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1、啤酒生化基础,啤酒生化基础的主要内容,糖类蛋白质酶,啤酒生化基础的意义,啤酒的生产包括(制麦)、糖化、发酵及包装前三个阶段发生的变化，就是一些大分子物质发生的化学及生化反应学习和了解生化基础，是理解和控制整个酿造过程的基本要求只有掌握了基础的生化内容，才能很好地监控啤酒生产,一、糖类,糖类是自然界中存在最广的一大类有机化合物，广泛存在于动、植物体内，在谷类作物籽粒中糖类以淀粉、半纤维素和纤维素等形式存在糖类是酵母菌和其他微生物生长发育所必需的营养物质和能源淀粉是发酵酿造工业的重要原料，与啤酒生产有着极其密切的关系。,糖类的分子结构,最初认为在糖类的分子中，除碳元素以外，氢元素与氧元素的比例和水
2、一样，为2:1，看成是由碳和水形成的各种化合物，称为碳水化合物，用通用式Cm(H2O)n来表示葡萄糖的分子式为C6H12O6，可写成C6(H2O)6；蔗糖为C12H22O11，可写成C12(H2O)11例外：鼠李糖C6H12O5(化学结构和糖相似，但组成不能用通式表示)；甲醛CH2O、乳酸C3H6O3、乙酸C2H4O2等(性质与碳水化合物不同，但氢氧之比都是2:1)，碳水化合物这个名词已失去了原来的意义。,糖的分类,根据糖类的结构和性质，可分三类单糖低聚糖多糖,单糖,单糖为多羟基醛或酮，属于多羟基醛的称醛糖，属于多羟基酮的称酮糖单糖不能水解成更简单的糖，是结晶形固体，能溶于水，具有甜味自然界中
3、存在最多、最普遍的单糖为己糖和戊糖重要的己糖有葡萄糖、果糖等，重要的戊糖有核糖，它是人生命活动中不可缺少的物质,低聚糖,低聚糖水解时可生成两个或两个以上的单糖分子有双糖、三糖、四糖等，为结晶固体，可溶于水，具有甜味双糖由两个单糖分子失水而形成，重要的有蔗糖、麦芽糖三糖由三个单糖分子脱去两分子水缩合而成，如棉子糖,多糖,多糖是由大量单糖分子失水缩合而成的、结构复杂的高分子化合物，水解后能得到几百、几千甚至几万个单糖分子重要的多糖有淀粉、纤维素等一般是无定形的固体，不溶于水，至多只能形成胶体溶液，没有甜味。,(一)单糖,按照醛糖或酮糖分子中所含碳原子的数目，单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖丙糖、丁
4、糖在自然界中存在很少，都是合成化合物啤酒酿造用原料大麦、大米、玉米中所含的几种主要多糖都是己糖缩合而成。在了解啤酒生产的过程、糖化理论和发酵机理时，己糖具有重要意义己糖分子式为C6H12O6，在谷物原料中游离存在的己糖有葡萄糖和果糖，大量以结合态存在,1.葡萄糖,是生物体中最重要的单糖。在许多双糖、三糖、多糖及糖苷中葡萄糖都以苷基形式存在,(1)葡萄糖的开链式结构及旋光异构,葡萄糖的分子式为C6H12O6，分子中含有5个羟基，1个醛基，为多羟基醛，属己醛糖自然界中存在的是右旋D型糖人工合成的是左旋L型糖,每个旋光异构体，都具有一定的分子构型所谓构型，就是指不对称碳原子上的各原子或原子团在空间的
5、排列方式。一般以甘油醛作标准，甘油醛是丙醛糖，分子中含有1个不对称碳原子，有两种旋光异构体,D-(+)-甘油醛 L-(-)-甘油醛,上式中D和L即表示甘油醛的两种构型括号内的符号(+)，(-)表示糖的旋光方向，(+)称右旋，(-)称左旋为使其他单糖系统化，特选定甘油醛构型作为标准凡单糖分子与D-甘油醛相似排列，即靠近伯醇基(-CH2OH)的不对称碳原子上的羟基(-OH)在右边的均属于D型糖；凡同一碳原子上的羟基(-OH)在左边的则属于L型糖(+)、(-)表示以旋光仪中测出的旋光方向。D,L表示构型的类型，两者没有一定的联系,(2)比旋光度,各种单糖都含有不对称碳原子，都有旋光性质，能使偏振光平
6、面向左或向右旋转。检查偏光的仪器称旋光仪。普通光线中含有各种波长射线，可在不同平面上振动。图代表一束光线朝我们直射过来，包含在各个平面(如A、B、等)上振动的射线。棱镜有特殊性质，只有和其轴平行振动的射线才能通过。通过棱镜的光叫偏振光。图表示凡在虚线平面上振动的射线都不能通过。图中表示通过棱镜的光线。偏光仅含有在某一平行平面上振动的射线。,在一定条件下，每种具有旋光性的物质，其比旋光度是一个常数。比旋光度的定义是在光源为钠光D线(6896A与5890A)，温度t等于20条件下，当L为1分米，浓度为100毫升溶液含有100克溶质时，所测得的旋光度即为比旋光度。制糖工业中经常利用旋光度来控制糖液的
7、浓度。,(3)葡萄糖的性质,D-葡萄糖分子中含有几个亲水基团羟基，因此易溶于水、甲醇，而不溶于无水酒精、乙醚、丙酮及其他有机溶剂中，有甜味。在水溶液中的比旋光度为+52.5o，从水中可析出片状含水结晶C6H12O6H2O，在醇中可获得针状无水结晶，为可发酵性糖。在植物的种子、各种果实、蜂蜜内部含有游离状态的D-葡萄糖，而且葡萄糖也是淀粉、纤维素、糊精、蔗糖、麦芽糖的组成成分。用甘薯、马铃薯、玉米等淀粉，加酸水解可以得到葡萄糖。葡萄糖是最重要的单糖，许多性质如具有还原性、成酯及成醇反应，往往是其他单糖所共有的。,葡萄糖的氧化反应,葡萄糖易被氧化，由于氧化条件的不同，会形成不同的产物葡萄糖分子中含
8、有醛基，具有还原性，故又称还原糖弱氧化剂如费林试剂，可以使葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同时费林试剂还原生成红棕色的氧化亚铜沉淀出来常用这反应作碳水化合物的鉴定、葡萄糖的定性和定量测定,葡萄糖的还原反应,D-葡萄糖遇到还原剂可以还原为D-山梨醇,糖脎的生成,葡萄糖和三分子的苯肼反应，最后形成葡萄糖脎。糖脎为黄色结晶，难溶于水。各种糖所生成糖脎的结晶形状、熔点、形成所需的时间都不同，因此成脎作用常用来鉴定各种不同的糖。己糖中D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖都能生成糖脎，因此证明这三种糖分子中C3*、C4*、C5*的构型相同，所不同的是第一个碳原子和第二个碳原子。知道了任何一个糖的构型，其他两个糖的构型也
9、可推论出来了。所以成脎也是测定构型的一个重要反应。,成苷作用,环式葡萄糖分子中的半缩醛的羟基和其他含羟基的化合物如醇等失水所得的物质叫做糖苷。例如葡萄糖与甲醇作用生成甲基葡萄糖苷，也有与两种。糖苷酶对-或-糖苷的作用是有选择性的，如酵母中的-葡萄糖苷酶只能水解-葡萄糖苷。糖苷广泛存在于植物体、麦芽、酒花的黑色物质中，糖苷为其重要成分。如果与单糖半缩醛羟基相结合的是另外一个单糖，则形成为二糖，如蔗糖、麦芽糖。,成酯作用,在酶的作用下，葡萄糖分子中的羟基很容易与磷酸形成磷酸酯这种作用可在生物体内发生，生成的磷酸酯在发酵生化过程中起着重要的作用。,发酵作用,葡萄糖分子受酵母中酶的作用，在无氧情况下起
10、发酵作用生成酒精和CO2。C6H12O62CH3CH2OH2CO2事实上发酵过程非常复杂，葡萄糖不是直接变成酒精，而是在各种酶的作用下，经过一系列的中间产物最后形成乙醇。,2.果糖,果糖与葡萄糖相同，在自然界中分布也广以游离状态存在于甜果实、蜜饯、蜂蜜中也有呈结合态存在的是蔗糖物质的组成成分是糖类中最甜的一种糖,(1)果糖的分子结构,果糖的分子式是C6H12O6，与葡萄糖互为同分异构体含有一个酮基(属酮糖)及多个羟基，分子结构亦具有链式与环式，在溶液中有变旋现象，因此也有-与-型之分。自然界存在的游离状态的果糖为左旋,(2)果糖的性质,果糖易溶于水，也可溶于热的无水酒精中，从水溶液中可析出针状
11、结晶，其组成为C6H12O6H2O，从醇中可析出菱形的无水结晶在水溶液中的比旋光度为-92.4o，因旋光方向向左，故称左旋糖，酵母可使之发酵。D环式果糖是蔗糖及很多多糖的组成成分，如菊薯内含有菊糖，经水解后可得果糖。果糖与葡萄糖一样，具有还原性、成脂作用及成醇发酵作用。,氧化裂解,果糖分子中含有酮基，故有还原性，酮糖被氧化后分子即行断裂而生成两个相应的羟酸，即乙醇酸和三羟基丁酸,果糖的还原,酮糖还原时，其C2上的碳基还原成仲醇基，使C2转变为不对称碳原子得到两种多元醇 D-山梨醇和D-甘露醇,3.D-半乳糖,也称分解乳糖，自然界中也有游离的D-半乳糖是某些二糖如乳糖，三糖如棉子糖，多糖如琼脂的
12、组成部分半乳糖水溶液的比旋光度为+80.2o，为可发酵性糖。,4.D-甘露糖,在植物体内它是很多多糖如半纤维素的组成成分易溶于水，微溶于酒精水溶液的比旋光度为+14.2o是可发酵性糖,5.氨基己糖,单糖分子中一个羟基被氨基取代而生成的化合物称氨基糖如-氨基葡萄糖和-氨基半乳糖在自然界以结合状态存在,6.单宁,或称鞣质，是从植物中提取出来的有机物质，野生植物如橡子中含量相当多单宁为无定形粉末，能在热水中溶解，具涩味，遇三氯化铁呈兰黑色，能沉淀蛋白质从各种植物中得到单宁，其化学组成不一致五倍子鞣质是葡萄糖与没食子酸结合而成的糖苷，是酯化程度不一的混合物,7.戊糖,戊糖的一般分子式为C5H10O5在
13、自然界中很少有游离状态存在大多为多糖或与其它物质结合而存在于植物体内,(1)重要的戊糖,L-阿拉伯糖，D-木糖，D-核糖，-脱氧-D-核糖比旋光度分别为：+104.5o，+18.8o，-23.7o，-60o阿拉伯糖是半纤维素、树胶的组成成分木糖是半纤维素及木聚糖的组成成分核糖是核糖核酸(RNA)的组成成分脱氧核糖是脱氧核糖核酸(DNA)的组成成分,(2)核糖,D-核糖与-脱氧-D-核糖是一切生物细胞核与细胞质内核酸三成分在生物化学上是很重要的物质核糖与果糖相同，在自然界为结合状态存在 核糖的还原产物核醇为某些维生素与酵素的组成成分,(3)核苷,含氮糖苷主要是核苷。核苷的磷酸酯是核酸的基本组成部
14、分，称为核苷在生物体内有游离核苷酸单独存在，如腺三磷等核苷分子中，糖基为核糖或-脱氧核糖，苷元为含氮的杂环，即嘌呤或嘧啶的衍生物糖基与苷元中的氮原子直接相连，核苷都是-呋喃型糖苷,腺三磷(ATP)分子中糖基是D-核糖，苷元是腺嘌呤-D-呋喃核糖以C1上的-羟基与腺嘌呤分子中N1上的氮失水结合起来，就成为核苷。核糖苷分子中的C5形成磷酸酯后就是核苷酸。与一分子磷酸结合称腺一磷(AMP)，与两分子的磷酸结合的称腺二磷(ADP)，与三分子磷酸结合的称腺三磷(ATP),(4)酵母不能发酵,戊糖不能被酵母菌所发酵某些微生物如饲料酵母可以用它作为碳源营养物质，可用来制造极有价值、富于蛋白质和维生素的饲料戊
15、糖均有还原性，加酸蒸馏时可以产生糠醛,(二)低聚糖,低聚糖和单糖的物理性质和化学性质很相像都是结晶固体，易溶于水，具有甜味很多低聚糖可被费林试剂氧化，不同的是在水解后产生几个分子的单糖按照水解后产生的单糖分子数目，称为双糖、三糖其中以双糖为最重要,1.双糖,双糖是由两个分子相同的或不相同的单糖分子缩合而成的，可以看作是糖苷自然界中以游离状态存在的有蔗糖、乳糖和麦芽糖，麦芽糖只是偶然以游离状态存在两个单糖分子结合成双糖时，失水的方式可能有两种，因而形成两种性质不同的双糖。,(1)蔗糖,由一分子葡萄糖与一分子果糖失水缩合而成的双糖，分子式为C12H22O11，与麦芽糖相同，互为同分异构体形成的键称
16、1,2-糖苷键。双糖分子不再具有自由的苷羟基，没有变旋光现象，没有还原性，故称非还原性糖不能与费林试剂直接反应，易水解，形成各一个分子葡萄糖和果糖蔗糖能被酵母菌利用发酵,蔗糖广泛地分布于植物界，可以由甘蔗或甜菜为原料制成蔗糖为白色结晶，水溶液的比旋光度为66.5o水解后得等量的D-葡萄糖及D-果糖混合物，旋光方向改变为左旋，因此称为转化糖。,(2)麦芽糖,由葡萄糖的第一碳原子上的半缩醛羟基和另一葡萄糖分子的第四碳原子上的羟基脱水缩合而成，也就是由二分子葡萄糖通过-1,4糖苷键结合而成从结构上观察，麦芽糖分子中还剩下一个自由羟基，很容易地变为醛基，所以有还原性，水解后可生成两分子葡萄糖，酵母可以
17、利用发酵,麦芽糖由淀粉经淀粉酶作用获得，是淀粉的组成部分，自然界游离状态甚少古代早已能利用麦芽制造饴糖啤酒生产中经糖化得到的麦芽汁中主要成分就是麦芽糖。麦芽糖再进一步经酸或酶的水解作用可得两分子葡萄糖麦芽糖溶液的比旋光度为136o,(3)异麦芽糖,在淀粉用酶糖化过程中能形成异麦芽糖是不可发酵性糖可以被-1,6-葡萄糖苷酶分解是两分子葡萄糖以-1,6糖苷键相连,(4)纤维二糖,纤维素分解可得纤维二糖不发酵性糖，与麦芽糖相似，是两分子葡萄糖以-1,4糖苷键相连而成，不同的是-葡萄糖苷纤维二糖分子中，具有游离的苷羟基，有还原性，其比旋光度为35.2o,(5)乳糖,动物乳汁中含有乳糖，很难被酵母发酵在
18、乳酸菌的作用下能进行乳糖发酵乳糖由一分子葡萄糖与一分子半乳糖以1,4糖苷键相连。,2.三糖,棉子糖潘糖,(1)棉子糖,是三糖中分布最广的一种，是非还原性糖，水溶液的比旋光度为+129.5o水解后得一分子葡萄糖、一分子果糖与一分子半乳糖不同的酶可以使棉子糖在不同的位置上发生分解反应。,(2)潘糖,淀粉在酶的作用下可以形成另一种三糖，即潘糖此糖不被酵母发酵是三分子葡萄糖失水而成,(三)多糖,多糖是发酵工业中重要的化合物谷类、薯类中的淀粉、木材中的纤维素，农副产物如玉米杆、稻草杆的纤维素及半纤维素，其中淀粉可作为发酵工业的原料多糖在自然界中存在很广，种类很多，除淀粉、纤维素外，糖元、菊糖、琼脂、半纤
19、维素、果胶物质等都属于多糖类化合物不仅存在于植物体内，还存在于其他生物体内。如微生物细胞壁中含有多糖，酵母细胞中含有糖元颗粒，人体和动物的肝、肌肉中也有糖元颗粒，细菌荚膜中也有,多糖分子结构很复杂从化学组成看，多糖由大量单糖分子脱水缩合而成多糖分子很大，溶解于水后常成为胶状溶液(纤维素不溶于水)，因此又称多糖为糖胶多糖无甜味，也无还原性。根据化学组成的不同，可将多糖分成己糖胶(多缩己糖)，戊糖胶(多缩戊糖)及混合多糖等几类,1.己糖胶,由于组成的单糖不同，可分为葡萄糖胶(多缩葡萄糖)如淀粉、糖元、纤维素等半乳糖胶(多缩半乳糖)如琼脂果糖胶(多缩果糖)如菊糖甘露糖胶(多缩甘露糖)如半纤维素,2.
20、戊糖胶,阿拉伯糖胶：是许多树胶的成分，如桃胶、樱桃胶、阿拉伯胶等都含有阿拉伯糖胶木糖胶：存在于各种植物的茎杆内，如稻草、麦杆、玉米芯、棉子壳、向日葵壳中都含有较多的木糖胶 阿拉伯糖胶、木糖胶也是属于半纤维素的成分,3.混合多糖,有些多糖不是由单纯一种单糖组成，而是由两种或多种多糖组成，甚至还含有单糖的衍生物果胶物质中就含有半乳糖醛酸及半乳糖醛酸甲酯,(一)淀粉,淀粉是植物体中最重要的储藏碳水化合物在谷类、豆类种子中以及在马铃薯、山芋中都含有大量的淀粉许多野生植物的种子或块茎、块根中也含有较多的淀粉啤酒酿造用原料的淀粉含量(以干物计算)大麦约含5565，大米可达90，玉米6070,1.淀粉颗粒的
21、性质,淀粉在植物体内往往以颗粒状态存在每种作物淀粉颗粒的形状、大小不同形状有球形、卵形和多角形三种大麦淀粉颗粒为卵形，大米为多角形，.马铃薯淀粉颗粒最大，燕麦淀粉颗粒最小大麦淀粉颗粒1035，大米39，玉米426淀粉颗粒不溶于水，比重较大(平均为1.5)，在水中产生沉淀，生产上利用这种性质制备各种淀粉,淀粉颗粒由大量淀粉分子以氢键相连结颗粒中有的地方淀粉分子间氢键较多，结构非常紧密，称晶区；有的地方分子间氢键少，结合较疏松，称为非晶区纯粹的淀粉经水解后的产物是葡萄糖，分子式可用(C6H10O5)n表示,2.淀粉的糊化与回生,淀粉颗粒在冷水或温水中浸泡后，会稍微有些膨胀，有少量水分子进入淀粉颗粒
22、的非晶区一般温度低于60时，淀粉颗粒结构无显著改变温度达6570时，淀粉颗粒会突然吸收大量水份，体积大大地膨胀，并且粘度显著增加，这种现象称为淀粉的糊化，这时的温度称糊化温度,淀粉糊化是大量水分子进入淀粉颗粒晶区部分，破坏其晶状结构，即破坏淀粉分子间的氢键，使淀粉颗粒中的分子由紧密结合状态变成疏松状态，从而使淀粉分子与水组成氢键，此时淀粉颗粒瓦解淀粉呈单分子状态溶于水中，所以经糊化后，更易被淀粉酶水解在酿造工业中用淀粉质原料生产时，往往需要将淀粉蒸煮各种不同来源的淀粉，其糊化温度不同，大米淀粉糊化温度6573，玉米淀粉6471，大麦淀粉7580在糊化时因受淀粉酶作用的影响，糊化温度降低至55,
23、淀粉糊化后，在常温下放置较长时间，又能逐渐失水，淀粉分子间重新组成氢键而形成晶体结构此时淀粉不溶于水，粘度下降，与碘不起呈色反应，这种现象称“回生”或“老化”低温及水份含量3060时较易发生“回生”淀粉经回生后，不易被淀粉酶水解，所以糖化效率降低,3.直链淀粉和支链淀粉,淀粉颗粒的淀粉分子，根据化学结构特点，可分为直链淀粉(淀粉糖)和支链淀粉(淀粉胶)两类都是由-葡萄糖失水缩合而成，因结合键位置的不同，所以理化性质也不同,直链淀粉由大量葡萄糖分子以-1,4糖苷键脱水缩合组成不分支的长链状结构，易溶于水，溶液粘度低而不稳定支链淀粉也是由大量葡萄糖分子脱水缩合组成，结构中除了以-1,4结合以外，还
24、具有由-1,6结合构成的分支，形成分支状的结构,直链淀粉和支链淀粉的分子大小都不均一，分子之间大小相差很大直链淀粉分子大小在2403800个葡萄糖单位支链淀粉分子大小以及分支程度不同，一般认为每隔89个葡萄糖单位就有1个分支，平均每个分支长度约为2030个葡萄糖单位，1个支链淀粉分子中可以几十个到几百个分支，支链淀粉分子大小在100037000个葡萄糖单位淀粉分子中含有的葡萄糖单位数量成为重合度，用符号DP表示，例淀粉分子的DP为1000，表示这种淀粉分子由1000个葡萄糖单位组成,各种植物淀粉颗粒中含有直链淀粉和支链淀粉的比例不同一般淀粉颗粒中约含有80的支链淀粉和20的直链淀粉糯性淀粉颗粒
25、几乎完全由支链淀粉构成，并且这种支链淀粉分子的分支程度比一般的要高,几种淀粉中直链淀粉与支链淀粉的含量,直链和支链淀粉虽然由大量葡萄糖单位构成，葡萄糖分子具有的还原性醛基，在-1,4结合和-1,6结合中构成糖苷键支链淀粉分子中虽有几十个甚至几百个分支末端，但其中只有一个末端具有还原性，因此，直链和支链淀粉都不显还原性,4.淀粉与碘液的呈色作用,淀粉与碘液接触后，出现蓝色或蓝紫色，一般认为是由于淀粉分子具有螺旋状卷曲，能使淀粉与碘形成淀粉碘的复合物，因而显颜色直链淀粉分子由大量葡萄糖单位构成的不分支链状结构构成，具有螺旋状卷曲，平均每6个葡萄糖单位形成一圈螺旋整个直链淀粉分子的螺旋圈数很大，当碘
26、液与淀粉接触，碘分子进入淀粉分子螺旋内部，平均每6个葡萄糖单位(每圈螺旋)束缚1个碘分子整个直链淀粉分子可以束缚大量的碘分子，这就形成了淀粉碘的复合物,支链淀粉分子同样具有螺旋卷曲，但由于直链淀粉每个分支平均长度较短，分子中每段螺旋圈数较少，碘分子不能进入支链淀粉分支点淀粉碘复合物的颜色与葡萄糖单位的链长度有关直链长度少于6个葡萄糖单位时，不能形成1圈螺旋，不与碘液起呈色作用链长为812个葡萄糖单位时呈红色，链长达30个葡萄糖单位时呈蓝紫色，链更长时就呈蓝色或深蓝色,重合度与碘呈色反应的关系,淀粉溶液加热时，可以使淀粉分子的螺旋卷曲伸展开来，与碘的呈色作用消失当冷却时可以恢复螺旋卷曲，仍出现呈
27、色作用,5.淀粉的水解作用,淀粉可以用酸水解，最终产物是葡萄糖，不完全水解则生成糊精淀粉也可以用淀粉酶水解，使用不同淀粉酶，得到组成不同产物，包括葡萄糖、麦芽糖、糊精糊精是淀粉不完全水解的产物，结构与淀粉结构相似，由于在淀粉水解过程中生成，其分子大小不一定，可以是比淀粉分子稍小一点的大分子，也可以是只有45个葡萄糖单位的小分子糊精不溶于酒精，可以用酒精来检验糊精的存在,淀粉的水解过程是由大分子逐渐变小，最后生成葡萄糖的过程水解过程中与碘的呈色反应逐渐变化，由蓝色蓝紫色紫红色红色橙色无色(碘色)当分子小于6个葡萄糖单位时不起呈色反应。啤酒工厂在糖化生产实践中常用碘液来检验淀粉的水解是否完全 淀粉
28、水解时，由于-1,4糖苷键断裂，游离醛基数逐渐增多，可以测定水解液还原力大小判断淀粉水解程度,6.啤酒生产用淀粉酶,淀粉酶能使淀粉水解成糊精、麦芽糖和葡萄糖不同的淀粉酶对淀粉的水解方式不同，一般可分为4种类型,-淀粉酶,又称淀粉-1,4糊精酶，是液化型淀粉酶分解淀粉主要生成低分子量(从1003000)的糊精任意切开淀粉分子-1,4糖苷键，生成较小分子的遇碘液不呈色的糊精和少量麦芽糖、葡萄糖淀粉液化以及淀粉与碘呈色迅速变化因生成的糖是型，故称-淀粉酶,-淀粉酶,糖化型淀粉酶，水解淀粉产生麦芽糖和高分子糊精-淀粉酶对直链和支链淀粉的作用不一致；直链淀粉能完全水解，支链淀粉只能分解54，只能从淀粉分
29、子-1,4糖苷链的非还原性末端顺次切下麦芽糖和余下部分非还原性的-糊精生成糊精，遇碘液呈现红色或紫色生成的麦芽糖是-型，故称-淀粉酶大麦籽粒中只含有-淀粉酶，只有在发芽的时候，籽粒中才呈现大量的-淀粉酶,糖化酶,称为淀粉-1,4葡萄糖苷酶，是糖化型淀粉酶与-淀粉酶有相同点，是从淀粉非还原性末端顺次切开-1,4糖苷键；生成葡萄糖它可以切开-1,6糖苷键,异淀粉酶,亦称-1,6糊精酶或R酶只能切开支链淀粉的-1,6糖苷键将支链淀粉侧枝切下成为较短的直链淀粉,(二)糖元,淀粉是植物体中作为营养物质贮存的多糖，糖元是微生物菌体内以及人体和动物的肝脏、肌肉中贮存的1种多糖糖元化学结构与支链淀粉十分相似，
30、但分支程度比支链淀粉高，平均每隔34个葡萄糖单位就有1个分支，每个分支平均长度约67个葡萄糖单位糖元分子大小与支链淀粉相近，分子量约在几百万上下由于糖元的分支比较短，所以遇碘液呈红色,(三)纤维素,纤维素是构成植物与微生物细胞壁的主要成分，在自然界中分布很广木材中纤维素含量达50以上，棉花和麻类等植物纤维主要成分是纤维素，各种植物茎、杆中都含有较多的纤维素淀粉在植物体内作为营养物质贮存的多糖，纤维素作为构成植物体骨架的结构多糖纤维素由葡萄糖以-1,4糖苷键组成。为线状结构，10个纤维素分子可以平行组成小束，几十个小束组成小纤维，再由许多小纤维构成一根植物纤维,纤维素是分子量很大的多糖，MW可达
31、几十万甚至几百万纤维素在木材中常与半纤维素、木质素等物质一起存在纤维素不溶于水，无还原性，与碘也不起呈色反应。纤维素在高温高压下，可以酸水解，水解中间产物有纤维素糊精、纤维六糖、纤维四糖、纤维二糖等，完全水解后可以生成葡萄糖有些微生物能产生分解纤维素的纤维素酶，如纤维素酶能广泛应用，可以大量利用野生植物和农副产品的纤维素，为发酵工业开辟新的原料来源，节约粮食,(四)琼脂,是1种半乳糖胶，不溶于冷水，浸泡后吸水膨胀，在热水中能缓慢溶解浓度为12的琼脂溶液冷却至室温，能形成冻状的凝胶琼脂不能被微生物利用，可作为微生物培养基的固化剂主要存在于一些海藻植物中如石花菜琼脂的化学结构主要是由D-半乳糖和L
32、-半乳糖分别以-1,6结合和-1,4结合组成，重合度为2060,(五)菊糖,菊糖是一种果胶糖，存在于各种植物的根、茎、种子中，尤其在菊科植物如菊芋根、茎中含量较多，因此又称为菊根粉，是某些植物作为营养物质贮存的多糖菊糖由果糖以-2,1糖苷键结合组成的，大约含有2830个果糖单位是一种白色无味的粉末，不溶于水，在热水中能溶解，冷却后又能沉淀，与碘不起呈色反应能被稀酸水解，有一些霉菌和酵母菌能产生水解菊糖的菊糖酶，发酵工业上可利用野生植物菊芋来制造酒精,(六)半纤维素,半纤维素广泛存在于各种植物的茎、杆、叶以及壳中和纤维素一起是细胞壁的组成成分木材中半纤维素常与纤维素一起存在，一方面作为植物的支柱
33、物质，同时可以作为植物体的贮存营养料是一些甘露糖胶、半乳糖胶、阿拉伯糖胶及木糖胶的总称半纤维素能溶于碱溶液，并能被酸或酶水解，生成己糖及戊糖发酵工业上利用水解所得的己糖制造酒精，戊糖制造饲料酵母,(七)果胶物质,是糖类物质的高分子化合物，存在于各种植物的细胞壁及细胞间层中，并大量存在于浆果、果实及植物的块茎与块根内，在细菌的荚膜中也有存在是原果胶、果胶酸、果胶等几种物质的总称原果胶是指在植物体内与其他多糖结合在一起的果胶物质，经适当水解后可以生成果胶,指半乳糖醛酸甲酯组成的多糖，能溶于水，并能与适当的糖和酸形成凝胶，用山楂果作成山楂糕及用苹果或其他果子作成的果酱，可以看成是由果胶形成的凝胶果胶
34、酸由半乳糖醛酸组成，与果胶酸的区别是不以甲酯的形式存在，而以酸的形式存在，具有酸性，能溶于水并能被钙离子沉淀。根据这个原理可以测定果胶酸物质的含量山芋中有果胶物质存在，用山芋制造白酒及酒精时，成品会含有少量的甲醇，主要是由果胶物质中的甲酯水解产生果胶物质不溶于酒精，在制造果酒时易产生浑浊,二、蛋白质,蛋白质及其分解产物对啤酒酿造的影响有多方面，对啤酒风味、泡沫产生和持久、澄清、啤酒稳定性都有影响蛋白质分解产物多肽和氨基酸，对啤酒酵母的营养和繁殖是必需的蛋白质经酶分解的产物有高分子、中分子和低分子蛋白质，对啤酒的影响不同。高分子蛋白质在麦汁煮沸时与单宁结合而沉淀，是引起啤酒浑浊的主要因素中分子蛋
35、白质一部分在麦汁冷却或发酵时凝结沉淀，一部分留在啤酒中影响啤酒风味的浓醇性和泡沫持久性。也是引起啤酒浑浊的主要原因之一。,低分子蛋白质主要是氨基酸，是发酵期间酵母的养料，含量太低，会造成酵母营养不良而提早衰老，但含量过高也不好啤酒生产中，从原料的选择、麦芽制造工艺控制以及糖化、冷却、过滤等各工序均把对蛋白质的数量及其变化的关系放在十分重要的地位。蛋白质的组成份及其物理、化学特性和蛋白质的分解，成为啤酒生产者必须了解和掌握的基础知识讲述啤酒生产中有关蛋白质的一些化学问题蛋白质在生产过程中的变化和作用，在工艺中还会进一步讲述,(一)蛋白质的化学组成,蛋白质是一类重要的化合物，不仅是构成生物体的基本
36、物质，还是生命活动所依赖的物质基础自然界中一切生物微生物、植物、动物及人体内都含有蛋白质，酵母干细胞中含3075蛋白质生物体各种生命现象和蛋白质分不开例如，生物体消化、吸收，生物体内新陈代谢过程中各种物质的变化和各种酶的作用分不开，而各种酶都由蛋白质构成大麦的发芽、酵母的繁殖和发酵也均和蛋白质的变化、酶的作用分不开,1.蛋白质的元素组成,各种微生物、植物和动物得到的蛋白质进行元素分析，普通蛋白质元素组成为 碳：5055 氢：6.8 7.7 氧：2124 氮：1519 硫：0.5 2.5 磷(不是经常存在)：0.11.0此外，还有微量的铁、铜、锌、钴、钨等金属元素,一切蛋白质均含有氮，且大多数蛋
37、白质含氮百分数在1519之间大麦等蛋白质含氮一般以16计，这个含氮的平均百分数经常被用来作为粗略计算蛋白质的依据各类原料蛋白质系数=100/16=6.256.25为蛋白质系数。当我们测定某物质的蛋白质氮含量时，乘以这个6.25系数，就是该物质的蛋白质量,不同物质蛋白质系数不一样，关于氮-蛋白质换算等数 6.25是以pro平均含氮导出的数值，但食品中含氮比例，因食品种类不同，差别很大测定pro时，不同食品用不同的换算等数，手册列出部分换称算等数(可查)，蛋(6.25)，肉(6.25)，牛乳(6.38)，稻米(5.95)，大麦(5.83)，玉米(6.25)，小麦(5.83)，麸皮(6.31)，面粉
38、(5.70)，写报告时要注明采用的换算等数以何物代替。用原料混合制成的食品，采用占总氮量多的原料为换算等数，组成成分不明确的食品可采用6.25，报告时一定要注明所用的换算等数近年，国际组织认为6.25的换算等数太高，特别是对蛋品、肉品及鱼类，贝类等动物性食品，根据以氨基酸组成总量计算的比6.25要低的多，目前还在争论之中，以后很有可能比6.25要小一些。最新对10个不同来源大米蛋白粉氨基酸成分的分析，确定大米蛋白质的蛋白系数为6.70。经验证更符合真实情况,2.蛋白质的水解,在啤酒酿造中，原料中蛋白质水解，按其水解程度可分成四类 蛋白质月示胨肽氨基酸(现统称多肽),月示,是蛋白质水解过程第一步
39、的中间产物。保留着蛋白质的许多性质在啤酒中的作用和淀粉分解的中间产物糊精相似，使啤酒产生浓醇性和适口性及具有泡持性不是一种单一的物质，是蛋白质分解一系列中间产物中的一部分，是混合体和蛋白质区别在于受热不会凝固，但遇单宁能沉淀，并能被盐析出，如饱和硫酸铵溶液双缩尿反应颜色为紫色,胨,是分子量较低的一种蛋白质的分解产物，还具有蛋白质部分特性能溶于水，不为热所凝固，亦不为饱和硫酸铵溶液所沉淀，和双缩脲反应是红色，遇单宁也能生成沉淀在啤酒中性质和月示相似,肽,胨继续水解可形成由两个及三个以上的氨基酸组成的肽，称二肽、三肽、四肽和多肽这些化合物也如游离氨基酸一样，自由氨基和羧基性质比较明显，其中大部分可
40、以用甲醛滴定性质更接近氨基酸,氨基酸,最终分解产物是氨基酸(AA)从蛋白质的水解产物中找到AA约有20种AA是酵母的生长、繁殖必要的氮素源在发酵过程中，AA中的缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等分别可转化为异丁醇、异戊醇和活性戊醇等与风味有关的高级醇。AA也是啤酒中高级醇的来源,3.蛋白质的结构简介,蛋白质中的AA以酰胺键连结。酰胺键可以看成是1个AA的氨基与另1AA的羧基在一定的条件下的脱水缩合两个缩合AA两端仍然分别有一个氨基或羧基，在适当的条件下仍然可以与第三、第四以及更多的氨基酸缩合起来，形成一种链状的结构由AA以酰胺键缩合起来的化合物称为多肽，AA数量非常多就是蛋白质分子。这种酰胺键称为肽键
41、，由很多AA连接起的链状结构称肽链。参加组成肽键的AA不再是游离AA，称为氨基酸残基肽链中的碳原子以单键方式连接起来，可以旋转，肽链可以卷曲成有规则的螺旋状或其他形态。肽链的两端分别有一个氨基和羧基，分别称为N末端和C末端,(二)氨基酸,来自生物体蛋白质的AA称天然AA。绝大多数是L型AAD型和L型AA，在光学旋光性有不同以外，化学性质和物理性质差别不大从生物体营养角度来说，其营养作用只有L型AA。(因为分解AA的酶有专一性，生物体酶只能对L型起作用)一般D型AA不能被生物体利用，故认为没有营养价值。用化学合成的AA往往是D、L型的混合型,1.氨基酸的分类及其结构,在各种生物体中发现的AA种类
42、有二、三百种，有各种不同的生物功能只有一小部分参与蛋白质的组成在蛋白质中经常遇见的AA称为蛋白质常见AA，一共20种平时说的氨基酸主要就是指这些氨基酸。按照它们的化学结构，可以分成3类,脂肪族AA,1.一氨基一羧基AA(1)不含其他特殊基团的一氨基一羧基AA甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸(2)含硫的一氨基一羧基AA半胱氨酸、胱氨酸(可看作是由半胱氨酸构成)、蛋氨酸(又称甲硫氨酸)(3)含羟基的一氨基一羧基AA丝氨酸、苏氨酸2.一氨基二羧基氨基酸天门冬氨酸、谷氨酸3.二氨基一羧基氨基酸精氨酸、赖氨酸,芳香族AA,苯丙氨酸、酪氨酸杂环AA1.杂环亚氨基酸脯氨酸、(羟脯氨酸是由脯氨酸羟化而
43、来)2.其他杂环氨基酸组氨酸、色氨酸,2.AA的理化性质,氨基酸的两性电解质性质及等电点,AA是一种既呈酸性又呈碱性的化合物。分子中含有羧基，能和羧酸一样电离出氢离子(H+)而呈酸性。羧基成为带负电荷的基团(-COO-)，氨基能象胺一样接受氢离子，具有碱性并成为带正电荷的基团(-NH3+)。AA的这种性质称为两性电解质性质AA在溶液中呈离子状态存在，在稀酸溶液中由于H+浓度较大使AA羧基解离受抑制，而AA正好与H+结合，因此AA呈阳离子存在在碱性溶液中，H+与碱的OH-结合，尽管羧基的解离增大，但没有H+与氨基结合。因此AA呈阴离子存在,R-CHCOOH R-CHCOO-R-CHCOOH NH
44、2 NH3+H+NH3+等电点状态 带正电荷状态(阳离子)-H+(在酸性溶液中AA)R-CHCOO-NH2 带负电荷状态(阴离子状态)(在碱性溶液中AA),AA在溶液中呈离子状态存在，在溶液中通直流电时，在电场的作用下，带电荷的AA会在电场中移动AA带正电荷时向阴极移动；带负电荷向阳极移动逐渐改变溶液pH，使AA所带正电荷等于负电荷，此时AA既不向阳极移动，也不向阴极移动，这时溶液的pH值就表示AA的等电点由于一氨基一羧基的AA，其氨基和羧基解离度不相等，羧基解离稍强些，且分子中其他基团对氨基和羧基的解离也有不同的影响。因此各种AA的等电点不同一般AA的等电点值小于7，碱性AA的等电点大于7,
45、部分AA的等电点,AA的溶解性质,AA(除胱氨酸、酪氨酸外)都能溶于水，在酸性或碱性溶液中全部能溶解除脯氨及羟脯氨酸能溶于乙醇溶液以外，其他AA都不溶于乙醇溶液。在等电点时，AA正负电荷相等，净电荷为零，此时溶解度最小，容易结晶析出AA的这个性质在生产实践中得到广泛的应用,与甲醛的反应,AA的氨基能与甲醛反应，生成羟甲胺衍生物而失去碱性。1个AA分子能与2个甲醛分子起反应甲醛滴定法测定AA的含量称甲醛定氮(AA)利用这一反应原理，在AA水溶液中，加入中性甲醛，再用强碱(NaOH)溶液滴定氨基(-NH3+)放出的氢离子(H+)，由滴定所用的碱量计算AA的含量甲醛滴定仪器设备简单，操作方便,亚硝酸
46、反应,AA(除亚氨基的脯氨酸及羟脯氨酸外)的氨基都能与亚硝酸起反应。放出氮气1分子AA与1分子亚硝酸反应时产生1分子的氮气。这1分子的氮气一半来自亚硝酸，一半来自AA的氨基测定反应中生成的氮气数量，可以计算出AA的含量。这种方法称为范斯莱克定氮法(简称为范氏定氮法)在AA生产中也有用这种方法测定AA的含量此法测定啤酒中AA含量正确度高，但手续较麻烦,茚三酮反应,AA与水合茚三酮共同加热时，AA被氧化分解，生成醛、氨及二氧化碳；茚三酮被还原，在弱酸性条件下还原茚三酮与氨及另一水合茚三酮分子缩合成为蓝紫色的化合物。蓝紫色化合物的生成多少与氨基酸的量成正比关系可以用比色法测定样品中AA含量。在啤酒生
47、产中应用在AA的色层分析中，通常都用茚三酮作AA的显色剂,与还原糖和醛类的反应,AA与还原糖共同加热作用时，AA和糖都能分解。AA分解生成相应的醛、氨、二氧化碳这类醛具芳香味，是构成食品芳香成分的物质由还原糖分解形成糠醛等醛类，很容易与氨基酸或多肽作用，化合成具有芳香性和暗色的黑色素。是啤酒色泽的主要来源。在麦汁煮沸过程中，有不同程度的这类反应发生,(三)蛋白质的基本性质,1.溶解等通性,一些小分子蛋白质能溶于水，多数蛋白质一般不溶于纯水中，但能溶于盐溶液、稀酸或稀碱中一部分能溶于70的酒精中。但是没有一种能溶于乙醚中溶于水的蛋白质，其溶解度主要取决于溶液pH值蛋白质的水溶液是典型的亲水胶体溶
48、液，溶解度随溶液pH值、温度、振荡等因素而变化这一点对啤酒酿造(凝固物的生成发酵、贮存等)及啤酒的稳定性具有特别重要的意义,蛋白质分子特别巨大，不能通过半渗透膜及微生物的细胞膜，必须分解后才能被酵母的利用。蛋白质的胶体溶液具有光学活性，在旋光计里能旋转偏振光，通常是左旋蛋白质的胶体溶液能使水表面张力减小，对啤酒泡沫形成有很大作用。还具有粘性，分子愈大粘度愈大,2.蛋白质的两性电解质性质及等电点,蛋白质由许许多多AA组成。AA彼此之间以-氨基与羧基结合成肽键构成蛋白质分子蛋白质分子中有二羧基AA剩余的羧基和二氨基AA剩余的氨基，以及其他AA上的各种基团有的基团能解离出H+而带负电荷，有的能接受H
49、+带正电荷。因此蛋白质也具有两性电解质性质，带电荷的蛋白质分子也能在电场中移动当蛋白质分子在溶液中带正电荷数量等于负电荷数量时，这个pH值表示这种蛋白质的等电点不同蛋白质分子中各种基团的数量不等，因此不同的蛋白质，等电点也不同,一些蛋白质的等电点,蛋白质溶液在等电点时，其颗粒的电荷最少，而蛋白质颗粒变性和结絮的倾向最大啤酒生产糖化时，调节麦汁pH，达到球蛋白等电点，使它们沉淀析出，可达到除去多余蛋白质的目的,3.蛋白质的胶体性质,少量食盐溶解在水中，变成Na+和Cl-小质点，均匀地分布在水溶液中少量面粉在冷水中，搅拌得很均匀，但面粉不溶于冷水，面粉颗粒许多质点悬浮在水中。面粉颗粒的质点比Na+
50、和Cl-质点大得多按质点大小把溶液分为三种状态 质点大小在1m以下，为真溶液，象食盐溶液及其他小分子化合物溶液，离子或分子大小远小于1m。质点大小在100m以上，质点不以离子或分子状态溶解在溶液中，而是象面粉颗粒那样悬浮在水中，这种状态称为悬浮液 质点大小在1m到100m之间，质点比普通的离子、分子大，但比悬浮液的颗粒要小，这种状态称为胶体溶液蛋白质分子量在几万到几十万之间，比普通化合物分子大得多。蛋白质分子的大小在1m到100m之间，蛋白质溶液是高分子溶液，具有胶体溶液的某些特性，属于亲水胶体,蛋白质溶液是一种亲水的胶体溶液组成蛋白质分子的AA残基中带有很多极性基团(如羧基、氨基)，这些基团
