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糖化
,别字“老爷改为“醪液””
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。
: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)。
::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+。
: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。
: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。
: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:糖化时主要形成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)。
:*糊精:不可发酵。
:*糖化过程中的温度
:*糖化时间
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5.21~25.1。2。
通过对pH值有影响的钙盐、镁盐特别是磷酸盐和其它麦芽成分的共同作用,醪液的pH值稳定在5.6~5.8,但是pH值较低时,一系列的过程和变化会进行的更快和更好。因此人们希望将pH值降低至5.1~5.2,方法有如下:
:*给打出麦汁添加0.32当量的酸/100kg麦芽满锅麦汁
:由此得出下列每100kg麦芽的酸添加量:
:{| class="wikitable"
|-
| 酸 || 添加至醪液中(g) || 添加至醪液中(ml) || 添加至麦汁中(g) || 添加至麦汁中(ml)
:::3×30ml/kg×1000kg=90000ml=90L
:使用浓度为0.8%的乳酸溶液时,每1kg麦芽的乳酸需求量(ml)如下:
:{| class="wikitable"
|-
| pH值降低 || 醪液中添加(ml) || 麦汁中添加(ml)
|}
:#*确定乳酸浓度 为了测量乳酸的浓度必须首先配置原液:
:::将4L@46~48℃的自来水同1kg未粉碎的麦芽装入一个5L锥形瓶中,在恒温箱中放置48~72h,烧瓶装上发酵栓。
:::乳酸浓度的检测:采用滴定法,用0.1mol/L NaOH滴定25ml乳酸原液,此时:
:::即:乳酸原液的浓度约为0.51%
:#*乳酸原液的扩培 从乳酸原液中取出2L酸液放入一个10L的容器中,每隔8~12h添加4L@46℃的浓度为8%的麦汁进行扩培,快满10L时,可将其转入另一个温度可以恒定调节的扩大罐中继续扩培,关键是保持48±1℃,因为在较低温度下,其它微生物会形成不利于啤酒口味的代谢产物
:#*乳酸的添加 乳酸应尽早添加,这样可以进一步提高酶的活力,同时限制对酸敏感的脂氧化酶的作用,否则脂氧化酶会立即开始分解容易发生反应的不饱和脂肪酸。当然,为了尽早添加人们可将酸加入投料水中,但这样做需要一个单独的容器,此外《纯酿法》也不允许这样添加。投料时在湿粉碎机中添加酸很有益,同时也是许可的。
===醪液浓度对淀粉分解的影响===
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。
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[[QBT_1686-2008_啤酒麦芽#黏度|黏度检测方法]]。
:*工艺一目了然
缺点是浸出法碘反应要差一些,麦芽质量较差时糖化收得率也低一些。鉴于其优点,浸出法如今被越来越多地采用。
===自酿爱好者简单的浸出法工艺===
自酿中由于我们的设备条件简陋,卫生环境不理想,所以一般我们采用浸出法的工艺。由于自酿的设备条件不一样,所以这里介绍的方法是最简单最粗糙的方式,相信如果你已经有很像样的设备以后自然也会更高阶的糖化方法(主要快过年了,懒了:))
*首先称量麦芽
*然后根据计算好的料水比在糖化锅中接够投料用水,并开始加温到45℃并保温(这里也可以直接加热至68℃左右)。
*然后磨碎麦芽
*将磨碎的麦芽投入糖化锅中,并搅拌至没有结块即可
*升温至68℃并保温约1小时
*使用碘液对糖化麦汁进行检查,直到无变色
*将头道麦汁打出到煮沸锅中
*将加热好的洗糟水均匀倒入到糖化锅的麦糟上
*再等10分钟左右,进行碘检
*将二道麦汁打出到煮沸锅中
==煮出法工艺==
:::V<sub>km</sub>=((64-50)×130)/(95-50)=40.4hL
:*生产浅色啤酒的醪液:10~50min
:*生产深色啤酒的醪液:20~30min
===二次煮出法===
传统二次煮出法的投料温度为50℃,短时间休止后即分出浓醪,升温至一定温度后短时间休止,然后升温煮沸15~20min,煮沸结束后并醪至64℃,进行麦芽糖休止,短时间休止后进行第二次分醪升温煮沸,第二次分出的醪液大多短时间煮沸,并醪后使总醪液升温至约75℃,最后终止糖化,二次煮出法需要3~3.5h。
仔细观察这种糖化工艺,不难看出,它特别强调50℃这个温度,这种糖化工艺加强了蛋白质和β-葡聚糖的分解,但也因此损害了啤酒的口味丰满性和泡沫的形成,导致啤酒口味淡薄,添加深色麦芽只能在一定程度上弥补这些口味缺陷。为了克服以上质量缺陷,可在50℃下料,然后升温至62℃,或添加高温水,使蛋白质休止得以精确控制。另一种方法是在35℃投料,然后进行第一次分醪,当然也必须控制蛋白质的分解,如今主要通过游离氨基氮含量来控制这点。
高温短时糖化工艺是一种特殊的二次煮出法,此工艺在62℃投料,整个糖化时间仅有2h,其名称也由此而来,也可按一次煮出法工艺进行操作,要求使用溶解好且溶解均匀的麦芽。尽管62℃的糖化投料温度高于蛋白质的最佳分解温度,但是高分子蛋白质分解仍然较强烈,可以获得较好的泡沫,由于没有进行β-葡聚糖分解,所以实施此工艺的前提是使用溶解良好的麦芽。
===三次煮出法工艺===
三次煮出法工艺中,升温通过三次分醪、煮沸、并醪完成,主醪糖化温度如下:
:*35℃糖化投料
:*50℃蛋白质休止/麦胶物质的分解
:*64℃麦芽糖休止
:*75℃糖化休止
由于主醪的总体糖化时间较长,以及浓醪强烈分解,三次煮出法能赋予啤酒更多的麦芽香味,但因为持续5~6h,能耗较大,所以横少使用,一般用于生产深色特种啤酒。
===特殊糖化工艺===
人们将那些有独特之处的或在普通糖化工艺之前或之后使用的工艺称为特殊糖化工艺,采用特殊糖化工艺的目的是:
:*降低最终发酵度(如跳跃式糖化法)
::如跳跃式糖化法 约在35℃浓繆投料,然后加入100℃的水,使醪液达到72℃,由此跳过β-淀粉酶的作用温度,虽然有α-淀粉酶进行糖化,但产生的糊精很多,最终发酵度低(约40%),如生产营养啤酒那样,这一工艺只能使用溶解好的麦芽。由于加入了煮沸的热水,这种工艺被称为添加热水工艺,当然也可以在其它任何温度下通过添加热水升温。
:*改善啤酒质量(如Kubessa糖化法)
::Kubessa糖化法 在此工艺中,将麦皮分离后阻留于粉碎物暂存箱中,或在64℃投料,麦皮仅在醪液泵入过滤槽时加入,这种工艺的目的是阻止麦皮内容物溶出,煮沸会使麦皮中的鞣质和苦味物质溶解出来,使浸出物的质量变差,不过此工艺较少运用。
:*提高浸出率(如压力糖化法、蒸煮糖化法)
::压力糖化法 在一般的糖化中,淀粉不会全部溶出,因而麦糟中总会含有淀粉,通过200~300kPa的过压醪液煮沸,可使浸出率提高2%~3%,但这样虽然改善了淀粉的分解,但额外溶出的浸出物质量并不好,所以人们一般注重质量,放弃额外浸出物的获取,此外,采用这种工艺必须使用可密闭的压力糖化锅,而大多数厂家没有。
===利用辅料的糖化工艺===
发酵所需要的糖可以借助从麦芽淀粉中获得,但含有淀粉的并不只是麦芽,而是所有的谷物,在很多国家这些谷物比麦芽更便宜,只要没有德国这样的《纯酿法》限制,人们就可以使用一部分比较便宜的谷物生产麦汁。(当然精酿啤酒追求的不是降低成本,这里可以大概了解一下即可)
糖化时麦芽中的酶必须同时分解这些物质,只要未发芽的谷物比例不超过15%~20%,酶便具有足够的分解能力,如果辅料比例过高就要使用酶制剂来支持分解过程。
人们特别喜欢用大米和玉米作为辅料,但也可以用大麦、小麦灯,虽然糖不是未发芽的谷物,但是由于可以带入浸出物在此也起着一定的作用。
使用辅料时淀粉的化学分解也同麦芽中的淀粉分解一样,但不同谷物中的淀粉颗粒大小不同,在淀粉细胞中的储藏也不一样。同时被不同的谷皮包围着,这就导致淀粉颗粒在糊化时的表现不同,因此各种谷物的处理方式也必然存在差别,但同时这些谷物中的其它物质也会溶解,或被麦芽中的酶分解。这样一来,醪液、麦汁和啤酒的组成就会发生变化,对发酵、过滤和啤酒的口味以及其它参数都有影响,因此,使用大米酿造的啤酒口味干爽,而使用玉米酿造的啤酒口味则较柔和。
使用辅料时要特别注意,辅料中蛋白质的贮存形式还很稳定,如果制麦不充分,糖化时只有少量能被分解,这样,辅料醪液中的低分子蛋白质分解产物(游离α-氨基氮)就比麦芽醪液中少,人们必须通过充分分解蛋白质为酵母提供足够的游离α-氨基氮,尽管如此,辅料啤酒中的氮和多酚含量还是较少,同辅料用量成反比。
采用辅料总会使啤酒口味发生变化,而且这种变化随着辅料使用量上升而增加,使用辅料时一开始就要注意口味的变化(当然这种变化不一定不好)。
下面仅介绍使用大麦、糖/糖浆、酶进行糖化的方式,因为这些不是为了降低成本的方法是有可能被自酿爱好者采用的。
====采用大麦作为辅料进行糖化====
在不添加酶的情况下,大麦作为辅料的用量可以达到20%,超过则需要添加酶制剂,大麦的预处理方法有两种:
*通过一个特殊的辊式粉碎机或锤式粉碎机将坚硬的大麦颗粒粉碎,此时麦皮也被一同粉碎,麦汁过滤时必须要注意这点。
*通过一个特殊的压片机将去皮或未去皮的大麦制成麦片,这种方法成本很高,在啤酒厂中操作也比较麻烦。这样处理后的大麦辅料可同麦芽醪液一起加工,不同的是,淀粉分解几乎没有什么困难,而蛋白质分解却必须注意,特别是β-葡聚糖可能带来问题,因为它们完全没有被分解,肯定不利于过滤,实践证明,在45~50℃内β-葡聚糖酶的最佳作用温度下进行休止有好处。
大麦的浸出物含量肯定要低于麦芽,替代100kg麦芽大约需要125kg大麦(或120kg去皮大麦)。
自酿中添加大麦往往是为了使口味更加干爽为目的(比如干世涛)。
====采用糖或糖浆进行糖化====
糖可溶解并可发酵,当然人们不单独使用糖,而是将其加入可能同时使用了辅料的麦汁中,由于糖并不需要在糖化时分解,所以人们在麦汁煮沸结束前10min将其加入煮沸锅。
必须注意由糖带入的浸出物含量:78kg糖可取代100kg麦芽,但糖不能将蛋白质加入麦汁中,因此必须特别注意游离α-氨基氮含量,避免导致发酵困难。
自酿中添加糖往往是为了达到某种口味或者颜色为目的(比如amber ale)。
====添加酶进行糖化====
所有的微生物也都有一种专门适合自己的酶,借助这些酶它们能够分解特定的物质,已获得生命所必需的能量。
*酶的定义
:自古以来,食品加工一直利用酶促反应,酶有的是一开始便存在于食物中(比如大麦),有的是通过微生物获取(如通过酵母)。许多古老的工艺,如奶酪的制作就是以微生物酶的作用为基础,在此过程中,酶虽然由微生物形成,但却在生物细胞外作用。
:如今,专门的酶加工企业成吨地生产着我们日常生活中不可或缺的纯酶,先进的洗涤液中含有通过微生物方法制成的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶和其它酶,它们可用温水洗干净衣物,并对脏水进行生态处理,洗碗机用的洗涤剂也是低温强效型环保洗涤剂。
:酶在纺织品生产的上浆、漂白、牛仔布磨色等工序中起着重要作用,纺织、造纸和皮革业都不能离开酶。
:烘烤时酶也起着特殊作用,它使点心变得松软、外表焦黄,使冷却或冷冻后的面团可供使用并延缓点心变硬。
:至于酶对淀粉和制糖业、葡萄酒和果汁生产、蛋白质提取、饲料生产以及医药行业的意义这里只是附带说明。
:这些酶制剂同样可以用于啤酒生产,前提是不需要遵守《纯酿法》。由于许多国家都出于经济型考虑使用辅料,同时啤酒生产过程中可能出现工艺问题,所以人们应该了解酶在啤酒生产中的优势及其制取和使用方法。在一定条件下有目的地使用酶可以带来一系列的好处:
*酶制剂有明确的底物和反应的专一性。
*在较低温度下有很高的反应速度。
*反应容易控制并迅速。
*可以生产出纯酶,特别是从霉菌或细菌中提取的酶。
*当辅料使用量较高时,淀粉酶可在糖化车间促进淀粉的分解,生产CO<sub>2</sub>含量低的啤酒(低热量啤酒)时可将淀粉分解彻底。
*蛋白酶可加强蛋白质分解并提高游离α-氨基氮的含量。
*葡聚糖酶可在糖化车间分解葡聚糖,避免过滤问题。
*脱羧酶可避免发酵时形成双乙酰。