大生產(chǎn)麥汁配方篩選及發(fā)酵性能研究

大生產(chǎn)麥汁配方篩選及發(fā)酵性能研究

考慮到目前國內(nèi)啤酒公司選擇優(yōu)質(zhì)啤酒發(fā)酵母時使用的培養(yǎng)基來自良好的麥汁，由于麥汁生產(chǎn)工藝和麥汁質(zhì)量的差異，大型麥汁成分的組成變化很大。因此，選擇優(yōu)質(zhì)發(fā)酵母種的真實性是不完全確定的。所選擇的發(fā)酵母種指標的改進可能是由于編輯的麥汁成分更合理，或所選擇的母字母功能的改善。此外對于質(zhì)量技術(shù)控制嚴謹?shù)钠【粕a(chǎn)企業(yè)而言,應(yīng)當定期在實驗室采用一系列標準的程序評價其酵母發(fā)酵性能的穩(wěn)定性;因此要解決以上問題,需要確定一個標準的培養(yǎng)基成分。確保該培養(yǎng)基的組分與大生產(chǎn)麥汁基本一致;與此同時酵母在該培養(yǎng)基的發(fā)酵性能應(yīng)該與大生產(chǎn)麥汁基本一致。以大生產(chǎn)麥汁中一些成分的含量作為參考,如氨基酸的種類、含量,各種可發(fā)酵性糖的種類、含量,以及通過查閱大量文獻資料了解酵母培養(yǎng)所需的一些必需組分,并以此為基礎(chǔ),研制標準培養(yǎng)基的配料單,并結(jié)合與大生產(chǎn)麥汁做發(fā)酵性能測試,最終確定合理的配料單;并驗證其發(fā)酵性能的穩(wěn)定與重復(fù)性。為了保證配料單中成分的穩(wěn)定與可靠,本試驗研究中所涉及的組分均來自于sigma公司生產(chǎn)的藥品。1材料和方法1.1siga三糖的生產(chǎn)蛋白胨(peptone)、酵母浸粉(yeastextract)、酪蛋白、ZnSO4、葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖均來自于sigma公司產(chǎn)品。1.2病毒青島酵母:中國食品發(fā)酵工業(yè)研究所菌種保藏中心保藏。1.3儀器、試藥和儀器安捷倫-6890氣相色譜,SGH-300高純氫發(fā)生器,SGK-2LB低噪音空氣泵,氣相色譜儀HP-6890(FID檢測器),頂空進樣器HP-7694,Agilent1100高效液相色譜儀,安捷倫公司;水浴鍋,北京光電設(shè)備廠;生化培養(yǎng)箱,珠江醫(yī)療設(shè)備儀器廠;發(fā)酵栓,自制;UV-分光光度計,SHIMADZU;顯微鏡,日本奧林巴司;血球計數(shù)板,上海求精生化儀器廠;SGK-2LB低噪音空氣泵,北京市精華苑技術(shù)研究所。1.4不同指標的分析1.4.1氣相色譜-質(zhì)譜條件采用安捷倫-6890氣相色譜。氣相色譜柱:HP-INNOWax(CrosslinkedPolyethyleneGlycol)。氣相色譜條件為膜厚:1.0μmLength:30mColumnID:0.53mm。工作站采用HPG2070AA軟件。色譜條件為柱溫:起始溫度為50℃,以10℃/min程序升溫至160℃;進樣器溫度:100℃載氣為高純氮氣,采用分流進樣,分流比2∶1;柱子采用恒流模式,流速:4mL/min;檢測器溫度:300℃;氫氣流速:30mL/min;空氣流速:400.0mL/min;氮氣流速:25.0mL/min。頂空進樣條件:溫度:樣品瓶平衡溫度:50℃;定量環(huán):100℃;傳輸管線:100℃;時間為樣品瓶平衡時間:27min;充壓時間:0.13min;定量環(huán)填充時間:0.13min;定量環(huán)平衡時間:0.20min;進樣時間:0.5min。1.4.2儀器和測定柱采用Waters2695高效液相色譜儀。液相色譜條件為樣品前處理:柱前衍生。檢測器:DAD,338nm;色譜柱:200×2.1mmAA柱;柱溫:40℃;進行梯度洗脫。糖的測量。儀器:Agilent1100;檢測器:RID;流動相:75%的乙腈,流速:1mL/min;色譜柱:200×2.1mm氨基柱;柱溫:35℃。1.4.3雙乙醇GB4927-2001檢測。培養(yǎng)條件:恒溫12℃發(fā)酵栓培養(yǎng)8d后檢測發(fā)酵液中雙乙酰含量。1.4.4口感測試恒溫12℃發(fā)酵栓培養(yǎng)8d后采用氣相色譜檢測發(fā)酵液中風(fēng)味物質(zhì)含量。1.4.5降糖速度恒溫12℃發(fā)酵栓培養(yǎng),每天定期搖動,除去CO2后測量瓶中液體與瓶質(zhì)量,與前1d的質(zhì)量相比較,其差值反映每1d降糖的克數(shù)。2結(jié)果與討論2.1培養(yǎng)基配方通過多次實驗的摸索,得到與大生產(chǎn)麥汁組分,包括氨基酸、糖類的組成與含量接近的培養(yǎng)基配方,氨基酸、糖類的組成與含量都是由高效液相色譜儀測定,配方的主要組分含量如表1所示,按照11°P配制的培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁中氨基酸、糖類的組成與含量如表2所示。2.1.1氨基酸的類型化根據(jù)酵母代謝利用氨基酸的特點,在大生產(chǎn)中的酵母繁殖所需要的氮源主要來源于麥汁中的氨基酸與短肽,它們不僅對合成酵母蛋白質(zhì)是重要的,對酵母細胞內(nèi)的各種酶也相當重要;比較大生產(chǎn)麥汁與配制培養(yǎng)基中氨基酸的組成與含量,以及在固定配方的情況下,重復(fù)檢測配制培養(yǎng)基中氨基酸的組成與含量的數(shù)據(jù),評價其在固定配方的條件下,各種氨基酸含量的穩(wěn)定性。酵母對不同氨基酸的同化作用:酵母對各種氨基酸的同化情況是不同的,而是按照一定的順序吸收,根據(jù)啤酒酵母對氨基酸的不同同化速率,氨基酸可以分為4種類型,分別是同化速率較快,如天冬氨酸等,稱之為A組;中等同化速率,在A組氨基酸利用完后再利用,如頡氨酸等,稱之為B組;同化速率較低,在A組氨基酸利用完后再利用,如丙氨酸等,稱之為C組;極微同化或不同化,如脯氨酸,稱之為D組。如此同時,根據(jù)氨基酸的酮酸同類物在酵母代謝中的重要性分為3類(表3)。第1類氨基酸在麥汁中的濃度不重要,因為他們的酮酸同系物在發(fā)酵開始時來自于氨基酸本身,隨后來自于糖類的合成代謝途徑,因此第1類氨基酸濃度的高低不會影響酵母的氮代謝作用。第2類氨基酸在麥汁中的濃度是重要的,因為在發(fā)酵后期,由于糖類合成此類相應(yīng)氨基酸的酮酸同系物受到抑制,此類氨基酸的酮酸同系物主要來自麥汁中所含此類氨基酸,麥汁中改變此類氨基酸的濃度,將大大影響酵母的發(fā)酵性能,從而影響發(fā)酵指標與啤酒風(fēng)味。第3類氨基酸在麥汁的含量比例更為重要,由于此類氨基酸酮酸同系物幾乎主要來自于麥汁氨基酸本身,很少來自于糖類的合成,缺乏此類氨基酸將引起酵母氮源代謝作用極大程度的變化,從而嚴重影響酵母的發(fā)酵性能。因此要全面評價培養(yǎng)基指標的可適用性,除了控制氨基酸的總含量外,對第2類、第3類氨基酸的含量比例也必須控制。按照氨基酸的3類分類法,大生產(chǎn)麥汁、配制培養(yǎng)基、重新配制培養(yǎng)基中第3類氨基酸、總氨基酸的含量基本接近,由于該大生產(chǎn)麥汁已經(jīng)運用于大生產(chǎn),各項指標,包括酵母降糖速度、還原雙乙酰能力、啤酒風(fēng)味物質(zhì)均正常,因此配制培養(yǎng)基、重新配制培養(yǎng)基中第3類氨基酸、總氨基酸的含量均屬于正常水平;此外配制培養(yǎng)基與重新配制培養(yǎng)基中第3類氨基酸、總氨基酸的含量基本接近,表明在固定配方與組分的條件下,配置培養(yǎng)基的各類主要氨基酸與總氨基酸的含量相對穩(wěn)定,具有較好的重復(fù)性(表4和表5)。2.1.2葡萄糖的抑制作用麥汁中酵母可利用糖類與利用序列如下,葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖;麥汁中麥芽四糖以上的寡糖、異麥芽糖、潘糖、和戊糖均不能被酵母利用,因此在配置標準培養(yǎng)基時,按照酵母可以利用、代謝的糖種類添加。酵母對葡萄糖與果糖可以滲透進入酵母細胞內(nèi)直接利用,而蔗糖需要酵母分泌在細胞表面的蔗糖轉(zhuǎn)化酶微葡萄糖與蔗糖后,才能進入酵母細胞內(nèi);對于下面發(fā)酵的酵母而言,當麥汁中含有過量的葡萄糖時會抑制酵母細胞分泌麥芽糖滲透酶,沒有這種酶,酵母不能利用麥芽糖,只有當葡萄糖與果糖濃度降低到一定程度后,酵母細胞才能解除這種抑制作用,葡萄糖的這種抑制作用叫葡萄糖的阻遏效應(yīng),在正常麥汁中這種抑制效應(yīng)并不突出,正常麥汁中葡萄糖與果糖的濃度低于1%時,不會出現(xiàn)葡萄糖的阻遏效應(yīng)。而如表5所示,麥汁與配制培養(yǎng)基、重新配制培養(yǎng)基中各種可發(fā)酵性糖的組成,含量比較接近,而且配制培養(yǎng)基、重新配制培養(yǎng)基中葡萄糖與果糖的濃度低于1%,不會出現(xiàn)葡萄糖的阻遏效應(yīng)。2.2以培養(yǎng)基為基礎(chǔ)的小麥汁發(fā)酵性能的比較用配制的標準培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁做了發(fā)酵對比實驗,分別進行了降糖速度、風(fēng)味、雙乙酰、發(fā)酵度的測定。2.2.1培養(yǎng)基的配制采用CO2失重法評價酵母降糖速度,數(shù)據(jù)見表6與表7。表6和表7數(shù)據(jù)表明,第一批次配制培養(yǎng)基和重復(fù)配制培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁的降糖速度基本接近,而且配制培養(yǎng)基的2個試驗平行數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。2.2.2培養(yǎng)基發(fā)酵指標配制培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)含量存在差異(見表8)。各種風(fēng)味指標分析結(jié)果為,乙醛指標:2個配制的標準培養(yǎng)基中乙醛含量均高于大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵所產(chǎn)生的乙醛含量,增加幅度在1～2mg/L之間。DMS指標:在2個配制的標準培養(yǎng)基中DMS整體較低,由于啤酒發(fā)酵液中DMS含量高低主要取決于麥芽中DMS的前驅(qū)物DMSP含量高低。甲酸乙酯指標:4個樣品中甲酸乙酯均為零。乙酸乙酯指標:4個配制的標準培養(yǎng)基中乙酸乙酯含量均低于大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵所產(chǎn)生的乙酸乙酯含量,幅度在1～2mg/L之間。乙醇指標:2個配制的標準培養(yǎng)基中乙醇含量與大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵所產(chǎn)生的乙醇含量比較接近,這表明發(fā)酵度比較一致。乙酸異丁酯指標:4個樣品中乙酸異丁酯含量比較接近。正丙醇指標:與對照相比較,配制的培養(yǎng)基中正丙醇含量較低,2個配制的標準培養(yǎng)基中正丙醇含量均低于大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵所產(chǎn)生的正丙醇含量,幅度在1～2mg/L之間。異丁醇指標:與對照相比較,配制的培養(yǎng)基中異丁醇含量較接近。乙酸異戊酯指標:與對照相比較,配制的培養(yǎng)基中乙酸異戊酯含量較接近。異戊醇指標:與對照相比較,配制培養(yǎng)基中異戊醇含量都高于對照,增加幅度在5～6mg/L之間。己酸乙酯指標:與對照相比較,配制的培養(yǎng)基中己酸乙酯含量比較接近。就風(fēng)味指標而言,與對照-大生產(chǎn)麥汁相比較,經(jīng)過12℃恒溫發(fā)酵栓發(fā)酵后測定的風(fēng)味指標中,配制培養(yǎng)基發(fā)酵所產(chǎn)生乙醛與異戊醇指標稍微比麥汁發(fā)酵產(chǎn)生該兩個指標含量高。增幅程度分別在1～2mg/L之間與5～6mg/L之間,其他指標相對比較接近。2.2.3培養(yǎng)基發(fā)酵對乙醛與異戊醇的影響與麥汁相比較,經(jīng)過恒溫12℃培養(yǎng)8d后檢測發(fā)酵液中雙乙酰含量,檢測數(shù)據(jù)表明,與麥汁相比較,配制培養(yǎng)基中的雙乙酰含量比較接近,數(shù)據(jù)如表9所示。試驗結(jié)果表明,在相同的發(fā)酵條件下,即經(jīng)過恒溫12℃培養(yǎng)8d后檢測發(fā)酵液中12種風(fēng)味指標、雙乙酰,以及每天采用CO2失重法檢測其利用糖的速度,配制培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁發(fā)酵的結(jié)果表明,配制培養(yǎng)基發(fā)酵所產(chǎn)生乙醛與異戊醇指標稍微比麥汁發(fā)酵產(chǎn)生該2個指標含量高。增幅程度分別在1～2mg/L之間與5～6mg/L之間,其他指標相對比較接近。2.3培養(yǎng)基組分含量變化在原來配制培養(yǎng)基的配方的基礎(chǔ)上重復(fù)配制濃度為11°P的培養(yǎng)基,配制的培養(yǎng)基與前次相同的大生產(chǎn)培養(yǎng)基進行測定配制培養(yǎng)基中氨基酸、糖類組分的試驗。相同的發(fā)酵條件下,即經(jīng)過恒溫12℃培養(yǎng)8d后檢測發(fā)酵液中12種風(fēng)味指標、雙乙酰,以及每天采用CO2失重法檢測其利用糖的速度,驗證其穩(wěn)定性與可靠性。2.3.1大生產(chǎn)麥汁與重新配制培養(yǎng)基中氨基酸、糖類含量從表2、表4、表5中大生產(chǎn)麥汁與重新配制培養(yǎng)基中氨基酸、糖類含量數(shù)據(jù)表明,在固定配方的條件下,重新配制的培養(yǎng)基中總氨基酸、第3類氨基酸、糖類含量與大生產(chǎn)麥汁、第1批次配制培養(yǎng)基的上述指標接近,表明該配方組分具有較好的重復(fù)性。2.3.1.1降糖速度比較表7的數(shù)據(jù)表明,重復(fù)配制培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁的前2天降糖、前4天降糖、前6天降糖、前7天降糖的數(shù)據(jù)表明,重復(fù)配制培養(yǎng)基與大生產(chǎn)麥汁的降糖速度基本接近,而且重新配制培養(yǎng)基的2個試驗平行數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。2.3.1.2風(fēng)味指標比較與大生產(chǎn)麥汁相比較,經(jīng)過12℃恒溫發(fā)酵栓發(fā)酵后測定的風(fēng)味指標中,重新配制培養(yǎng)基發(fā)酵產(chǎn)生乙醛與異戊醇指標稍微比麥汁發(fā)酵產(chǎn)生兩個指標含量高。增幅程度分別在1～2mg/L之間與5～6mg/L之間,其它指標相對比較接近,數(shù)據(jù)如表11所示;而且針對檢測的12種啤酒風(fēng)味組分,該批次試驗的數(shù)據(jù)