制麦工艺对特种麦芽品质的影响

赵川艳，尹永祺，杨正飞，王友根，沙永山，方维明

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

麦芽是啤酒生产的主要原料。近年来，为满足啤酒多元化消费要求，通常在啤酒酿造过程中加入特种麦芽以赋予啤酒特殊的性质和独特的风味[1]。特种麦芽是指采用不同于普通麦芽加工工艺，为达到某种特殊的目的或改变传统的原料组成而制得的麦芽，其中着色与增香型特种麦芽是业内关注的重点[2]。

制麦过程中高温焙烤工艺阶段是特种麦芽区别于普通麦芽的关键环节。Coghe等[3]研究了不同焙烤条件下焦香麦芽特性变化，明确麦芽色度形成取决于焙烤时间和温度。同时，焙焦过程中的非酶褐变对于麦芽的色泽和还原性等品质特征具有重要作用[4]。此外，焙焦阶段美拉德以应[5]和焦糖化[6]等作用也决定了特种麦芽的风味[4,7-8]。研究发现呋喃类化合物尤其是其糠醛的含量决定了麦芽焦香风味的强弱[9-10]。糠醛作为美拉德以应的主要产物和啤酒老化过程中重要的老化物质，其含量是判断特种麦芽品质的一个重要标准[11]。同时吡嗪化合物由于其不被酵母所利用，发酵后都转移至啤酒中从而对啤酒的风味具有较大影响[12]。

本研究以特种麦芽中色度[13-14]、还原力、α-氨基氮和β-葡聚糖含量以及2 种特征风味物质含量[11,15]为指标，分析制麦过程中焙焦温度和焙焦时间以及麦芽原料对制得的特种麦芽品质的影响，以期为特种麦芽的产业化生产提供一定理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大麦（水分11.7%、千粒质量43.5 g、发芽率95%、蛋白质11.4%、无水浸出率81%）、普通麦芽 永顺泰（宝应）麦芽有限公司；甘氨酸（分析纯） 湖北鑫润德化工有限公司；茚三酮（分析纯） 上海展云化工有限公司；刚果红（分析纯） 美国Sigma公司；硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；2,5-二甲基吡嗪、糠醛（均为色谱纯） 阿拉丁生化试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

BGT-8A糖化仪 杭州博日科技有限公司；T1-L1O1B烤箱 美的集团有限公司；UV752N紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；MA-110-3H水分含量测定仪 苏州坤宏科技有限公司；pHS-25 pH计上海雷磁仪器有限公司；7890A-7697A顶空气相色谱仪美国安捷伦公司。

1.3 方法

1.3.1 特种麦芽的制备

焙焦温度对特种麦芽品质的影响：取大麦洗净，采用浸四断六的浸麦方式，浸麦48 h后，用纱布平铺包裹大麦，保持湿润，避免光照，在12 ℃发芽3 d后进行干燥，制得大麦芽。将大麦芽放入烤箱，于60 ℃使其凋萎，分别在80、100、120、140、160 ℃加热20 min，每段加热结束后取样，将样品置于4 ℃贮存，用于分析测定[14]。

焙焦时间对特种麦芽品质的影响：取经过浸麦、发芽、干燥后的大麦芽（操作同上），放入烤箱于60 ℃使其凋萎，而后升温至80 ℃，分别加热5、10、15、20、25、30 min并取样；其后继续加热分别升温至100、12、140、160 ℃，同时分别在加热5、10、15、20、25、30 min后取样，样品于4 ℃贮存待测。

大麦原料对特种麦芽品质的影响：大麦浸麦方式同上，浸麦2 d后进行发芽，发芽温度为12 ℃，每6 h进行补水翻麦，发芽持续3 d。分别称取清洗后的大麦，浸泡1 d和2 d的大麦，发芽1、2、3 d的绿麦芽。将所得样品放入烤箱使其凋萎，温度设为60 ℃，脱水至水分质量低于7%，温度上升至80、100、120、140、160 ℃时分别加热20 min，在每段加热结束后取样，样品于4 ℃存储待测。

1.3.2 麦汁的制备

参照Frederiksen等[16]的方法制得麦汁，用以测定特种麦芽的色度、TBA值、还原力、α-氨基氮含量、β-葡聚糖含量、风味物质含量。

1.3.3 指标测定

水分含量：使用快速水分含量测定仪测定[17]；色度：按照欧洲啤酒协会[18]的检测方法，采用分光光度法测定；TBA值：参照Li Hong等[19]方法进行测定；还原力：参照Zhao Haifeng等[20]方法进行测定；α-氨基氮含量：参考QB/T 1686—2008《啤酒麦芽》方法[21]，稍作修改，吸取样品麦汁1 mL，用水稀释至100 mL，其余步骤均按照国标方法操作；β-葡聚糖含量：参考QB/T 1686—2008方法[21]进行测定。

风味物质含量：参照董亮[22]、任光辉[23]等的方法并作修改。准确称量样品25.000 g分5 次置于索氏提取器中，用100 mL乙醇60 ℃水浴回流共10 h（每次为2 h）。提取液加入过量的无水Na2SO4在冰箱中放置6 h去除多余的水分，通过旋转蒸发去除多余的乙醇，最后溶液定容到10 mL，提取液经0.22 μm有机微孔滤膜过滤，放入0～4 ℃冰箱保藏，进行气相色谱分析。

1.3.4 气相色谱分析

色谱条件：JQW122-7032石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为氮气，流速1 mL/min；进样口温度250 ℃；进样量1 μm；样品不分流进样；检测器为火焰离子化检测仪，检测器温度300 ℃。

程序升温：起始温度50 ℃，以2 ℃/min升温至90 ℃，再以10 ℃/min升温至180 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min升温至200 ℃，再以5 ℃/min升温至230 ℃，保持2 min。取1 μg提取液注入气相色谱仪中，采用外标法进行定量测定。

1.4 数据统计与分析

实验进行3 次平行，测定结果采用Microsoft Excel和Origin 8.5统计处理和作图，SPSS 22.0统计分析软件进行方差分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 焙焦温度对特种麦芽品质的影响

2.1.1 焙焦温度对特种麦芽水分含量、色度、还原力、TBA值的影响

图1 不同焙焦温度下特种麦芽水分含量（A）、色度（B）、还原力（C）和TBA值（D）变化Fig. 1 Changes in moisture content (A), chromaticity (B), reducing power (C) and TBA value (D) of specialty malt with roasting temperature

由图1可知，不同焙焦温度下麦芽的水分含量、色度、还原力和TBA值具有显著性差异（P＜0.05）。图1A显示，随着温度的升高，特种麦芽的水分含量在显著减少，80 ℃时麦芽样品水分质量分数为4.98%，在温度达到160 ℃时，制得的麦芽的水分质量分数已低于1%。图1B表明，特种麦芽样品的色度随着温度的升高显著增加，80 ℃时色度为5.667 EBC，而160 ℃时色度达182.133 EBC。图1C表明：随着温度的升高，特种麦芽样品的还原力显著增加（P＜0.05），在80 ℃条件下，样品的还原力为0.942，在160 ℃，样品的还原力为1.207。图1D表明：随着温度的升高，特种麦芽样品的TBA值显著增高（P＜0.05），在80 ℃和160 ℃条件下，样品的TBA值分别为0.173和2.167。

2.1.2 焙焦温度对特种麦芽α-氨基氮、β-葡聚糖含量的影响

图2 不同焙焦温度下特种麦芽中α-氨基氮（A）、β-葡聚糖（B）含量的变化Fig. 2 Changes in α-AN (A) and β-glucan contents (B) in specialty malt with roasting temperature

图2A表明，不同焙焦温度下特种麦芽样品的α-氨基氮含量具有显著性差异（P＜0.05）。随着温度的升高，麦芽α-氨基氮含量显著降低，焙焦温度80 ℃时，其α-氨基氮质量浓度为228.157 mg/L，而160 ℃时α-氨基质量浓度仅为118.427 mg/L。在80～100 ℃及120～140 ℃范围，含量变化较大，其他温度下变化较小。图2B表明，随着温度的升高，特种麦芽样品的β-葡聚糖含量显著升高，在80 ℃和160 ℃条下，样品的β-葡聚糖质量浓度分别为300.523 mg/L和522.745 mg/L。在100～140 ℃范围，样品的β-葡聚糖含量变化不显著（P＞0.05），在140～160 ℃范围制得的特种麦芽β-葡聚糖含量变化显著。

2.1.3 焙焦温度对特种麦芽风味物质含量的影响

图3 特种麦芽在不同焙焦温度下2,5-二甲基吡嗪（A）和糠醛（B）含量变化Fig. 3 Changes in 2,5-dimethylpyrazine (A) and furfural (B) content in specialty malt with roasting temperature

图3 表明，不同焙焦温度下特种麦芽中2,5-二甲基吡嗪和糠醛的含量存在显著性差异。图3A显示，2,5-二甲基吡嗪含量在6～11 μg/g之间。随着温度的升高，2,5-二甲基吡嗪含量先减少后增加。2,5-二甲基吡嗪含量在100～140 ℃之间无显著性差异（P＞0.05）。在160 ℃条件下2,5-二甲基吡嗪含量显著高于其他温度下含量（P＜0.05）。2,5-二甲基吡嗪含量主要在140～160 ℃形成。图3B显示，糠醛含量在40～1 200 μg/g之间。随着温度的升高，糠醛含量显著增加。糠醛含量在80～120 ℃之间无显著性差异（P＞0.05）。160 ℃条件下糠醛含量显著高于其他温度糠醛含量（P＜0.05），糠醛主要在120～140 ℃条件下生成。

2.2 焙焦时间对特种麦芽品质的影响

2.2.1 焙焦时间对特种麦芽水分含量、色度、还原力和TBA值的影响

图4 特种麦芽在不同焙焦时间下水分含量（A）、色度（B）、还原力（C）和TBA值（D）的变化Fig. 4 Changes in moisture content (A), chromaticity (B), reducing power (C) and TBA value (D) in special malt with roasting time

图4 A表明，样品的水分含量在不同温度下随着焙焦时间延长而减少。不同温度制得麦芽的水分质量分别如下：80 ℃、6.81%～7.96%，100 ℃、5.36%～6.78%，120 ℃、5.34%～6.31%，140 ℃、5.44%～5.68%，160 ℃、5.21%～5.49%，焙焦时间在5～10 min时样品的水分流失最快，随着焙焦温度的升高，麦芽水分含量也随之减小。图4B表明，样品的色度在不同温度下随着焙焦时间延长而升高。80 ℃不同焙焦时间制得麦芽的色度变化较小，在100、120、140、160 ℃条件下，随着焙焦时间的延长，色度较均匀升高。图4C表明，样品的还原力在不同温度下随着焙焦时间延长略有增加。在80、100 ℃条件下，不同时间制得麦芽的还原力变化较大，在120、140、160 ℃条件下，随着焙焦时间的延长，还原力变化较小。图4D表明，样品的TBA值在不同温度下随着焙焦时间延长而升高。在80、100、120 ℃条件下，时间延长，TBA值变化较小，140 ℃条件下，20～25 min中TBA值增长最快。

2.2.2 焙焦时间对特种麦芽α-氨基氮、β-葡聚糖含量的影响

图5 特种麦芽在不同焙焦时间下α-氨基氮（A）、β-葡聚糖（B）含量的变化Fig. 5 Changes in α-AN (A) and β-glucan (B) contents in specialty malt with roasting time

图5 A显示，样品的α-氨基氮含量在不同温度下随着焙焦时间延长略有变化。在80、140、160 ℃条件下，不同时间制得麦芽的α-氨基氮含量变化不显著（P＞0.05），在100 ℃和120 ℃条件下，随着焙焦时间的延长，α-氨基氮含量在均匀降低。图5B显示，样品的β-葡聚糖含量在不同温度下随着焙焦时间延长而升高。在第20分钟时，80、120、140 ℃的麦芽β-葡聚糖含量有所下降。

2.2.3 焙焦时间对特种麦芽风味物质含量的影响

图6A显示，在80 ℃随着焙焦时间的延长，2,5-二甲基吡嗪含量无明显变化，含量主要分布在3～4 μg/g之间。在100 ℃条件下随着焙焦时间的延长，2,5-二甲基吡嗪含量显著增加（P＜0.05），最多达到13.027 μg/g，在15～25 min内2,5-二甲基吡嗪含量增加最快。在120 ℃条件下随着焙焦时间的延长，2,5-二甲基吡嗪含量先减少后增加，含量最高达到11.231 μg/g，在15～25 min内2,5-二甲基吡嗪含量增加最快。在140 ℃和160 ℃条件下随着焙焦时间的延长，2,5-二甲基吡嗪含量无明显变化，含量主要分布在0～2 μg/g之间。图6B显示，在80、100 ℃和120 ℃条件下随着焙焦时间延长，糠醛含量无明显变化。在140 ℃条件下，糠醛含量随着焙焦时间的延长显著增加，在30 min时达到最高，含量为612.321 μg/g，在25～30 min内糠醛含量增加最快。在160 ℃下，糠醛含量随着焙焦时间的延长而显著增加（P＜0.05），在第30分钟时达到最高，含量为1 727.813 μg/g，在20～30 min内糠醛含量增加最快。

图6 特种麦芽在不同焙焦时间下2,5-二甲基吡嗪（A）和糠醛（B）含量的变化Fig. 6 Changes in 2,5-dimethylpyrazine (A) and furfural (B) content of specialty malt with raosting time

2.3 大麦原料对特种麦芽品质的影响

2.3.1 大麦原料对特种麦芽水分含量、色度、还原力和TBA值的影响

图7A表明，采用浸麦1 d和浸麦2 d的麦芽制得的特种麦芽在焙焦过程中水分含量下降速度要快于其他原料，采用发芽1 d的绿麦芽制得的特种麦芽在焙焦过程中水分含量下降速度最慢，80～160 ℃，水分质量分数从7.25%下降到5.92%。图7B表明，不同原料在80～100 ℃条件下色度基本相同，采用原麦芽、浸麦1 d、浸麦2 d、发芽1 d的麦芽制得的特种麦芽随着温度升高，色度上升速率基本一致，采用发芽3 d的麦芽制得的特种麦芽色度增加最快，变化最显著（P＜0.05）。图7C表明，采用发芽3 d的麦芽制得的特种麦芽还原力最高，可达1.303。采用原麦芽、浸麦1 d、浸麦2 d的麦芽制得的特种麦芽还原力上升速率基本一致，发芽2 d的麦芽上升速率最快。图7D表明，采用不同原料的麦芽制得的特种麦芽其TBA值基本相同，随着温度的升高，TBA值上升速率也基本一致，说明原料对特种麦芽TBA值影响较小。

图7 特种麦芽在不同原料下水分含量（A）、色度（B）、还原力（C）和TBA值（D）的变化Fig. 7 Changes in moisture content (A), chromaticity (B), reducing power (C) and TBA value (D) of specialty malt with soaking and germination conditions

2.3.2 大麦原料对特种麦芽α-氨基氮、β-葡聚糖含量的影响

图8A表明，采用发芽3 d的麦芽制得的特种麦芽α-氨基氮质量浓度下降最快，由228.157 mg/L降到118.427 mg/L；采用原麦芽、浸麦1 d的麦芽制得的特种麦芽α-氨基氮含量无显著变化（P＞0.05）。图8B表明，采用原麦芽制得的特种麦芽β-葡聚糖含量最高，随着浸麦、发芽时间的延长，β-葡聚糖含量逐渐降低，同一原料麦芽焙焦温度的不同对其β-葡聚糖含量影响较小。

图8 特种麦芽在不同原料下α-氨基氮（A）、β-葡聚糖（B）含量的变化Fig. 8 Changes in α-AN (A) and β-glucan (B) contents in specialty malt with soaking and germination conditions

2.3.3 大麦原料对特种麦芽风味物质含量的影响

图9 特种麦芽在不同原料下2,5-二甲基吡嗪（A）和糠醛（B）含量的变化Fig. 9 Changes in 2,5-dimethylpyrazine (A) and furfural (B) content in specialty malt with soaking and germination conditions

图9 A表明，采用发芽1 d的绿麦芽制得的特种麦芽，在焙焦过程中140 ℃和160 ℃条件下2,5-二甲基吡嗪含量最高。采用原料大麦制得的特种麦芽在焙焦过程中2,5-二甲基吡嗪含量在80～120 ℃条件下变化较小，在120～140 ℃条件下增长速度最快。采用发芽2 d的绿麦芽制得的特种麦芽，在焙焦过程中2,5-二甲基吡嗪含量无显著变化（P＞0.05）。浸泡2 d的麦芽制得的特种麦芽在焙焦过程中2,5-二甲基吡嗪的含量上升也比较缓慢。图9B表明，浸泡2 d的大麦在制取特种麦芽过程中，糠醛含量变化最快，在140～160 ℃条件下糠醛含量变化显著（P＜0.05）。原料大麦和发芽2 d的大麦在制作特种麦芽过程中，糠醛含量变化较快，在160 ℃条件下糠醛含量较高。

3 讨 论

特种麦芽的水分含量随着焙焦温度升高和时间的延长显著减少，在80～100 ℃条件下水分含量流失较快；这说明在焙焦过程中水分在80～100 ℃流失，流失的水分主要是麦芽的自由水部分。随着麦芽焙焦温度的升高，水分主要存在形式为结合水而变得不易流失，这与韩鹏等[24]的结果一致。而麦芽风味的形成需要一定的水分含量，高水分含量利于特种麦芽风味的形成。不同原料制取特种麦芽的过程中，采用浸麦1 d、浸麦2 d的大麦制得的特种麦芽水分含量下降速度要快于其他原料，发芽1 d绿麦芽制得的特种麦芽水分含量下降的速度最慢；随着温度的升高，色度呈上升趋势，在60～80℃条件下，此阶段主要是麦芽的排潮脱水阶段，麦芽的水分含量较高，导致色度上升较慢，而在低水分含量条件下，随着温度的升高麦芽色度上升明显加快，此外，发芽3 d的麦芽制得的特种麦芽色度增长最快。

糖化麦汁作为啤酒发酵的原材料，麦汁TBA值将直接影响到啤酒的TBA值。啤酒的老化味主要来源于烯醛类羰基化合物，而烯醛类化合物可以用TBA值[25]表示，TBA值与啤酒的老化严重程度呈正比[26]。随着温度的升高，特种麦芽样品的TBA值显著升高，说明焙焦温度越高，啤酒越容易出现老化现象[27]。TBA值在不同温度下随着焙焦时间延长而升高，尤其在高温（140 ℃和160 ℃）下，TBA值较大且增长较快。不同原料的麦芽其TBA值基本相同，随着温度的升高，TBA值上升速率也基本一致，说明原料对麦芽TBA值影响较小。随着温度的升高，特种麦芽样品的还原力显著增加，在不同温度下随着焙焦时间延长略有增加，发芽3 d的麦芽制得的特种麦芽还原力最高。还原力通常与抗氧化活性相关，并且可以作为抗氧化活性的显著以映[20]。

α-氨基氮和β-葡聚糖含量是麦芽品质的重要指标，影响着麦芽的加工工艺及产品的营养价值，酵母菌进行新陈代谢所需的氮主要从α-氨基氮中汲取，若α-氨基氮含量过低则影响糖化的进程[28]，麦汁中β-葡聚糖含量过高会使啤酒的黏度增强，影响啤酒口感[29]。随着温度的升高，α-氨基氮含量总体降低，β-葡聚糖含量整体呈上升趋势，并且在不同温度下随着焙焦时间延长而升高，这与韩秀峰[30]的研究结果一致。随着温度的升高，2,5-二甲基吡嗪含量先减少后增加，糠醛含量在80～120 ℃条件下无明显变化，在120 ℃时开始显著增加；在高温（160 ℃）条件下，2,5-二甲基吡嗪、糠醛随时间的延长含量增加，而在低温（80 ℃）条件下，2,5-二甲基吡嗪、糠醛随时间的延长含量无明显变化，说明2,5-二甲基吡嗪和糠醛均主要在120～160 ℃条件下生成。本研究结论也将为特种麦芽的定义、研究以及生产提供理论性参考。