,相应的制麦损失当然很高,只有这样,才能生产出溶解性好、溶解均匀的麦芽。这种麦芽的可溶性蛋白同样也很多。虽然对泡沫能有利,但对啤酒稳定性不利,对酒花香突出的啤酒特性非常不利。
对于生产典型深色啤酒而言,由于要形成着色物质和香味物质,因此选择蛋白质丰富的大麦(12%左右)很合适。蛋白质含量低的大麦适合于生产较细腻的啤酒,特别是用于色泽最浅的比尔森麦芽和啤酒,其大麦蛋白质含量一定要在11%以下。蛋白质含量特别低的大麦(9%以下),由于所能提供的氮源过低,则一方面对啤酒泡沫和口味丰满性不利,另一方面对酵母的营养也不利。
大麦蛋白质含量的高低取决于品种,特别是环境因素。尤其是在生长、成熟期间的气候条件、大麦生长时间、前轮作物情况、施肥等情况对大麦蛋白质含量有重大的影响。大麦颗粒内部构造也很重要。玻璃质状麦粒的蛋白质含量在大多数时比粉状粒要高,列举如下:
粉状颗粒,蛋白质含量8.6%～14.1%;半玻璃质状颗粒,蛋白质含量10.7%～15.2%;全玻璃质状颗粒,蛋白质含量12.4%～16.6%。
胚乳的玻璃质状性在一定条件下取决于蛋白质含量;在不利的气候条件下,例如在生长期间和成熟期间气温很热很干燥,则蛋白质丰富的大麦大多呈玻璃质状;在较好的气候条件下,则此蛋白质丰富的大麦可以呈粉状。玻璃质状性比例很大的麦粒,其大麦醇溶蛋白含量较多。在同等生长气候条件下,不同的大麦品种,其蛋白质含量是明显不同的。有的品种,其蛋白质含量总是很高;而有的品种,其蛋白质含量总是很低。同一品种的各个麦穗上,同一麦田的各个麦穗上,甚至同一麦穗上的各个麦粒,其含氮量常常是不同的。同一麦穗上的上半部麦粒大多比下半部麦粒的蛋白质含量要高。颗粒大小不同,其蛋白质含量也是不同的。同质量的大颗粒大麦蛋白质含量比中等及小颗粒的要低。例如,一级大麦(2.5mm),蛋白质含量10.7%;二级大麦(2.2～2.5mm),蛋白质含量11.3%;三级大麦(2.2mm)蛋白质含量12.9%。
对原大麦进行精选,精选后大麦的蛋白质平均含量比原大麦低。
大麦颗粒中蛋白质的含量和它的存在部位最初取决于环境条件和收割时的成熟状况,当然也取决于大麦品种。生产上要求麦粒含氮量都能在同一时机达到酿酒所希望的均衡状态。此麦粒含氮量取决于生长期间的外部影响因素和生长情况。如果在收割时,麦粒成熟度与麦粒含氮量不能同时达到所希望的均衡状态,则需要较长的储存时间进行均衡状态的调节,否则在储存之后就不再变化了。
麦粒中所形成的含氮物,其组成并不总是一样,而取决于以下各种情况的影响:
(1)对于一定的大麦品种来说,取决于总氮含量的高低 如果总氮含量高,则盐溶性氮(亮氨酸+麻仁球蛋白+其他蛋白分解物)绝对量会增加,但百分含量还是下降了。大麦醇溶蛋白绝对量和百分含量都上升了,而谷蛋白的百分含量仍保持高份额。
(2)取决于大麦品种 1967年年度的德国大麦充分说明了品种对水溶性氮(亮氨酸+其分解物)比例的影响,对大麦醇溶蛋白的影响大,但对谷蛋白没有什么明显影响。
(3)取决于气候的状况 生长的各个阶段对蛋白质情况的影响很大。良好的生长条件,足够长的生长时间,可提高谷蛋白的含量。与此相反,大麦前期生长阶段较好,如果出现突然性干燥,则它后期的生长会受到影响,谷蛋白含量会减少。
(4)在大麦成熟期,含氮物质的组成情况变化取决于气候条件。如果颗粒不及时变干,则在高温下会导致麦穗上颗粒可溶性氮的升高。如果麦穗上的大麦过熟了,则会导致盐溶性氮含量的升高,人工大麦干燥对它的影响也如此。大麦醇溶蛋白对气候状况的依赖情况也如此。
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