小麥啤酒以其渾濁的外觀、金黃的色澤、濃郁的酚香及麥芽香、潔白細膩的泡沫、新鮮醇厚的口感而備受歡迎。阿拉伯木聚糖(AX)是小麥啤酒釀造原料大麥芽、小麥芽細胞壁的主要非淀粉多糖。AX可以增強小麥啤酒泡沫的穩(wěn)定性、促進啤酒的滋味與口感、增加小麥啤酒的醇厚性。本論文以不同配比的大麥芽、小麥芽為釀造原料,釀造純大麥啤酒、渾濁小麥啤酒及純小麥啤酒,分析三種不同原料配比啤酒釀造過程中阿魏酸(FA)、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚(4-VG)含量的變化規(guī)律。為探索阿拉伯木聚糖在渾濁小麥啤酒中的性質(zhì)差異及分布情況,將渾濁小麥啤酒分離為啤酒泡沫及除沫啤酒,利用酶解及梯度乙醇沉淀,從渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒中分離提取阿拉伯木聚糖,分析純化AX的表觀結(jié)構(gòu)、單糖組成、取代度及平均聚合度、分子量等指標(biāo),從而揭示AX在渾濁小麥啤酒中的分布情況及分子結(jié)構(gòu)特征,有利于改善渾濁小麥啤酒的釀造工藝及品質(zhì)提升。具體研究結(jié)果如下:1、采用不同配比的大麥芽、小麥芽釀造純大麥啤酒、渾濁小麥啤酒及純小麥啤酒,跟蹤麥汁制備過程中FA及發(fā)酵過程中4-VG含量變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),FA含量變化顯著,呈現(xiàn)下降趨勢,在純大麥啤酒麥汁制備過程中,FA初始值7.99±0.12 mg/L及定型麥汁中3.01±0.02 mg/L均為最高值。發(fā)酵過程中阿魏酸經(jīng)啤酒酵母中的阿魏酸脫羧酶催化生成4-VG,在渾濁小麥啤酒中轉(zhuǎn)化率最高,并于后貯期間趨于穩(wěn)定(2.07±0.07 mg/L)。2、麥汁制備過程及發(fā)酵過程中單糖含量最高的為葡萄糖,依次為木糖、阿拉伯糖、甘露糖及半乳糖。阿拉伯糖在麥汁制備過程中表現(xiàn)為下降的趨勢,后趨于穩(wěn)定,木糖與阿拉伯糖變化趨勢相似。阿拉伯木聚糖在在麥汁制備及發(fā)酵過程中先下降后趨于穩(wěn)定。阿拉伯木聚糖的取代度保持在0.50左右,平均聚合度在糖化階段表現(xiàn)為上升,并于發(fā)酵及后貯期間穩(wěn)定在3.00左右。3、分析渾濁小麥啤酒凍干粉、啤酒泡沫凍干粉及除沫啤酒凍干粉的理化指標(biāo)。渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫和除沫啤酒的凍干粉提取率分別為31.88±0.37%,32.93±0.72%,31.83±1.10%,蛋白質(zhì)含量14%～15%,灰分含量1.0%～1.3%,各組分之間沒有顯著性差異(p0.05)。單糖組成分析可以發(fā)現(xiàn),渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒凍凍干粉中的葡萄糖含量為547.34～587.84 mg/g;木糖含量其次,為20.50～23.11 mg/g;阿拉伯糖含量15.17～16.99 mg/g;甘露糖含量6.02～6.81 mg/g;半乳糖含量5.16～5.21mg/g。4、不同乙醇濃度(50%、67%、75%、80%)對AX的提取率不同,其中67%乙醇沉淀AX提取率最高,約為20%左右;75%乙醇沉淀物中AX提取率次之,約為19%;50%乙醇沉淀物中AX提取率為12.56%～14.01%。在相同乙醇濃度條件下,渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒之間提取率沒有明顯的差異性。提取后AX組分蛋白質(zhì)含量較原料中顯著降低。5、經(jīng)過α-淀粉酶,葡聚糖酶,淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶,蛋白酶酶解及梯度乙醇沉淀的AX表觀結(jié)構(gòu)差異性顯著。50%乙醇沉淀的AX略帶灰白色,呈現(xiàn)松散的狀態(tài),SEM觀察顯示有較多不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)。然而,67%乙醇沉淀的AX呈現(xiàn)褐色、大片小球狀結(jié)構(gòu)。75%和80%乙醇沉淀的AX粉末表現(xiàn)出褐色、堅硬的粉末,均有球狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。再次經(jīng)過內(nèi)切-1,4-β-甘露聚糖酶、內(nèi)切-1,4-β-半乳聚糖酶酶解及50%和67%乙醇沉淀后的AX組分表觀結(jié)構(gòu)多呈現(xiàn)片狀及塊狀形態(tài)。因此,梯度乙醇可提取表觀結(jié)構(gòu)不同的AX。6、不同乙醇濃度提取的渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒中AX的單糖組成存在明顯的差異性。50%乙醇提取物中主要以木糖和阿拉伯糖為主,分別占總單糖含量的26.20%～29.40%和50.71%～52.50%,且均在啤酒泡沫中含量最高;發(fā)現(xiàn)甘露糖的存在,含量87.37～93.33 mg/g;半乳糖少量檢出,未檢測到葡萄糖的存在。在50%乙醇提取物中,啤酒泡沫組分中阿拉伯糖和木糖的含量最高,分別為151.94±0.52 mg/g、271.35±1.48 mg/g。67%的乙醇沉淀物中,阿拉伯糖、木糖為主要單糖,但阿拉伯糖占比增大,含量為109.16 mg/g～115.91 mg/g;半乳糖含量上升至55.86±1.01 mg/g;葡萄糖檢出,含量為15.37 mg/g～23.72 mg/g。隨著乙醇濃度上升至75%和80%,無論渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫和除沫啤酒提取AX組分,葡萄糖為主要單糖,約占總單糖含量的50%,阿拉伯糖和木糖的含量下降。經(jīng)過內(nèi)切-1,4-β-甘露聚糖酶、內(nèi)切-1,4-β-半乳聚糖酶酶解后,50%乙醇沉淀提取的AX組分中木糖含量要高于67%乙醇純化組分,而阿拉伯糖含量則相反。在50%乙醇提取AX組分中,阿拉伯糖含量上升為217.39～251.94 mg/g,木糖含量為527.15～571.35 mg/g;在67%乙醇沉淀AX組分中,阿拉伯糖含量在309～315mg/g,木糖含量為462.98～491.31 mg/g,且均在啤酒泡沫組分中達到最大值。7、分析渾濁小麥啤酒、除沫啤酒以及啤酒泡沫中多糖的含量可知,經(jīng)過初步酶解和乙醇沉淀處理后,各梯度乙醇沉淀物中AX含量有明顯上升。在50%乙醇提取物中,AX含量最高303.19～372.49 mg/g,A/X值為0.50～0.54且不同組分中差異性顯著(p0.05),平均聚合度(av DP)急劇上升,達到625.11～1065.22;在該組分中發(fā)現(xiàn)甘露糖聚合物,因該組分中未檢出葡萄糖的存在,推測甘露糖在50%乙醇沉淀物中主要以甘聚糖形式存在。而在67%乙醇沉淀提取物中,AX含量約為200 mg/g,A/X值升高至0.68～0.70,但三個組分間沒有明顯的差異性(p0.05),av DP值下降明顯,為49.79～60.29,但依舊是啤酒泡沫中AX平均聚合度最高。而在75%和80%乙醇沉淀提取物中,AX含量下降,葡聚糖和淀粉類物質(zhì)含量急劇上升。經(jīng)過再次酶解及乙醇沉淀后,50%乙醇純化AX組分中,AX含量達到658.09～727.59 mg/g,在67%乙醇沉淀AX組分中,AX含量達到682.24～712.14 mg/g,且均在啤酒泡沫組分中含量達到最大值。因此,可以推斷AX更易于富集在啤酒泡沫組分中,且在啤酒泡沫組分中平均聚合度和取代度最高。8、利用梯度乙醇可以較好的分離提取不同分子量大小的AX。50%乙醇沉淀提取的AX重均分子量最大,為472.20～496.00 k Da,Mw/Mn為3.1～5.6,分子量分布范圍較廣;隨著乙醇濃度的增加,分子量急劇下降,67%乙醇沉淀物中重均分子量范圍為20.79～22.26 k Da,Mw/Mn為1.1,分布范圍較集中均一。75%和80%乙醇沉淀物中,提取AX的重均分子量為3.28～5.16 k Da和1.73～2.80 k Da。AX重均分子量在啤酒泡沫組分中均為最低。而經(jīng)過再次酶解及50%和67%乙醇沉淀后提取的AX,分子量分別為464.90 k Da～493.00 k Da和124.2 k Da～136.1 k Da。因此,高分子量的AX主要集中于50%和67%乙醇沉淀組分中。9、對純化的AX組分進行紅外光譜分析可以發(fā)現(xiàn),在3600～3000 cm-1吸收范圍內(nèi),有多糖樣品特有的分子間的O-H鍵的振動拉伸,3000～2800 cm-1是C-H鍵吸收振動,在800～1200cm-1范圍是碳水化合物的指紋區(qū)域,50%和67%乙醇純化AX中FTIR掃描圖譜不同,顯示了不同AX之間的分子結(jié)構(gòu)存在差異性,但在渾濁小麥啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒各組分中,FTIR光譜沒有明顯的差異性。
【學(xué)位單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS262.5
【部分圖文】：
圖 1 啤酒發(fā)酵過程中雙乙酰代謝途徑（管敦儀，2015）Fig.1 Pathway of diacetyl in beer brewing （管敦儀，2015）α-乙酰乳酸是由丙酮酸和活性乙醛經(jīng) α-乙酰羥基丁酸合成酶、還原異構(gòu)酶、二羥基酸脫水酶的作用以及氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的轉(zhuǎn)氨作用形成纈氨酸。其中一部分α-乙酰乳酸泄
圖 2 大麥胚乳細胞中以結(jié)合態(tài)存在的阿魏酸（Bamforth et al., 2001）Fig. 2 The combined state of ferulic acid in the endosperm cells of barley (Bamforth et al., 2001)酒中的 4-VG 主要是由 4-羥基-3-甲氧基苯乙烯酸（簡稱阿魏酸，F(xiàn)erulic acid, 作用產(chǎn)生的。阿魏酸是 4-VG 的前驅(qū)體物質(zhì)，作為一種常見酚酸，很少以游離
圖 3 阿拉伯木聚糖的結(jié)構(gòu)（Trogh et al., 2004）：未被取代的木糖基團；B：阿拉伯糖在 O-2 位上取代的木糖基團；C：阿拉伯糖在 O-3 位上取代的木糖基團；阿拉伯糖在 O-2 和 O-3 位上取代的木糖基團。結(jié)構(gòu) C 表示阿拉伯糖 O-5 位上連接阿魏酸。Fig. 3 Structure elements of arabinoxylan (Trogh et al., 2004)
【參考文獻】
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本文編號：
2871380
