麥汁制備中蛋白質(zhì)水解的研究_圖文

1、研究報告中國釀造2008年第22期總第199期15麥汁制備中蛋白質(zhì)水解的研究王 芳, 單守水, 程美科, 王長海*(煙臺大學海洋學院, 山東煙臺264005摘 要:采用傳統(tǒng)的糖化工藝, 研究了復(fù)合型蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶對麥汁制備中的國產(chǎn)大麥芽和大米蛋白質(zhì)的水解情況。結(jié)果表明:在添加蛋白酶之后, 大麥芽和大米蛋白質(zhì)的分解程度均大幅度提高; 對于大米而言, 在液化前添加蛋白酶對大米蛋白質(zhì)進行預(yù)水解的糖化工藝, 可大幅度的提高麥汁中的 -氨基酸態(tài)氮含量, 同時具有合理的隆丁區(qū)分。通過比較, 復(fù)合型蛋白酶的作用效果最好, 其次是中性蛋白酶, 木瓜蛋白酶最差。關(guān) 鍵 詞:麥汁制備; 大米; 大

2、麥芽; 蛋白質(zhì)水解; 蛋白酶中圖分類號:T S261 4 文獻標識碼:A 文章編號:0254-5071(2008 22-0015-04Study of protei n hydrolysis in wort productionWANG F ang , S HAN Shoushu, i CHENG M e i ke , WANG Changhai*(Ocean School of Yant a i University, Yantai 264005, Ch i na Abstract :In t h i s paper , we researched t he prote i n hydrol

3、izati on condition of do m esticm alt and ri ce after addi ng the co mpl ex protease , neutra lprotease and papa i n i n wort producti on , usi ng traditiona l process o f saccharifi cati on t echno l ogy The results s howed t hat t he protei n decompositi on condi ti on ofma lt and r i ce both i nc

4、reased s harpl y a fter addi ng protease ; t o t he r i ce , the met hod of addi ng protease before li quefacti on to do prelm i i nary hydrolysis can m i prove t he cont ent of -a m i no aci d -N qui ckly , w it h rationa lLundi n fracti on ofwa t er -sol uble nitrogen of the fi na lwort T o contra

5、st t he resul, t we have found t hat t he effect o f co mplex proteas e was t he bes, t t he second w as neutral protease , the lastw as papai n Key words :wort preparati on ; r i ce ; mal; t protei n hydrol ysis ; protease啤酒釀造原料中蛋白質(zhì)的水解程度是麥汁制備過程中一項重要的控制指標。因為它對糖化、發(fā)酵以及成品啤酒的泡沫、風味及穩(wěn)定性等指標都有很大影響1。若含量過高, 啤

6、酒易渾濁, 難以保存; 若含量過低, 不利于酵母菌的繁殖和生長, 啤酒缺乏泡持性, 口味淡薄而無醇厚感2。因此, 傳統(tǒng)麥汁制備工藝要求原料的蛋白質(zhì)在糖化時分解適中。收稿日期:2008-09-19作者簡介:王 芳(1983-, 女, 吉林四平人, 在讀研究生, 研究方向為酶工程及現(xiàn)代啤酒釀造; 王長海*, 教授, 通訊作者。lytica Ch i m i ca A cta , 2005, 534(1:171-17611C risti na Delgado -Andrade , Jos A Ru fi n -H e n ares , and Francisco JM oral es A ss es

7、si ng t h e anti ox i dant activit y of m el anoi d i n s fro m coffee bre w s by d ifferen t anti oxi dan t m et hods J J Agri c Food Che m , 2005, 53(20:7832-783612C ri s ti na Del gado -And rade and Franci sco J M oral es Unraveli ng t he Con-tribu tion ofM el anoi d i ns to t he An ti ox i dant

8、Acti v i ty of Coffee Bre w sJ J Agric Food Che m , 2005, 53(5:1403-140713Aros ha N W ije w i ckre m e , David D K i tts , T i m othy D Duran ce Reac -ti on cond itions i n fl u ence the ele m en t ary co mposition and m etal chelati ng affinity of nondial yz ab le m odel maill ard reaction products

9、 J J Agri c Food Che m, 1997, 45:4577-458314楊榮華, 林家蓮, 周凌霄 醬油、豆醬中褐色色素的生理功能J 中國調(diào)味品, 2000(5:21-2215闞建全, 陳宗道, 石鐵松, 等 豆豉非透析類黑精抗氧化和抑制亞硝胺合成的研究J 營養(yǎng)學報, 1999, 21(3:349-35216Franci sco J M orales , Sal vio J i m nez -P rez Peroxy l rad i cal scavengi ngacti vit y of melanoi d i ns i n aqueous s yste m sJ Eur F

10、ood Res Techn-o, l 2004, 218:515-52017Goya L Del gado -Andrade C, et al E ff ect of coffeem el anoi d i n on humanhepato ma H ep G2cell s Protecti on agai nst oxi dati ve stress i nduced by ter-t but yl hyd roperoxideJ M ol Nutr Food Res 2007, 51(5:536-54518秦禮康, 丁霄霖 陳窖豆豉粑類黑精組分體外抗氧化活性研究J食品科學, 2006(1:

11、88-9219師成斌, 張曉云, 田艷花, 等 黑麥芽類黑精體外抗氧化活性的研究J 食品工程, 2007(1:56-5920Q i ngp i ng Xu , W enyi Tao , Zonghua Ao Anti oxidant acti vit y of vi negarm el ano i dinsJ Food Che m i stry , 2007, 102(3:841-84921M arti ns S I F , Van B oekel M elanoi d i ns exti n cti on coeffici en t i n t he gl u -cose/glycine M

12、 aill ard reacti onsJ Food C he m , 2003, 83:135-142 22HONMA SE II CH I Food che m i cal study on m elanoi d i n J Journal ofJ apan ese Society ofNutriti on and Food Sci en ce 2005, 58(2:85-98 23Koen Bekeda m e S c ho l s H enk A H i gh m ol ec u lar w ei ght m elanoi d i nsfro m coffee bre w J J Ag

13、ric Food Che m 2006, 54(20:7658-7666 24Francisco J M orales , C risti n a Fern nd ez -Fragu as and S al vi o Ji m nez -P rez Iron-b i ndi ng ab ilit y ofm el ano i d i ns from food and m odel syste m s J Food Che m istry , 2005, 90(4:821-82725FernandoM Nun es , M anuelA Co i m b ra m el anoi d i n s

14、 fro m coffee Infu -si on s fractionati on , che m ical c h aracteri zati on , and eff ect of the degree of roastJ Agric Food Che m , 2007, 55(10:3967-397726何 健, 黃占旺, 史 杰, 等 大孔樹脂對曲霉型豆豉類黑精的精制研究J 食品科學, 2007, 28(4:156-15927秦禮康, 丁霄霖 陳窖豆豉粑類黑精提取及骨架肽段氨基酸組成分析J 食品科學, 2006, 27(1:125-129162008No 22Ser i a l No

15、 199China B re w ingResearc h Report然而, 隨著麥芽價格日益增高和啤酒行業(yè)的激烈競爭, 更多地采用輔料、降低麥芽用量釀造啤酒的研究日益增多3。但隨著輔料比例的增加, 麥芽比例的減少, 會導(dǎo)致最終麥汁中 -氨基酸態(tài)氮含量偏低、可溶性總氮含量不足以及可溶性蛋白質(zhì)隆丁區(qū)分不合理等一系列問題。為此, 本實驗在傳統(tǒng)糖化和糊化工藝的基礎(chǔ)上, 采用外加酶的方法, 研究了麥汁制備過程中蛋白質(zhì)的水解情況以提高原輔料中蛋白質(zhì)的水解利用率, 解決因提高輔料使用比例而帶來的一系列問題。1材料與方法1 1材料與試劑原輔料:江蘇大麥芽、黑龍江大米:煙臺啤酒廠提供。酶制劑:中性蛋白酶、木

16、瓜蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶等:煙臺新世生物技術(shù)研究所提供。試劑:單寧、鉬酸鈉、茚三酮、果糖、亞甲基蘭和甲基紅等均為分析純。1 2儀器和設(shè)備AR2140型電子天平:梅特勒-托利多儀器有限公司; p HS -3C 型酸度計:上海第二分析儀器廠; HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋:鄭州長城科工貿(mào)有限公司; 721型分光光度計:上海光譜儀器有限公司; 全套凱氏定氮裝置:煙臺開發(fā)區(qū)品格林試驗室配套設(shè)備有限公司。1 3分析方法-氨基酸態(tài)氮:采用參考文獻4的方法?？扇苄缘穆《^(qū)分:采用參考文獻5的方法分析?？扇苄缘?根據(jù)GB /T5009 3-2003, 采用凱氏定氮法測定。1 4實驗方法工藝流程:(1 大麥芽 加

17、4倍水調(diào)漿 加乳酸調(diào)整p H 值, 加各種蛋白酶, 50 預(yù)水解(2 大米 加4倍水調(diào)漿 加乳酸調(diào)整p H 值為6 0, 加各種蛋白酶, 50 預(yù)水解 加 -高效耐溫液化酶升溫98 液化6, 降溫至50 調(diào)整p H 值為6 0, 加入復(fù)合型蛋白酶, 50 糖化2結(jié)果與討論2 1麥芽蛋白質(zhì)水解的研究2 1 1添加不同的蛋白酶對 -氨基酸態(tài)氮的影響麥芽調(diào)漿后, 調(diào)整p H 值為6 0, 分別加入木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶, 其加酶量分別按照0U /g、50U /g 、100U /g和150U /g原料, 于50 進行蛋白質(zhì)休止, 檢測休止過程中 -氨基酸態(tài)氮含量(12 P 的變化情況,

18、結(jié)果見圖1。 圖1木瓜蛋白酶(A 、中性蛋白酶(B 、復(fù)合型蛋白酶(C 的添加量對 -氨基酸態(tài)氮含量的影響Figure 1 Eff ect of papain ac i d nitrogen(A, neutral protease(B, co mp l e x prot ease(C additi o n on -a m ino由圖1可知, 隨著蛋白酶添加量的增加, -氨基酸態(tài)氮的含量隨之增加, 3種蛋白酶的添加量均超過100U /g原料時 作用效果不明顯。3種蛋白酶單獨使用, 相比較而言, 復(fù)合型蛋白酶和中性蛋白酶的作用效果相近似, 而木瓜蛋白酶效果不佳。3種酶的拐點均出現(xiàn)在2h 附近。2h

19、 之前, -氨基酸態(tài)氮的含量迅速增加; 2h4h 時, -氨基酸態(tài)氮含量增長減緩但仍呈現(xiàn)直線趨勢; 超過4h 后, -氨基酸態(tài)氮的含量基本上維持在相對穩(wěn)定的水平。因此, 中性蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶的最佳添加量均為100U /g 原料, 水解2h ; 與未加蛋白酶的參照相比, 其 -氨基酸態(tài)氮含量由155 4mg /L提高至262 6mg/L和300 3mg /L, 分別提高了69%和93%。2 1 2蛋白酶的添加對可溶性氮的影響可溶性氮影響最終啤酒的泡沫和口感, 其含量直接關(guān)系到啤酒的質(zhì)量7。為了進一步考察蛋白質(zhì)的水解程度, 研究了上述條件下的麥汁可溶性總氮的變化, 結(jié)果見圖2。圖2可溶性總氮在

20、不同酶作用下的變化F igure 2 Change curve of t otal wat er-so l u b l e nitrogen underdiff erent prot ease研究報告中國釀造2008年第22期總第199期17由圖2可知, 可溶性總氮隨著時間的延長而增加。相比較而言, 復(fù)合型蛋白酶和中性蛋白酶的作用效果近似, 均優(yōu)于木瓜蛋白酶。2h 之前, 可溶性總氮的含量迅速增加; 2h 之后含量趨于平緩。故最終選擇麥芽蛋白質(zhì)的休止時間為2h , 中性蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶最佳添加量均為100U /g 原料, 此時總氮的含量分別為1 615g /L和1 697g /L, 而對照

21、組只有1 01g /L, 分別提高60%和68%。2 1 3對可溶性氮的隆丁區(qū)分的影響對于最終麥汁來說, 不僅需要含有一定量的 -氨基酸態(tài)氮作為酵母菌生長的氮源, 而且還需要具備適量的可溶性氮和合理的隆丁區(qū)分, 它們對啤酒的風味和泡持性以及啤酒的非生物穩(wěn)定性都有著重要的影響。高分子蛋白質(zhì)影響啤酒的非生物穩(wěn)定性, 要求盡可能多的分解; 中分子蛋白質(zhì)與啤酒的泡持性有較大關(guān)系; 而低分子蛋白質(zhì)對啤酒風味有較大影響8。為了綜合評價蛋白質(zhì)的水解程度, 選取復(fù)合型蛋白酶, 添加量為100U /g 原料、50 、2h 為條件進行蛋白質(zhì)休止, 檢測可溶性氮的隆丁區(qū)分情況, 結(jié)果見表1。表1麥芽蛋白質(zhì)中可溶性氮

22、的隆丁區(qū)分Table 1 Lundin frac ti o n ofwat er -soluble nitrogen ofmalt pr otein 總可溶性氮(12 P /(mg L -1高分子氮(A 區(qū) /%中分子氮(B 區(qū) /%低分子氮(C 區(qū) /%165714 4318 6866 89由表1可知, 在上述條件下所得麥汁的隆丁區(qū)分, 均符合標準麥汁的隆丁區(qū)分9(A 區(qū)25%,B 區(qū)為15%25%, C 區(qū)為60%左右 。2 2大米蛋白質(zhì)水解的研究大米是啤酒釀造中使用非常普遍的一種麥芽輔助原料, 含有較多泡持蛋白, 用它作原料釀造啤酒, 色澤淺、口味清爽、泡持潔白細膩、非生物穩(wěn)定性好10。

23、雖然和其他谷物相比, 大米中蛋白質(zhì)的含量為8%左右, 低于大多數(shù)糧食品種, 但其必需氨基酸構(gòu)成比較完整, 是谷類中質(zhì)量最好的一種蛋白質(zhì)11。大米蛋白主要由谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白組成, 其中谷蛋白占蛋白質(zhì)總量的80%12, 因其分子量較大故存在溶解性較差等問題。因此, 在低輔料麥汁制備過程中因不缺乏可溶性氮, 大米中的蛋白質(zhì)多數(shù)隨麥糟排掉; 而在高輔料麥汁制備中, 由于麥汁的蛋白營養(yǎng)成分缺乏, 需要外加蛋白酶, 使大米中的大分子蛋白質(zhì)水解成小分子氨基酸, 從而提高原料利用率。2 2 1液化前對大米蛋白質(zhì)進行預(yù)水解參照大麥蛋白水解特點13, 采用大米液化前后2步水解工藝, 即液化前進行預(yù)

24、水解:在p H 值為6 0, 溫度50 的條件下, 加酶量分別按照0U /g、50U /g 、100U /g 和150U /g 原料加入木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶, 進行蛋白質(zhì)休止。檢測休止過程中 -氨基酸態(tài)氮含量(12 P 的變化情況, 結(jié)果見圖3。圖3木瓜蛋白酶(A 、中性蛋白酶(B 、復(fù)合型蛋白酶(C 的添加量對 -氨基酸態(tài)氮含量的影響F igure 3 Eff ec t of papain(A, neutral pr etease(B, co m pl e x prat ease(C add ition on -a m ino ac i d nitrogen由圖3可知, 補加

25、蛋白酶可顯著的提高蛋白質(zhì)的水解程度, 隨著蛋白酶添加量的增加, -氨基酸態(tài)氮的含量隨之增 加, 3種蛋白酶的添加量均在超過100U /g原料時作用效果不明顯。3種蛋白酶單獨使用, 相比較而言, 復(fù)合型蛋白酶和中性蛋白酶的作用效果相近似, 而木瓜蛋白酶效果不佳。對于圖3B 、圖3C 而言, 2h 的時候出現(xiàn)拐點; 2h 之前, -氨基酸態(tài)氮的含量迅速增加; 2h4h 時, -氨基酸態(tài)氮含量呈現(xiàn)直線增長; 超過4h 后, -氨基酸態(tài)氮的含量基本上維持在相對穩(wěn)定的水平。所以, 復(fù)合型蛋白酶和中性蛋白酶最佳添加量均為100U /g 原料, 休止時間可根據(jù)工藝需要在1h4h 選取。在此條件下的可溶性總氮

26、變化見圖4。圖4總可溶性氮在不同酶的作用下的變化曲線F igure 4 Change curve of t ot a l water -soluble nitrogen under diff er entpr otease182008No 22Ser i a l No 199China B re w ingResearc h Report由圖4可知, 可溶性總氮隨著時間的延長而增加。相比較而言, 復(fù)合型蛋白酶和中性蛋白酶的作用效果近似, 均優(yōu)于木瓜蛋白酶。1h 之前, 可溶性總氮的含量迅速增加; 2h4h 時仍呈現(xiàn)快速增加。所以, 木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和復(fù)合型蛋白酶的最佳添加量均為100U

27、/g 原料, 大米蛋白質(zhì)的休止時間可根據(jù)需要在1h4h 選擇。以2h 為例, 總氮的含量分別為1 006g /L、1 221g /L和1 305g /L, 此時對應(yīng) -氨基酸態(tài)氮的含量(12 P 分別為68 7mg /L、108 6m g/L和129 6m g/L。2 2 2液化后添加復(fù)合型蛋白酶對 -氨基酸態(tài)氮含量的影響為了進一步考察大米中蛋白質(zhì)的水解極限, 選擇2 2 1實驗中通過添加100U /g 原料復(fù)合蛋白酶進行蛋白質(zhì)休止后的料液, 98 液化30m i n , 再降溫至50 , 按照100U /g 原料2次添加復(fù)合蛋白酶, 進行2次蛋白質(zhì)休止; 同時, 選擇2 2 1實驗中沒有添加

28、任何蛋白酶進行預(yù)水解的料液做對比, 檢測2種料液中 -氨基酸態(tài)氮含量(12 P 的變化情況, 結(jié)果見圖5。 圖5液化后添加復(fù)合蛋白酶對 -氨基酸態(tài)氮含量的影響F i g ure 5 Eff ect of complex prot ease addition on -am ino ac i d -Ncontent aft er li q uef ac tion由圖5可以看出, 大米在液化前經(jīng)過預(yù)水解 -氨基酸態(tài)氮含量能夠達到120mg/L, 液化后再次添加復(fù)合型蛋白酶, -氨基酸態(tài)氮含量仍有適度增加但增幅不大。而對于液化前未進行預(yù)水解的料液來說, 液化后加入蛋白酶, -氨基酸態(tài)氮含量在1h 即可

29、達到75mg /L以上, 2h 還有適度增長, 可達到90mg /L, 但之后幾乎不再變化。對比圖3C 和圖5, 液化前后蛋白質(zhì)休止程度有明顯差距。原因可能在于液化時的溫度過高, 導(dǎo)致一部分蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚變性, 變性的蛋白質(zhì)不易溶于水, 從料液中析出, 導(dǎo)致蛋白酶無法與蛋白質(zhì)作用, 從而使溶液中的 -氨基酸態(tài)氮含量不再發(fā)生變化。故為了充分利用原料中的蛋白質(zhì), 選擇大米在液化前進行蛋白質(zhì)預(yù)水解, 更有利于蛋白質(zhì)的水解和利用。2 2 3大米蛋白質(zhì)的可溶性氮的隆丁區(qū)分根據(jù)上述實驗所確定的最佳條件, 按照實驗方法1 4中方法(2, 選擇添加復(fù)合型蛋白酶, 檢測所得料液中可溶性氮的隆丁區(qū)分, 結(jié)果見表2

30、。由表2可知, 大米在液化前預(yù)水解進行蛋白質(zhì)休止, 具有合理的隆丁區(qū)分。表2大米蛋白質(zhì)中可溶性氮的隆丁區(qū)分Table 2 Lundin fraction ofw at er -soluble nitr ogen of ri c e prot ein 總可溶性氮(12 P /(mg L -1高分子氮(A區(qū) /%中分子氮(B區(qū) /%低分子氮(C 區(qū) /%130517 2221 7161 073結(jié)論采用補加蛋白酶強化大麥芽的蛋白質(zhì)休止, 可顯著提高蛋白質(zhì)水解程度, 提高蛋白質(zhì)利用率。在50 時添加100U /g 原料復(fù)合型蛋白酶進行蛋白質(zhì)休止2h , -氨基酸態(tài)氮的含量(12 P 可達到300 3mg /L, 總氮的含量為1 697g /L, 而未加蛋白酶的大麥芽進行蛋白質(zhì)休止2h , -氨基酸態(tài)氮的含量(12 P 為155 4mg /L、總氮的含量為1