啤酒麦芽发芽工艺专利技术发展状况

2022-11-26杨逸,陆晨

现代食品 2022年18期

啤酒历史悠久，是人类发展史中的一种重要饮品。早在公元前3 000年，美索不达米亚的苏美尔就有关于啤酒的相关记载，而真正的起源还要更为久远[1]。而我国同样在3 000多年前出现了使用麦芽酿造的被称为醴的酒，但因其味苦淡，不符合我国居民口味而逐渐被其他酒类取代[2]。几千年过去了，啤酒依然受到人们的喜爱，也发展出了众多的品类。麦芽作为啤酒的主要原料，其品质会极大影响最终获得啤酒的质量、风味，同时也决定了酿造工艺的制定和生产成本。专利技术可以展现产业中的技术运用情况和技术发展方向。麦芽发芽基本技术已十分成熟，其机理也已被掌握，早年的专利技术虽然多，但已成为常规技术或被更新替换，本文通过考察近几十年相关专利技术，可以更好聚焦于当前的发展方向。

1 啤酒行业基本现状及麦芽发芽工艺基本原理

随着近年来我国经济的持续发展，我国啤酒行业也在不断发展，且保持了较高的发展速度。2018年我国啤酒制造企业数已达562家，全国啤酒产量为3 212 200万升，2019年我国啤酒行业净利润增幅更是超越了白酒[3]。随着近年的消费升级，精酿啤酒受到消费者的喜爱，而麦芽对啤酒的风格具有重要的作用[4]。除通常以大麦为原料制备的普通大麦麦芽外，还可通过调整干燥、烘干工艺，调整原料，调整发芽时间制备一些特种麦芽，这些麦芽可以带来不同品质特性，并可通过复配获得口味、色度、香味、丰满型以及泡沫等特性不一的啤酒。

麦芽生产的基本工艺流程为原大麦→粗选→贮存→精选→分级→浸麦→发芽→干燥→除根→贮存→抛光→商（成）品麦芽[5]。制麦工艺的核心步骤就是发芽。大麦种子发芽的过程中会激活种子中的酶系，这些酶包括多种水解酶类，可以将长链淀粉转化为短链淀粉，将淀粉转化成糖，分解蛋白质和高黏度的β-葡聚糖，从而获得可供发酵产生酒精的底物、部分风味物质以及与黏稠度、泡沫性能相关的成分。大麦发芽时的温度和湿度十分重要，温度过高容易滋生霉菌，温度过低则会使大麦停止发芽。此外，种子发芽过程中会释热量，因此需要对发芽过程中的温度和湿度进行人工控制。

2 近年全球相关专利申请情况

通过梳理啤酒麦芽发芽工艺专利申请的数量，发现自20世纪90年代以来，啤酒麦芽发芽工艺专利申请进入了第2次上升阶段，然而每年的申请量并不稳定，波动较大。食品行业的相关技术发展，尤其是与消费端联系更为紧密的部分，通常是一种长期缓慢演变的过程，较少出现集中爆发式的技术革新和专利申请。一般来说，伴随着其他学科新技术的出现与普及，将这些新技术引入到食品行业时会带来食品领域技术的一轮新发展。同时，消费者喜好与需求的变化也是促进食品领域专利技术发展的一大因素。

与过去相比，近年来食品行业相关专利申请国出现了一定程度的变化，自1990年以来我国的相关专利申请数量已跃居世界第一。改革开放后，我国经济增长动力强劲，形成了巨大的消费市场，同时国内相关领域的技术发展和专利申请也存在一定的空白，这就促使国内外企业在抢占市场的同时借助专利技术进行排他性竞争。欧美一些发达国家则已经形成了较为完善的啤酒产业以及较为稳定的市场，在专利申请量上呈现出一种较为平稳的态势，且保持在较高位。传统啤酒生产大国日本也同样保持在一定的申请量水平。

主要的专利技术申请主体为企业类创新主体，其中申请量最大的为嘉士伯系企业，其同时以嘉士伯啤酒和其2008年全资收购的法国驰名品牌Brasseries Kronenbourg的名义拥有大量专利。日本啤酒企业札幌啤酒和三得利则分列第二和四位。除专门的啤酒企业外，涉足啤酒行业的食品、化工大型跨国集团也在啤酒麦芽发芽领域具有较多的申请量，如嘉吉、帝斯曼、巴斯夫以及陶氏。金山啤酒原料是2010年成立的专业生产销售麦芽、啤酒花等啤酒原料的公司，啤酒麦芽的相关生产技术是其核心智力资产。青岛啤酒也申请了少量的啤酒麦芽发芽工艺的相关专利，此外还有部分高校也关注于相关领域的研究。

3 麦芽发芽工艺专利技术方向及目的

（1）技术方向。笔者统计了1990—2022年30多年的啤酒麦芽发芽工艺专利技术申请情况，梳理发现技术改进主要集中在以下几个方面。较多的技术改进是在传统发芽工艺的基础上进行的，发明人通过引入一些特殊的步骤如超声波处理、可变磁场处理、菌种预发酵、含水阳极电解液产物处理、假发芽以及一步加工不干燥等方式提高生产效率和增强麦芽品质。在传统工艺步骤的基础上，通过探索特定小范围的参数组合对各步骤的具体工艺参数进行优化。此外，采用发芽促进剂也是较为主要的发展方向。通过抑制生根来提高麦芽品质，提供工业化设备以实现更高效的工业化生产也具有一定的关注度。

（2）技术目的。大部分的技术改进旨在提高麦芽的品质，以获得品质较好的啤酒，保障麦芽糖品质是在日益激烈的市场竞争中满足消费者随时变化的喜好需求的重要一环。麦芽的品质主要涉及安全性、风味、起泡性、浊度和口感等方面，由于麦芽发芽是一个较为复杂的生化过程，通常改进后的工艺所带来的是多个方面品质的同时或者整体的增强。效率同样是技术改进的目的，通过提高对原料大麦的利用率、缩短发芽的周期、降低生产过程中的直接能耗等，都能降低生产企业的整体生产成本，从而提高企业在市场上的竞争力。

产品的品质以及生产的成本是企业在市场上竞争力以及是否能够存活的重要因素，从专利技术的改进和发展上也可以看出，各啤酒麦芽技术生产者也是集中关注在这些方面的。

4 近年来主要专利技术进展

啤酒麦芽的制备实质也是植物种子萌发的过程，因而促进麦芽发芽的方法，主要集中在将植物种子普适性促发芽技术应用在麦芽发芽技术领域。而啤酒麦芽最终目的是用于酿造啤酒，与农业上种子促发芽目的（育苗栽种）不同，因此在具体的促发芽手段上会存在一些差异。

（1）使用发芽促进剂来促进萌发。赤霉素是一种常见的发芽促进剂，陶氏化学在使用了赤霉素的同时，针对啤酒麦芽的促发芽过程确定了具体的温度和时间，以高效率获得高质量的啤酒麦芽[6]。杨晖和周文存[7]采用芸苔素内酯和6-苄氨基嘌呤部分替代了赤霉素，在保证促发芽效果的基础上降低赤霉素对色度的影响，这是一种较常见的发芽促进剂在啤酒麦芽发芽中的具体复配尝试。将金属离子与赤霉素搭配使用也可用于制备特殊的浅色麦芽，同时提高麦芽中极限糊精酶的活力[8]。

（2）使用酸类营养物质促进种子萌发。如JUROBSHCHESTOV等[9]尝试了以花生四烯酸、二十碳五烯酸、茉莉酸以及它们的低级烷基酯组成的发芽促进剂。糖类物质如还海藻寡糖[10]、甜菊糖苷[11]，其他的如氯化物[12]、大麦提取物[13]也是促进麦芽发芽的因子。

（3）使用特定酶或复合酶促进种子萌发。发芽的过程是通过利用种子中自身酶系对种子中的物质进行酶解，从而促进芽萌发生长，通过添加外源酶，尤其是含有多种酶的复合酶来促进种子中物质被酶解的过程一种常规的方法。研发人员研究了不同酶及不同酶组合对麦芽品质的影响，如有学者使用包含菠萝蛋白酶、胰蛋白酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖酶、戊聚糖酶及脂肪酶的复合酶制剂来提升绿麦芽品质，降低麦汁浊度[14]。江南大学则通过使用特定里氏木霉菌株在大麦表面生长分泌阿拉伯木聚糖降解酶系，促进江苏大麦麦芽中高分子量阿拉伯木聚糖的降解，进而提高协定麦汁的过滤速度[15]。

（4）抑制根的生长。种子发芽的过程不仅会长出绿芽，还会长出根，根对于栽培十分必要，但对于啤酒制作而言是不被期望的，这也是啤酒中的大麦发芽与作物种植中的种子发芽的不同之处。通过使用生根抑制剂来控制啤酒用麦芽根的生成也是一个研发方向。如有专利通过添加乳酸而实现了对根的抑制[16]，还有专利则通过将大麦预先在磷酸溶液中浸泡的方式实现了根抑制[17]。

（5）采用特殊工艺促进发芽。通过一些特殊的处理工艺同样也可以提高麦芽发芽效率和麦芽品质。有专利通过使用乳酸菌制剂来抑制原料大麦以及发芽过程中微生物的生长，从而保证发芽的效果[18]。在浸麦步骤中采用经过特殊处理的溶液也可以促进麦芽发芽，如以阳极电解液和阴极电解液先后进行处理[19]。

（6）使用替代原料。小麦或大麦替代品也是一个发展方向。青岛啤酒通过采用特定的多次浸水断水法、低温高频补水发芽、恒温焙焦工艺，实现了对藜麦麦芽长度的控制，确保其α-氨基氮[20]和蛋白[21]的含量，可作为制备啤酒的原料。

此外，还有许多企业针对性地研发了生产线设备以实现流水线式的工业化生产，这些设备的具体结构及特点与各企业自身的啤酒或制麦工艺相关，而这往往又具有不同的地域特色或是不同消费者的偏好。因此专利技术中的设备通常是一些具体获得某种特定效用的装置。还有许多专利针对制麦工艺中不同步骤或是某一细节进行改进尝试，均得到了较好的效果。