白酒糖化发酵知识:糖化过程中的物质变化

收藏        分享时间:2015/9/10 11:28:19 浏览:11282人 来源:中国酒志网 上传:阿武美酒
白酒糖化发酵知识:糖化过程中的物质变化

  将淀粉经酶的作用生成糖及其中间产物的过程,称为糖化。在白酒生产中,除了液态发酵法白酒是先糖化、后发酵外,固态或半固态发酵的白酒,均是糖化和发酵同时进行的。糖化过程中的物质变化,以淀粉酶解为主,同是也有其他一系列的生物化学反应。

  (一)淀粉糖化过程中的物质变化

  1.淀粉的酶解及其产物

  淀粉酶解成糖的总的反应式如下:

  由上式中各成分的相对分子质量不难算出,在理论上lOOkg淀粉可生成111.12kg葡萄糖。

  淀粉酶包括α-淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶、β-淀粉酶、麦芽糖酶、转移葡萄糖苷酶等多种酶。这些酶都同时在起作用,故产物除可发酵性糖以外,还有糊精及低聚糖等成分。其中转移葡萄糖苷酶还能将麦芽糖等低聚糖变为α-1,6键、α-1,2键及α-l,3键结合的低聚糖,它们不能被糖化酶分解,是非发酵性糖类;转移葡萄糖苷酶还能将葡萄糖与酒精结合,生成醚一乙基葡萄糖苷。

  另外,酸性蛋白酶与α-淀粉酶等协同作用,进行淀粉的糖化,这说明淀粉酶的作用也不是孤立进行的。

   2.淀粉及其酶解产物的分子组成及其特性

  (1)淀粉的结构及其特性淀粉的分子式为(C6H10O5)n,是由许多葡萄糖苷(1个葡萄糖分子脱去1分子水)为基本单位连接起来的。可分为直链淀粉和支链淀粉两大类。

  凡是糯性的高梁、大米、玉米等的淀粉,几乎全是支链淀粉;而呈粳性的粮谷中,大约有80%是支链淀粉,20%左右是直链淀粉。

  ①直链淀粉:由大量葡萄糖分子以α-1,4键脱水缩合,组成不分支的链状结构。其相对分子质量为几万至几十万;易溶于水,溶液黏度不大,容易老化,酶解较完全。

  ②支链淀粉:呈分支的链状结构,且在分支点的2个葡萄糖残基以α-1,6键结合,每隔8~9个葡萄糖苷单位即有1个分支。其相对分子质量为几十万至几百万;热水中难溶解,溶液黏度较高,不容易老化,糖化速度较慢。

  (2)淀粉酶解产物的特性糖化作用一开始,就生成中间产物及最终产物,但以中间产物为主。随着糖化作用的不断进行,碳水化合物的平均相对分子质量、物料黏度及比旋度等会逐渐降低;但还原性逐渐增强,对碘的呈色反应渐趋消失。通常,可溶性淀粉遇碘呈蓝色→蓝紫色→樱桃红色;淀粉糊精及赤色糊精遇碘也呈樱桃红色;变为无色糊精后的产物,遇碘时不再变色,即为黄的碘液色泽。淀粉糖化产物的若干特性,如表4-l所示。

  实际上,除液态发酵法白酒外,醅和醪中始终含有较多的淀粉。淀粉浓度的下降速度和幅度受曲的质量、发酵温度和升酸状况等因素的制约。若酒醅的糖化力高且持久、酵母发酵力强且有后劲,则酒醅升温及生酸速度较稳,淀粉浓度下降快,出酒率也高。通常在发酵的前期和中期,淀粉浓度下降较快;发酵后期,由于酒精含量及酸度较高、淀粉酶和酵母活力减弱,故淀粉浓度变化不大。在扔糟中,仍含有相当浓度的残余淀粉。淀粉糊精可沉淀于40%的酒精中,赤色糊精可用65%的酒精沉淀,无色糊精和寡糖则需96%的酒精才能沉淀。

  ①糊精:糊精是介于淀粉和低聚糖之间的酶解产物。无一定的分子式,呈白色或黄色无定形,能溶于水成胶状溶液,不溶于乙醚。淀粉酶解时,能产生如上所述的不同糊精,通常遇碘呈红棕色(或称樱桃红色),生成的无色糊精遇碘后不变色。

  通常认为,糊精的分子组成是10~20个以上的葡萄糖残基单位;按其相对分子质量的大小,又有俗称为大糊精和小糊精之分,凡具有分支结构的小糊精,又称为α-界限糊精或β-界限糊精。

  ②低聚糖:人们对低聚糖定义说法不一。有说其分子组成为2~6个葡萄糖苷单位的,或说2~10个、2~20个葡萄糖苷单位的;也有人认为它是二、三、四糖的总称;还有称其为寡糖的。但一般认为的寡糖是非发酵性的三糖或四糖。在转移葡萄糖苷酶的作用下,使1个葡萄糖苷结合到麦芽糖分子上形成l,6键结合,成为具有3个葡萄糖苷单位的糖,称之为潘糖。因其是我国学者潘尚贞在1951年首次发现的,故名。但该糖不能与异麦芽糖混为一谈,因后者是具有α-1,6葡萄糖苷键结合的二糖,它也是淀粉的酶解产物。低聚糖以二糖和三糖为主。

  凡是直链淀粉酶解至分子组成少于6个葡萄糖苷单位的低聚糖,都不与碘液起呈色反应。因每6个葡萄糖残基的链形成一圈螺旋,可以束缚1个碘分子。

  ③二糖:又称双糖,是相对分子质量最小的低聚糖,由2分子单糖结合成。重要的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。1分子麦芽糖经麦芽糖酶水解时,生成2分子葡萄糖;1分子蔗糖经蔗糖酶水解时,生成1分子葡萄糖、1分子果糖;1分子乳糖经乳糖酶作用,生成1分子葡萄糖及1分子半乳糖。麦芽糖的甜度为蔗糖的40%;乳糖的甜度为蔗糖的70%。

  ④单糖:是不能再继续被淀粉酶类水解的最简单的糖类。它是多羟醇的醛或酮的衍生物,如葡萄糖、果糖等。单糖按其所含碳原子的数目又可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。

每种单糖都有醛糖和酮糖。如葡萄糖,也称右旋糖,是最为常见的六碳醛糖。其甜度为蔗糖的70%,相对密度为1.544 (25℃),熔点146℃(分解),溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚及芳香烃,具有还原性和右旋光性。在淀粉分子中,葡萄糖单位呈α-构型存在;

  酶解时,生成的葡萄糖为β-构型,但在水溶液中,可向α-构型转变,最后两种异构体达到动态平衡。果糖也称左旋糖,是一种六碳酮糖,是普通糖类中最甜的糖。其甜度高于蔗糖,水溶解度较高,熔点为103~105℃,能溶于乙醇和乙醚,具有左旋光性。葡萄糖经异构酶的作用,可变为果糖。通常,单糖及双糖能被一般酵母所利用,是最为基本的可发酵性糖类。

  白酒醅中还原糖的变化,微妙地反映了糖化与发酵速度的平衡程度。通常在发酵前期,尤其是开头几天,由于发酵菌数量有限,而糖化作用迅速,故还原糖含量很快增长至最高值;随着发酵时间的延续,因酵母等微生物数量已相对稳定,发酵力增强,故还原糖含量下降;到发酵后期时,还原糖含量基本不变。发酵期间还原糖含量的变化,主要受曲的质量及酒醅酸度的制约。发酵后期醅中残糖的含量多少,表明发酵的程度和酒醅的质量,不同大曲酒醅的残糖也有差异。例如,清蒸清楂的大楂酒醅的淀粉浓度很大,发酵后酒醅中的残糖为0.8%左右;混蒸续糙发酵后的酒醅残糖可低至0.2%~0.5%。

  (二)蛋白质、脂肪、果胶、单宁等成分的酶解

  1.蛋白质的酶解

  蛋白质在蛋白酶类的作用下,水解为眎、胨、多肽及氨基酸等中、低分子含氮物,为酵母菌等及时地提供了营养。

  2.脂肪的酶解

  脂肪由脂肪酶水解为甘油和脂肪酸。一部分甘油是微生物的营养源;一部分受曲霉及细菌的β-氧化作用,除去2个碳原子而生成种种低级脂肪酸。

  3.果胶的酶解

  果胶在果胶酶的作用下,水解成果胶酸和甲醇。

  4.单宁的酶解

  单宁在单宁酶的作用下生成丁香酸。

  5.有机磷酸化合物的酶解

  在磷酸酯酶的作用下,磷酸自有机磷酸化合物中释放出来,为酵母等微生物的生长和发酵提供了磷源。

  6.纤维素、半纤维素的酶解

  部分纤维素、半纤维素在纤维素酶及半纤维素酶的催化下,水解为少量葡萄糖、纤维二糖及木糖等糖类。

  7.木质素的酶解

  木质素在白酒原料中也存在,它是一种含苯丙烷、邻甲氧基苯酚等以不规则方式结合的高分子芳香族化合物。在木质素酶的作用下,可生成酚类化合物,如香草醛、香草酸、阿魏酸及4-乙基阿魏酸等。若粮糟在加曲后、人窖之前采用堆积升温的方法,则可增加阿魏酸等的生成量。

  此外,在糖化过程中,氧化还原酶等酶类也在起作用;加之发酵过程也在同时进行,故物质变化是错综复杂的,很难说得非常清楚。

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