郑 慧，武世敏，李宏军
（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 ２５５０９１）
摘要：可发酵糖在啤酒的发酵生产过程中有重要作用，运用高效液相色谱法对挤压膨化玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中可发酵糖组分进行定性、定量分析。结果表明，挤压膨化玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中可发酵糖组分为果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖以及麦芽三糖，其含量分别为０．１４７、１．２５７、０．１２３、６．８４５、１．４８８ ｇ/１００ ｍＬ。 教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：挤压膨化玉米淀粉；可发酵糖组分；啤酒；高效液相色谱法（ＨＰＬＣ）
中图分类号：ＴＳ２６１．４文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）01－0178-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.01.046
Analyzing the Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ Ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ Ｓｕｇａｒ ｉｎ Ｂｅｅｒ Ｗｏｒｔ Ｕｓｉｎｇ
Ｅｘｔｒｕｄｅｄ Ｍａｉｚｅ Ｓｔａｒｃｈ ａｓ Ａｄｊｕｎｃｔ
ＺＨＥＮＧ Ｈｕｉ， ＷＵ Ｓｈｉ－ｍｉｎ， ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｊｕｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｉｂｏ ２５５０９１， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ ｓｕｇａｒｓ ｈａｖｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｂｒｅｗｉｎｇ ｂｅｅｒ． Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ （ＨＰＬＣ） ｗａｓ ｕｓｅｄ to ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅly ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅly ａｎａｌｙze ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ ｓｕｇａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅｅｒ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｍａｉｚｅ ｓｔａｒｃｈ ａｓ ａｄｊｕｎｃｔ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ there were ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｋｉｎｄs ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ ｓｕｇａｒ including ｓｕｃｒｏｓｅ， ｇｌｕｃｏｓｅ， ｆｒｕｃｔｏｓｅ， ｍａｌｔｏｓｅ ａｎｄ ｍａｌｔｏｔｒｉｏｓｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔs ｏｆ ｆｉｖｅ ｋｉｎｄs ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｗｅｒｅ ０．４１７，１．２５７， ０．１２３， ６．８４５ ａｎｄ １．４８８ ｇ／１００ ｍＬ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｍａｉｚｅ ｓｔａｒｃｈ；ｂｅｅｒ；ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｂｌｅ ｓｕｇａｒｓ；ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＨＰＬＣ）
收稿日期：２０１４－０３－１４
基金项目：山东省科技发展计划项目（２０１２ＧＳＦ１２０１９）。
作者简介：郑 慧（１９９０－），女，山东淄博人，在读硕士研究生，研究方向为啤酒酿造，（电话）１５２６４３１２１５７（电子信箱）ｇｑｚｈｌｊｊ＠１６３．ｃｏｍ；通信作者，
李宏军（１９６８－），男，辽宁铁岭人，教授，博士，主要从事农产品加工方面的研究，（电话）１３１７６２２１３５１（电子信箱）ｌｈｊ６８１２＠１６３．ｃｏｍ。
近几年，随着啤酒需求量的大幅提升，全国各地的啤酒产量迅猛增加［１］，大麦芽的价格也不断增加，为了节约成本，越来越多的啤酒企业添加辅料。过去因大米产量高、价格便宜，大多数企业采用大米为辅料，但随着啤酒工业的飞速发展，大米产需矛盾增大，开发新的辅料迫在眉睫［２］。我国玉米产量高且不作为主食，目前价格虽有上升趋势，但上升幅度不大［３］。玉米淀粉具有成为啤酒酿造辅料的基本因素［４］，因其浸出率高、糊化温度低、易糖化等特性［５］优于其他辅料，在国外玉米淀粉早已用于酿造啤酒。玉米淀粉作为酿造啤酒的辅料正逐步受到国内啤酒企业的重视。
传统工艺的淀粉糊化度为８０％～８５％，而挤压膨化处理后的淀粉糊化度达９０％以上，糊化度明显提高［６］。挤压膨化技术还能使谷物的淀粉降解，低聚糖、糊精、还原糖含量增多［７］。挤压膨化技术的使用不仅省去了辅料煮沸工序，减少了醪液损耗，还提高了麦汁浸出物的收率［８］，降低了生产成本。
啤酒酿造过程中，９０％的麦汁浸出物是糖分，７５％的糖分是可发酵性糖［９］。可发酵糖提供了酵母繁殖、代谢所需要的能量，９６％的可发酵糖转化成乙醇和二氧化碳，剩下的２．０％～２．５％转化为构成啤酒主要风味物质的发酵副产物［１０］。因此，麦汁中可发酵性糖的组成和含量直接影响啤酒的发酵度和风味。
常用的糖类分析方法有化学分析法、比色分析法、纸层析法、气相色谱法等［１１］，化学分析法只能测定总糖和还原糖含量且结果不精确；纸层析法虽然可以分离鉴定各种糖组分，但其操作复杂费时且不能定量［１２］；气相色谱法虽然可以定量分析，但因大多数糖会产生复合峰而使定量测定复杂化［１３］。而高效液相色谱法不仅可以定性、定量分析麦汁中的可发酵糖组分，而且具有灵敏、快速、前处理简便等优点［１０］。本试验采用高效液相色谱法对挤压膨化玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中可发酵糖组分进行了定性和定量分析。
１ 材料与方法
１．１ 材料
大麦芽（澳麦，莱芜市麦芽厂）；玉米淀粉（西王集团）；蔗糖标准品（９９．５％，德国Ｄｒ．Ｅｈｒｅｎｓｔｏｒｆｅｒ公司）；Ｄ－果糖标准品（９９．５％，德国Ｄｒ．Ｅｈｒｅｎｓｔｏｒｆｅｒ公司）；Ｄ－无水葡萄糖标准品（９９．８％，美国Ｓｉｇｍａ公司）；麦芽三糖标准品（美国Ｓｉｇｍａ公司）；麦芽糖标准品（美国Ｓｉｇｍａ公司）；乙腈（ＨＰＬＣ，美国迪马科技有限公司）。
１．２ 仪器
６００Ｅ 型高效液相色谱仪（美国Ｗａｔｅｒｓ公司），配置Ｗａｔｅｒｓ ６００控制器，７１７ ｐｌｕｓ自动进样器，２４１４型示差折光检测器；５２４２型纯水仪（美国ＰＡＬＬ有限公司）；ＴＧＬｌ－１６Ｃ型台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；移液枪（０．５～５ ０００ μＬ，上海大龙医疗设备有限公司）。
１．３ 挤压玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁的制备
用１００ Ｌ啤酒酿造设备进行啤酒麦汁的制备，总投料量２０ ｋｇ（挤压玉米淀粉粉碎物６．４ ｋｇ，大麦芽粉碎物１３．６ ｋｇ），自来水８８ Ｌ。
糖化工艺流程：在啤酒糖化锅中加入自来水８８ Ｌ，用乳酸将ｐＨ调至5.4，再将２０ ｋｇ物料投入锅中搅拌；逐渐升温至５０ ℃保温６０ ｍｉｎ，再升温至６３ ℃保温６０ ｍｉｎ，再升温至７０ ℃保温３０ ｍｉｎ，最后升温至７８ ℃并过滤；洗糟两次，然后加热至煮沸，煮沸１０ ｍｉｎ时加入７ ｇ酒花，煮沸４０ ｍｉｎ时加入３５ ｇ酒花，煮沸８０ ｍｉｎ时加入８ ｇ酒花；然后回旋沉降３０ ｍｉｎ，最后得到啤酒麦汁。
１．４ 方法
１．４．１ 色谱条件 Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ高效色谱柱（４ μｍ，４．６ ｍｍ×２５０ ｍｍ，美国Ｗａｔｅｒｓ公司）；流动相为去离子水和乙腈（２６∶７４，Ｖ/Ｖ）；流速为１．５ ｍＬ／ｍｉｎ；检测器温度为３５ ℃；柱温为４５ ℃。
１．４．２ 样品前处理 将麦汁在１０ ０００ ｒ／ｍｉｎ下离心２０ ｍｉｎ，在超声波条件下真空（０．５ ＭＰａ）脱气３０ ｍｉｎ，然后在室温下平衡，取４ ｍＬ样品通过０．４５ μｍ微孔滤膜后注入容量为５ ｍＬ进样瓶。每个样品做５次平行，进样量为１５ μＬ［１４］。
２ 结果与分析
２．１ 混合标准液的配制
用１/１０ ０００天平准确称取标准样品（蔗糖５０ ｍｇ、麦芽糖１ ０００ ｍｇ、葡萄糖１５０ ｍｇ、果糖５０ ｍｇ和麦芽三糖１５０ ｍｇ），放入２ ｍＬ容量瓶中，用去离子水定容，制得混合标准液母液。然后取０．４１６ ｍＬ母液，定容到２ ｍＬ作１００％的混合标准液；然后用去离子水分别配制浓度梯度为８０％、６０％、４０％、２０％、１０％的混合标准液。图１是８０％混合标准液的ＨＰＬＣ色谱图。如图可知，５种可发酵糖组分分离效果良好，无重叠现象也无干扰组分［８］。说明高效液相色谱法对麦汁的可发酵糖组分分析具有可行性。
２．２ 麦汁分析
按“１．３”所述方法制备啤酒麦汁，其ＨＰＬＣ色谱图见图２。比照图１，可判断麦汁色谱图中各色谱峰分别代表的成分。
２．３ 定性分析
采用保留时间结合峰高增加法对可发酵糖组分进行定性分析［１４］。在啤酒麦汁中分别加入5种可发酵糖的标准溶液，根据每种物质保留时间基本不变和加入标准溶液的色谱峰明显增高来确定各色谱峰对应的成分。结果表明，色谱图中各色谱峰从左向右分别是果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和麦芽三糖。
２．４ 定量分析
采用外标法对各试样中的可发酵糖组分进行定量分析［８］。
２．４．１ 线性范围 按照“２．１”所述方法配制各浓度的混合标准液，按照“１．４．１”所示的色谱条件进行分离，各浓度的混合标样进行５次平行检测。测定的５个平行峰面积偏差均小于±５％，即重现性大于９５％，说明方法重现性好，灵敏度高。然后取各峰面积的均值，用标准品峰面积进行浓度的线性回归，得到５种糖标准溶液的回归方程、线性相关系数和线性浓度范围［１４］，见表１。
如表１所示，５个回归方程的线性相关系数为０．９９９ ０～０．９９９ ６，说明回归方程具有良好的线性关系，因此得到的回归方程可以用于啤酒麦汁的可发酵糖组分的定量分析。
２．４．２ 回收率试验 准确称取果糖１１ ｍｇ、葡萄糖２１ ｍｇ、蔗糖１５ ｍｇ、麦芽糖１３２ ｍｇ、麦芽三糖２６ ｍｇ，然后用挤压玉米淀粉麦汁分别定容到２ ｍＬ，测定５种糖组分的回收率，试验结果见表２。
如表２所示，果糖回收率是９９．１％，葡萄糖回收率是１００．８％，蔗糖回收率是９７．３％，麦芽糖回收率是９８．６％，麦芽三糖回收率是９８．５％，均大于９７．３％，并且ＲＳＤ均小于５％，说明上述方法有良好准确性。
２．５ 可发酵糖含量测量结果
为了测定结果的精确性，对样品麦汁做了４次平行检测，挤压玉米淀粉辅料麦汁中各可发酵糖组分含量的测定结果见表３。
管敦仪［１５］的研究表明，全麦芽麦汁中果糖含量一般为０．１～０．５ ｇ/１００ ｍＬ，葡萄糖含量为０．５～１．０ ｇ/１００ ｍＬ，蔗糖含量为０．１～０．５ ｇ/１００ ｍＬ，麦芽糖含量为４.0～６.0 ｇ／１００ ｍＬ，麦芽三糖含量为１．１～１．８ ｇ/１００ ｍＬ。如表３所示，挤压膨化玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中葡萄糖、麦芽糖含量略高。酵母利用麦汁中可发酵糖的顺序是：麦芽糖＞麦芽三糖＞葡萄糖＞果糖＞蔗糖。葡萄糖含量增高，使酵母更容易直接吸收、分解、发酵，有利于提高发酵度［１６］。
３ 小结与讨论
通过高效液相色谱法测定挤压玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中可发酵糖组分及含量，测定结果如下：挤压膨化玉米淀粉作辅料时啤酒麦汁中可发酵糖组分为果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖以及麦芽三糖，其含量分别是０．１４７、１．２５７、０．１２３、６．８４５、１．４８８ ｇ/１００ ｍＬ。添加挤压膨化玉米淀粉作辅料的麦汁中葡萄糖、麦芽糖含量略高于全麦芽麦汁。
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