不同蛋白质溶解度的小麦芽蛋白质组成及麦芽质量分析

李盼盼 杜金华 张开利 金玉红

(山东农业大学食品科学与工程学院1，泰安 271018)

(泰安泰山啤酒有限公司2，泰安 271000)

我国啤酒大麦主要依靠进口，严重受到国际市场的制约，因此寻找合适的取代原料，成为啤酒企业的选择之一。小麦在我国种植面积很大，是仅次于水稻的第二大粮食作物。而以小麦为原料生产的啤酒具有小麦芽特有的香味，泡沫丰富、细腻、苦味较轻、营养丰富等特点，越来越受到广大消费者的喜爱［1］。因此，充分挖掘国产小麦的生产潜力，找到合适的小麦啤酒生产工艺，既可以填补国内啤酒大麦所形成的空缺，提高啤酒企业产品的市场竞争力、提高企业经济效益，又可以使农民增收，提高小麦的附加值，调整我国产业结构。

蛋白质含量是评价啤酒用小麦制麦芽性能的核心因素之一［2－3］。根据Osbome溶解度的分类方法，将大麦胚乳蛋白质可简单分为水溶性蛋白质、盐溶性蛋白、醇溶性蛋白质和碱溶性蛋白质。各组分蛋白质在啤酒制备中起着重要的意义。水溶性蛋白质和盐溶性蛋白质是大麦组织蛋白，尽管在麦芽汁制备中水溶性蛋白大部分被析出，但其对于浊度降低具有一定的作用［4］。盐溶性蛋白质包含有部分水解酶，其中β－球蛋白是对非生物稳定性有害的主要成分。有研究认为，制麦过程中醇溶蛋白的降解对于淀粉酶与淀粉结合是必须的，如果在制麦和淀粉糖化过程中，醇溶蛋白不完全降解，将对淀粉降解酶的移动形成物理屏障，从而限制淀粉水解。未降解的醇溶蛋白在淀粉糖化过程中也可以形成二硫键结合的复合物，将引起麦芽汁过滤问题，并导致麦芽浸出率降低［5－8］，同时小麦醇溶蛋白组分、碱溶蛋白质组分在酿造过程中对于啤酒的浊度具有负面的影响［9－10］。

库值是作为麦芽的一项重要指标，与浸出物、总多酚及麦汁的抗氧化能力及泡沫稳定性具有一定相关性［11］。在制麦过程中，通过库值可以在一定程度上反映蛋白质溶解度和蛋白酶的活性，从而决定糖化过程中需要的蛋白休止时间与温度。甚至能够决定是否需要添加蛋白分解酶。在国标中，优质的大麦麦芽库值要求达到40%～45%［12］，然而，对于小麦麦芽的生产，目前没有统一的标准。本试验通过控制不同的浸麦度和发芽时间，制备了不同蛋白质溶解度的小麦麦芽，研究了不同蛋白质溶解度下小麦麦芽的蛋白质组分变化及其与麦芽指标的相互关系，选出适合用于酿造啤酒的小麦麦芽所需溶解度，以便为小麦麦芽制麦工艺的优化提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料

鲁麦21，购自烟台农科所，水分11.9%，千粒重40.8 g，发芽率 96%。

1.2 主要仪器

EBC磨粉机:北京德之杰公司;KDY－08C半自动凯氏定氮仪:上海瑞正仪器设备有限公司;比重瓶:安徽省凤阳玻璃仪器厂;UV－2100型分光光度计:尤尼柯仪器有限公司;恒温水浴锅:金坛市双捷实验仪器;分析天平:梅特勒－托利多仪器有限公司;BGT－8A糖化仪:杭州博日科技有限公司;CHA－SA数显恒温振荡器:金坛市双捷实验仪器厂;Anke LXJ－IIB离心机:上海安亭科学仪器厂。

1.3 主要试剂

各测定化学试剂均为分析纯;氯化钠、乙醇氢氧化钠、硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、冰乙酸、乙酸钠:天津市凯通化学试剂有限公司;碘:山东省化学研究所;水合茚三铜:上海强顺化学试剂有限公司;果糖:上海试剂二厂;甘氨酸:上海三浦化工有限公司;牛血红蛋白(生化试剂):SIGMA公司。

1.4 试验方法

1.4.1 蛋白质降解酶活力测定方法［13］

取1.5 g小麦芽(或原麦粉)于研钵中，向研钵中加入10 mL 0.05 mol/L pH 7.5 的Trise－HCl缓冲液(包含2.5 mmol/L EDTA，3 mmol/L β － 巯基乙醇，0.1%PVP)在冰浴下研磨1 h，待研磨完成后转移到25 mL容量瓶中定容，并在4 000 r/min下离心10 min，取上清液作为粗酶液。

向比色管中加入1 mL 0.2 mol/L pH 4.5醋酸－醋酸钠缓冲液、1 mL粗酶液放在50℃浴中保温30 min，然后向比色管中加入 1 mL以0.2 mol/L pH 4.5醋酸－醋酸钠缓冲液配制的0.9%的牛血红蛋白溶液在50℃下准确反应3 h。向比色管中加入4 mL 7.5%三氯乙酸溶液终止反应。在4℃下静置30 min后12 000 r/min离心10 min，取上清液在278 nm下比色。空白在保温前加入7.5%三氯乙酸。内肽酶酶活定义为Δ278·g－1FW·h－1

1.4.2 小麦芽制备方法

取1 kg小麦按下述制麦工艺参数进行发芽试验。制麦工艺参数如下:

浸麦水温:16℃;浸麦方式:浸4断4;通风:10 min/h;浸麦度:43%～46%;发芽温度:15～16℃;发芽时间:5 d;麦芽干燥:40℃ 3 h，45℃ 3 h，50℃2 h，55 ℃ 1 h，60 ℃ 1 h，65 ℃ 2 h，70 ℃ 3 h，75 ℃3 h，80℃ 3 h。通过不同的浸麦度和发芽时间来获得不同的库值指标。

1.4.3 小麦芽基本指标的测定

水分、库值、色度、酸度、糖化时间、浊度、浸出物、FAN、糖化力、黏度、酸度、麦芽可溶性氮、麦汁总可溶性氮的测定参照参照QBT 1686—2008［12］。

1.4.4 蛋白质组分提取

参考金玉红等［14］累计提取方法。蛋白质组分的提取方法具体见图1，各蛋白质组分的测定测定参照QBT 1686—2008［12］。

图1 蛋白质组分提取方法

2 结果与分析

2.1 不同蛋白质溶解度下小麦芽理化指标检测

通过表1可以看出:不同蛋白质溶解度下8种小麦芽各类指标相差较大，浸出物在79.3%～84.5%之间，FAN在120～211 mg/100 g，糖化力在384～477 WK之间。

比较8种小麦芽的指标发现，随着蛋白质溶解度的增加，麦芽浸出物、FAN、色度等指标会升高，蛋白质溶解度为31.4%、33.1%时麦芽浸出物、FAN等指标较低，麦芽品质较差。蛋白质溶解度在39.5%～45.5%时麦芽品质较好，尤其蛋白质溶解度为39.5%时，糖化力最高为497 WK，其他各项指标都较好。蛋白质溶解度为54.2%时，虽然各项指标在8种小麦芽中都相对较高，但有溶解过度的表现。

2.2 不同蛋白质溶解度下各蛋白质组分的差异性分析

对原麦及8种小麦芽的4种蛋白质组分:水溶、盐溶、醇溶、碱溶蛋白进行了测定，结果列于表2。从表2中看出，本试验采用的累进提取法对蛋白质的提取率达到89.97%～97.30%，另外由于残渣蛋白质的存在，所以该方法用于4种组分蛋白质的提取效率较高。

原麦水溶性蛋白质所占质量分数为2.61%，小麦芽水溶蛋白所占质量分数在5.47%到8.01%之间，小麦制麦后水溶性蛋白含量明显增加，在5%显著水平下，小麦芽水溶性蛋白含量除在蛋白质溶解度为31.4% 和 33.1%;37.6% 和 39.5%;45.5% 和54.2%时都无显著性差异外，其余麦芽间均存在显著性差异。原麦盐溶性蛋白质所占质量分数为1.44%，小麦芽盐溶蛋白所占质量分数在1.86%到2.75%之间，小麦制麦后盐溶性蛋白含量增加。在5%显著水平下，小麦芽盐溶性蛋白含量除在蛋白质溶解度为31.4%和33.1%;37.6%和37.0%时都无显著性差异外，其余麦芽间均存在显著性差异。

原麦醇溶性蛋白质所占质量分数为5.24%，小麦芽醇溶蛋白所占质量分数在1.24%到3.28%之间，小麦制麦后醇溶性蛋白含量明显减少。在5%显著水平下，小麦芽醇溶性蛋白含量除在蛋白质溶解度为31.4%和 33.1%;37.6%和 39.5%时都无显著性差异外，其余麦芽间均存在显著性差异。

原麦碱溶性蛋白质所占质量分数为4.63%，小麦芽碱溶蛋白质所占质量分数在2.08%到3.60%之间，小麦制麦后碱溶性蛋白含量减少。在5%显著水平下，小麦芽碱溶性蛋白含量除在蛋白质溶解度为31.4%和 33.1%;37.6%、39.5% 和 40.7%;45.5%和54.2%时都无显著性差异外，其余麦芽间均存在显著性差异。

小麦芽制麦过程中，醇溶性蛋白和碱溶性蛋白质降解转化为可溶性氮组分，其中醇溶性蛋白质降解是主要的。小麦芽水溶性氮组分和盐溶性氮组分是增加的，其中水溶性氮组分增加是主要的。

表1 不同蛋白质溶解度(库值)的小麦芽理化指标

表2 不同蛋白质溶解度(库值)的小麦芽各蛋白质组分含量/%

2.3 蛋白质溶解度及蛋白质组分间的相关性分析

对8种小麦芽蛋白质溶解度及4种蛋白质组分间的相关性进行了分析发现:随着小麦芽蛋白质溶解度的增加，小麦芽水溶性蛋白质含量成线性增加，相关系数达到0.919＊＊，醇溶性蛋白质和碱溶性蛋白质呈现直线下降，相关系数分别为 －0.964＊＊和－0.860*。结合表2，小麦芽制麦过程中醇溶性蛋白质的分解程度要大于碱溶性蛋白质的降解程度，而且醇溶和碱溶蛋白质的降解具有一定的“协同作用”，因为二者在小麦芽中含量具有极显著正相关性，相关系数为0.916＊＊。小麦芽醇溶和碱溶蛋白含量与小麦芽水溶性蛋白含量存在极显著负相关性，相关系数分别为 －0.970＊＊和 －0.943＊＊，而醇溶和碱溶蛋白质含量与盐溶性蛋白质含量无相关性，从表2可以看出，不同蛋白质溶解度下，盐溶性蛋白质增长较小。说明小麦在制麦过程中，醇溶蛋白、碱溶蛋白质降解，转化为水溶性氮组分的过程是主要的。

表3 不同蛋白质溶解度(库值)的小麦芽各蛋白质组分间的相关性分析

2.4 蛋白质溶解度及组分含量与内肽酶间的相关性分析

对小麦芽内肽酶活力进行了测定，并对其与蛋白质溶解度及4种蛋白质组分间的相关性进行了分析(表4)，由表4可以看出，小麦芽内肽酶活力与水溶性蛋白质含量呈现显著正相关，与小麦芽醇溶性蛋白质含量呈现显著负相关，相关系数为分别为0.732*，－0.734*。

表4 不同蛋白质溶解度(库值)及组分含量与内肽酶活的相关性分析

对小麦芽内肽酶活力及其活力增长率与小麦芽指标间的相关性进行了分析，结果列于表5。由表5可以看出小麦芽内肽酶活力与小麦芽水分，浸出物存在显著正相关，相关系数分别为0.792*和0.727*，所以小麦芽含水量越高，相应的小麦芽内肽酶活力将越高，小麦芽内肽酶活力的提高将有助于小麦芽浸出物的增加，这在理论上分析是正确的。小麦芽内肽酶活力与糖化时间存在显著负相关，相关系数为－0.748*。

小麦芽内肽酶活力的增长率，与小麦芽水分、浸出物和色度均存在显著正相关性，相关系数分别为0.793*、0.729*和0.708*。与小麦芽糖化化时间存在显著负相关，相关系数为－0.748*。

表5 小麦芽内肽酶及其增长率与麦芽指标的相关性分析

2.5 蛋白质溶解度及其组分含量对小麦芽品质的影响

对小麦芽蛋白质溶解度及其4种蛋白质组分含量与小麦芽品质相关性分析列于表6。表6显示小麦芽库值与小麦芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在极显著正相关性，相关系数分别为0.885＊＊、0.971＊＊、0.880＊＊、0.915＊＊、0.964＊＊。库值与浊度存在显著正相关，相关系数0.714*。库值与有效酸度存在极显著负相关，相关系数为－0.921＊＊。

表6 不同小麦芽蛋白质溶解度及其组分含量与小麦芽品质相关性分析

小麦芽水溶性蛋白质含量与小麦芽水分、色度、浸出物、酸度均存在极显著正相关性，相关系数分别为 0.945＊＊、0.937＊＊、0.899＊＊、0.844＊＊;小麦芽水溶性蛋白质含量与小麦芽FAN存在显著正相关相关系数0.806*;小麦芽水溶性蛋白之含量与糖化时间存在显著负相关，相关系数－0.817*，与有效酸度存在极显著负相关，相关系数 －0.861＊＊。

盐溶性蛋白含量与小麦芽糖化力及黏度存在显著正相关性，相关系数分别为 0.741＊＊和 0.816＊＊。

小麦芽醇溶性蛋白与小麦芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在小极显著负相关性，相关系数分别为 －0.939＊＊、－0.980＊＊、－ 0.884＊＊、－0.845＊＊、－0.929＊＊。醇溶性蛋白质与糖化时间呈显著正相关，相关系数为0.750*，与有效酸度成极显著正相关性，相关系数为0.881*;与浊度存在显著负相关，相关系数为 －0.754*。

小麦芽碱溶性蛋白质与小麦芽水分、色度存在极显著负相关，相关系数为 －0.938＊＊和 －0.870＊＊;与浸出物、酸度存在显著负相关，相关系数为－0.823*和 －0.750*;与糖化时间和有效酸度存在显著正相关相关系数为0.807*和0.765*。

以上分析发现，小麦芽蛋白质溶解度及4种组分含量与小麦芽常规指标之间存在较显著的相关性性，所以通过控制蛋白质溶解度来调控小麦芽常规指标是必要的，提高蛋白质溶解度，小麦芽浸出物、浊度、FAN、酸度、色度等指标都会提高。比较表1中8种小麦芽指标，蛋白质溶解度为39.5%时小麦芽指标较好。此时，浸出物为 82.0%，FAN 166 mg/100 mg，糖化力为 496 WK，黏度为 1.61 cP，糖化时间为6 min。

3 结论

通过控制不同的浸麦度和发芽时间，制备了蛋白质溶解度分别为，31.4%、33.1%、37.0%、37.6%、39.5%、40.9%、45.5% 和 54.2% 的 8 种小麦芽，在不同蛋白质溶解度条件下麦芽指标相差较大，浸出物在 79.3% ～84.5% 之间，FAN 在 120～211 mg/100 g之间，糖化力在384～477 WK之间。

与原麦相比，小麦制麦后水溶、盐溶性蛋白质含量增加，醇溶、碱溶性蛋白含量减少。随着小麦芽蛋白质溶解度的增加，小麦芽水溶性蛋白质含量成线性增加，相关系数达到0.919，小麦芽醇溶性蛋白质和碱溶性蛋白质呈现直线下降，相关系数分别为－0.964和 －0.860，且小麦芽制麦过程中醇溶性蛋白质的分解程度要大于碱溶性蛋白质的降解程度。醇溶和碱溶蛋白质的降解具有一定的“协同作用”，因为二者在小麦芽中含量具有极显著正相关性，相关系数为 0.916。

小麦芽内肽酶活力与小麦芽水溶性蛋白质含量、水分和浸出物呈现显著正相关，相关系数分别为0.732、0.792 和 0.727，与醇溶性蛋白质含量呈现显著负相关，相关系数达到－0.734。

小麦芽蛋白质溶解度与小麦芽水分、色度、浸出物、FAN、酸度均存在极显著正相关性，相关系数分别为 0.885、0.971、0.880、0.915、0.964;与浊度存在显著正相关性，相关系数为0.714;与有效酸度存在极显著负相关，相关系数为－0.921。所以通过控制蛋白质溶解度来调控小麦芽常规指标是必要的，提高蛋白质溶解度小麦芽浸出物、浊度、FAN、酸度、色度等指标都会提高。比较表1中8种小麦芽指标，蛋白质溶解度为39.5%时小麦芽指标较好此时，浸出物为 82.0%，FAN 166 mg/100 mg，糖化力为 496 WK，黏度为1.61 cP，糖化时间为6 min。

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