陈善峰，李慧敏，李宏军，王玉露

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255091）

我国啤酒工业发展很快，近年来，啤酒生产的原、辅料价格大幅度增加，啤酒企业的成本压力增加。目前国内外企业采用添加辅料制取啤酒的方式来控制生产成本，常见的辅料种类有玉米淀粉、大米和糖浆等，其应用相对广泛。徐颖等研究大米和玉米挤压后作啤酒辅料的可行性，取得良好的效果[1－4]。为进一步拓宽原料范围，刘晔等研究了小麦作啤酒辅料的可行性[5－7]，使用适当小麦为作辅料制成的啤酒，泡沫好，口感也不错。但酿造高辅料啤酒时，因为其含有半纤维素和高黏度的β－葡聚糖，所以制成的麦汁黏度高，容易造成麦汁和啤酒过滤困难，影响最终麦汁收得率。

本文采用小麦芽作辅料，解决小麦辅料酿造啤酒过程中存在的问题。由于小麦芽中淀粉酶的活力比小麦中的淀粉酶活力增加30%～40%[8]，使得淀粉糖化更为完全，并提高β－葡聚糖的分解率，从而使麦汁收得率达到较高水平。糖化工艺中影响麦汁收得率的因素很多，在总结前人经验的基础上，本试验选用水料比、小麦芽比例、52℃保温时间和65℃保温时间作为影响因素，考察其对麦汁收得率的影响规律，用SAS软件对参数进行优化，建立了糖化工艺参数对麦汁收得率影响的数学模型，得到小麦芽制取麦汁的较优糖化工艺条件，本研究可对企业的实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

大麦芽：澳大利亚斯库纳麦芽，含水率6.8%（青岛啤酒潍坊有限公司）。小麦芽：国产金星小麦芽，含水率7.5%（山东省莱芜市麦芽厂）。

1.2 分析方法

麦汁收得率：比重瓶法[9]。

1.3 试验安排和数据

在500 mL三角瓶内进行试验，总投料量固定在50 g。在单因素试验的基础上确定试验因素及零水平：小麦芽比例40%，水料比4.0，52℃保温时间30 min和65℃保温时间70 min，试验因素分别记为：X1、X2、X3和X4；以麦汁收得率为考察目标，记为Y，采用五因素五水平1/2实施正交旋转组合试验，采用四因素五水平的响应曲面分析方法寻求最佳糖化参数[10－11]，试验因素水平及编码见表1。

2 结果与讨论

2.1 响应曲面分析方案及结果

试验设计和试验结果如表2所示。

表1 因素与水平及编码Table 1 Factors and levels of independent variables

表2 试验设计与试验结果Table 2 Experinent design and results

续表

利用SAS9.0软件对小麦芽比例、水料比、52℃保温时间和65℃保温时间等糖化工艺参数对小麦啤酒麦汁收得率的影响规律进行分析，以麦汁收得率为响应值（Y），对试验数据进行多元回归拟合，并采用回归方差分析对回归分析结果进行显著性检验，结果见表3。

表3 回归方程系数显著性检验Table 3 Significance test for the regression equation coefficient

从表3回归方程显著性检验可知：模型一次项中只有X1（P＜0.0001）达到极显著水平，其它不显著，二次项中X12（P＜0.0001）和X22（P=0.0014＜0.01）达到极显著水平，X32（P=0.0122＜0.05）达到较显著水平，X42（P=0.7688）不显著；交互项中 X3X1（P=0.0394＜0.025）和 X2X3（P=0.0094＜0.05）达到较显著水平，其余不显著。回归模型的方差分析见表4，结果表明，此回归模型的决定系数R2为0.9283，响应面回归模型达到高度显著水平（P＜0.0001）。

对表3中数据用Design Expert分析软件进行二次多元回归拟合，二次回归方程的响应面见图1～6。

图1 小麦芽比例和水料比的响应面Fig.1 Response surface plots of the wheat malt content and the ratio of water to material

图2 52℃保温时间和小麦芽比例的响应面Fig.2 Response surface plots of saccharifaction time at 52℃and the wheat malt content

图3 65℃保温时间和小麦芽比例的响应面Fig.3 Response surface plots of saccharifaction time at 65℃and the wheat malt content

图4 52℃保温时间和水料比的响应面Fig.4 Response surface plots of saccharifaction time at 52℃and the ratio of water to material

图5 65℃保温时间和水料比的响应面Fig.5 Response surface plots of saccharifaction time at 65℃and the ratio of water to material

图6 52℃和65℃保温时间的响应面Fig.6 Response surface plots of saccharifaction time at 65℃and saccharifaction time at 52℃

图1为糖化工艺参数52℃和65℃保温时间保持在零水平时，小麦芽比例和水料比对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。可见，对于考察目标麦汁浸出物收得率，若水料比不变，小麦芽比例小于40%时收得率与小麦芽比例正相关，小麦芽比例大于40%时收得率与小麦芽比例负相关，在40%处达到最大值。出现这种现象的原因是，小麦芽淀粉含量高于大麦芽，在一定范围内，随着辅料含量的增加，物料中淀粉含量增加，在糖化完全的前提下，收得率提高；由于小麦芽中所含淀粉酶活力小于大麦芽，当淀粉含量过大时，淀粉酶浓度降低，不能使淀粉糖化完全，收得率降低；当小麦芽比例保持固定时，麦汁收得率与水料比呈正相关，但水料比到达一定程度后，收得率增幅减缓。出现这种现象的原因是随着水料比的增大，淀粉酶活动能力增强，酶促反应明显，淀粉水解较彻底，收得率增加；当水料过大时，由于淀粉含量固定，底物浓度降低，麦汁收得率保持在相对固定的水平。

图2为糖化工艺参数65℃保温时间和水料比保持在零水平时，小麦芽比例和52℃保温时间对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。当辅料添加量（小麦芽比例）固定时，麦汁收得率与52℃保温时间正相关，由于随52℃保温时间增加，蛋白质降解彻底，尽管淀粉酶在此温度下活性较低，但也能使淀粉降解，故麦汁浸出物收得率增加；当52℃保温时间固定时，小麦芽比例小于40%时收得率与其正相关，小麦芽比例大于40%时收得率与其负相关，在40%处达到最大值，其原因随着辅料含量的增加，物料中淀粉含量增加，在糖化完全的前提下，收得率提高；但当淀粉含量过大时，由于小麦芽中所含淀粉酶活力小于大麦芽，淀粉酶浓度反而降低，不能使淀粉糖化完全，收得率反而降低。

图3为糖化工艺参数水料比和52℃保温时间保持在零水平时，小麦芽比例和65℃保温时间对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。当辅料添加量（小麦芽比例）固定时，收得率与52℃保温时间正相关，因为65℃是淀粉酶的最适温度，在此条件下保温时间的越长，糖化越充分，浸出物收得率也就越高；当65℃保温时间固定时，小麦芽比例小于40%时收得率与小麦芽比例正相关，小麦芽比例大于40%时收得率与小麦芽比例负相关，在40%处达到最大值，其原因前面已做分析，在此不再赘述。

图4为糖化工艺参数65℃保温时间和小麦芽比例保持在零水平时，水料比和52℃保温时间对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。当把糖化工艺参数52℃保温时间固定，收得率与水料比显著正相关；当水料比保持在零水平时，收得率与52℃保温时间正相关；以上现象出现的原因，分别见图2和图1的相关分析，在此不再重复。

图5为糖化工艺参数52℃保温时间和小麦芽比例保持在零水平时，65℃保温时间和水料比对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。当把糖化工艺参数65℃保温时间固定，收得率与水料比显著正相关；当水料比保持在零水平时，收得率与65℃保温时间正相关；以上现象出现的原因，分别见图3和图1的相关分析，在此不再重复。

图6为糖化工艺参数水料比和小麦芽比例保持在零水平时，52℃和65℃保温时间对麦汁浸出物收得率影响的响应面图。由图可见，当把其中一个保温时间固定，收得率均与另一保温时间正相关；收得率与保温时间正相关的原因，分别见图2、3的相关分析，在此不再重复。

2.2 最佳条件的确定

将表2数据用SAS软件进行岭回归处理，最优工艺范围见表5。将麦汁浸出物收得率作为考察指标，经岭回归分析得到最优工艺参数范围：水料比4.74～4.82（V/W），小麦芽比例40.0%～40.5%，65℃保温时间72～73 min，52℃保温时间35～36 min。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis for regression model

表5 岭回归寻优分析结果Table 5 Result of ridge regression optimization analysis

2.3 验证试验设计及结果

根据岭回归分析所得各因素的最优范围，进行收得率验证试验，因素水平选择及试验结果见表6。由表6可知，麦汁收得率符合回归预测值，表明该试验因素选择及方案设计合理，回归模型可靠。

表6 收得率验证试验的试验安排与数据Table 6 Calidated and compared experiment arrangements andresults of the recoverable ratio of wort

3 结论

本试验将小麦芽作为辅料制取麦汁，通过四因素五水平（1/2实施）二次正交旋转组合设计，进行糖化试验，获得不同因素水平下的麦汁浸出物收得率数据，用SAS9.0软件对试验数据进行分析，得到麦汁收得率的回归模型，回归模型达到高度显著水平（P＜0.0001）；利用响应面分析，得到二次方程交互作用图，通过对响应面图形的分析，揭示了各因素对考察指标影响的内在原因；经岭回归分析，得到各因素的最优范围，经验证试验，表明该试验因素选择及方案设计合理，回归模型可靠。结论为：小麦芽作辅料制取麦汁是可行的；小麦芽作辅料制取麦汁的最优糖化工艺参数为小麦芽比例40.0%、水料比4.8（W/V）、52℃保温时间36.0 min、65℃保温时间73 min。最优糖化工艺参数下制取麦汁的收得率为69.05%。

[1]徐颖,申德超.挤压膨化大米作啤酒辅料外加酶糖化工艺研究[J].东北农业大学学报,2005,36(3):350－353.

[2]左锋,申德超.挤压大米啤酒辅料麦汁浸出物收得率研究[J].东北农业大学学报,2008,39(4):4－6.

[3]王志华,申德超,王国庆,等.挤压对脱胚玉米啤酒辅料中抗性淀粉的影响[J].东北农业大学学报,2008,39(10):103－107.

[4]段提勇,申德超.挤压加酶大米作啤酒辅料的试验研究[J].东北农业大学学报,2009,40(1):112－114.

[5]刘晔,王成忠,尚明.50t上面发酵小麦啤酒中试生产工艺技术研究[J].中国酿造,2005(6):16－19.

[6]孔庆新.小麦啤酒酿造工艺的探索[D].重庆:西南农业大学,2004.

[7]刘尼亚,申德超,李杨,等.挤压系统参数对挤压蒸煮小麦啤酒辅料抗性淀粉的影响[J].东北农业大学学报,2008,39(7):127－130.

[8]金玉红,张开利,张兴春,等.制麦过程中小麦淀粉含量及淀粉酶活力变化研究[J].酿酒,2005,32(1):65－67.

[9]顾国贤.酿造酒工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,1996.

[10]李宏军,申德超,李成华.糖化工艺参数对膨化大米辅料麦汁收得率的影响[J].食品研究与开发,2008,29(1):103－106.

[11]满娟娟,李宏军.响应曲面法分析小麦啤酒糖化工艺参数对麦汁α－氨基氮含量的影响[J].酿酒科技,2010(3):71－74.