（农业机械化工程专业论文）挤压蒸煮大米啤酒辅料的加工及糖化过程的试验研究.pdf

山东理丁大学硕十学位论文 摘要 摘要 目前，啤酒生产中其糊化过程都是采用传统的蒸煮方法实现的，其耗能较高。而 挤压蒸煮技术应用于大米辅料的糊化工艺，使用单醪法代替双醪法，简化了生产工序， 降低了能耗，并且能够提高出酒率，有利于酵母发酵，缩短生产周期。本试验是在挤 压蒸煮大米辅料酿造啤酒工艺可行的基础上，使用二次正交旋转组合试验设计方法， 进行了机理研究和新工艺的探索。本文主要探讨了以下问题： l 、挤压蒸煮大米啤酒辅料工艺内在机理的研究。以麦汁过滤速度、酒糟粒度d 9 0 为考察指标，得出了挤压蒸煮大米作啤酒辅料的最佳系统参数范围。并得出麦汁过滤 速度与酒糟粒度d 9 0 之间存在着正相关的关系。考察了挤压蒸煮系统诸参数对大米 中抗性淀粉含量的影响规律。结果表明，挤压蒸煮大米啤酒辅料中抗性淀粉含量比传 统工艺的少。 2 、挤压蒸煮添加耐高温a 一淀粉酶制剂大米啤酒辅料工艺的可行性试验，选用正 交试验分析了挤压蒸煮系统参数( 挤压加酶量，螺杆转速，套筒温度，物料水分) 与 糖化工艺参数( 糖化加酶量，7 0 保温时间，6 5 保温时间) 之问的交互作用。得出 两组参数之间不存在交互作用，可以将两组因素单独进行试验并进行优化。 3 、在挤压蒸煮大米啤酒辅料工艺已经可行的基础上对挤压蒸煮添加耐高温一淀 粉酶大米啤酒辅料的系统参数进行试验研究。通过频数选优进行了挤压蒸煮系统参数 最优范围的确定。由于酶制剂的作用大米淀粉在挤压过程中降解的更完全，麦汁过滤 速度快，浸出物收得率高。 4 、挤压蒸煮添加耐高温a 一淀粉酶大米辅料最佳系统参数下，进行了糖化工艺参 数优化试验。通过频数选优确定了糖化工艺参数最优值范围。 关键词：挤压蒸煮，大米啤酒辅料，耐高温a 一淀粉酶，糖化 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，i nb e e rp r o d u c t i o n , g e l a t i n i s a t i o np r o c e s sw a sa l lc a r r i e do u tb yt r a d i t i o n a l c o o k i n g ，w i t hh i g h e n e r g ye x p e n d i n g b u te x t r u s i o nc o o k i n gt e c h n o l o g y u s e di n g e l a t i n i s a t i o np r o c e s s ，u s es i n g a l w o r ts a c c h a r i f i c a t i o nm e t h o di n s t e a do fd u a l w o r t , w i t h s i m p l ew o r k i n gp r o c e d u r e ，l o we n e r g yc o n s u m p t i o n , h i g hb e e ro u t p u tm t e ，f a s tf e r m e n t i n g ， a n ds h o r tc y c l e b a s e do nf e a s i b i l i t yo fe x t r u s i o nc o o k i n go fr i c eb e e ra d j u n c t ，m e c h a n i s m a n dn e wt e c h n i c sw e r es t u d i e db ys e c o n d - o r d e rq u a d r a t i co r t h o g o n a lr o t a t i n gc o m b i n a t i o n d e s i g nm e t h o d t h ef o l l o w i n gp r o b l e m si nt h i se x p e r i m e n tw e r ed i s c u s s e d ： 1 i m l n a n e n c em e c h a n i s m i cs t u d yo fe x t r u s i o nc o o k i n go fr i c eb e e ra d j u n c t i r e c e i v e dt h eb e s tp a r a m e t e r sb o u n dw i t i lt h ef i l t r a t i o ns p e e d 1 e e sg r a n u l a r i t yd 9 0r e g a r d e d a si n d i c e s a n db e t w e e no ft w oi n d i c e sa f ep o s i t i v ec o r r e l a t i v er e l a t i o n s r e s i s t a n ts t a r c h c o n t e n tv a r i e t yw a ss t u d i e d ，a n dt h ec o n t e n tw a sl e s si ne x t r u s i o nc o o k i n gt h a nt r a d i t i o n a l c o o k i n g 2 i n t e r a c t i o nb e t w e e ne x t r u s i o nc o o k i n gs y s t e mp a r a m e t e r sa n ds a c c h a r i f i c a t i o n p a r a m e t e r sw a ss t u d i e d t w o s e tf a c t o r sw e r es o l e l ye x p e r i m e n t e da n do p t i m i z e d ，o w i n gt o b e t w e e no fe x t r u s i o nc o o k i n g s y s t e mf a c t o ra n ds a c c h a r i f i c a t i o nf a c t o r sw i t h o u t i n t e r a c t i o n 3 e x t r u s i o nc o o k i n go fr i c ea d j u n c tw i t ht h e r m o s t a b l ea - a m y l a s eb r e w i n gb e e r s y s t e mp a r m n e t e r sw a ss t u d i e d t h eb e s tb o u n dw a sc o n f i r m e db yf t c q u c n c ys t a t i s t i c a l a n a l y s i sa n di tw a sp r o v i d e dw i t i lf a s tf i l t r a t i o ns p e e da n dh i g hc o l l e c t a b l ew o r te x t r a c t r a t i o ，s t a r c hd e g r a d e dc o m p l e t e l yo w i n gt oa c t i o no f e n z y m e 4 b a s e do nt h eb e s t p a r a m e t e r so fe x t r u s i o nc o o k i n go fr i c ea d j u n c t w i t h t h e r m o s t a b l ea - a m y l a s eb r e w i n gb e 它a r $ t h es a c c h a r i f i c a t i o np a r m n e t e r 8w e r eo p t i m i s o d t h e b e s tb o u n dw a sc o n f m n e db yf r e q u e n c ys t a t i s t i c a la n a l y s i s k e y w o r d s ：e x t r u s i o nc o o k i n g , t h e r m o s t a b l ea - a m y l a s e ，s a c c h a r i f i c a t i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：互司及时间：珈年j 月b 徊 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 黧! 刍：骏导师签名：【印c 咝 时间：仉句年歹月v ￥日 时间h 一，矗年j 1 嘲 山东理工大学硕上学位论文第一章引寿 第一章引言 1 1课题研究的目的和意义 啤酒营养丰富物美价廉在我国为最受欢迎的大众饮品之一，在世界上也是第一大 饮料酒，是人们生活的必需品。我国的啤酒产量自1 9 9 3 年达到1 1 9 0 万吨，列美国之后 成为世界第二，2 0 0 2 年以2 3 8 6 8 3 万吨超过了美国的2 2 0 0 多万吨的产量，成为世界上 啤酒生产和消费量最大的国家。2 0 0 3 年国内啤酒消费量达至1 1 2 5 0 0 万吨，成为世界上最 大的啤酒消费市场【l l 。据国家统计局消息，2 0 0 6 年1 2 月份啤酒产销量达1 8 4 万吨同比 变化2 2 ，全年累计3 5 1 5 万吨同比增加1 4 7 。但是，啤酒行业的竞争也越来越激烈， 尤其对中小企业，如何降低成本提高利润，是目前仍面临的重大任务。我国啤酒工业 与世界发达国家相比仍存在很大差距，国内啤酒市场出现了供过于求的状况，加入 w t o 后又面临着外国品牌的严重考验，因此各啤酒厂实旌各项改革，降低生产成本， 增加竞争能力。目前啤酒行业普遍使用的是大米辅料，随着人们生活水平的提高，啤 酒的产量销售量逐年上升，消耗了大量的大米粮食，但是世界上还有许多地区仍处于 饥饿状态。因此使用新技术来提高粮食利用率，节省大米使用量是有重要意义的。 挤压蒸煮能使谷物中淀粉和蛋白质降解，脂肪减少，可溶性物质增加【2 】。蒸煮技 术应用在啤酒工业中，主要是对辅料的谷物进行加工处理，改变谷物结构，增大酶作 用面积，提高原料利用率 3 1 ；啤酒发酵周期缩短，节省了大麦芽的用量。挤压技术的 发展使人们逐渐认识到它的优越性，各国学者对挤压技术如何影响物料成分作了大量 深入的研究，为挤压技术在食品领域、发酵领域、植物油脂领域、医药领域等各行各 业的应用提供了理论基础。 挤压技术最早用于塑料工业。6 0 年代，挤压蒸煮技术的研究与应用范围已扩大 到酿造等少数行业【4 】，并且挤压技术在发酵工业中的应用有着广阔的开发前景，如日 本龟甲万酿造株式会社将原料大豆进行酿造酱油，蛋白质利用率由原来的6 5 达到了 9 0 ，提高了酱油的产量和质量，改善了酱油的风味；日本还用挤压原料制曲酒、制 豆酱等【5 】。杨铭铎等人在对谷物蒸煮机理的研究中就以挤压蒸煮物为研究对象，从谷 物的宏观、微观、物理化学等方面对蒸煮机理进行了探讨，得出了挤压蒸煮技术应用 于食品、特别是发酵工业等方面的理论根据，同时进行了挤压蒸煮技术应用于食品、 酿造黄酒、食醋、白酒、淀粉糖中的试验研究，用实践证明了蒸煮技术确实是一种节 能、保鲜、提高原料利用率、消化率、提高生产效率的一种新型加工技术，具有广阔 的开发前景1 6 1 。通过挤压蒸煮，可以改变谷物内部的分子结构，使得谷物中淀粉降解， 还原糖和糊精含量增多；使蛋白质中的大分子变成中分子和小分子；使谷物脂肪含量 山东理i = 大学硕t 学位论文第一章引言 减少；使谷物的可溶性物质增加等从而可明显提高原料的利用率。挤压蒸煮辅料酿造 啤酒，能够缩短发酵周期，节省大麦芽用量，降低啤酒成本。因此，挤压蒸煮啤酒辅 料在啤酒酿造技术中具有广阔的开发前景。山东理工大学的申德超教授探讨了挤压蒸 煮系统诸参数对糖化醪各项考察指标的影响规律。解决了过滤困难这一技术难题。其 后，很多学者做了这方面的研究，但是对其内在在机理需要进一步的研究。我们从基 础研究出发，探讨了挤压蒸煮大米啤酒辅料工艺过程的内在机理。 早在上世纪7 0 年代，挤压机就已经被认为是一种生物反应器，一些酶类和谷物 一同挤压后仍保持一定的活力1 7 】。s g o v i n d a s a m y 在使用双螺杆挤压机挤压西米时添 加耐高温旷淀粉酶，使得淀粉糊化和液化，有效的解决了西米难水解的问题( 8 】。借鉴 其经验进一步研究了使用加酶技术的挤压蒸煮新工艺，主要考察挤压蒸煮添加酶制剂 大米啤酒辅料得到的麦汁指标是否优于挤压蒸煮未加酶制剂工艺，是否能够缩短糖化 时间。希望能开辟出一条节能，降低原料成本，提高原料利用率和较高浸出物收得率 的生产啤酒的新途径。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 挤压技术在啤酒方面的研究概况 目前在啤酒生产中，辅料都是经过蒸煮等方法使其实现糊化，这种方法存在工艺 复杂、能耗较高等缺点。利用挤压蒸煮工艺代替蒸煮糊化工艺来处理啤酒辅料的优点 很早就引起了国内外广大学者的注意，各国学者也都纷纷展开了对这一领域的研究。 日本学者在上世纪八十年代用挤压蒸煮大麦作啤酒辅料，制备麦汁酿造啤酒，并 取得专利。1 9 8 4 年，前苏联学者使用挤压蒸煮大麦作啤酒辅料，酿制啤酒。结果表明， 挤压蒸煮辅料能提高麦汁的浸出物收得率，但却使糖化醪的糖化和过滤变得困难嘲。 1 9 8 6 年，英国学者d e b r i g g s 使用挤压蒸煮大麦、小麦、玉米作辅料酿制啤酒。 各项试验均得到了较高的麦汁浸出物得率，且麦汁发酵正常，啤酒味道可接受，但糖化 醪的糖化和过滤性能变差【l o l 。 d a l e s 以不同温度条件下所制得的大麦挤压蒸煮物为辅料。利用浸出糖化法研究 了挤压温度及挤压蒸煮辅料用量对麦汁质量的影响，得出随着挤压温度的提高，浸出 物得率提高，其他指标变化不大。随挤压蒸煮辅料用量提高，麦汁度提高，总氮和氮 态氦浓度下降，同时浸出物得率也有所下降【i “。 比利时学者j a d e l c o u r 等人的研究结果表明，用蒸煮高粱5 0 作啤酒辅料，所制 麦汁发酵正常，但其糖化醪的糖化和过滤均较困难【1 2 l 。 1 9 9 8 年浙江工业大学轻工系汪钊等用挤压蒸煮大米辅料酿造啤酒，在辅料比为 4 0 时，收得率提高4 9 【l3 1 。1 9 9 8 年山东轻工业学院食品与工程系毕德成利用挤压蒸 2 山东理t 大学硕r 卜学位论文 第一章弓f 言 煮脱胚玉米与大米的混合物酿造啤酒，辅料比例达到5 0 ，麦汁糖化、过滤顺利，成 品啤酒达到国家标准i l 。 山东理工大学的申德超教授从1 9 8 9 年以来一直致力于这一领域的研究。探讨了 挤压蒸煮系统诸参数对糖化醪各项考察指标的影响规律。在此基础上，对挤压系统诸 参数进行了优化。进行了挤压蒸煮带胚玉米、脱胚玉米、大米在新的糖化工艺条件下 与传统糖化工艺条件下酿造啤酒的对照研究，试验表明，只要啤酒辅料的挤压蒸煮系 统参数选择合适，其麦汁的糖化、过滤可以顺利进行，解决了该技术转化方面的一大 难题 1 5 , 1 6 1 。 冯玉红以带胚玉米为试验原料，扩大试验范围，得到了以过滤性能为试验指标的 最佳挤压蒸煮系统参数的范围，并探讨了以挤压蒸煮带胚玉米为啤酒辅料的外加酶糖 化的最佳工艺路线l l ”。 孟阳以大米为原料，探讨了挤压系统参数与糖化醪过滤时间和麦汁主要指标之间 的关系。通过对试验结果的优化分析，得到了以糖化醪过滤时间为指标的大米啤酒辅 料挤压蒸煮系统最佳参数；解决了挤压蒸煮大米啤酒辅料糖化醪的过滤问题并从过滤 基本理论出发，对挤压蒸煮啤酒辅料糖化醪过滤困难的原因进行了定量分析；通过米 氏常数的测定，表明挤压蒸煮大米比普通蒸煮大米与酶有更高的亲和力，更易于被酶 所作用；同时对两种工艺的能耗问题进行对比，结果表明蒸煮工艺节能1 5 3 3 1 5 1 0 侯绪杰通过在国产1 0 0 升啤酒设备和年产5 万吨的啤酒厂进行的生产试验，得出 用蒸煮大米啤酒辅料的用量可增加到4 5 ，麦汁糖化、过滤均比较顺利，与对照相比， 麦汁发酵速度快，生产周期矧。 李宏军研究结果表明：用挤压蒸煮大米作啤酒辅料和未蒸煮大米辅料工艺相比， 在整个发酵过程中蒸煮辅料工艺的氨基氮含量总体上偏低；双乙酰峰值低，还原速度 快；酵母增代速度相当，峰值高，总的降糖速度快；另一方面，啤酒发酵周期缩短l - 2 天，提高生产效率。首次运用高效液相色谱法对两种工艺麦汁和啤酒中的可发酵糖组 分进行分析，指出未蒸煮大米辅料麦汁中果糖、葡萄糖、蔗糖和麦芽三糖的含量均略 高于蒸煮大米辅料麦汁，特别是葡萄糖含量高，而蒸煮大米辅料麦汁中麦芽糖含量明 显高于未蒸煮大米辅料麦汁。辅料用量可提高到4 6 7 7 ，同时用单醪法代替双醪法， 简化生产工艺、降低生产成本；糖化和麦汁过滤均比较顺利，与对照相比，麦汁收得 率和出酒率至少提高3 。酒精含量、苦味质值和其它指标的差别很小。在成品酒方 面，蒸煮大米辅料啤酒清亮、透明；有明显的酯香味、酒花香味和麦芽香味；酒体谐 调、柔和：有爽口的苦味，无后苦昧；有杀口感，泡沫洁白细腻，持久挂杯，各项指 标均符合国家标准1 2 0 。 杨勇通过试验得出了适用于啤酒生产实际的以挤压蒸煮大米为辅料生产啤酒最 佳糖化工艺参数1 2 l l 。 山东理丁大学硕七学位论文第一章引言 1 2 2 挤压蒸煮的工作原理 在挤压机套筒内含有一定水分的物料受到螺杆的推动作用和模具、套筒内阻流环 装置的反向阻滞作用，另外还受到来自于外部的加热与物料与螺杆和套筒的内部摩擦 热的加热作用 2 2 1 。结果使物料处于的高压状态，超过了挤压温度下的饱和蒸气压，所 以在挤压机套筒内物料中的水分并不会沸腾蒸发，呈现出熔融状态，然后从一定形状 模孔瞬间挤出，突然降至常温常压，其中游离水分在此压差下急剧汽化，蒸发动力是 产品中水的蒸汽压力与环境空气中部分水蒸汽压力之间差值田】。瞬间加热蒸煮时的水 蒸气释放及压力释放使得谷物结构发生变化刚。 1 2 3 挤压过程中物料的变化 淀粉在一定水分含量和一定温度下，其颗粒会溶胀分裂，内部有序态分子之间氢 键断裂，分散成无序状态，这个作用称为糊化作用。淀粉在挤压过程中发生重要的变 化就是淀粉的糊化。挤压与其它食品加工方式相比，一个主要区别就是在较低水分含 量之下1 2 2 2 就可发生淀粉糊化。淀粉糊化后，吸水性增大，易受酶作用。淀 粉还会产生部分降解糊化现象。研究人员在利用双螺杆挤压机研究淀粉挤压过程中变 化时指出，挤压过程会产生淀粉降解，但降解程度不大，挤出物中没有可溶于酒精的 碳水化合物，也就是说，淀粉解后相对分子质量在2 0 0 0 以上。因此，可认为挤压过 程中淀粉仅发生轻微糊精化作用瞄l 。 在挤压蒸煮过程中，蛋白质受到的作用最大，挤压对蛋白质的最大影响是首先分 散它们，再将其重新组织。挤压过程中，蛋白质除了变性和组织化外，其总量也发生了 变化，这归因于蛋白质发生了部分降解1 2 6 1 ，由此造成蛋白质的总量减少，同时游离氨基 酸的含量升高，并且部分氨基酸损失较多 2 7 1 。 谷物中脂肪按其溶解度可分为游离脂肪( 粗脂肪) 和结合脂肪，结合脂肪是脂肪与 蛋白质、淀粉及其它成分组成。挤压过程中，粗脂肪下降，结合脂肪随着淀粉糊化不 断升耐”1 。一般认为，在挤压过程中，原料中的脂肪能够与淀粉形成复合物。l i n k o 等 人研究发现，在挤压蒸煮中直链淀粉与脂肪形成的复合物能够由v 型结构转换成更趋 于稳定的e 型结构，经x 一射线衍射光谱分析表明，挤压机内的剪切力是引起复合物由 v 型结构向e 型结构转换的根本原因 2 9 1 ，不同挤压蒸煮条件下，形成的淀粉脂肪复合 物的含量是不同的。一般认为，由于脂肪在挤压过程中能与淀粉和蛋白质形成复合物， 而这些复合物又能抑制挤压产品在保存时氧化现象，所以在一定程度上起到延长产品 货架期作用。 4 山东理工大学硕i 学位论文 第一章引言 1 3课题研究的主要内容 在挤压蒸煮大米啤酒辅料技术已经可行的基础上，对其内在机理作了初步的研 究。并进行了挤压过程中添加耐高温口- 淀粉酶制剂新工艺的探索。 l 、前人对挤压蒸煮啤酒辅料做了大量的研究，现已证实具有较好的应用前景，但是 对其内在机理研究还没有深入的进展。研究了挤压蒸煮系统参数对过滤速度，酒糟粒 度d 9 0 ( 一个样品的累计粒度分布百分数达到9 0 时所对应的粒径) 的影响规律；研 究了挤压蒸煮系统参数对抗性淀粉含量的影响规律。 2 、挤压蒸煮添加耐高温旷淀粉酶制剂大米啤酒辅料工艺的可行性试验。由于对麦 汁指标有影响的因素较多，考察挤压蒸煮系统参数与糖化工艺参数之间是否存在交互 作用，如果不存在交互作用，可以将两组因素分开考察；反之则不能分开。 3 、研究了挤压蒸煮添加耐高旷淀粉酶制剂大米啤酒辅料加工中诸参数对制得麦汁 指标的影响规律。麦汁过滤速度，浸出物收得率，还原糖含量，碘值是考察麦汁的重 要指标，通过研究挤压蒸煮系统参数对四个指标影响规律，优化出最佳的挤压蒸煮添 加耐高旷淀粉酶制剂大米辅料系统参数。 4 、挤压蒸煮添加耐高温淀粉酶制剂大米啤酒辅料系统最优参数下，探讨各糖化工 艺参数对麦汁指标的影响规律，寻求最佳糖化工艺参数( 6 5 糖化时间和7 0 c 糖化时 间) 和最适外加酶量( 耐高温口- 淀粉酶制剂) 。 山东理丁大学硕卜学位论文第二章材料与方法 2 1试验材料与设备 2 1 1 材料 第二章材料与方法 大米：江苏籼米( 购自淄博潘成粮油市场) 大麦芽：麦芽( 山东华狮啤酒厂) 液态耐高温口i 淀粉酶：( t e r m a m y ls c 型，诺维信( 沈阳) 生物加工有限公司) 2 1 2 设备与仪器 剖分式单螺杆挤压机( 山东理工大学农产品精深加工实验室自制) 植物粉碎机( f z l 0 2 型，天津泰斯特仪器公司) 英国马尔文m a s t e r s i z e f2 0 0 0 激光粒度分析仪 d l - 7 2 0 a 超声波清洗器( 天津市泰斯特仪器有限公司) d h g - 9 2 4 0 a 电热鼓风干燥箱( 山东省龙口市先科仪器公司) d 1 8 1 0 d 自动双重纯水蒸馏器( 上海申顺生物科技有限公司) j a 2 1 0 0 2 电子天平，精度1 0 m g ( 上海精密科学仪器有限公司) s h a - 8 0 a 水浴恒温振荡器( 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司) 2 1 q x - p 1 5 1 5 a 分析实验室专用纯水机( 北京群群先利科技发展中心) m c - 9 0 2 定时恒温磁力搅拌器( 浙江绍兴市卫星医疗设备制造有限公司 紫外可见分光光度计( 7 5 6 p c 型，上海光谱仪器有限公司) 附温比重瓶( 2 5 m l ，安徽省风阳县玻璃厂) d k - 9 8 1 型电热恒温水浴锅( 天津市泰斯特仪器有限公司) c p 2 2 4 s 电子分析天平，精度o 1 m g ( 德国s a r t o u i o u s 公司) s i g m a 3 1 6 离心机( 德国s i g m a ) p u r e l a bc l a s s i cu v 纯水机( 美国p a l l 公司) w k y 型微量移液器( 上海荣泰生化工程有限公司) p h s 一3 c 精密p h 计( 上海精密科学仪器有限公司) 6 山东理工大学硕卜学位论文 第二章材料与方法 2 2分析方法 l 、水分含量测定：g b t 5 0 0 9 3 - 2 0 0 3 2 、麦汁的过滤速度测定1 3 0 1 ： 醪液糖化结束后即过滤，采用9 0 m m 漏斗，用定性滤纸过滤到2 5 0 m l 的烧杯中， 记录过滤前1 0 0 m l 麦汁所需的时间，然后换算成单位时间内过滤的麦汁体积。 3 、麦汁浸出物收得率的测定1 3 l j ： e ：垡! 里：o 9 6 l o o ( ) 肘 式中卜浸出物收得率( ) v 一定型麦汁的体积( l ) d 麦汁密度( 2 0 时测得) b 一定型麦汁的浓度( 质量分数，) 0 9 6 - - 综合容积的溢度修正系数 m 麦芽和其他原料投料量( k g ) 4 、还原糖含量测定：兰爱农法1 3 2 1 5 、碘值( 分光光度法) 测定方法【3 3 】： 试剂：( 1 ) 9 5 乙醇( 2 ) 磷酸盐缓冲液o i m o l l k h 2 p 0 4 ，用o 1 m o l l 磷酸溶液调整 至p h 等于3 5 ( 3 _ ) 0 0 2 m o l l 碘液每次使用前新鲜配置 操作方法：( 1 ) 量取1 0 0 m l 离心后( 3 0 0 0 转分，5 r a i n ) 的麦汁或除气后的啤酒 到离心管中( 2 ) 加入4 0 o m l 乙醇，用机械振荡器振荡l o m i n ，再用2 5 0 0 转分转速离 心5 m i n ( 3 ) 小心将上清液倒掉( 4 ) 残留物中加入2 0 o r a l 缓冲液( 5 ) 用机械振荡器振荡 1 0 m i n ( 6 ) 离心5 m i n ( 2 5 0 0 r p m ) ( 7 ) 取2 m l 上清液和8 m l 磷酸盐缓冲液于4 e m 比色皿中， 在5 7 8 n m 下以磷酸盐缓冲液作参比液测定其吸光度( e z ) ( 1 0 ) 用加样器加入o 5 m l 0 0 2 n 的碘液，用搅拌器搅拌均匀，在5 7 8 n m 下以磷酸盐缓冲液做参比液测其吸光度( e h ) 碘值空白值：( 1 ) 取l o m l 磷酸盐缓冲液和o 5 m l0 0 2 m o l l 碘液于4 c m 比色皿中 混匀( 2 ) 在5 7 8 n m 下用磷酸盐缓冲液作参比液测量吸光度( e i ) 。 计算：a e = ( e h - - e j - - 0 9 5 2 e z ) 5 注：e 为碘值；0 9 5 2 为体积变化系数o o o m l ：1 0 5 m l ) ；5 为稀释倍数 ( 2 + 3 ) ；吸光度以二位小数表示 结果判断：碘值是通过分光光度计间接测量的是麦汁中的淀 粉分子和高分子糊精的含量。麦汁中碘值小于0 3 表示糖化完全。 6 、抗性淀粉含量的测定1 3 4 , 3 5 1 见附录l 抗性淀粉的测定原理：样品在胰液旷淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶两种酶的作用下 7 山东理工大学硕士学位论文第二章材料与方法 水解成葡萄糖，除去此部分。将剩余抗性淀粉转化为葡萄糖，葡萄糖用g o p o d ( g l u c o s ed e t e r m i n a t i o nr e a g e n t ，葡萄糖测定试剂) 测定，即可知抗性淀粉含量。 7 、酒糟粒度d 9 0 的测定 对过滤完的酒糟进行取样，准确取其1 3 2 放入2 5 0 m l 的烧杯中，加入少量的水 使其混匀。然后倒入标准样品分散器的1 0 0 0 m l 烧杯中，并用水冲洗盛放样品的 2 5 0 m l 的烧杯，将冲洗液一并倒入标准样品分散器的1 0 0 0 m l 烧杯中，再加水至 9 0 0 m l 左右。然后进行测定。 m a s t e r s i z e r2 0 0 0 激光粒度仪的测定原理： 颗粒在激光束的照射下，其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系，而散射光强 度随角度的增加呈对数规律衰减。散射光经傅立叶或反傅立叶透镜成像后成像在排列 有多个检测器的焦平面上，散射光的能量分布与颗粒直径的分布直接相关。通过接收 和测量散射光的能量分布就可以得出颗粒的粒度分布特征。 8 第三章试验结果与讨论 3 1 挤压蒸煮大米啤酒辅料系统参数的试验研究 3 1 1 试验研究的目的 在挤压蒸煮大米啤酒辅料的研究过程中存在的主要问题是难于过滤，山东理工大 学的申德超教授已经成功地解决了此问题，并且收得率比传统的啤酒工艺能够得到提 高，但是内在的机理尚需进一步研究。冯玉红【1 7 l 、孟阳【1 8 1 等人对影响挤压蒸煮辅料 的糖化醪过滤速度的原因进行了机理研究，他们使用的筛分法对滤层结构进行颗粒大 小分布分析。但是筛分法在颗粒分离，转移方面存在着一定的误差。本试验使用了精 密仪器英国马尔文m a s t e r s i z e r2 0 0 0 激光粒度分析仪对酒糟颗粒分布作了更进一步的 试验分析。由前人得出的影响糖化醪过滤速度的主要原因是酒糟的滤层结构，颗粒大 的百分比越大，麦糟较疏松，过滤速度较快的结论，选择过滤速度，酒糟粒度d 9 0 ( 一个样品的累计粒度分布百分数达到9 0 时所对应的粒径) 为考查指标。以找出最 佳的挤压蒸煮系统参数和酒糟粒度d 9 0 对过滤速度的影响。 挤压蒸煮大米啤酒辅料在最优参数下进行糖化试验能够多出酒，但是其内在的机 理尚不清楚。以抗性淀粉含量为考查指标探讨了挤压过程对抗性淀粉含量的影响规 律，对挤压蒸煮大米啤酒辅料工艺能够多出酒的现象作了初步的机理研究。抗性淀粉 简称r s ( r e s i s t a ms t a r c h ) ，1 9 9 3 年，欧洲抗性淀粉协会( e u r e s t a ) 把抗性淀粉定义为 不能在健康人的小肠内被吸收的淀粉及其分解物的总称【3 “。目前把抗性淀粉分为4 类：r s i ( 物理包埋淀粉) ，指淀粉酶无法接近的淀粉，主要存在于完整或部分研磨的谷 粒、豆粒之中。淀粉颗粒因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而难以与酶接触， 因此不易被消化。加工时的粉碎、碾磨及饮食时的咀嚼等物理动作可改变其含量。 r s 2 ( 抗性淀粉颗粒) ，指未经糊化的生淀粉粒和未成熟的淀粉粒，常存在于生马铃薯、 生豌豆、绿香蕉中。此类淀粉在结构上存在特殊的构象或结晶结构，对酶具有高抗性。 r s 3 ( 回生淀粉) ，指糊化后的淀粉在冷却或储存过程中部分重结晶，是凝沉的淀粉聚 合物，常存在于冷米饭、冷面包、油炸土豆片中。r s 4 ( 化学改性淀粉) 。是指由基因改 造或化学改性引起淀粉分子结构发生变化从而产生抗酶性的一类抗性淀粉，如交联淀 粉、接枝频率较高的接枝共聚淀粉等【3 ”。根据4 类淀粉的定义，挤压蒸煮过程中r s 4 基本不会存在，r s i 会因为机械加工而改变其含量，r s 2 一旦经过糊化过程其含量也 会随之而交，r s 3 是在糊化完成后的老化形成的，但是挤压蒸煮后的物料具有不易老 化的特性，所以在大米的挤压蒸煮之后r s l 、r s 2 、r s 3 存在的多少，需要进行研究 9 山东理工大学硕 ：学位论文 第三章试验结果卜了讨论 确定。挤压蒸煮之后抗性淀粉的含量直接影响了在后续的糖化工艺中的淀粉利用率， 因此以抗性淀粉含量为考查指标探讨挤压蒸煮工艺对抗性淀粉含量的影响规律。挤压 机结构示意图3 1 1 2 3 4 5 6 7 6 图3 - 1 挤压机结构简图 f i g 3 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f s i n g l e - s c r e we x t r u d e r 3 1 2 生产工艺流程 为便于与啤酒厂使用的工艺作对比，我们选择做淡爽型l o o p 啤酒的麦汁，生产 该种啤酒多采用复式浸出糖化法，二段式糖化温度。本试验采用该方法，添加大米或 挤压蒸煮大米辅料，酶制剂，升温浸出糖化。第一段糖化温度6 0 - 6 5 ，此温度下b 一 淀粉酶活性最高，第二段糖化温度7 0 c 左右，此温度下旷淀粉酶活性最高。结合啤 酒厂现有工艺，我们制定以下糖化工艺： 1 0 山东理【= 大学顾仁学位论文第三章试验结果与讨论 挤压蒸煮大米啤酒辅料糖化工艺： 麦芽粉碎物3 5 2 1 9 + 蒸煮大米耪碎物1 4 7 9 9 + 水2 0 4 m l + 石膏4 9 3 m g + 乳酸3 5 2 1 i l l 耐高温淀粉酶1 0 3 5 3 山l 5 0 ( 保温并搅拌6 0 m i n ) i 6 5 ( 保温并搅拌5 0 r a i n ) l 7 i ( 保温l o m i n ) 碘检 7 3 过滤 i 加1 0 0m l 7 3 洗糟水洗两次 l 麦汁煮沸l o m i n i 冷却至室温检测 挤压蒸煮大米辅料的糖化工艺 s a c c h a r i f i c a t i o np r o c e d u r eo f e x t r u d e dr i c ea d j u n c t 未挤压蒸煮大米辅料的传统糖化工艺： 大米粉碎物1 4 7 9 9 + 石膏1 0 6 m g + 水7 0m l 麦芽粉碎物3 5 2 1 9 + 石膏3 8 7 9 + 耐高温矿淀粉酶1 0 3 5 3 i l il水1 3 4 m l + 乳酸3 5 2 1 1 _ 1 1 5 0 ( 保温5 m i n ) i i 9 0 ( 保温2 0 m i n )l l ! 螋箜i 握温1 5 盟垫25 q 蔓! 握渔差搅挂q 坐垫2 l 合醪后 6 5 ( 保温并搅拌6 0 m i n ) i 7 1 ( 保温1 0 m i n ) l 碘检 7 3 ( 过滤) l 加1 0 0 m l 7 3 洗糟水洗两次 l 麦汁煮沸l o m i n l 冷却至室温检测 未挤压蒸煮大米的传统糖化工艺 s a c c h a r i f i c a t i o np r o c e d u r eo f n o n - e x t r u d e dr i c e 3 1 3 因素水平的确定 在以往的试验研究中，得到的最佳挤压蒸煮系统参数：模孔直径o = 1 2 n m a ，轴头 间隙( 模板内表面至螺杆末端端面的距离) 为6 = 1 5 m m p ”们。并与目前现有挤压机情 况相结合，选择三个因素即挤压机套筒温度，、喂入物料含水率，、挤压机螺杆转 速r p m 分别以x l x 2 ，x 3 表示。以过滤速度m l m i n ，酒糟粒度d 9 0 g m ，抗性淀粉 山东理工犬学硕士学位论文第三章试验结果与讨论 含量为考察指标分别以y l ，y 2 ，y 3 表示。采用二次正交旋转组合设计，进行试验 研究1 4 0 l 。因素水平编码表，如表3 1 所示。 表3 1 因素水平编码表 t a b 3 - 1e x p e r i m e n t a lf a c t o r sa n dl e v e l s 苎l ( 型譬基21 型2 丝墨3l 丝2 地 - 1 6 8 24 0 01 3 0l o o 15 2 2 1 5 81 4 1 o l 1 6 8 2 7 0 0 8 7 8 1 0 0 o 2 0 0 2 4 2 2 7 o 2 0 0 2 5 9 3 0 0 3 i 4 试验数据安排及结果分析 采用三因素五水平二次正交旋转组合试验设计安排试验。试验安排与结果见表 3 - 2 。根据表3 2 中的试验数据，用r e d a 软件包对试验数据进行处理，分析各试验因 素对各考察指标的影响规律。 l 、过滤速度的回归方程及方差分析 ( 1 ) 经计算，过滤速度的回归方程为： y 1 = 1 3 2 9 6 - 0 4 6 9 x i - 0 6 1 0 x i 。+ o 5 7 0 x 2 - 0 2 8 3 x i x 2 0 7 6 0 x 2 2 + o 7 0 2 x 3 0 2 8 6 x i x 3 + o 1 7 8 x 2 x 3 - 0 0 3 4 x 3 ( 3 - 1 ) ( 2 ) 回归方程的方差分析，见表3 3 方差结果分析：因f l f o 0 5 ( 9 ，1 3 ) ，说明 方程在0 0 5 水平上是显著的，即试验数据与所采用的二次数学模型是基本符合的。 ( 3 ) 回归方程的较优值 因为由r e d a 软件得到的最优值是数学意义上的最大值，而在实际测定过程中达 不到该值，故采用统计频数分析方法进行统计选优来寻求最佳参数的范围。统计频数 分析结果见表3 - 4 ，由表3 4 知，以过滤速度为参考指标，经过统计频数选优得出挤 压蒸煮工艺参数的范围为：套筒度为5 1 7 6 1 3 ，物料含水量为2 1 3 2 3 8 ，螺 杆转速：2 4 7 2 8 0 r p m 。 ( 4 ) 各试验因素对麦汁过滤速度影响的单因素分析 在前面得到的最优挤压蒸煮参数( 温度为0 7 6 水平即5 6 5 ，物料含水量为0 6 0 水平即2 2 5 ，螺杆转速为1 0 8 水平即2 6 4 r p m ) 条件下对麦汁过滤速度进行单因素 分析，分析结果如图3 2 所示。 1 2 表3 - 2 试验安排与试验数据 t a b 3 2e x p e r i m e n ta r r a n g e n n e n t sa n dt e s td a t a 盥q墨l墨2墨jy l 也! 也也y 型世里y 逊 lll i1 2 0 4 81 2 8 6 1 1 5o 2 0 3 8 lll 11l 11一1 1ll ll1 1- li - lll 1 6 8 200 - 1 6 8 200 01 6 8 2 o o1 6 8 20 oo1 6 8 2 oo1 6 8 2 o00 ooo ooo 0 o0 0 o0 o oo 000 o0 o 000 未蒸煮大米传统工艺 1 1 9 7 0 1 1 8 9 2 1 1 0 4 0 1 4 7 9 6 1 2 0 9 0 1 2 0 2 4 1 1 5 1 4 1 0 3 0 8 1 2 0 4 8 1 1 7 4 8 9 7 5 6 1 4 4 2 4 1 1 1 9 0 1 2 2 1 0 1 4 2 8 6 1 3 0 5 0 1 3 1 4 0 1 3 2 0 6 1 3 7 1 0 1 3 7 4 0 1 2 9 0 6 1 3 5 5 4 1 1 7 6 0 1 2 7 9 6 6 2 1 2 7 8 7 3 4 1 2 1 7 5 6 9 1 4 9 0 2 3 l 1 3 8 7 3 9 5 1 2 8 4 9 2 7 1 2 5 2 1 4 4 1 2 0 8 3 3 2 1 2 8 5 9 9 2 1 2 6 8 7 7 4 l1 2 2 5 5 4 1 4 0 2 9 3 l 1 4 0 1 0 1 3 1 3 8 8 3 6 7 1 3 9 0 7 7 5 1 3 9 1 5 6 8 1 3 8 0 4 2 9 1 3 3 8 6 6 5 1 3 5 0 7 7 8 1 3 5 9 1 2 8 1 3 8 8 9 5 5 1 2 4 0 8 9 9 1 4 8 6 3 4 l 1 2 1 2 l 0 7 8 5 4 o 4 4 9 5 0 3 5 6 7 1 0 4 7 5 0 5 2 2 7 0 5 7 0 1 o 4 3 9 7 0 9 8 6 1 1 0 3 8 l o 6 1 3 6 o m 5 7 0 5 0 1 8 0 4 1 9 7 o 3 9 4 7 0 2 3 2 6 0 4 0 1 7 o 5 7 5 4 o 2 5 5 7 o 1 9 9 9 0 3 2 4 9 0 5 8 8 1 0 7 6 5 4 表3 - 3 方差分析表 t a b 3 - 3t h et a b l eo f a n a l y s i so f v a r i a n c e 来源平方和自由度均方f 值临界值 回归dn = 3 0 7 0 2f 目= 母 3 4 1 1 f 斗1 8 1 3f o 0 5 ( 9 ，1 3 产2 7 1 剩余d - f6 1 7 5f _ = 1 30 4 7 5 拟合 误差 总和 d f - 3 3 3 8 di - - 2 8 3 8 da - 3 6 8 7 8 f 瓤= 5 f m = 8 f 总= = 2 2 0 6 6 8 f t = 1 8 8 2 0f o m 5 ，8 户3 6 9 0 3 5 5 1 6 7 6 1 3 2 3 4 5 6 7 8 9 m 他b h：2：宝博修加甜勉 山东理t 大学硕士学位论文第三章试验结果与讨论 表3 _ 4 过滤速度大于1 3 2 m i d m i n 的工艺措施 t a b 3 - 4t h et e c h n o l o g i c a lm e a s u r eo f f i l t r a t i o ns p e e d 1 3 2 m l m i n 图( a ) 为将x 2 ，x 3 ，相应固定在o 6 0 ，1 0 8 水平时麦汁过滤速度随x l 变化的曲线 图，由图中可以看出，当x l 1 6 8 2 水平时考察指标麦汁过滤速度随机筒温度的升高 先增加后减小，当x l 在1 与0 水平之间时，考察指标麦汁过滤速度有最大值。在最 大值出现之前过滤速度相差不大，在0 水平之后过滤速度下降，这说明了挤压蒸煮 啤酒辅料在高温下过滤速度是很困难的。其原因是温度升高淀粉一脂肪复合脂的形成 增多和产生抗性淀粉使得糊化不彻底，影响了后续的糖化