加酶挤压对大麦粉理化性质的影响及其在大麦啤酒酿造中的应用

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大麦啤酒酿造避开了传统酿造过程中耗时耗能的制麦环节,是一种绿色节能、污染小的新型酿造工艺。但未经制麦处理的大麦组织坚硬,细胞紧密,糖化过程的可溶性糖浸出受限,致使原料利用率大大降低。加酶挤压技术在淀粉基原料糊化、液化方面具有得天独厚的优势,能够有效提升原料利用率,缩短发酵时间,赋予发酵产品独特的风味。本课题将加酶挤压作为糊化、液化大麦粉的预处理手段,通过分析热改性效果推测其在糖化过程中的表现,并针对加酶挤压加剧过滤阻塞的原因提出猜想并验证,为加酶挤压大麦粉在大麦啤酒酿造中的应用提供理论依据。首先,进行了加酶挤压大麦粉工艺设计与优化,以加酶挤出物的糊化度和还原糖含量为响应指标,通过单因素实验和响应面优化确定了最优加酶挤压参数:机筒温度96℃、螺杆转速150 r/min、水分含量55%、酶添加量0.096%,在此条件下,加酶挤出物的糊化度和还原糖含量可达到96.78%和15.98%。其次,研究了加酶挤压和蒸汽蒸煮两种热处理对大麦粉理化性质的影响差异。相较于蒸汽蒸煮大麦粉(SCS),加酶挤压大麦粉(EES)具有最低的膨胀势(173.62%),最高的水溶性指数(58.25%)和堆积密度(1.28 g/m L)。EES的糊化度最高,差示扫描量热仪(DSC)未检测到糊化焓。快速粘度分析仪(RVA)结果显示:热处理显著降低了大麦粉的峰值粘度,其中SCS降低了57.14%,EES降低了95.88%,说明加酶挤压处理致使大麦淀粉几乎完全糊化。X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)表明加酶挤压处理对淀粉的长、短程有序破坏程度最高。高相液相色谱(HPLC)测定结果表明,加酶挤压处理对淀粉的降解程度最高,小分子组分大量生成。扫描电镜(SEM)显示EES的淀粉颗粒结构被破坏,表面粗糙,出现大量孔洞和凹坑。激光共聚焦显微镜(CLSM)结果表明,热处理会促使淀粉和蛋白发生聚集,其中又以加酶挤压的作用效果更甚。接着对不同热处理大麦粉进行糖化操作,针对加酶挤压处理加剧糖化过程过滤阻塞问题的原因进行了探究。相较于SCS,EES糖化液的滤纸残留物烘干后更加紧实,呈致密板状,滤孔被完全堵塞。观察两者离心沉淀发现,EES糖化液的离心沉淀出现明显分层,上层为白色粘稠的凝胶状聚集物(WS),下层呈黑色疏松块状(LS)。采用激光衍射法粒度分析仪测定了WS和LS的干湿粒径,结果表明,近90%的WS溶于水后会形成细小颗粒,极易阻塞滤孔。SEM图显示,WS更加致密紧实,与上述EES糖化液滤纸残留物的状态类似。测定了WS和LS的化学组成,结果表明,WS的β-葡聚糖、淀粉、蛋白质等阻塞因子含量都明显高于LS。以上结果表明EES糖化液中WS的存在是加剧过滤阻塞的主要原因。通过针对性添加酶以去除阻塞因子对加酶挤出物过滤性能的改善更为显著,所得麦汁获得最高的浸出率、可发酵糖含量,且麦汁氨基酸组成更具优势。最后,对成品啤酒的理化指标和风味特征进行了测定。结果表明,加酶挤压大麦粉所得啤酒(EES-beer)获得最高的酒精度(5.08%vol)、原麦汁浓度(10.92°P)、真正发酵度(69.53%)。顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用仪测定了四种样品中的挥发性风味物质,结果表明,四种啤酒中共检测出77种挥发性化合物。其中市售样品中检测出了40种挥发性风味物质,包括醇类6种,酸类4种,酯类24种,烯烃类3种,其他物质3种;大麦粉直接投料糖化所得啤酒(RAW-beer)中检测出43种挥发性风味物质,包括醇类7种,酸类4种,酯类25种,烯烃类4种,其他物质3种;EES-beer中检测出47种挥发性风味物质,包括醇类8种,酸类5种,酯类27种,烯烃类4种,其他物质5种;蒸汽蒸煮大麦粉糖化所得啤酒(SCS-beer)中检测出42种挥发性风味物质,包括醇类5种,酸类2种,酯类27种,烯烃类6种,其他物质2种。快速气相电子鼻(GC-O)和感官评定的结果表明,EES-beer具有与市售啤酒更接近的气味,整体接受度较高。综上,通过对比加酶挤压和蒸汽蒸煮对原料大麦粉的热改性结果,阐明加酶挤压技术在改善大麦啤酒糖化阶段浸出受限的优势,并针对其加剧过滤阻塞的现象进行探究,通过针对性除去阻塞因子来改善这一缺陷,所得大麦啤酒品质较高。本研究可为大麦啤酒酿造中存在的突出问题提供新的解决思路和理论支持。
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