泡持性问题的探讨分析.doc

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1、1泡沫蛋白在啤酒酿造过程中的变化研究郑翔鹏 （福建省燕京惠泉啤酒股份有限公司技术中心，362100） 摘要：研究表明，泡沫蛋白是啤酒泡沫的关键成分。通过对啤酒酿造过程中泡沫蛋白变化情况的分析， 阐述了泡沫蛋白的变化规律，同时分析了泡沫蛋白和泡沫稳定性之间的关系，说明的泡沫蛋白对啤酒 泡沫质量的关键作用和实际生产过程中的指导意义。 关键词：泡沫蛋白；泡沫稳定性；啤酒；前言啤酒泡沫是一种很复杂的混合物，其主要是蛋白多酚、多糖、异葎草酮、金属络合物和二氧化碳 等形成的一个群体，在这个群体中激发泡沫物质的有蛋白质（分子量5000Dr） 、异构化 酸、金属 离子和胶体物质（为葡聚糖和阿拉伯木聚糖） ，起

2、抑制作用的为脂类、碱性氨基酸和高级醇物质等，而 泡沫之间的稳定性主要的基础在于异构化 酸与泡沫蛋白之间的相互作用。其中，泡沫的性质主要取 决于气泡的形成、泡沫层中酒液的回落、气泡之间的差异、泡沫形态的不均匀这四个关键过程的发展。 根据相应的理论基础，我们绘制一个泡沫形成的简单方程式：异 酸+多肽-蛋白质+网状结构 （泡沫形成） 二氧化碳 重力、Plateau border 吸引力、抑制 因素、扩散微粒机理等泡沫消失在整个泡沫形成的过程中最重要的机理是核晶作用，通过表面张力和二氧化碳的作用，气泡在在 一些载体上形成核晶点而最终形成稳定的泡沫；而在重力和 Plateau border 吸引力的作用

3、下，减弱了气 泡的液膜，同时在一些抑制因素的影响下，通过扩散微粒机理以及 Laplace pressure 的作用下，导致泡 沫最终的崩溃。 在啤酒泡沫中最主要的是泡沫蛋白，其是泡沫形成和维持的关键因素。泡沫蛋白是指对啤酒泡沫 起主导作用的蛋白群体，其蛋白的分子量基本在 10000100000Dr 之间，其中大部分泡沫蛋白以多糖 蛋白形式存在，分子量在 3000040000Dr 的泡沫蛋白占 70%左右。泡沫蛋白具有较强的疏水性，在糖 蛋白作用键的作用下，链与链之间相互结合，产生了亲水的特性，在二氧化碳的促发下，两个相反特 性的链共同作用形成了稳定的泡沫结构，同时泡沫蛋白复合体表面的活性增加，

4、泡沫的稳定性得到进 一步增强。 根据大量的研究表明，泡沫蛋白多少对啤酒泡沫的稳定性有着至关作用。本文在研究泡沫蛋白的 分析检测方法的基础上，对啤酒原料、啤酒酿造过程中泡沫蛋白的变化情况、泡沫蛋白与泡沫稳定性 因素关系以及在改善啤酒泡沫蛋白等工艺上做了全面的分析研究，从而对优化工艺提高啤酒泡沫的稳 定性起到指导的作用。 作者采用 Bradford 分析法测定泡沫蛋白的含量。Bradford 分析法，又为考马斯亮蓝染色法，根据 考马斯亮蓝可在酸性条件下与蛋白质结合产生特殊的蓝色，最大吸收波长在 595nm 处。1 实验材料与方法21.1 实验材料 考马斯亮蓝 标准牛血清蛋白 95%乙醇 磷酸 75

5、1 分光光度计 1.2 实验方法 1.2.1 标准工作曲线的绘制 根据要求浓度配制标准牛血清蛋白溶液，依次比色。以标准牛血清蛋白浓度为横坐标，吸光度 A 为纵 坐标绘制标准曲线。其中每组为 3 个平行样，图 1 中的各点为 3 个平行样的平均值。图1 标准工作曲线y = 1.77x + 0.0326 R2 = 100.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.6 蛋白浓度（mg/ml）吸光度 A1.2.2 样品的处理和制备 麦汁、发酵液、清酒和成品酒经除气后待用。 1.2.3 样品的测定 取处理后的样品 0.3ml 于洁净的试管中，加入 5.0ml

6、 的考马斯亮蓝染色剂，立即混合反应，注意防止 产生泡沫，反应 25min 后在 595nm 波长下测定吸光度值。 1.2.4 数据计算 根据标准工作曲线代入检测的吸光度值，取得样品的泡沫蛋白含量。单位为：mg/ml 备注：有关实验方法参数选定的优化及具体说明略。 1.3 泡沫测定法 国标法（GB/T4928-2001）2 分析与讨论2.1 麦芽分析 啤酒中泡沫蛋白的唯一来源是麦芽。麦芽蛋白质的含量取决于原料大麦及制麦工艺，在制麦工艺 中浸麦度和赔焦温度是影响麦芽蛋白质含量的重要因素。其中，浸麦度不足会造成麦粒内容物溶解不 良，糖化力差，若浸麦度过高造成溶解过度，蛋白质分解过剩，啤酒泡沫差；赔焦

7、温度要控制在合理 的范围内，以优化麦芽的蛋白质含量。 根据不同麦芽的情况，我们通过协定法制备麦汁，分析各麦芽的泡沫蛋白的差异性，具体结果如 表 1、图 1 所示。 表 1 不同麦芽泡沫蛋白差异性分析3单位：mg/ml麦芽品种 泡沫蛋白含量 差异性分析加麦 10.345、0.321、0.350、0.316、0.368、0.319、0.382加麦 20.333、0.319、0.389、0.364、0.372、0.340、0.394F=16.78澳麦 10.301、0.309、0.328、0.311、0.298、0.354、0.329澳麦 20.321、0.289、0.358、0.347、0.336

8、、0.328、0.305F=13.14国麦 10.320、0.345、0.349、0.325、0.276、0.285、0.364国麦 20.354、0.372、0.280、0.358、0.310、0.311、0.300F=19.31图2 不同麦芽泡沫蛋白差异分析0.250.2750.30.3250.350.3750.4012345678批次泡沫蛋白含量（mg/ml）加麦1 加麦2 澳麦1 澳麦2 国麦1 国麦2从上表和图分析可见，不同麦芽之间的泡沫蛋白相差很大，最大值和最小之间相差 0.118 mg/ml， 差值的比例达到 40%以上。其中加麦批次检测的泡沫蛋白含量范围在 0.3150.395

9、 mg/ml 之间，澳麦在 0.2850.355mg/ml 之间，国麦在 0.2750.375mg/ml 之间，从中可以看出，各批次原料之间存在着差异 性，加麦的泡沫蛋白相对的会比澳麦、国麦多一些，大约是 0.3mg/ml 左右，而澳麦、国麦之间泡沫蛋 白的差异性较小。因此，在选择麦芽酿造啤酒的时候，合理的不同麦芽的配比可以适当的弥补之间差 异引起的啤酒泡沫稳定性问题。 2.2 酿造过程泡沫蛋白分析 在整个酿造工序中，泡沫蛋白随着蛋白的沉降与蛋白酶的降解作用逐渐减少。根据实际情况，我 们拟定生产过程中不同取样点分析泡沫蛋白的变化情况，具体的点为：糖化完全时、糖化过滤后、麦 汁初沸、麦汁中沸、麦

10、汁终沸、麦汁沉淀回旋后、麦汁冷却后（定型麦汁） ，主酵阶段、贮酒阶段，过 滤清酒、成品酒。根据具体的分析点，选定 10.0、12.0P 进行跟踪分析，分析结果如下。 表 2 糖化过程泡沫蛋白变化分析 单位： mg/ml原浓（ P）糖化完 全时糖化过滤 后麦汁初沸麦汁中 沸麦汁终沸麦汁沉淀回旋 后定型麦汁10.00.3010.2870.2700.2460.2290.2020.18910.00.3120.2950.2780.2530.2370.2110.20010.00.2990.2810.2630.2400.2230.2030.18712.00.3430.3240.3110.2690.2430.

11、2360.21812.00.3590.3280.3200.2830.2610.2500.24212.00.3650.3340.3230.2760.2670.2540.2404图3 糖化过程泡沫蛋白变化分析0.180.2050.230.2550.280.3050.330.3550.38012345678分析点泡沫蛋白（mg/ml）10 10 10 12 12 12表 3 发酵过程泡沫蛋白变化分析 单位： mg/ml原浓 P定型混 合麦汁发酵 1 天发酵 2 天发酵 3 天发酵 5 天发酵 7 天发酵 9 天发酵 11 天（贮酒）发酵 14 天发酵 17 天清酒成品 酒10.00.1960.183

12、0.1650.1430.1300.1210.1110.0970.0960.0920.0940.10110.00.2070.1870.1670.1450.1310.1180.1130.1010.0930.0950.0910.09212.00.2450.2340.2200.1930.1590.1420.1310.1190.1170.1050.1080.11212.00.2380.2300.2120.1870.1540.1430.1340.1170.1180.1030.1000.097图4 发酵过程泡沫蛋白变化分析0.0750.10.1250.150.1750.20.2250.25024681012

13、14分析点泡沫蛋白（mg/ml）10 10 12 12从上表 2 图 3 分析可见，在整个糖化过程中，麦汁在糖化完全后到初沸阶段泡沫蛋白下降了 10% 左右，在整个煮沸阶段下降了 20%左右，而到定型麦汁约又下降了 10%，这主要的原因是在整个糖化 阶段伴随着麦汁中蛋白的沉降，造成了泡沫蛋白的流失，因此合理的控制糖化参数，如较高的蛋白休 止温度，短时间休止作用可以减少蛋白酶的活性，避免蛋白分解过度造成的泡沫蛋白损失，在整个煮 沸阶段提高异构 酸的用量，增强其与泡沫蛋白的作用，改善酒体的泡沫稳定性。5从上表 3 图 4 分析可见，在整个发酵过程中，泡沫蛋白损失了 50%左右，特别是在主发酵阶段，

14、 由于发酵中产生大量的泡沫以及在酵母回收时造成了很多泡沫蛋白的流失，同时，酵母自溶分泌的脂 肪酸在一定程度上影响了泡沫蛋白的表面张力，造成了泡沫蛋白的损失。因此，在对发酵工艺参数的 控制上，采取低温发酵，适当的二氧化碳加压，可以一定程度的减少发酵产生的泡沫，降低泡沫蛋白 的损失，同时在发酵结束后，尽快回收酵母，避免酵母自溶产生的影响。 从上两点分析可见，在整个啤酒的酿造过程中，泡沫蛋白的损失是相当严重的，我们从糖化完全 到定型麦汁到过滤前进行更为直观的作图分析（见下图 5，取表 2 表 3 平均值） ，从图可见，泡沫蛋白 的下降是呈直线趋势，下降幅度高达 100%以上，因此，在对泡沫蛋白的损失

15、而引起泡沫稳定性的减 弱方面上，合理工艺控制和良好的麦芽质量才是根本的解决办法。图5 泡沫蛋白直观下降分析0.3040.1920.0970.1050.3560.2330.050.0750.10.1250.150.1750.20.2250.250.2750.30.3250.350.3750.511.522.533.5分析点泡沫蛋白（mg/ml）10 122.3 泡沫蛋白与泡持性的关系分析 泡持性是泡沫稳定性主要的指标，泡沫蛋白在一定程度上体现了泡沫的稳定性，在不考虑二氧化 碳、异 酸的影响条件下，分析泡沫蛋白与泡持性之间的关系。我们对一段时间来分析的两者之间关 系的数据进行整理统计分析，利用散布

16、分析图，表明两者之间的强弱关系，见图 6。图6 泡沫蛋白与泡持性的关系1001502002503003504000.030.050.070.090.110.130.15泡沫蛋白（mg/ml）泡持性 S从上的分析可见，泡沫蛋白与泡持性之间存在着一定的线性关系，泡沫稳定性随着泡沫蛋白含量 增加而提高，在图中存在着偏差点主要是因二氧化碳、异 酸等因素的影响而引起的。因此，通过二 者之间的关系可以在一定程度上体现泡沫的稳定性，也可以通过泡沫蛋白的变化预测啤酒的泡沫稳定6性。 2.4 高浓酿造与泡沫蛋白之间的关系分析 高浓酿造是利用高浓度的麦汁（如 14.0P、15.0P） ，经过酿造稀释或经稀释酿造在

17、稀释，使啤 酒达到生产所需要的合理度数的一种生产方法。但是，通过我们的分析实验表明了，其对啤酒的泡沫 蛋白与泡沫稳定性有着负面的影响，甚至使啤酒的泡沫稳定性不能达到国家规定的要求范围，具体数 据说明如下。 表 4 高浓酿造过程泡沫蛋白变化分析 单位： mg/ml原浓（ P）糖化完 全时糖化过滤 后麦汁初沸麦汁中 沸麦汁终沸麦汁沉淀回旋 后定型麦汁14.00.4390.4170.3900.3640.3210.3010.28714.00.4420.4150.3870.3610.3150.2990.282原浓 P定型混 合麦汁发酵 1 天发酵 2 天发酵 3 天发酵 5 天发酵 7 天发酵 9 天发

18、酵 11 天（贮酒）发酵 14 天发酵 17 天14.00.2850.2730.2610.2420.2040.1830.1640.1410.1320.12114.00.2830.2710.2590.2380.1970.1800.1650.1430.1340.124图7 高浓酿造过程泡沫蛋白变化分析0.10.150.20.250.30.350.40.450.505101520分析点泡沫蛋白（mg/ml）从上表 4、图 7 分析可见，在整个糖化过程中，特别是在煮沸过程中，泡沫蛋白下降的幅度很 大达到 30%以上，而在发酵过程中，泡沫蛋白的损失量高达 60%以上，主要原因是高浓度的麦汁，在 整个煮沸

19、过程中蛋白疏水物质下降与麦汁浓度成正比，故下降的泡沫蛋白增加，同时麦汁浓度较高发 酵时产生泡沫量增加，导致泡沫蛋白损失量提高。因此在与表 2、3 中的 10.0P 啤酒的酿造过程相比， 其泡沫蛋白的损失量明显增多，将影响其成品酒最终的泡沫稳定性。下对原浓酿造和高浓酿造的成品 酒泡沫稳定性和泡沫蛋白进行分析，其中还从成品酒总蛋白质方面进一步说明。 选择 14.0P 高浓酿造和 10.0P 原浓酿造，最终成品酒为 10.0P 进行分析，结果如下。 表 5 高浓酿造原浓酿造泡沫蛋白与泡持性关系项目泡沫蛋白 mg/ml泡持性 S总蛋白 mg./l高浓酿造（10.0P 啤酒）0.097、0.086、0.

20、113、0. 076、0.105、0.072、0.10 3218、206、182、17 3、194、167390、436、428、447、 393原浓酿造 10.0P 啤酒0.112、0.106、0.113、0. 097、0.123、0.098、0.11246、213、254、20 8、211、237487、472、461、467、 45070通过上表 5 的分析可见，高浓酿造由于稀释后造成了总蛋白含量的下降，影响了泡沫蛋白的含量， 从而最终影响了啤酒的泡沫稳定性。 从上分析的各点来综合分析，高浓酿造在降低成本、提高产量上体现现代啤酒酿造发展，但是， 在对于啤酒的泡沫稳定性方面产生了很大的影响

21、。因此在如何利用好该技术，同时对最近几年来麦芽 的问题，寻找合理的工艺和原料是值得酿造工作者共同研究学习的。 2.5 后修饰对泡沫蛋白的影响 通过在啤酒过滤过程中添加泡沫稳定剂，达到提高最终啤酒的泡沫稳定性，这里我们主要研究添 加 PGA（泡沫稳定剂）对啤酒泡沫蛋白的影响。PGA 是由海藻中提取物精致复配而成，主要成分是海 藻酸丙二醇酯，其主要作用是增加泡沫稳定性，同时可以降低啤酒泡沫迫害因子所造成的影响，使啤 酒泡沫更加细腻，增加泡持时间和挂杯效果。在实验中，选择 8.0P 啤酒添加一定梯度的 PGA 分析 对啤酒泡沫蛋白和泡沫稳定性的影响，具体见表 6。 表 6 PGA 对啤酒泡沫蛋白和泡

22、沫稳定性分析添加梯度 ppm泡沫蛋白 mg/ml泡持性 S00.06817550.059182100.069226150.076225200.060231250.065251300.069245备注：上数据均代表一组数据的平均值。 通过上分析数据表明了，泡沫稳定剂 PGA 在一定程度上提高了啤酒的泡沫稳定性，但在泡沫蛋白 上没有什么变化。因此很多外加的稳定剂只是增强了泡沫本身的表面张力等而增加啤酒的泡沫稳定性， 这也为啤酒中的泡沫蛋白的唯一来源是麦芽提供了有利的证据。 2.6 其他因素与泡沫蛋白之间的分析 鉴于其他辅料在现代酿造工艺中的不断应用，如：大米、小麦、糖浆等，根据其含有泡沫蛋白的 有

23、无和多少，将在一定程度上影响啤酒最终的泡沫蛋白含量，这些在这里不加于详细的阐述了。其中， 小麦含有丰富的泡沫蛋白，能赋予啤酒丰富的泡沫，其中，使用一定的比例小麦和麦芽混合酿造，可 在一定程度上改善因现麦芽问题引起的啤酒泡沫稳定性，这我们将在其他论文中给予详细说明。3 结束语在对啤酒泡沫蛋白以及酿造过程中泡沫蛋白变化的分析中，还涉及到很多其他因素条件的分析， 如金属阳离子的影响分析、麦芽库值的影响分析、多肽的影响分析等等。本文在通过对各因素中的分 析中主要是寻找相应的变化规律以及方法的可行性，对生产的工艺参数的优化起到指导的作用。有关 泡沫蛋白的更深入的研究分析，我们将继续进行。参考文献 1、DEEvans J.Hejgard，Journal of The Institute of Brewing J 2、啤酒泡沫蛋白质的初步分离和测定，酿酒，2002.7 3、啤酒工业手册 4、啤酒泡沫的本质，啤酒译丛，2004.2备注：该论文发表于啤酒科技2004 年 11 期