专利名称：一种啤酒专用马铃薯糖浆的制备工艺的制作方法
技术领域：
一种啤酒专用马铃薯糖浆的制备工艺，涉及马铃薯深加工、啤酒专用糖浆技术领域。
背景技术：
随着世界啤酒产量增大，啤酒生产的主要原料麦芽需求量急剧增加。我国啤酒的产量已居世界第一，但由于国产啤酒大麦不能完全满足生产的需要，使得大多数啤酒厂还依赖于进口啤酒大麦。中国近几年年均进口啤酒大麦200万吨，约占消耗啤酒大麦总量的69％。大量进口啤酒大麦，引起啤酒原料成本的提高。最近作为啤酒辅料的大米价格也迅猛增长，籼米涨至2500～2600元/吨，粳米涨至3000～3200元/吨，大大增加了啤酒生产成本，各啤酒公司都在设法寻找其它辅料降低成本。在可替代大米的各种辅料中，尤以啤酒专用糖浆最具有使用价值和开发前景。近年来，啤酒糖浆在啤酒生产中的应用已趋于量化。2002年我国啤酒的产量达到2386.83万吨，淀粉糖为187万吨，而应用淀粉糖浆生产的啤酒已达300万吨。由于啤酒市场的潜力巨大，另一方面鉴于啤酒辅料价格的居高不下，因此淀粉糖浆在啤酒中的应用比例也会越来越大。
我国是全世界马铃薯的最大生产国，2003年种植面积达470多万公顷，占世界的25％，总产量为7500多万吨。但我国的马铃薯加工比例还不到产量的百分之五，是世界上马铃薯加工能力最低的国家之一，综合利用方面薄弱，经济价值发挥不充分。马铃薯淀粉制糖是一个值得注意的研究课题，国外已有成熟的生产经验，但在我国才被认识。
现在啤酒糖浆的生产主要集中在含淀粉较高的禾谷类作物上，糖浆的原料已经涉及到了玉米、小麦、大麦和大米等。而直接用薯类生产糖浆的报道较少，工业化的生产也是用薯类的纯淀粉为原料生产糖浆，而用纯淀粉为原料势必提高了糖浆的成本，限制了它在工厂中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种啤酒专用马铃薯糖浆的制备工艺，直接利用马铃薯制造啤酒专用糖浆则是一种全新的尝试，这对发展我国除甜菜糖以外的淀粉糖工业，提高马铃薯的利用价值，开拓啤酒发酵用碳源的多样性都具有积极的促进作用。
本发明的技术方案是以马铃薯粗粉为原料，采用双酶法依次经过液化、糖化工艺，用耐高温α-淀粉酶控制液化DE值在15～20之间，而后用β-淀粉酶和普鲁兰酶协同糖化，再经过脱色、浓缩制得一种啤酒专用马铃薯糖浆。
本发明所用原料马铃薯粗粉将马铃薯切片，然后于0.025％的NaHSO3溶液中浸泡10min，40℃下干燥，粉碎过60目筛，制得粗粉。
耐高温α-淀粉酶2000u/ml，无锡协达生物制品有限公司。
β-淀粉酶400000u/g，无锡杰能科生物制品有限公司。
普鲁兰酶400u/mL，丹麦NOVO公司。
氯化钙分析纯，上海化学试剂厂。
本发明应用的分析方法DE值的测定淀粉产品DE值的快速测定方法。
固形物含量测定糖量计。
pH值测定酸度计。
糖谱的测定高压液相色谱法。
游离α-氨基氮含量的测定茚三酮法。
总氮的测定微量凯氏定氮法。
还原糖的测定费林滴定法。
色度和浊度的测定EBC法。
本发明的工艺A.液化工艺液化的程度通常是用葡萄糖值(DE值)来衡量的。为了提高麦芽糖的生成量，减少葡萄糖的生成量，必须防止葡萄糖的聚合度为奇数的低聚糖的生成。液化后DE值越高，则生成奇数聚合度低聚糖的机会也愈多，糖化后会生成较多的麦芽三糖而使麦芽糖的收率降低。若DE值太低，则液化液粘度太高而难于操作，影响糖化与糖化液的过滤。一般的啤酒糖浆要求葡萄糖+果糖的量＜10％、麦芽糖和麦芽三糖＞70％、四糖～八糖＜20％。当控制液化DE值在15～20之间，并用β-淀粉酶和支链淀粉酶糖化时，糖谱组成符合上述要求。因此，本发明选定DE值在15～20之间，以DE值为指标来控制液化过程。
(1)液化时间与液化DE值的关系液化保温是工业化中的一个重要工段，粉乳经高温喷射液化和高温维持阶段后进入保温液化阶段，液化保温时间和温度将直接影响后续糖化工艺。在耐高温α-淀粉酶的最适温度92℃下，结合其最适pH范围5.5～7.0，固定加酶量25u/g，使其作用不同的时间，灭酶后取样测其DE值，司以得到液化时间与液化DE值的关系。随着液化时间的增加，液化液的DE值也逐步增加。液化50min，DE值即达到液化要求，但此时碘试不完全。因此，可以再适当延长液化时间，当液化60min时，碘试合格，DE值在15～20之间。所以，选定在耐高温α-淀粉酶的最适温度92℃下液化保温60min，然后迅速升温灭酶。
(2)加酶量与液化DE值的关系加酶量的多少，在同样的液化条件下，DE值必然有高低之分。固定其它条件不变，添加不同量的耐高温α-淀粉酶进行液化，可得加酶量与液化DE值的关系。随着加酶量的增加，液化DE值显著增加。当加酶量为25u/g原料时，达到液化要求(DE值15～20)。虽说增大加酶量可以缩短液化时间，使得表面上DE值达到要求，但是液化液在糖化时，由于温度、pH变化发生凝结，也会造成糖化液难过滤。所以，不能一味的追求缩短时间而增加加酶量。因此，选取酶用量为20～30u/g粗粉。
(3)粉乳浓度与液化DE值的关系粉乳浓度的高低将直接影响液化DE值，随着粉乳浓度的增加，粉乳浓度为25～35％(W/V)时，DE值较佳，但是存在着一个峰值，当粉乳浓度为30％(W/V)时，液化DE值最高，随后，液化DE值便逐渐下降。原因是粉乳浓度太低时，液化酶与淀粉链接触的几率较小，当粉乳浓度过高时，淀粉酶不能有效的分散，也会影响液化效果。同时考虑到粉乳浓度低，增加浓缩费用，粉乳浓度高又会造成粘度大，搅拌困难，且对糖化不利。
(4)液化pH与液化DE值的关系液化液的pH直接影响酶活力，选择它要兼顾酶活力和少产生色素。由于pH值不同，酶活力大小也不同，液化程度也就不一致。在pH5.6～7.2的范围内DE值都比较高。随着液化pH的增大，液化液的色泽也逐渐加深。因此，不宜选择较高的pH。粉乳的自然pH6.4左右，只要选取底物pH在6.4～7.2之间即可。
(5)CaCl2添加量与液化DE值的关系由于钙起着保持淀粉酶分子有最适构象的作用，是维持最大活性与稳定性所必需。实验用水中钙离子的浓度为35mg/L，而底物中钙离子的浓度要达到50～70mg/L才足以保护酶分子。因此，有必要考查是否还需要外加CaCl2以补充溶液中钙离子的不足，CaCl2添加量对液化DE值的影响为随着CaCl2添加量的增大，液化DE值也逐渐升高，但升高的比较平缓。当CaCl2添加量为0.05％时，DE值已经达到要求。因此，选择0.05％左右的CaCl2添加量，CaCl2添加量为原料量的质量百分比0-0.1％。
B.糖化工艺在马铃薯淀粉中，直链淀粉占总淀粉含量20％～25％，支链淀粉占75％～80％。如此高的支链淀粉含量，在糖化过程中单纯依靠β-淀粉酶的作用会留下较多的β-极限糊精，降低麦芽糖的收率。因此，在糖化过程中还必须考虑脱支酶的添加，将液化液中的低聚糖和极限糊精尽可能的切断成麦芽糖。本发明采用β-淀粉酶(最适pH6.0～6.5，最适温度45～55℃)和普鲁兰酶(最适pH4.2～4.6，最适温度55～65℃)双酶协同作用糖化，提高产品的DE值和麦芽糖的产量。
(1)β-淀粉酶用量与糖化DE值的关系β-淀粉酶是一种外切型淀粉酶，它作用于淀粉时从非还原性末端依次切开α-1，4键，生成麦芽糖。固定普鲁兰酶的用量1.5u/g，作β-淀粉酶的添加梯度，于55℃糖化16h，取样测其DE值，结果为随着β-淀粉酶用量的增加，糖浆糖化DE值呈上升趋势，当β-淀粉酶的用量达到100u/g原料时，糖化DE值的增加趋于平缓，但此时糖化DE值偏低，不能满足要求。当β-淀粉酶的用量提升到150u/g原料时，糖化DE值可达42以上，且以后随着加酶量的增加，糖化DE值的增加较缓慢。因此，选择β-淀粉酶用量125-175u/g粗粉。
(2)普鲁兰酶的用量与糖化DE值的关系参考普鲁兰酶的最适作用条件，固定β-淀粉酶的用量150u/g，测定最终糖化液的DE值，即可得到普鲁兰酶添加量与糖化DE值的关系。随着普鲁兰酶的添加量的增大，糖化液DE值逐渐增大，但当添加量为1.5u/g原料时，DE值变化趋于平缓，这是由于支链淀粉迅速被水解成短链糊精和大分子的多糖的原故。因此，可初步选取普鲁兰酶的添加量为1.0-2.0u/g粗粉。
(3)糖化pH值对糖化DE值的影响在不同的pH下，固定β-淀粉酶和普鲁兰酶用量分别为150u/g和1.5u/g，考察β-淀粉酶和普鲁兰酶协同作用的最适pH。糖化pH对糖化DE值的影响较大，在pH6.0左右DE值比较高，这也说明β-淀粉酶和普鲁兰酶协同作用的最适pH在5.6-6.4。
(4)糖化时间与糖化DE值的关系在前面初步确定的加酶量和pH下，参考两种酶的作用温度，于不同的时间取样测定糖化液的DE值，在最初的2h内，DE值增加最快，在以后的4～10h内，DE值的增加速率在1/h左右，16h以后上升缓慢，说明此时普鲁兰酶对α-1，6-D葡萄糖苷键的切断水解作用基本完成，因此选择糖化时间为16h。
本发明的有益效果直接利用马铃薯制造啤酒专用糖浆是一种全新的尝试，这对发展我国除甜菜糖以外的淀粉糖工业，提高马铃薯的利用价值，开拓啤酒发酵用碳源的多样性都具有积极的促进作用。马铃薯糖浆以麦芽糖为主，葡萄糖+果糖的量＜10％，大比例的酿造不会引起“葡萄糖效应”。另外还含有丰富的氮源，尤其是α-氨基氮含量较高，这是其它原料做的糖浆所不能比拟的，糖浆成份与普通麦汁较为接近，可满足一般酿造需要，完全可以应用于啤酒酿造。
具体实施例方式
实施例1.
液化工艺条件的优化。由于以上所考虑的都是影响液化的单因素，各个因素之间是否有交互影响却不得而知。根据单因素的分析，选择耐高温α-淀粉酶添加量20～30 u/g、粉乳浓度25～35％(W/V)、pH值6.4～7.2和CaCl2添加量0～0.1％，进一步作正交实验，从而确定液化最优工艺。
表1 影响因素
表2 L9(34)正交实验方案
优化液化条件为A2B1C2D2，即粉乳浓度25％(W/V)，pH6.8，耐高温α-淀粉酶加量25u/g粗粉，CaCl2添加量为粗粉的0.05％，液化时间60min。
实施例2.
优化液化工艺条件的确认。以上述实施例1最优液化工艺进行两次平行实验，液化DE值分别为16.6和16.8，液化液澄清透明，碘试合格。
实施例3.
糖化工艺条件的优化。在单因素分析的基础上，对影响糖化过程的β-淀粉酶用量125～175u/g，普鲁兰酶用量1.0～2.0u/g，糖化pH5.6～6.4，进一步作正交试验设计，同时增加对糖化温度50～60℃的考查，从而确定最优糖化工艺。
表3 糖化正交水平因素表
表4 L9(34)正交实验方案
得出糖化最优条件A2B1C1D2，即β-淀粉酶150u/g，普鲁兰酶1.0u/g，pH5.6，糖化温度55℃，糖化时间16h。
实施例4.
优化糖化工艺条件的确认。以上述实施例3最优糖化工艺进行两次平行实验，糖化DE值分别为42.4和42.7，糖化液澄清透明，具有典型的麦芽糖香气。
权利要求
1.一种啤酒专用马铃薯糖浆的制备工艺，其特征是将马铃薯经过粗加工制得粗粉，以马铃薯粗粉为原料，采用双酶法依次经过液化、糖化工艺，用耐高温α-淀粉酶控制液化DE值在15～20之间，而后用β-淀粉酶和普鲁兰酶协同糖化，再经过脱色、浓缩制得一种啤酒专用马铃薯糖浆，主要工艺条件为a)液化工艺用耐高温α-淀粉酶控制液化DE值在15～20之间，耐高温α-淀粉酶添加量为20～30u/g粗粉，液化温度92℃，粉乳的质量/体积浓度为25～35％，pH值为6.4～7.2，CaCl2添加量为原料量的质量百分比0～0.1％，液化时间60min；b)糖化工艺用β-淀粉酶和普鲁兰酶协同糖化，β-淀粉酶用量为125～175u/g粗粉，普鲁兰酶用量为1.0～2.0u/g粗粉，pH值为5.6～6.4，糖化温度50～60℃，糖化时间16h。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其中的马铃薯粗粉制备将马铃薯切片，然后于0.025％的NaHSO3溶液中浸泡10min，40℃下干燥，粉碎过60目筛，制得粗粉。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其中的液化工艺耐高温α-淀粉酶添加量为25u/g粗粉，液化温度92℃，粉乳的质量/体积浓度为25％，pH值为6.8，CaCl2添加量为原料量的质量百分比0.05％，液化时间60min。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其中的糖化工艺β-淀粉酶用量为150u/g粗粉，普鲁兰酶用量为1.0u/g粗粉，pH值为5.6，糖化温度55℃，糖化时间16h。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其中的脱色工艺条件为采用活性炭吸附净化，活性炭的用量为糖浆干物质的1.5％，于自然pH，80℃下保温搅拌30min。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其中的浓缩工艺条件为采用减压蒸发浓缩至78％～80％，真空度93.9KPa～99.5KPa，温度控制在48℃～52℃。
全文摘要
一种啤酒专用马铃薯糖浆的制备工艺，涉及马铃薯深加工、啤酒专用糖浆技术领域。本发明以马铃薯粗粉为原料，采用双酶法依次经过液化、糖化工艺，用耐高温α－淀粉酶控制液化DE值在15～20之间，而后用β－淀粉酶和普鲁兰酶协同糖化，再经过脱色、浓缩制得一种啤酒专用马铃薯糖浆。成品糖浆成分与普通麦汁较为接近，可满足一般酿造需要，尤其是α－氨基氮含量较高，优于其他原料所做糖浆。本发明对提高马铃薯的利用价值，开拓新的啤酒发酵用碳源，具有积极的促进作用。
文档编号C12C5/00GK1616636SQ20041006461
公开日2005年5月18日 申请日期2004年9月13日 优先权日2004年9月13日
发明者陆健, 赵海锋, 顾国贤 申请人:江南大学