大麦水解酶在大麦酿造啤酒中的作用机理与应用效果

[摘要] 以大麦为辅料替代部分麦芽，外加大麦水解酶来制取麦汁酿造啤酒的新工艺，在啤酒企业取得了成功。本文阐述了大麦水解酶的组成和作用机理，提出了对大麦的要求和预处理方法，列举了一生产实例，综合分析了大麦啤酒的技术可行性和经济性 。该工艺可为啤酒企业创造较高的经济效益。

[关键词] 大麦、大麦水解酶、机理、效果

以大麦作辅料外加酶制剂来取代部分麦芽，制取麦汁酿造啤酒的技术在国外二十世纪六十年代后期就已开展研究与应用。这项新的技术在当时被称之为啤酒工艺技术上的一项改革。因为外加复合酶制剂，大麦辅料的比例可达到50%以上，而麦芽用量可降低至30%以下，且制成的啤酒泡沫丰富、口感也好，非生物稳定性也较高，特别是大幅度降低了啤酒酿造的生产成本。在国内啤酒市场竞争异常激烈和原材料及能源价格不断上涨的今天，许多啤酒企业在研发和应用这项技术。用大麦作辅料外加大麦水解酶酿造啤酒，从而降低生产成本，减轻企业的经济压力。

大麦水解酶是由淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶和β-葡聚糖酶组成的复合酶，它是根据大麦比较麦芽缺失的酶而设计的。下面就该复合酶的作用机理与应用效果作一阐述。

一、作用机理

人们知道，麦芽由大麦制成，它们有许多相同的成分，比如蛋白质、淀粉等，只是它们的分解程度不一而已。麦芽在制麦过程中直链淀粉的比例提高了4%，而支链淀粉平均分子量降低，因此麦芽淀粉比大麦淀粉更容易被酶降解。麦芽中的蛋白质得到了良好的分解，而大麦中的蛋白质酶水平很低。麦芽中含有α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶等，大麦中不含α-淀粉酶，而且β-淀粉酶一半以上与蛋白质通过S键结合，不能发挥作用。大麦只有在蛋白质分解彻底后才能释放β-淀粉酶。

大麦水解酶就是根据大麦比较麦芽酶系的缺陷，用淀粉酶、蛋白酶以及非淀粉多糖酶来弥补大麦的酶缺失，从而达到与麦芽酶系相同的要求。大麦水解酶的几种主要酶介绍如下：

1、蛋白酶

在啤酒酿造中，蛋白质的分解非常重要。一方面，为了保障啤酒酵母的繁殖和正常发酵的需要，麦汁中的α-氨基氮应不低于160mg/l（11oP麦汁）。另一方面，蛋白质分解后的氮区分（隆丁区分）比例要恰当。要防止出现或泡沫不好或非生物稳定性差的现象。

在制麦过程中，大麦中的蛋白质得了良好的分解，糖化是蛋白质分解的延续。全麦芽或低辅料比酿造工艺，麦芽中的蛋白酶活力水平可以在麦汁制造中生成符合酿造要求的泡沫蛋白和氨基酸。但是，当使用大麦作辅料替代部分麦芽的酿造工艺时，补充必要的蛋白酶是必要的。中性蛋白酶对谷物类蛋白质分解最为有效，它的最佳pH为6.5~7.5，最适温度在40~60℃之间。

2、非淀粉多糖酶类

非淀粉多糖酶类包括β-葡聚糖酶、半纤维素酶、木聚糖酶等。在制麦中，溶解良好的麦芽有80%的β-葡聚糖被分解。大麦中有β-葡聚糖酶，但大麦中的β-葡聚糖在糖化前并没有分解。β-葡聚糖是造成麦汁粘度高，使麦汁过滤和啤酒困难，严重的还会造成啤酒浑浊沉淀。因此，外加β-葡聚糖酶同样十分必要。

来源不同的β-葡聚糖酶有不同的最佳pH和最适温度。由于麦芽中的β-葡聚糖酶耐热性差，因此外加酶应选择耐高温性能的β-葡聚糖酶。

3、α-淀粉酶

大麦缺乏α-淀粉酶，因此必须外加一定活力的淀粉酶。α-淀粉酶能水解淀粉成短链糊精以及少量低分子糖等，使淀粉糊的粘度迅速下降，利于进一步糖化，提高原料的浸出率。

综上所述，大麦水解酶的作用机理同麦芽发芽的机理一样，通过蛋白酶使连接胚乳细胞的蛋白质分解，打开S键，释放β-淀粉酶；通过非淀粉多糖酶，如β-葡聚糖酶、半纤维素酶等分解非淀粉多糖；通过α-淀粉酶分解淀粉为麦芽糖、麦芽多糖和极限糊精。

二、大麦的要求与预处理

1、大麦的要求

国内许多酿造者往往会忽视对辅料用大麦的要求，因而在生产实践当中出现效果不理想的结果。大麦的一般理化要求见表1。
表1大麦理化指标要求

如果大麦的蛋白质含量高，则淀粉含量相对就要低，浸出率也低，而且分解困难，形成的深色物质多。因此，一般应选用蛋白质含量较低的大麦。

2、大麦的预处理

（1）碱液浸渍处理

采用稀碱浸渍大麦10-16hr，可以除去大麦中部分的多酚等有害物质。

（2）擦皮处理

大麦中的有害物质大都集中在麦皮上。因此，采用机械的方法擦去大麦的部分皮屑，这样既不影响过滤又除去了大麦部分有害物质，而且这种处理方法简便易行。

三、生产实例（以我公司提供的大麦水解酶在南方某厂的生产为例）

生产品种：10oP淡啤酒，单锅麦汁产量25KL。

1、糖化配料

麦芽：大麦：大米＝40：25：35

大麦采用擦皮工艺去皮。

高温淀粉酶HT（杰能科）：0.25kg/t大米

大麦水解酶（华瑞）：1 kg/t大麦

糊化锅：大米粉1155kg，料水比1：4.3

糖化锅：大麦825 kg，料水比1：3；麦芽1320 kg，料水比1：3

2、工艺流程

3、工艺要点

（1）大麦粉碎度：大麦的颗粒比麦芽要硬，用单辊粉碎机难以破碎，因此必须用对辊式粉碎机粉碎大麦。粉碎度要适当，否则会影响到麦汁的过滤清亮度和麦汁的收得率。

（2）蛋白质休止时间，应根据使用麦芽的等级和大麦的实际情况，决定时间长短。大麦可以在糊化锅第一次蛋白质休止，也可以投料到糖化锅休止，每十分钟搅拌一次。

（3）大麦水解酶在大麦投料完后添加，并搅拌混合均匀。投料水调pH至5.5左右。

4、麦汁理化指标（见表2）

表2麦汁理化指标

5、发酵清酒理化指标（见表3）

表3清酒理化指标

从表3可以看出，添加大麦生产的啤酒其各项理化指标均达到国家优质啤酒的标准，经口感品尝与原工艺啤酒几乎无差别。

四、经济分析

用表4对比大麦工艺与原工艺的成本如下：

表4成本分析表

论：应用大麦替代部分麦芽，外加大麦水解酶的新工艺，不仅技术可行，同时也降低了生产成本。按吨麦汁节约成本32.50元计。一个年产五万吨的啤酒企业全部采用大麦替代部分麦芽新工艺可产生162.5万元的经济效益。