大米吸水膨潤脹后淀粉含量和品質(zhì)的變化

大米吸水膨潤脹后淀粉含量和品質(zhì)的變化

以完整的大米為原料的無蒸餾水黃酒，大米吸水性膨脹（腫脹），然后放松淀粉顆粒之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。酒精由酶分解和發(fā)酵引起，具有前緩、中高、后緩的特點。大米在前酵醪中的淀粉顆粒相對表面積少,吸附酶量亦少是前酵偏緩的主要原因,但不影響發(fā)酵最終的酒精收得率和原料利用率。大米經(jīng)干式粉碎,可使淀粉顆粒表面積大幅度增加,且部分地破壞淀粉顆粒細(xì)胞壁的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有利于淀粉顆粒吸附淀粉酶等酶類,并使其量不斷增加而水解自身。故可使發(fā)酵醪酶解和發(fā)酵產(chǎn)乙醇的速度加快,前酵3d的發(fā)酵失重和乙醇含量可與傳統(tǒng)熟料釀造接近和持平,發(fā)酵醪的質(zhì)量安全得到保證。1大米的水分1.1大米淀粉的一般情況大米是稻谷加工去穎(谷殼)和穎果(糙米)中的果皮、種皮、外胚乳、糊粉層、胚后的胚乳部分,各種大米都有特定的自然色澤和氣味。胚乳主要由淀粉細(xì)胞所構(gòu)成,是大米的主要成分,細(xì)胞內(nèi)充滿透明多角狀的淀粉顆粒。大米粉碎后,于600倍顯微鏡下可見有近似四邊相等的四角形或六邊基本相等的六角形,也有無規(guī)則的多角形顆?！竺椎矸酆恳曀指叩秃途锥炔坏榷煌?一般均超過70%;隨著精白度的不斷提高,淀粉含量高的約77%。米淀粉顆粒的間隙充有數(shù)量不定的貯藏蛋白質(zhì)(谷蛋白),米粒中心蛋白質(zhì)高于外層;一般糙米蛋白質(zhì)為7%～9%,精白米為5%～7%,蛋白質(zhì)對產(chǎn)品的風(fēng)味和營養(yǎng)價值起著重要作用。脂肪、纖維素、礦物質(zhì)(主要以磷酸鹽存在)和水溶性B族維生素B1(硫胺素)、B2(核黃素)等含量雖然不高,但脂肪可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,礦物質(zhì)和維生素是釀酒微生物的營養(yǎng)物質(zhì),可促進(jìn)微生物的生長繁殖。1.2體積和質(zhì)量對支鏈淀粉顆粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響大米的吸水膨潤(脹),主要是淀粉顆粒的吸水膨潤(脹)作用,而蛋白質(zhì)和纖維素等也要吸取一定量的水。大米在膨潤(脹)時,淀粉顆粒猶如一個滲透系統(tǒng),水分子因滲透壓的作用滲入淀粉顆粒內(nèi)部,引起體積膨脹和質(zhì)量的增加,其中支鏈淀粉起著半透膜的功能。一定量的大米在常溫下以1∶(1.1～1.2)加水淹沒,經(jīng)數(shù)分鐘的浸漬,水溫稍有增高,這就是淀粉顆粒的水化放熱現(xiàn)象,淀粉顆粒經(jīng)水化吸取20%～25%的水分后,可繼續(xù)吸取一定量的水分而完成膨潤(脹)全過程,但不再釋放熱量。大米吸水膨潤(脹)后,由于體積和質(zhì)量的增加,由淀粉顆粒與蛋白質(zhì)、纖維素等交織在一起而構(gòu)成極為致密的細(xì)胞壁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(或稱三維結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu))應(yīng)有所松弛,淀粉顆粒與顆粒的間隙應(yīng)有所擴張。這為淀粉顆粒吸附淀粉酶等酶類分子進(jìn)入淀粉顆粒表面提供了通道,盡管這種通道狹窄而有限,畢竟為淀粉酶等酶類水解淀粉和蛋白質(zhì)提供了必要的條件。2美藻酶侵蝕2.1淀粉酶侵蝕的結(jié)果應(yīng)首先其其酶解的作用其克列托維奇《植物生物化學(xué)基礎(chǔ)》中稱:淀粉酶能水解自然狀態(tài)的淀粉顆粒,淀粉顆粒好象被酶侵蝕,失去自己最初的形狀。淀粉酶對不同原料的淀粉,對同一植物不同部位的淀粉顆粒,水解速度是不相同的。淀粉顆粒受淀粉酶侵蝕的速度,隨著淀粉顆粒體積的減少而增大,即隨著淀粉顆粒相對表面積的增大而加大。筆者以為,所謂的淀粉酶侵蝕即為淀粉顆粒對各種酶類的吸附并被水解的作用,亦可稱之為酶蝕或酶解。大米的酶解,需輔助酶系的參與,酶解才會較有成效。以完整米粒投料的無蒸煮釀造麥曲黃酒的發(fā)酵醪中,米粒外層淀粉顆粒首先接觸了分散于介質(zhì)中的淀粉酶等酶類,吸附各種酶類而水解自身。淀粉顆粒不斷被剝離并因二氧化碳的涌動而懸浮于介質(zhì)中,使醪液濁度增大,可發(fā)酵糖分增加,酵母菌經(jīng)1h～1.5h適應(yīng)期后即可分解糖分產(chǎn)酒精和二氧化碳。隨著發(fā)酵的推進(jìn),各種酶類酶解作用漸漸深入米粒內(nèi)層,釋放并懸浮于醪液中的淀粉顆粒和表面積增加,淀粉濃度增高,醪液濁度逐步增大。一般發(fā)酵48h～72h后醪液濁度最大,酵母菌發(fā)酵產(chǎn)酒精、二氧化碳和熱量便可進(jìn)入旺盛時期,黃酒釀造邊糖化邊發(fā)酵的特征顯而易見。2.2粒粒酶解規(guī)律以無蒸煮方法釀造麥曲黃酒,米粒在初始的發(fā)酵醪中經(jīng)吸水膨潤(脹)后硬度是較大的。隨著酶解的進(jìn)展,米粒硬度漸漸降低而向軟柔化轉(zhuǎn)變。一般發(fā)酵12h～24h后,米粒表層不斷有小量淀粉顆粒剝落,醪液濁度有所增大。少數(shù)結(jié)構(gòu)松弛些的米粒一側(cè)可出現(xiàn)橫向裂縫,淀粉顆粒表面積增加、吸附酶類的量有所增多和發(fā)酵速度有所加快。發(fā)酵36h,米粒側(cè)面橫向裂縫可增至2～3條和斷碎粒增多,斷截面亦可出現(xiàn)縱向呈三角形等無規(guī)則裂縫,伴隨無菌空氣的開耙操作使米粒上下左右撞擊,米粒向細(xì)碎化發(fā)展,完整米粒漸減,醪液濁度較大。發(fā)酵48h,米粒側(cè)面橫向裂縫和斷碎粒繼續(xù)增加,細(xì)碎化程度加劇,醪液濁度繼續(xù)增大。因大米品種不同和累計開耙次數(shù)的增加,發(fā)酵72h或96h,細(xì)碎化可進(jìn)入高峰,完整米粒大減,醪液濁度有增無減。為數(shù)不多而尚未斷裂的米粒側(cè)面亦大部布滿3～4條裂縫且有所增寬(亦可有米粒一端的縱向裂縫出現(xiàn)),并可見CO2小氣泡附著于縫隙之間,不斷增大面上升,米粒繼而斷裂解體。因此,米粒酶解的規(guī)律是從表入內(nèi),從外入里漸進(jìn)的。在發(fā)酵過程中,約有不足5%看似完整的米粒不易折斷或細(xì)碎化,前酵48h～72h間極易與麥曲粒一起上浮進(jìn)入醪蓋之中。但并非此種米粒的淀粉顆粒未吸附淀粉酶等酶類水解自身,而恰恰是側(cè)面橫向裂縫和吸附各種酶類的量較多的表現(xiàn)。因此水解速度較快,米粒比重有較多降低,內(nèi)層又充有CO2而上升。至發(fā)酵結(jié)束醪液完全澄清和CO2逸散后,可成為充滿醪液的“米殼”而下沉;經(jīng)碘色反應(yīng)為無色(7個葡萄糖單位以下),不存在30個葡萄糖單位以上(呈藍(lán)色)和30～20個葡萄糖單位(呈紫色)或20～13個葡萄糖單位(呈紅色)的淀粉分子鏈。此種米粒可能是稻穗成熟較早或陽光照射充足的少數(shù)部分,各種成分較為充實豐滿,組織結(jié)構(gòu)較為嚴(yán)密者(但仍有脆弱的一面),而對無蒸煮釀造麥曲黃酒并不構(gòu)成影響。2.3酸性蛋白酶在工藝總控制量350%的無蒸煮麥曲黃酒釀造中,雖然發(fā)酵醪最終氨基酸態(tài)氮含量可較傳統(tǒng)熟料釀造增長70%～100%,但必竟是有限的。氨基酸態(tài)氮加上小量肽和多肽類等物質(zhì),蛋白質(zhì)水解物的產(chǎn)率仍為偏低和其量僅是一小部分,離蛋白質(zhì)比較完全地水解或較大利用的距離較遠(yuǎn)。筆者以為,米粒的酶解過程可能是酸性蛋白酶首先僅僅小量水解淀粉顆粒間隙的蛋白質(zhì),破壞了細(xì)胞壁,使淀粉顆粒間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步松弛,并失去包裹淀粉顆粒的功能,而多數(shù)蛋白質(zhì)仍與纖維素等交織在一起而殘存。因此這種以大分子蛋白質(zhì)為主體所組成的網(wǎng)絡(luò)自始至終存在,加上豐富的低聚糖等物質(zhì),構(gòu)成了具有一定粘度的糟粕。以發(fā)酵最終下沉的“米殼”(實為糟粕)為例,酸性蛋白酶首先水解米粒表層和一側(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較脆弱的部位而形成裂縫,進(jìn)而深入米粒內(nèi)層使淀粉顆粒剝離并釋放。至發(fā)酵結(jié)束,隨著CO2的完全逸出,這種裂縫又自行封閉且充滿醪液,外觀體積有較多的縮小。由于淀粉顆粒間排列十分緊密而堅實,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也就緊密,故可認(rèn)為米粒是由猶如一張大網(wǎng)籠罩或包裹著眾多淀粉顆粒而成的整體。以下沉且充滿醪液的“米殼”為樣本,于1500倍顯微鏡下觀察,其表面除有霉菌菌絲體附著外,仍清晰可見似蜂窩樣排列而緊密的網(wǎng)絡(luò),但網(wǎng)眼之間是近似圓形和橢圓形的,淀粉顆粒自然的多角狀態(tài)已不復(fù)存在,這說明淀粉顆粒已脫離網(wǎng)絡(luò)而被淀粉酶所水解。3大米的發(fā)酵是重要的3.1工藝總控制量、溫度和時間對大米發(fā)酵率的影響發(fā)酵失重主要是二氧化碳的逸出,也包括小量酒精和水分的揮發(fā)損失。發(fā)酵失重率高和低,速度快和慢均可體現(xiàn)發(fā)酵醪質(zhì)量的優(yōu)劣和動態(tài)變化。但發(fā)酵失重與最終酒精收得率不一定成正比,一般前醪偏急,除二氧化碳外酒精和水分的揮發(fā)損失也會增多,且與工藝不同有關(guān)。在規(guī)模生產(chǎn)時,發(fā)酵失重是較難準(zhǔn)確計量的。但感官觀察和微生物、理化檢驗仍可了解發(fā)酵基本變化和進(jìn)展。不同的大米處理方法,在發(fā)酵醪配料、工藝總控制量、環(huán)境溫度同等時,發(fā)酵失重是可比的。以粳米為原料,在輔料配比相同,工藝總控制量均為350%的條件下,實驗的發(fā)酵失重和酒精含量對比結(jié)果見附表。從附表可以看出,以傳統(tǒng)的方法處理大米為熟透率較高的米飯,發(fā)酵3d的失重率和酒精含量分別是最終的87.72%和87.65%vol,體現(xiàn)出前急、中和后均緩的發(fā)酵特征,但最終酒精收得率較無蒸煮的平均降低了6.0%以上。這是因為在熟料釀造時,米粒經(jīng)較高溫度和較長時間的濕熱處理,淀粉顆粒得以充分膨脹,表面積極大的增加,吸附酶量的功能得到充分發(fā)揮的緣故。但由蛋白質(zhì)為主體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)在濕熱的作用下易變性或膠凝化,給酸性蛋白酶的水解帶來困難,進(jìn)而影響淀粉顆粒的釋放而使淀粉利用率降低。當(dāng)然還包括米粒在浸漬、蒸煮、淋水冷卻過程中的部分脫落及已處于溶解狀態(tài)淀粉的損失。3.2酒精度和酒精含量隨d從附表得知,無蒸煮的完整米粒投料,在發(fā)酵過程中表現(xiàn)出的特征是前緩、中挺和后緩落。而以米粒干式粉碎的發(fā)酵速度較完整米粒為快,明顯的差距是在前酵的3d內(nèi)發(fā)生的,即干式粉碎較完整米粒失重率增長38.59%,酒精度增長39.22%,但不影響完整米粒最終的酒精收得率。米粒經(jīng)干式粉碎,淀粉顆粒表面積大幅度增加,并可部分地破壞淀粉顆粒細(xì)胞壁的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),吸附各種酶類的量增多,水解淀粉產(chǎn)糖分的量也就多,使酵母菌生長繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酒精的速度均得以加快。發(fā)酵3d的失重與傳統(tǒng)熟料釀造接近,酒精度持平;發(fā)酵6d,酒精含量較傳統(tǒng)熟料增長了7.55%,對無蒸煮釀造的發(fā)酵醪質(zhì)量安全作用較大。由于完整米粒相對表面積小,淀粉顆粒吸附酶量偏少,導(dǎo)致發(fā)酵前3d內(nèi)的失重和酒精含量偏低。但發(fā)酵醪酵母細(xì)胞總數(shù)一般為5×108個/mL～6×108個/mL而占據(jù)絕對優(yōu)勢,發(fā)酵6d的失重和酒精含量已達(dá)安全范圍;只要嚴(yán)格控制發(fā)酵溫度,發(fā)酵醪完成最終的后熟是無障礙的。4麥曲黃油的發(fā)酵工藝4.1傳統(tǒng)的熟料釀造麥曲黃酒,淀粉顆粒在濕熱的作用下得到充分膨脹,使表面積極大的增加而成為糊化淀粉,有利于酶解和發(fā)酵產(chǎn)酒精。但其化學(xué)本質(zhì)仍然是淀粉(α-淀粉),如果沒有淀粉酶等酶類的參于或以無機酸給予水解成可發(fā)酵性的糖,α-淀粉是不會被酵母菌利用而發(fā)酵產(chǎn)酒精的。利用淀粉酶等酶類水解原生態(tài)(自然狀態(tài))的β-淀粉而發(fā)酵產(chǎn)酒精,是科學(xué)技術(shù)的一大進(jìn)步;不僅可大幅降低煤炭、水、電和人工的消耗和提高原料利用率和產(chǎn)品質(zhì)量,而且可節(jié)約更多的社會資源,必將逐步應(yīng)用于人類的生產(chǎn)實踐之中。4.2以米粒干式粉碎或濕式粉碎(水洗米?？晌?0%～15%水分后進(jìn)行),均可使無蒸煮釀造麥曲黃酒的發(fā)酵速度加快,前酵3d的發(fā)酵失重與傳統(tǒng)的熟料釀造接近,酒精度持平,而酒精收得率將有較多增長。但需消耗一定量的電力和人工費用,增幅不會很大,對產(chǎn)品成本影響較少。米粒以干式粉碎投料,必須保證原料的新鮮度和質(zhì)量等級。應(yīng)避免水分偏高發(fā)熱或貯存時間偏長的污染。4.3以無蒸煮方法釀造麥曲黃酒,大米和原料利用率雖然有了較大的提高,但蛋白質(zhì)利用率仍屬偏低,殘余蛋白質(zhì)含量仍很高,氨基酸態(tài)氮、肽和多肽類等蛋白質(zhì)水解物僅是很