小麦啤酒以其浑浊的外观、金黄的色泽、浓郁的酚香及麦芽香、洁白细腻的泡沫、新鲜醇厚的口感而备受欢迎。阿拉伯木聚糖(AX)是小麦啤酒酿造原料大麦芽、小麦芽细胞壁的主要非淀粉多糖。AX可以增强小麦啤酒泡沫的稳定性、促进啤酒的滋味与口感、增加小麦啤酒的醇厚性。本论文以不同配比的大麦芽、小麦芽为酿造原料,酿造纯大麦啤酒、浑浊小麦啤酒及纯小麦啤酒,分析三种不同原料配比啤酒酿造过程中阿魏酸(FA)、4-乙烯基愈创木酚(4-VG)含量的变化规律。为探索阿拉伯木聚糖在浑浊小麦啤酒中的性质差异及分布情况,将浑浊小麦啤酒分离为啤酒泡沫及除沫啤酒,利用酶解及梯度乙醇沉淀,从浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒中分离提取阿拉伯木聚糖,分析纯化AX的表观结构、单糖组成、取代度及平均聚合度、分子量等指标,从而揭示AX在浑浊小麦啤酒中的分布情况及分子结构特征,有利于改善浑浊小麦啤酒的酿造工艺及品质提升。具体研究结果如下:1、采用不同配比的大麦芽、小麦芽酿造纯大麦啤酒、浑浊小麦啤酒及纯小麦啤酒,跟踪麦汁制备过程中FA及发酵过程中4-VG含量变化。结果发现,FA含量变化显著,呈现下降趋势,在纯大麦啤酒麦汁制备过程中,FA初始值7.99±0.12 mg/L及定型麦汁中3.01±0.02 mg/L均为最高值。发酵过程中阿魏酸经啤酒酵母中的阿魏酸脱羧酶催化生成4-VG,在浑浊小麦啤酒中转化率最高,并于后贮期间趋于稳定(2.07±0.07 mg/L)。2、麦汁制备过程及发酵过程中单糖含量最高的为葡萄糖,依次为木糖、阿拉伯糖、甘露糖及半乳糖。阿拉伯糖在麦汁制备过程中表现为下降的趋势,后趋于稳定,木糖与阿拉伯糖变化趋势相似。阿拉伯木聚糖在在麦汁制备及发酵过程中先下降后趋于稳定。阿拉伯木聚糖的取代度保持在0.50左右,平均聚合度在糖化阶段表现为上升,并于发酵及后贮期间稳定在3.00左右。3、分析浑浊小麦啤酒冻干粉、啤酒泡沫冻干粉及除沫啤酒冻干粉的理化指标。浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫和除沫啤酒的冻干粉提取率分别为31.88±0.37%,32.93±0.72%,31.83±1.10%,蛋白质含量14%～15%,灰分含量1.0%～1.3%,各组分之间没有显著性差异(p0.05)。单糖组成分析可以发现,浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒冻冻干粉中的葡萄糖含量为547.34～587.84 mg/g;木糖含量其次,为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、不同乙醇浓度(50%、67%、75%、80%)对AX的提取率不同,其中67%乙醇沉淀AX提取率最高,约为20%左右;75%乙醇沉淀物中AX提取率次之,约为19%;50%乙醇沉淀物中AX提取率为12.56%～14.01%。在相同乙醇浓度条件下,浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒之间提取率没有明显的差异性。提取后AX组分蛋白质含量较原料中显著降低。5、经过α-淀粉酶,葡聚糖酶,淀粉转葡萄糖苷酶,蛋白酶酶解及梯度乙醇沉淀的AX表观结构差异性显著。50%乙醇沉淀的AX略带灰白色,呈现松散的状态,SEM观察显示有较多不规则的片状结构。然而,67%乙醇沉淀的AX呈现褐色、大片小球状结构。75%和80%乙醇沉淀的AX粉末表现出褐色、坚硬的粉末,均有球状结构呈现。再次经过内切-1,4-β-甘露聚糖酶、内切-1,4-β-半乳聚糖酶酶解及50%和67%乙醇沉淀后的AX组分表观结构多呈现片状及块状形态。因此,梯度乙醇可提取表观结构不同的AX。6、不同乙醇浓度提取的浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒中AX的单糖组成存在明显的差异性。50%乙醇提取物中主要以木糖和阿拉伯糖为主,分别占总单糖含量的26.20%～29.40%和50.71%～52.50%,且均在啤酒泡沫中含量最高;发现甘露糖的存在,含量87.37～93.33 mg/g;半乳糖少量检出,未检测到葡萄糖的存在。在50%乙醇提取物中,啤酒泡沫组分中阿拉伯糖和木糖的含量最高,分别为151.94±0.52 mg/g、271.35±1.48 mg/g。67%的乙醇沉淀物中,阿拉伯糖、木糖为主要单糖,但阿拉伯糖占比增大,含量为109.16 mg/g～115.91 mg/g;半乳糖含量上升至55.86±1.01 mg/g;葡萄糖检出,含量为15.37 mg/g～23.72 mg/g。随着乙醇浓度上升至75%和80%,无论浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫和除沫啤酒提取AX组分,葡萄糖为主要单糖,约占总单糖含量的50%,阿拉伯糖和木糖的含量下降。经过内切-1,4-β-甘露聚糖酶、内切-1,4-β-半乳聚糖酶酶解后,50%乙醇沉淀提取的AX组分中木糖含量要高于67%乙醇纯化组分,而阿拉伯糖含量则相反。在50%乙醇提取AX组分中,阿拉伯糖含量上升为217.39～251.94 mg/g,木糖含量为527.15～571.35 mg/g;在67%乙醇沉淀AX组分中,阿拉伯糖含量在309～315mg/g,木糖含量为462.98～491.31 mg/g,且均在啤酒泡沫组分中达到最大值。7、分析浑浊小麦啤酒、除沫啤酒以及啤酒泡沫中多糖的含量可知,经过初步酶解和乙醇沉淀处理后,各梯度乙醇沉淀物中AX含量有明显上升。在50%乙醇提取物中,AX含量最高303.19～372.49 mg/g,A/X值为0.50～0.54且不同组分中差异性显著(p0.05),平均聚合度(av DP)急剧上升,达到625.11～1065.22;在该组分中发现甘露糖聚合物,因该组分中未检出葡萄糖的存在,推测甘露糖在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含量约为200 mg/g,A/X值升高至0.68～0.70,但三个组分间没有明显的差异性(p0.05),av DP值下降明显,为49.79～60.29,但依旧是啤酒泡沫中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,葡聚糖和淀粉类物质含量急剧上升。经过再次酶解及乙醇沉淀后,50%乙醇纯化AX组分中,AX含量达到658.09～727.59 mg/g,在67%乙醇沉淀AX组分中,AX含量达到682.24～712.14 mg/g,且均在啤酒泡沫组分中含量达到最大值。因此,可以推断AX更易于富集在啤酒泡沫组分中,且在啤酒泡沫组分中平均聚合度和取代度最高。8、利用梯度乙醇可以较好的分离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,为472.20～496.00 k Da,Mw/Mn为3.1～5.6,分子量分布范围较广;随着乙醇浓度的增加,分子量急剧下降,67%乙醇沉淀物中重均分子量范围为20.79～22.26 k Da,Mw/Mn为1.1,分布范围较集中均一。75%和80%乙醇沉淀物中,提取AX的重均分子量为3.28～5.16 k Da和1.73～2.80 k Da。AX重均分子量在啤酒泡沫组分中均为最低。而经过再次酶解及50%和67%乙醇沉淀后提取的AX,分子量分别为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%乙醇沉淀组分中。9、对纯化的AX组分进行红外光谱分析可以发现,在3600～3000 cm-1吸收范围内,有多糖样品特有的分子间的O-H键的振动拉伸,3000～2800 cm-1是C-H键吸收振动,在800～1200cm-1范围是碳水化合物的指纹区域,50%和67%乙醇纯化AX中FTIR扫描图谱不同,显示了不同AX之间的分子结构存在差异性,但在浑浊小麦啤酒、啤酒泡沫及除沫啤酒各组分中,FTIR光谱没有明显的差异性。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS262.5
【部分图文】：
图 1 啤酒发酵过程中双乙酰代谢途径（管敦仪，2015）Fig.1 Pathway of diacetyl in beer brewing （管敦仪，2015）α-乙酰乳酸是由丙酮酸和活性乙醛经 α-乙酰羟基丁酸合成酶、还原异构酶、二羟基酸脱水酶的作用以及氨基酸转氨酶的转氨作用形成缬氨酸。其中一部分α-乙酰乳酸泄
图 2 大麦胚乳细胞中以结合态存在的阿魏酸（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-羟基-3-甲氧基苯乙烯酸（简称阿魏酸，Ferulic acid, 作用产生的。阿魏酸是 4-VG 的前驱体物质，作为一种常见酚酸，很少以游离
图 3 阿拉伯木聚糖的结构（Trogh et al., 2004）：未被取代的木糖基团；B：阿拉伯糖在 O-2 位上取代的木糖基团；C：阿拉伯糖在 O-3 位上取代的木糖基团；阿拉伯糖在 O-2 和 O-3 位上取代的木糖基团。结构 C 表示阿拉伯糖 O-5 位上连接阿魏酸。Fig. 3 Structure elements of arabinoxylan (Trogh et al., 2004)
【参考文献】
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本文编号：
2871380
