啤酒大麦的籽粒外观品质与麦芽品质指标的差异性分析

2023-06-20王菲菲谷洋洋于国琦程婧晔王顺猛郭宝健许如根

新疆农业科学 2023年5期

王菲菲,谷洋洋,于国琦,程婧晔,潘惠,王顺猛,朱娟,吕超,郭宝健,许如根

(江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学,江苏扬州 225009)

0 引言

【研究意义】大麦耐性强、早熟及用途广,在全国均有种植,主要分布在江苏、甘肃、云南、内蒙古等15个省(自治区)[1-2]。江苏是我国冬大麦的主要产区,其中,1997年、2000年、2005年、2008年、2012年、2015年其大麦产量均居全国首位。大麦也是酿造啤酒的主要原料,对主要酿造原料大麦的需求不断增加[3-4]。2005年开始,全国啤酒大麦种植规模有所减少[5]。筛选适合江苏种植的优质啤酒大麦品种,对优质啤酒大麦原料生产有重要意义。【前人研究进展】啤酒大麦是供酿造啤酒的专用大麦,啤酒大麦品质包括原麦品质和麦芽品质。原麦品质包括外观和理化品质,外观品质主要指籽粒色泽、气味、夹杂物、整齐度、皮壳特征、籽粒形态等。优级啤酒大麦应当是籽粒淡黄色,具有光泽、无病斑粒、无霉味和其他异味,夹杂物不大。原麦品质的理化品质主要包括水分、千粒重、三天发芽率、五天发芽率、蛋白质含量、饱满粒和瘦小粒等指标。啤酒麦芽指的是以二棱、多棱啤酒大麦籽粒经过浸麦、发芽、烘干、焙焦所制成的啤酒酿造用麦芽[6-7]。麦芽品质分为麦芽外观特征和麦芽理化性状,外观品质包括夹杂物、色泽和香味等指标。理化性状包括千粒重、硬度、浸出物、糖化时间、麦芽过滤速度与透明度、色度、粗细粉浸出率差、麦汁粘度、蛋白溶解度(又称库尔巴哈值)、α-氨基氮、α-淀粉酶活力与糖化力等[8]。常用的麦芽品质理化性状主要包括出炉水分、麦芽浸出物、库尔巴哈值、麦汁粘度、α-氨基氮与糖化力等[9]。目前关于影响麦芽品质的研究主要集中在两方面,一是制麦工艺对麦芽品质的影响。改变制麦过程中的浸麦方式,可以影响麦芽的脆度、β-葡聚糖、浸出物以及库尔巴哈值等指标[10];二是啤酒大麦的生长环境包括热量、水分和光照条件等地理环境对麦芽品质的影响。将同一品种大麦种植于不同生态点,二者的浸出率与β-葡聚糖含量出现较大差异[10]。海拔对啤酒大麦品质也会产生影响,随海拔升高麦芽浸出物和库尔巴哈值先升高后降低,可溶性氮先降低再升高趋势[11]。【本研究切入点】我国大麦种质资源丰富。分析垦啤、扬农啤、苏啤、浙皮、驻大麦、甘啤等国产啤酒大麦系列的麦芽品质性状发现,不同品种麦芽浸出率变幅在 69.98% ～86.72% ,α-氨基氮变幅为 112.6 ～254.5 mg/100 g,库尔巴哈值变幅为 33.14%～66.19%,糖化力变幅为 121.96 WK ～ 588.77WK[12],现有的种质资源中,存在着各类优质啤用资源。需鉴定筛选适合本地推广种植的优质的啤酒大麦品种,配套优质啤酒大麦原料生产技术,提升江苏啤酒大麦原料的质量。【拟解决的关键问题】以扬州大学大麦研究所培育8个啤酒大麦品种为材料,分析主要麦芽品质和籽粒品质性状,为江苏啤酒大麦生产提供的后备品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以扬州大学大麦研究所培育啤酒大麦品种(系)为材料,列出参试品种的选育年份、特征特性与试验产量表现。表1

表1 参试啤酒大麦品种概况

1.2 方法

1.2.1 试验设计

2017年秋将参试啤酒大麦品种种植于扬州大学农学院大麦试验地。每个材料点播3行,行长120 cm,行距20 cm,株距5 cm。田间管理参照大田生产。成熟时按株行混收、脱粒、晒干、扬净、贮藏备用。

1.2.2 测定指标

1.2.1.1 籽粒外观品质

从参试品种籽粒样品中随机选取10粒完整籽粒, 用种子轮廓仪依次测定每粒种子的长、宽、厚, 并测定样品的千粒重。

对照国家一级标准千粒重≥35 g,国家优级标准千粒重≥38g。

1.2.1.2 麦芽制备

将大麦籽粒过2.3 mm 筛,取2.3 mm筛上的籽粒150g置于微型制麦系统中制取麦芽,每个品种重复3次。具体程序:16℃ 湿浸6 h;16℃ 干浸12 h;16℃湿浸4 h;16℃干浸8 h;16℃浸麦2 h;发芽 96 h,每天将麦芽拍松散2次,发芽结束后烘焙。烘干后,手工搓掉麦芽的根,密封4℃低温储藏。将去根麦芽置于DLFU盘式粉碎机(Buhler公司,德国,设定盘间距0.2 mm)磨成粉,4℃低温储藏备用。

1.2.1.3 麦芽品质

麦芽库尔巴哈值指的是通过凯氏定氮仪测得麦芽的可溶性氮和总氮二者比值的百分数。糖化力是衡量淀粉水解酶类总活力的一个指标,不同品种间糖化力变化幅度较大,分析参试啤酒麦芽品质等级,根据行业标准,麦芽浸出物≥79%符合国家优级标准,≥77%符合国家一级标准,≥75%符合国家二级标准。糖化力是指麦芽中各种淀粉分解酶,主要为α-淀粉酶和β-淀粉酶的总活力。用瑞典FOSS公司的全自动凯式定氮仪Kjeltec 8200测定总氮含量。根据中华人民共和国轻工业行业标准-啤酒麦芽(QB/T 1686-2008)分析法,测定麦芽浸出物、库尔巴哈值、α-氨基氮与糖化力等麦芽品质性状。

1.3 数据处理

采用Excel对籽粒外观品质和麦芽品质性状数据进行整理和运算,用SPSS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同大麦品种的籽粒品质变化

研究表明,扬农啤5号粒长最短,扬农啤9号和扬农啤10号粒长最长,参试8个品种的粒长平均值为8.35 mm;扬农啤5号粒宽最小,扬农啤10号和扬农啤11号粒形最宽,扬农啤5号、扬农啤7号、扬农啤11号及扬农啤12号的籽粒长宽比较小,扬农啤9号籽粒长宽比最大, 相比其他籽性状粒宽的变异系数最小为2.69;扬农啤5号的千粒重最低,为42.55 g,扬农啤8号的千粒重最高,为51.22 g, 所有参试品种籽粒粒重均达国标优级。表2

表2 参试啤酒大麦品种的籽粒品质

2.2 不同大麦品种的麦芽品质差异及品质等级分类

研究表明,8个品种的可溶性氮含量相差较小,其中苏B1403品种的可溶性氮含量最高,达到108.14%与扬农啤5号、7号、8号和9号有显著性差异。扬农啤12号糖化力最低为157.52WK,苏B1403糖化力最高达到337.43WK。扬农啤12号的糖化力显著低于扬农啤5号、7号、8号和苏B1403。8个品种麦芽的库尔巴哈值系数变化不大,其中扬农啤5号库尔巴哈值最小为29.73%,扬农啤9号库尔巴哈值为37.16%,扬农啤12号库尔巴哈值最大为38.75%。扬农啤系列7个品种的α-氨基氮含量均少于苏B1403,其中扬农啤5号含量最低为146.09 mg/100g。相比较不同的扬农啤系列,扬农啤5号、7号、8号的α-氨基氮含量显著低于扬农啤10号和12号。不同品种间浸出物含量差异较大,其中扬农啤5号浸出物含量最低为71.84%,扬农啤9号含量最高为75.45%。图1

图1 8份啤酒大麦的主要麦芽品质性状

扬农啤9号的浸出物含量符合国家二级标准(≥75%)。α-氨基氮是酵母生长发育的主要氮源,对啤酒酵母自身的生长繁殖有着重大影响进而对啤酒的风味质量和理化性能有重要的作用。8个品种麦芽品质的α-氨基氮含量有5个品种符合国家优级标准(≥150 mg/100g),剩余3个品种符合国家一级标准(≥140 mg/100g), 其中包括扬农啤9号。库尔巴哈值反映麦芽中蛋白质的分解程度,40%～45%为国家优级和一级标准,38%～47%符合国家二级标准。扬农啤12号符合国家二级标准。扬农啤7号、8号以及苏B1403三个品种的糖化力符合国家优级标准(≥260WK),扬农啤5号符合国家一级标准(≥240WK),扬农啤9号符合国家二级标准(≥220WK)。表3

表3 参试啤酒大麦的麦芽品质等级

3 讨论

江苏8个品种除扬农啤7号的父本来自日本引进优质啤酒大麦品系甘木二条以及扬农啤11号父本来自引进品系连9015外,其余品种的亲本均来自江苏本土培育的大麦品种。扬农啤5号是扬州大学大麦研究所于2003年从如东6109×苏农22杂交组合中选育而成, 属于弱春性、早熟二棱皮大麦,于2006年8月通过江苏省大麦中间试验。扬农啤8号以扬农啤2号为母本、以自育啤酒大麦品系苏农16杂交,采用系谱法选育而成的优质高产啤酒大麦新品种。扬农啤9号以自育啤酒大麦品系苏农 2004-7214为母本、苏啤3号为父本配制杂交组合,采用系谱法选择,于 2008 年选择到综合性状较好的稳定的F4株系进入院品系比较试验。扬农啤10号以啤酒大麦品种苏引麦3号(花 30)为母本,以扬农啤5号为父本配制杂交组合。扬农啤11号以啤酒大麦品种扬农啤2号为母本,以引进品系连9015为父本配制杂交组合。培育成功的8个品种均在江苏省份有过大面积的推广,其中扬农啤5号2004～2005年参加江苏省大麦品种区域试验的平均产量为6 800.4 kg/hm2比对照品种单2大麦增产14.2%;2005～2006年江苏省生产试验中,扬农啤5号平均单产6 486.0 kg/hm2比对照单2大麦增产16.8%[13]。2011年扬农啤5号在江苏省累计生产种植53.5×104hm2,2015年仍有一定的种植面积[14]。扬农啤9号2010～2011年在江苏省大麦区试试验中平均单产7 187.0 kg/hm2比对照品种扬农啤5号增产12.5%,2011～2012年比对照品种扬农啤5号增产8.9%,2015年开始大面积生产种植[14-15]。

试验中,扬农啤5号的籽粒粒长、粒宽和千粒重均最小,籽粒的长宽比较小,其籽粒比较团,是理想的啤酒优质啤酒大麦的粒型,其千粒重达到42 g以上,且均匀度好、外观色泽好,产量水平高,曾作为江苏省大麦品种鉴定的对照品种。麦芽浸出物指标里只有扬农啤9号符合国家二级标准,其余品种的麦芽浸出物均小于75%。麦芽浸出物的大小主要受麦芽溶解程度以及酶的影响主要反映大麦籽粒发芽过程中干物质的损耗程度[8]。在浸麦过程中加入适量的亚硫酸和硫酸盐可以显著提高麦芽浸出率[16]。同时,大麦籽粒的千粒重、发芽率以及籽粒蛋白质含量也会对浸出物的大小产生影响。啤酒酿造过程中通常要求采用千粒重较大,蛋白质含量低,发芽率高的啤酒大麦为原料,配合精良的生产设备以及精确的生产工艺才能更好的提高麦芽的浸出率[17]。α-氨基氮来自于大麦发芽过程中蛋白质被降解为氨基酸或者低肽,是酵母代谢的主要氮来源,麦汁中α-氨基氮含量高,酵母繁殖的好,发酵速度也快[18]。啤酒酿造过程中通常会增加籽粒浸麦程度和降低发芽温度来促进籽粒蛋白的溶解,增加α-氨基氮含量[19]。一般工业生产要求麦汁α-氨基氮的含量应大于160 mg/100g,试验中扬农啤10、11、12以及苏B 1403的α-氨基氮的含量在170～200 mg/100g,符合工艺生产的要求。库尔巴哈值主要反映麦芽蛋白质的溶解程度。籽粒蛋白在发芽过程中分解的过高或者过低都会影响啤酒的酿造。如果库尔巴哈值高于45%,导致酵母过早衰老,啤酒酒体偏薄,酒味变淡;如果库尔巴哈值低于38%导致啤酒风味不纯正,产生未完全分解的蛋白质浑浊与沉淀,影响啤酒的外观品质以及口感[20]。麦芽糖化力是衡量麦芽将淀粉转化为可发酵糖的能力,糖化力越高淀粉分解的越完全,麦芽的浸出物越高,质量也越好[21]。8个品种中α-氨基氮含量普遍很高,其中5个品种符合国家优级标准,扬农啤9号的α-氨基氮含量符合国家一级标准。8个品种中只有扬农啤12号符合国家二级标准,扬农啤9号的库尔巴哈值与扬农啤12号无显著差异。