浅析酶法澄清啤酒麦芽提取物最佳工艺
宋淑红
摘 要：本实验主要通过酶法来实现啤酒麦芽提取物的澄清，并探究了中性蛋白酶、真菌木聚糖酶和α-淀粉酶的最适作用条件对啤酒麦芽提取物澄清效果的影响。单因素结果表明：中性蛋白酶在温度42℃、pH值6.0、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅58.49%;真菌木聚糖酶在温度71℃、pH值5.0、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅46.16%;α-淀粉酶在温度55℃、pH值5.5、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅6.76%。正交试验结果表明，中性蛋白酶与真菌木聚糖酶联合使用时的最佳工艺参数为：蛋白酶添加量0.05%、木聚糖酶添加量0.045%、pH值5.4。因此，本实验对于啤酒麦芽汁的应用工业具有一定的实际指导意义。
关键词：啤酒麦芽提取物 ?酶法澄清 ?浊度
啤酒麦芽提取物是将大麦芽经过粉碎、调浆、糖化、过滤、浓缩后制得的一种用于啤酒加工的工业原料，因其具有天然健康、经济价值较高等优势，故被广泛应用于食品和饮料的生产中。
啤酒麦芽提取物属于胶体溶液，存在颗粒超过10-3μm的大分子物质，主要包括蛋白质、多酚、多肽和麦芽糊精等，这些物质会因外界氧化、温度骤降、物理振动，甚至光照因素等而出现理化变化，不仅会影响胶体溶液的稳定性，还会导致啤酒麦芽提取物出现浑浊物质——可根据形成过程可分两种类型：直接引起浑浊而产生沉淀的物质，以及由于共沉作用在沉降过程中被吸附或携带的物质。本试验通过酶解技术来解决啤酒麦芽汁的非生物稳定性问题，具有操作方便、效率高、效果好等优点，对啤酒或饮料工业具有一定的实际指导意义。
1 实验材料、设备和方法
1.1 实验材料
啤酒麦芽提取物（80%）、中性蛋白酶、真菌木聚糖酶、α-淀粉酶、柠檬酸、柠檬酸纳。
1.2 仪器与设备
电子天平、啤酒糖化仪、浊度计、糖度计、EBC色度计、总酸测定仪、离心机、pH计。
1.3 实验方法
将麦芽提取物加水稀释至Brix=25%后，取稀释后的样品300mL。然后，根据实验方案加入酶制剂，设定pH值、温度，酶解时间90分钟。酶解结束后需冷却过滤，滤液加热后冷却，开始出现絮凝沉淀，放入4℃冷库中沉降15h，待沉降完全后转移至200mL量筒中静置稳定分层，再取部分样品至离心机中以5000r/min离心5min，取上清液测量相应理化指标。
2 酶法澄清单因素试验及数据分析
2.1 温度对酶制剂澄清效果的单因素试验及数据分析
2.1.1 中性蛋白酶试验数据
温度：25、30、35、40、45、50、55、60、65℃，对应浊度FUN为1、0.82、0.63、0.55、0.5、0.58、0.7、0.77、0.93。当酶解温度在40～45℃时，经中性蛋白酶作用后的麦芽汁浊度有所下降，经统计分析，P=0.001，与空白对照存在显著差异，且差异性极显著。由此可知，添加中性蛋白酶对于麦芽汁具有澄清作用，且效果较好。
2.1.2 真菌木聚糖酶试验数据
温度：40、45、50、55、60、65、70、75、80、85℃，对应浊度FUN为0.97、0.94、0.90、0.88、0.85、0.83、0.81、0.83、0.85、0.90。当酶解温度在65～70℃时，经真菌木聚糖酶作用后的麦芽汁浊度有所下降，经统计分析，P<0.001，与空白对照存在显著差异，差异性极显著。由此可知，添加真菌木聚糖酶对于麦芽汁具有澄清作用，且效果较好。
2.1.3 α-淀粉酶试验数据
温度：30、35、40、45、50、55、60、65、70℃，对应浊度FUN为1、0.98、0.95、0.92、0.90、0.92、0.94、0.96、0.98。当酶解温度在50～55℃时，经α-淀粉酶作用后的样品浊度有所下降，经统计分析，P=0.027，与空白对照存在显著差异。因此，初步认为添加α-淀粉酶对于麦芽汁具有一定的澄清作用。
2.1.4 小结
综上所述，在温度对3种酶制剂澄清效果的单因素试验中，中性蛋白酶、真菌木聚糖酶及α-淀粉酶均与空白对照存在显著差异，其中，前两者差异性极显著，故可认为温度对酶制剂澄清效果有一定影响。
2.2 pH值对酶法澄清效果的单因素试验
2.2.1 pH值对中性蛋白酶澄清效果的影响
pH值：空白、5.03、5.44、5.96、6.47，对应浊度FUN为158、142、121、63、75。以上数据可知，当麦芽汁pH值从5.03上升至5.96时，相比空白组的浊度明显下降;当pH值继续上升时，浊度升高。中性蛋白酶活性在pH值6.0～7.5区间较好，根据实验结果作用于麦芽汁时，中性蛋白酶最佳活性pH值约为6.0。
2.2.2 pH值对木聚糖酶澄清效果的影响
pH值：空白、4.08、4.56、5.01、5.42、6.01、6.44，对应浊度FUN为108、98、71、58、65、86、90。由以上數据可知，当样品麦芽汁pH值从4.08上升至6.44时，相比空白组的浊度明显下降;当pH值继续上升时，浊度升高。真菌木聚糖酶活性在pH值5.0～5.5区间较好，根据实验结果作用于麦芽汁时，真菌木聚糖酶最佳活性pH值约为5.0。
2.2.3 pH值对α-淀粉酶澄清效果的影响
pH值：空白、4.09、4.52、5.03、5.47、5.96、6.43，对应浊度FUN为97、95、92、90、90、92、94。由以上数据可知，当样品麦芽汁pH值从4.09上升至5.47时，相比空白组的浊度明显下降;当pH值继续上升时，浊度升高。α-淀粉酶活性在pH值5.0～6.0区间较好，根据实验结果作用于麦芽汁时，α-淀粉酶最佳活性pH值约为5.5。
2.3 酶制剂添加量对酶法澄清效果的单因素试验
2.3.1 中性蛋白酶添加量对于澄清效果的影响
设定温度42℃，pH值6.0，添加量0、0.02%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%，对应浊度FUN为60.23、26.60、25、39.83、50.63、39.87。由以上数据可知，随着中性蛋白酶添加量从0.02%增加至0.05%，样品麦芽汁的浊度显著下降，并在添加量0.05%时达到最优澄清效果，浊度降幅为58.49%。
2.3.2 真菌木聚糖酶添加量对于澄清效果的影响
设定温度71℃、pH值5.0，添加量0、0.03%、0.05%、0.06%、0.30%、0.50%，对应浊度FUN为95.4、65.2、51.36、57.84、79.35、73.45。由以上数据可知，随着真菌木聚糖酶添加量从0.03%增加至0.06%，样品麦芽汁的浊度显著下降，并在添加量0.05%时达到最优澄清效果，浊度降幅为46.16%。
2.3.3 α-淀粉酶添加量对于澄清效果的影响
设定温度55℃，pH值5.5，添加量0、0.03%、0.05%、0.06%、0.30%、0.60%，对应浊度FUN为109.24、105.35、101.86、102.25、107.53、107.01。由以上数据可知，随着α-淀粉酶添加量从0.03%增加至0.05%，样品麦芽汁的浊度显著下降，并在添加量0.05%时达到最优澄清效果，浊度降幅为6.76%。
2.3.4 小结
综上所述，添加中性蛋白酶、真菌木聚糖酶和α-淀粉酶这3种酶中的任意一种，均对麦芽汁有一定的澄清作用，即能够有效提高其稳定性。其中，中性蛋白酶澄清水平最佳，其次为真菌木聚糖酶，最次是α-淀粉酶，但三者均显著提高了样品麦汁的澄清度。在达到最优效果的添加量水平之后，继续增加3种酶的剂量后均出现浊度回升现象，由此可以确定3种酶的最适条件——中性蛋白酶：温度42℃、pH值6.0、添加量0.02%～0.05%;真菌木聚糖酶：71℃、pH值5.0、添加量0.03%～0.06%;α-淀粉酶：温度55℃、pH值5.5、添加量0.05%～0.06%。
3 蛋白酶与木聚糖酶联合作用澄清效果的正交试验及数据分析
以影响澄清效果主要因素的中性蛋白酶和真菌木聚糖酶的添加量、pH值作为研究对象进行正交试验，以浊度作为评定指标，每个因素拟定3个水平，选用L9（34）正交表（见表1）来确定中性蛋白酶与真菌木聚糖酶联合作用时的最佳工艺参数，并与单一酶澄清效果作比较分析。
水平：1、2、3;A蛋白酶添加量：0.02%、0.035%、0.05%;B木聚糖酶添加量：0.03%、0.045%、0.06%;CpH值：5.4、5.7、6。
由表1数据分析可知，中性蛋白酶与真菌木聚糖酶联合使用相比单独使用可明显提高麦芽汁澄清效率，最佳浊度结果对应条件为：蛋白酶添加量0.05%、真菌木聚糖酶添加量0.045%、pH值5.4。
4 结论
本实验主要通过酶法来实现啤酒麦芽汁的澄清，探究了中性蛋白酶、真菌木聚糖酶、α-淀粉酶的最适作用条件对于麦芽汁澄清效果的影响。单因素结果表明：中性蛋白酶在温度42℃、pH值6.0、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅58.49%;真菌木聚糖酶在温度71℃、pH值5.0、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅46.16%;α-淀粉酶在温度55℃、pH值5.5、添加量0.05%时达到最优澄清效果，实现浊度降幅6.76%。正交试验结果表明，中性蛋白酶与真菌木聚糖酶联合使用时的最佳工艺参数为：蛋白酶添加量0.05%、木聚糖酶添加量0.045%、pH值5.4。因此，本實验对于啤酒麦芽汁的应用工业具有一定的实际指导意义。
参考文献：
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