“糖化”的版本间的差异
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==蛋白质的分解== | ==蛋白质的分解== | ||
| + | 最迟到麦汁煮沸时，几乎所有的高分子蛋白质（少量除外）都会沉淀下来，啤酒中仅含有酵母增殖和快速发酵所必需的蛋白质。 | ||
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| + | :*45~50℃时会更多地形成低分子蛋白质分解产物，特别是肽和氨基酸 | ||
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| + | 氨基酸是酵母必须的营养物质，这一点很重要，酵母最少需要消耗10~14mgα-氨基氮/100ml麦汁。由于脯氨酸不能作为α-氨基氮的提供者被酵母利用，麦汁的α-氨基酸含量至少应达到20mg/100ml，如果不能保证这点，则： | ||
| + | :*酵母的繁殖会减弱 | ||
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| + | 采用溶解好的麦芽生产的麦汁含有足够的α-氨基酸，但使用辅料、糖或糖浆时，由于这些物质不能给麦汁带来氨基酸，必须在45~50℃时进行蛋白质休止，而使用溶解好的麦芽时，鉴于其蛋白质分解情况没有必要进行蛋白质休止。''长的蛋白质休止时间会使泡沫变差'' | ||
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==脂类物质的转换== | ==脂类物质的转换== | ||
| + | 糖化时麦芽中含有的一部分脂类被脂肪分解酶分解为甘油和脂肪酸。在此要特别注意容易发生反应的不饱和脂肪酸的氧化和酶分解，在脂氧化酶和氧的作用下这些脂肪酸会转化为中间产物，今后可能作为老化物质对啤酒的口味稳定性产生不利影响。即使只有极少量的脂肪酸进入啤酒，也会给啤酒口味稳定性带来危害，但只有不饱和脂肪酸由于其氧化速度快被视为老化前驱物质。 | ||
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| + | 由于麦芽粉碎物始终含有不饱和脂肪酸，只有通过严格杜绝氧气来避免氧化，但投料装置却将麦芽粉碎物、水和空气强烈混合在一起，因此人们从一开始便努力避免氧的影响。但即使完全隔离氧也不能避免脂氧化酶的分解作用，脂氧化酶在发芽过程中形成，主要聚集在叶芽和根芽中，在麦芽叶芽中这种酶比较丰富，其最佳pH值为6.0，对高温非常敏感，因此这种酶很大部分在干燥时便已失活，深色麦芽比浅色麦芽的失活程度更高，尽管如此还是有1/3有活力的酶留在了麦芽中。通过粉碎存在于叶芽中的脂氧化酶被迅速激活，由于投料温度通常较低并且投料水的pH值较高，脂氧化酶可在相对较短的时间内分解不饱和脂肪酸，产生日后会形成老化物质的自氧化产物。从粉碎开始避免这一氧化和转化过程的方法有三种： | ||
| + | :*添加惰性气体（CO<sub>2</sub>或者N<sub>2</sub>）隔离氧气 | ||
| + | :*采用60℃或更高的投料温度 | ||
| + | :*将投料时的pH值降至5.1~5.2 | ||
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| + | 但糖化时也有其它的饱和脂肪酸被溶解，包括淀粉中含有的5%~7%的脂肪，麦汁过滤浑浊以及凝固物分离差会将较多的游离脂肪酸带如麦汁，可能导致过滤问题。发酵时也会形成脂肪酸，贮酒阶段酵母会使其中对泡沫不利影响的中链脂肪酸析出。 | ||
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==其它的分解和溶解过程== | ==其它的分解和溶解过程== | ||
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==生物酸化== | ==生物酸化== | ||
===添加矿物酸=== | ===添加矿物酸=== | ||
2017年1月17日 (二) 14:50的版本
糖化是麦汁制备中最重要的过程。在糖化过程中，水与麦芽粉碎物进行混合，由此使麦芽中的内容物溶出，获得浸出物。糖化时的物质转化具有重要意义。
糖化时的物质转化
糖化的目的
麦芽粉碎物中的内容物大多是非水溶性的，而浸入啤酒中的物质只能是水溶性的物质，因此我们必须通过糖化，使粉碎物中的不溶物转变为水溶性物质。（所有进入溶液的物质称为浸出物）
水溶性物质包括：糖、糊精、矿物质和某些蛋白质。 非水溶性物质包括：淀粉、纤维素、部分高分子蛋白质以及其它随麦糟排走（麦汁过滤结束时）的化合物。
从经济角度出发，人们总是力求尽可能多地使非水溶性物质转化为水溶性物质，即尽可能获得大量浸出物，分别用糖化车间收得率和麦糟浸出物量来表示。
但重要的不仅是浸出物的数量，还有浸出物的质量，因为某些化合物（如来自麦皮的多酚物质）并不需要，而有的物质却必不可少。
酶的特性
酶最重要的特性是它分解底物时的活力，这种活力取决于各种因素：
- 酶的活力取决于温度
- 酶的活力随温度的升高而增强，最终在每种酶特定的最适温度下达到最高获利。温度过高时，酶的活性迅速下降，温度超过最适温度越高，失活和死亡的酶就越多。低温下，酶的活力几乎可以无限度地保持。
- 酶的活力取决于pH值
- pH值的变化会影响酶的活力，每种酶都会在某一pH值下达到自己最佳的活力值，这一pH值对每种酶而言都是特定的，过高或过低都会使其活力下降，不过pH值对酶活力的影响一般来说没有温度的影响大。
淀粉的分解
啤酒中最重要的组分酒精和二氧化碳是由糖发酵而来的，因此必须将淀粉分解成可被酵母代谢利用的糖类，除此之外，还有其他中间产物和不可发酵的糊精。淀粉必须彻底分解为糖和不会导致碘液变色的糊精，彻底分解淀粉不仅是出于经济性考虑，没有分解的残余淀粉会导致啤酒出现糊化浑浊。
淀粉分解分为三个不可逆的过程，但是他们以几乎没有太明显的界限连续进行：糊化→液化→糖化。
- 糊化：指淀粉颗粒在热水溶液中膨胀、破裂，这种黏性溶液中的游离淀粉分子相对于未糊化的淀粉而言可以较好地被淀粉酶分解。
- 在热水中溶解，大量水分子进入淀粉分子中，使其体积增大，密结的的淀粉颗粒膨胀、破裂，形成黏性（黏稠）溶液，其黏度取决于水分子进入淀粉颗粒的多少，而且不同谷物的黏度也不同，比如大米的膨胀要比麦芽淀粉大得多，但在膨胀过程中并没有发生物质分解，因此人们称这一过程为“糊化”，这是日常烹饪工作的重要组成部分（比如制作布丁，使汤或汁变稠）。
- 糊化后的淀粉不再聚结成固定淀粉颗粒，液体（醪液）中含有的酶可以直接将它们很快分解，而未糊化淀粉的分解则需要很多天。
- 芽淀粉和大麦淀粉一般可在52~59℃糊化，一般采用的料水比为1:5+。
- 液化
- α-淀粉酶将许多葡萄糖残基组成的淀粉长链（支链淀粉和直链淀粉）迅速分解为许多短链，使已糊化醪液的黏度迅速下降，而β-淀粉酶只能很缓慢地从非还原末端分解长链，因此，如果仅通过β-淀粉酶分解淀粉，则需要几天时间。
- 液化的含义是：通过α-淀粉酶的作用，使已糊化的淀粉液黏度降低。在实际的生产过程中，这两个过程几乎是同时发生的（可以通过辨别黏度来区分这两个阶段，但是没有什么必要）。
- 糖化
- α-淀粉酶将支链淀粉和直链淀粉的长链分解为由7~12个葡萄糖残基组成的糊精，β-淀粉酶再从这些短链的末端每次切下2个葡萄糖单元，形成麦芽糖，这个过程比α-淀粉酶作用的过程要长。
- 不同长度的淀粉链除了形成麦芽糖外，还可形成其它糖类，比如：葡萄糖和麦芽三糖。由于α-淀粉酶和β-淀粉酶都不能分解1,6-糖苷键，淀粉的分解会在1,6-键前的2~3个葡萄糖残基处停止，因此正常麦汁中总有界限糊精存在。
- 麦芽中虽然存在既可分解1,4-糖苷键，又可分解1,6-糖苷键的界限糊精酶，但由于它的最佳作用温度为50~60℃，所以此酶在糖化中没有作用，不过70℃时界限糊精酶还有微弱的活力。
- 糖化时主要行程下列淀粉分解的产物：
- 葡萄糖：最先被酵母分解（启发酵性糖）。
- 麦芽糖及其他双糖：能又快又好地被酵母发酵（主发酵性糖）。
- 麦芽三糖：能被所有发酵度高的酵母发酵。只有当麦芽糖发酵完成后，酵母才能分解它，即在后酵贮存时分解（后发酵性糖）。
- 糊精：不可发酵。
可发酵性糖占麦汁总浸出物的比例决定了最终发酵度，而最终发酵度又确定了啤酒的酒精含量，从而对啤酒的风味有着重要影响。酶的各种工作决定了可发酵性糖的比例（当然还有原料），因此最终发酵度也在糖化时被确定为。
麦汁中可发酵浸出物的组成在很大程度上取决于糖化工艺，由于麦汁中的个中糖分和糊精会共同影响发酵过程和啤酒质量，因此酿造者在糖化时必须注意影响淀粉分解的各种因素：
- 糖化过程中的温度
- 糖化时间
- 醪液的pH值
- 醪液的浓度
温度对淀粉分解的影响
在62~66℃（β-淀粉酶最适温度）糖化，可以得到最大量的麦芽糖和最高的最终发酵度，麦芽糖含量丰富的麦汁发酵较迅速，酵母也能长时间保持悬浮状态。若超过此温度，在68~72℃（α-淀粉酶最适温度）长时间糖化，则可得到最终发酵度低、糊精含量丰富的啤酒。
尽管过滤过程要在较高温度下进行，使麦汁黏度保持较低水平，以加快过滤速度，但同时必须考虑到温度超过78℃以后，仍有活力的α-淀粉酶会不断失去活力，而过滤过程中会有残余淀粉重新被溶解，需要残余的α-淀粉酶对其进行分解（后糖化），否则，碘检正常的麦汁可能又变得不正常（糊化浑浊）。
糖化时间对淀粉分解的影响
在糖化过程中，酶的作用并不均匀，酶的活力可划分为两个阶段：
- 10~20min后，酶的活力最大，62~63℃时酶的活力要高于67~68℃时。
- 40~60min后，酶的活力下降较快，然后下降变慢。
由此可见，温度的影响与糖化时间总是联系在一起的。
总之：
- 随着糖化时间的延长，浸出物溶液的浓度也在不断提高，但提高过程会越来越慢。
- 随着糖化时间的延长（特别是62~63℃的糖化），麦芽糖含量也在不断提高，即最终发酵度在不断提高，这样的麦汁可使主发酵强烈。
- 随着糖化时间的延长，可以提高收益率，但是效果随时间延长而减缓。
pH对淀粉分解的影响
酶的作用强度取决于pH值，我们知道β-淀粉酶的最佳pH值为5.4~5.5.醪液的pH值在5.5~5.6时，可以视为两种淀粉酶的最佳pH值范围，与较高的醪液pH值相比，这一pH值可增加浸出物的浓度，形成较多的可发酵性糖，提高最终发酵度。
根据糖化用水和麦芽的化学组成，醪液的pH值一般会在5.6~5.9，即偏高。因此，酿造者必须在糖化时将pH值降低至5.2~2.1，这点将会在后面进行论述。
醪液浓度对淀粉分解的影响
在稀醪中，更多的浸出物可以溶出，但浓醪可以较好地保护酶，防止其在较高的温度下失活（醪液中颗粒和已溶解物质的胶体保护效应），因此浓醪糖化可以提高可发酵性糖的含量和最终发酵度。但醪液浓度对淀粉分解的影响没有其它因素那么大。
淀粉分解的检查
淀粉的分解情况必须检查，因为没有分解的淀粉和高分子糊精可导致啤酒出现糊化浑浊。淀粉的分解情况可采用0.02mol/L碘液（碘和碘化钾的溶液，请参考碘溶液配置）进行检查,称为“碘检”，之前必须冷却醪液样品。这种方法碘检时由于碘液遇到高分子和中分子的分支糊精后会显现紫色至红色，这一变色过程并不容易辨认，但能表明麦汁碘检不正常。较好的碘检方法是根据W.Windisch法检查此类糊精的存在。这种方法的步骤为：先用乙醇沉淀此类糊精，然后去除乙醇，重新溶解后加碘显色，这种方法多在出现问题时使用。
麦汁煮沸终了时也必须进行碘检（后糖化）。
如麦汁碘检时出现变色现象，说明麦汁碘检不正常，人们称为“蓝色糖化”，由此产生出的啤酒会出现“糊化浑浊”，因为分子质量较大的糊精不能溶解，相应的补救措施是：取麦芽浸出液或头道麦汁添加到发酵麦汁中（补充酶）。
β-葡聚糖的分解
麦粒的细胞壁是由蛋白质、纤维素和半纤维素交织而成的，它们通过β-葡聚糖链连接在一起，在特定条件下，β-葡聚糖容易形成凝胶，从而使啤酒的黏度升高，导致过滤困难，因此人们有必要进一步了解β-葡聚糖。
在制麦过程中，大部分高分子β-葡聚糖已经被分解，对此有利的措施是：
- 采用β-葡聚糖含量低的大麦品种
- 麦芽的内β-葡聚糖酶含量高
- 麦粒的内容物质溶解好（脆度值超过80%）
同螺旋形的淀粉分子（α-葡聚糖）相反，β-葡聚糖分子没有分支，为长形，众多这类分子通过氢键连接、组合，由于其外观不规则，人们将其称为胶束，在这种形式下，它们是可以溶解的，众多这种胶束相互连接，其中一部分同细胞壁中的蛋白质紧密结合，特别是麦粒中未真正溶解的部分，比如麦粒顶端，这也是糖化开始时的状况。
糊化时淀粉颗粒的结构被溶解，部分同蛋白质结合在一起的胶束也游离出来，这样，内切β-葡聚糖酶便可在这些胶束中分解β-葡聚糖。内β-葡聚糖酶的最佳作用温度是35~45℃，如果这一温度下的休止时间较长，麦芽的溶解好同时内切β-葡聚糖酶的含量高，那么大多数β-葡聚糖都会被分解为可溶性的，从而避免形成凝胶的危险。
但如果温度升高，对温度十分敏感的内切β-葡聚糖酶便会失活并失去作用，而对温度不敏感（至70℃）的β-葡聚糖溶解酶则开始产生作用，将高分子β-葡聚糖从蛋白质和未溶解的麦粒顶端溶解出来，而这些高分子β-葡聚糖却不能继续分解，因为内切β-葡聚糖酶在这一温度下早已失活，因此溶解差、酶含量低的麦芽总是含有高分子β-葡聚糖，但它们并不等于β-葡聚糖凝胶。
当温度达到70~80℃以上，结合物中的部分氢键断开后问题才真正出现，即在麦汁煮沸和麦汁冷却时。加热会产生性质活跃的β-葡聚糖，它们在冷却时有着不同的表现。如果无剪切力：
- 采用酶含量高、溶解良好的麦芽
- 缓慢冷却
- 平稳沉淀，不产生涡流
- 避免形成剪切力
分子间便不会重新建立氢键，形成凝胶的危险很小。但是如果有剪切力：
- 在较高的温度下制造很大的剪切力，比如：
- 外加热器中的流速高，方向重复变换
- 泵中形成强烈的涡流
- 回旋沉淀槽中形成强烈的涡流
- 管道横截面积太窄或多变
- 离心力的作用
氢键便会将葡聚糖束结合起来，通过分子的延伸形成凝胶，从而提高粘度并导致过滤困难。
麦芽脆度值、Carlsberg麦粒抛光法和协定糖化麦汁的黏度是反映高分子β-葡聚糖值的主要检查指标，它们同麦汁的β-葡聚糖含量以及啤酒的可过滤性之间有着密切的关系，脆度值最好超过80%，麦粒抛光法检测出的麦芽均匀度至少应达到70%，最好75%。
检测麦汁黏度可以反映出β-葡聚糖含量，由此说明它对麦汁和啤酒过滤造成的难度，检测黏度的方法请参考黏度检测方法。
蛋白质的分解
最迟到麦汁煮沸时，几乎所有的高分子蛋白质（少量除外）都会沉淀下来，啤酒中仅含有酵母增殖和快速发酵所必需的蛋白质。
| 有利影响 | 不利影响 | |
| 高分子蛋白质分解物 | 泡沫的形成和口味的丰满性 | 形成浑浊 |
| 低分子蛋白质分解物 | 酵母营养 |
酶对蛋白质的分解必须分别看待：
- 45~50℃时会更多地形成低分子蛋白质分解产物，特别是肽和氨基酸
- 60~70℃时会形成更多的对泡沫稳定性有利的高分子蛋白质分解产物。
氨基酸是酵母必须的营养物质，这一点很重要，酵母最少需要消耗10~14mgα-氨基氮/100ml麦汁。由于脯氨酸不能作为α-氨基氮的提供者被酵母利用，麦汁的α-氨基酸含量至少应达到20mg/100ml，如果不能保证这点，则：
- 酵母的繁殖会减弱
- 发酵和成熟会延缓
- 啤酒中会有不希望的嫩啤酒味道
采用溶解好的麦芽生产的麦汁含有足够的α-氨基酸，但使用辅料、糖或糖浆时，由于这些物质不能给麦汁带来氨基酸，必须在45~50℃时进行蛋白质休止，而使用溶解好的麦芽时，鉴于其蛋白质分解情况没有必要进行蛋白质休止。长的蛋白质休止时间会使泡沫变差
脂类物质的转换
糖化时麦芽中含有的一部分脂类被脂肪分解酶分解为甘油和脂肪酸。在此要特别注意容易发生反应的不饱和脂肪酸的氧化和酶分解，在脂氧化酶和氧的作用下这些脂肪酸会转化为中间产物，今后可能作为老化物质对啤酒的口味稳定性产生不利影响。即使只有极少量的脂肪酸进入啤酒，也会给啤酒口味稳定性带来危害，但只有不饱和脂肪酸由于其氧化速度快被视为老化前驱物质。
由于麦芽粉碎物始终含有不饱和脂肪酸，只有通过严格杜绝氧气来避免氧化，但投料装置却将麦芽粉碎物、水和空气强烈混合在一起，因此人们从一开始便努力避免氧的影响。但即使完全隔离氧也不能避免脂氧化酶的分解作用，脂氧化酶在发芽过程中形成，主要聚集在叶芽和根芽中，在麦芽叶芽中这种酶比较丰富，其最佳pH值为6.0，对高温非常敏感，因此这种酶很大部分在干燥时便已失活，深色麦芽比浅色麦芽的失活程度更高，尽管如此还是有1/3有活力的酶留在了麦芽中。通过粉碎存在于叶芽中的脂氧化酶被迅速激活，由于投料温度通常较低并且投料水的pH值较高，脂氧化酶可在相对较短的时间内分解不饱和脂肪酸，产生日后会形成老化物质的自氧化产物。从粉碎开始避免这一氧化和转化过程的方法有三种：
- 添加惰性气体（CO2或者N2）隔离氧气
- 采用60℃或更高的投料温度
- 将投料时的pH值降至5.1~5.2
但糖化时也有其它的饱和脂肪酸被溶解，包括淀粉中含有的5%~7%的脂肪，麦汁过滤浑浊以及凝固物分离差会将较多的游离脂肪酸带如麦汁，可能导致过滤问题。发酵时也会形成脂肪酸，贮酒阶段酵母会使其中对泡沫不利影响的中链脂肪酸析出。
