今回はマッシングに関する論文の１つをまとめてみる。詳しい実験方法は割愛している。簡単に説明すると、完成品に影響を与えず、いかに効率よくマッシングするか、という内容だ。注意点としては、この論文で注目しているのはデータであって、美味しさ、のような感覚的なテストは行われてない。発酵性糖類をいかに効率よく抽出するか、というのが第一目的の実験だ。あとスパージングに関する情報はない。どうして？
※マッシングと発酵度に関する翻訳記事はこちら“ALL ABOUT ATTENUATION” by Escarpment Labs
| ℃ | min | |
| Mash In | 50 | |
| Protein Rest | 50 | 5 |
| β-Amylase Rest | 63 | 30 |
| α-Amylase Rest | None | |
| Mash Out | 78 | 1 |
概要
- マッシング時間の短縮による生産効率の向上を目的として研究は行われた。
- 8つの異なる時間-温度でマッシングし、2つの異なるパイロット醸造を、酵素活性、糖組成、アルコール度数、FAN(遊離アミノ酸)などの観点から分析した。
- 麦汁の糖類組成と発酵性、アルコール度数と泡の安定性に影響を与えることなく、酵素活性を高く維持する温度プロファイルを選択することで20分の短縮が達成された。
- 最適化したマッシングプロファイルを提示した。
導入
伝統的なマッシングのレストは以下の3つだが、現代の麦芽は質が良くなっているので、ほとんどの醸造所はαおよびβアミラーゼが活性化する温度帯でマッシングしている。
- 45℃：β-glucanase and protein rest
- 62℃：β-amylase rest
- 70℃：α-amylase rest
長年にわたって、デンプン分解能力の高い麦芽品種が選ばれてきたことにより、βアミラーゼとαアミラーゼの活性が大幅に上昇した。
Dukeらの研究によれば、55→70℃の緩やかな上昇（これはβアミラーゼの最適温度63-65℃を含む）によって生成された発酵性糖類量は、一定温度でのレストなしでも、約20分後にピークに達した。
Durandらの研究によれば、50→63℃の素早い上昇とレストによって、βアミラーゼレストによる最大発酵性糖類濃度を約20分後に達成した。
さらに、63→72℃の素早い上昇によって、最大発酵性糖類組成とデキストリン濃度も5分以内に達した。
Langenaekenらの最近の研究によれば、マッシング中の発酵性糖類のピーク濃度の85％以上が、62℃での20分間の休息後に達成され、残りの糖類は、α-アミラーゼレスト（65℃）に向けた最初の5分間の加熱中に得られた。
原材料と方法
原材料
麦芽：pilsner malt by Viking Malt社
ホップ：Magnum(ビタリング), Perle and Hallertau Mittelfrüh(アロマ) by Caldic Nordic社
酵母：S-189 by Fermentis社
※SafLager™ S‑189：スイスのHürlimann醸造所が起源。中性的なラガー酵母。発酵温度は12-18℃。発酵度は80-84％。エステルは少なくハーバルでフローラルなニュアンス。
方法
ラボスケール：麦芽100 gを脱塩水300 mLでマッシング。加熱速度は1℃/分。Original, A-G(new profile)が行われた。
：”Original”は典型的な工業的マッシング手順に基づくもので、他の7つ（A-G）はより短いプロファイルである。
パイロットスケール
：麦芽14 kgを42 Lの水道水でマッシング。加熱速度は約2℃/分。Original, G(new profile)が行われた。
：麦汁は60分間煮沸し、3回に分けてホップを添加した： 最初の1分間にMagnum、30分後にHallertau Mittelfrüh、煮沸終了1分前にPerleを添加した。ワールプールの後、約97Lの冷麦汁を40Lずつ2つの発酵槽に分け、S-189ドライイーストを添加した。発酵は14℃で13日間行われ、その後ビールは3℃まで冷却され、コーネリアスの樽に移され、炭酸が加えられた。分析用のサンプルは、5℃で約24日間熟成させた後に採取した。
※マッシング効率の実験はラボスケール、発酵中や発酵後に関する実験はパイロットスケールで行われたということだ。
最初にラボスケールでマッシング効率を高めるプロファイルを色々と試し(A-G)、それらをOriginal(典型的プロファイル)と比較、その中でも効率がよかったGを”new profile”と呼び、再度、OriginalとG(new profile)で実験（今度はより実践的なパイロットスケール）、完成品に大きな影響がないかどうか確かめた、ということだ。
結果
マッシング中の酵素活性
マッシング中の可溶化アミラーゼ活性を測定した結果を、異なる時間-温度プロファイルについてFigure 1とFigure 2に示す。比較のため、元のプロフィールを信頼区間95%で示した。ほとんどの実験室スケールの結果について、重複した結果は同等であった（α-アミラーゼは<10 DU、糖化力は<30 WK）。唯一の例外はプロファイルBで、α-アミラーゼでは10 DU以上の差があった。したがって、これらの結果は本研究では示していない。
α-アミラーゼとβ-アミラーゼの結果は、他の研究と同等である。
α-アミラーゼ活性は、63-65℃のステップでプラトーを示しながら、時間の経過とともに逆U字型のプロフィールをたどる。最初の数分間の増加は、麦汁中への酵素の放出によるもので、次のプラトーは63-65℃でのα-アミラーゼの熱安定性によるものである。最後の急激な減少は、α-アミラーゼの安定性が低下する72℃（または78℃）への昇温によるものである。
β-アミラーゼ活性は、マッシング開始時にサンプルを採取した場合に観察される最初の上昇を除いて、時間の経過とともに低下する。α-アミラーゼに関しては、最初の増加は麦汁へのβ-アミラーゼの抽出によるものである。連続的な減少は、α-アミラーゼよりも顕著で、この酵素の熱安定性が低いためである。
麦汁および完成品のエキス、FAN、糖分、エタノール濃度および泡の安定性
測定した発酵性糖類濃度は、すべてのラボスケールの麦汁で同程度であった： マルトース(maltose)120-126g/L、マルトトリオース(maltotriose)29-33g/L、グルコース(glucose)15-18g/Lであった。比重も20.6-21.1°P(1.085-1.087)の範囲で一貫していた。対照的に、FAN値はオリジナルプロファイルが279ppmであったのに対し、代替プロファイル（A-G）はすべてFANが287-312ppmとわずかに高かった。マッシング中の酵素活性の上昇（Figure 1a,b）と、異なるマッシング・プロファイル間の糖組成の類似性に基づき、提案されたマッシング・プロファイルの中で最も短いプロファイル（プロファイルG）がパイロット醸造実験に選ばれた。
パイロット・スケールの結果は、ケトル・フル麦汁、および各麦汁を発酵させた2つのタンクについてTable 4に表示されている。ANOVA（単一要因）を実施した結果、ボイル前麦汁のFANと発酵性糖類との間に統計的に有意な差はなかった（p > 0.05）。ケトル・フル麦汁の比重（9.3 °P / 1.037、表4）は、煮沸してワールプールした後、9.6 °P / 1.0384と9.7 °P / 1.0388（オリジナルと新しいプロファイル）に増加し、最終ビールでは見かけ比重2.2-2.6 °P(1.008-1.01)に減少した。それはブルーハウスの典型的な値と一致し、見かけの発酵度（発酵性）はオリジナルプロファイルの方が新プロファイルよりわずかに高かった（それぞれ平均約77％と74％、Table 4）。最終的なビールからは発酵性糖類は検出されず、4種類の最終的なビールのアルコール度数はほぼ同じであった（4.0-4.2%）。最も注目すべきは、新しいマッシング・プロフィールで醸造されたビールの泡の安定性が、オリジナルのマッシング・プログラムで醸造されたビールよりも有意に高かったことである。従って、新しく提案されたプロフィールは、ビールの主な品質パラメーターに悪い影響を与えなかったと結論づけられる。
議論の余地
代替マッシングプロファイルによる酵素活性の違い
代替マッシング温度プロファイルはすべて、オリジナルのマッシングプロファイルと比較して、時間の経過とともに麦汁中に抽出されたα-およびβ-アミラーゼ活性が同等または高くなった（Figure 1）。α-アミラーゼについては、プロファイルA-Gの活性はほとんどがオリジナルプロファイルの95％信頼区間より高かったが、β-アミラーゼ活性はすべての代替プロファイルで高かった。後者はおそらく、β-アミラーゼの熱安定性が高い55℃またはそれ以下の温度で少なくとも5分間の初期工程を行うため、これらの酵素が変性することなく麦汁中に抽出されるためと考えられる。注目すべきことに、ほとんどのマッシング・プロファイルでは、従来のβ-アミラーゼのレスト温度である63-65℃に近い温度に達すると、すぐにβ-アミラーゼ活性のかなりの部分が失われている。β-アミラーゼは、65℃で1時間以上活性を維持するα-アミラーゼに比べて熱安定性がかなり低いため、大麦麦芽から発酵性糖類を生成する際の制限因子である。したがって、マッシング時間を短縮するためのパラメーターの最適化は、β-アミラーゼ活性の改善に焦点を当てるべきである。オリジナルのマッシング・プロファイルでは、β-アミラーゼは63-65℃で16分（レスト30分のうち）後に活性の3分の2を失った（Figure 1b）。45-55℃での最初のレストと、その結果得られる麦汁への高いβ-アミラーゼ活性の移行により、この従来のβ-アミラーゼ・レストは、全体的に高い活性を維持しながら、最大10分短縮できる。
α-アミラーゼについては、A-Gプロファイルの活性が全体的 に高く、主にβ-アミラーゼ・レスト中に高い活性を示したが、これは 45-55℃での初期段階と、原麦芽の改質が比較的低いことの組み合わせによる ものと思われる。
マッシングプロファイルにおける酵素活性の推移を知ることは、ブルワーがα-アミラーゼ活性とβ-アミラーゼ活性をプロテインレストで増加させるべきかどうかを決定するのに役立つだけでなく、各酵素の活性が低いために63-67℃と70-72℃のレストの時間や温度を減らすべきかどうかを決定するのにも役立つ。
糖プロファイル、FANおよび泡の安定性
ラボスケールのスイート麦汁とパイロットスケールのケトル・フル麦汁の糖組成と比重は、それぞれのA-Gプロファイルとオリジナルのマッシングプロファイルの間に大きな違いは見られなかった。これは、オリジナルのプロファイルでは、β-アミラーゼ・レストの20分を超えると加水分解が起こらず、α-アミラーゼ・レストの5分を超えると加水分解が起こらなかったためと考えられる。
Durandらは、大麦麦芽のマッシング中のデンプンの加水分解と発酵性糖類の形成をシミュレートすることで、デンプンの90%以上を加水分解し、最終麦汁の発酵性糖類組成の95%以上に達するには、63℃で20分未満しかかからないことを示した。それは麦汁エキスが55℃から70℃まで一定に加熱して20分未満でピークに達した他の研究と一致している。同様のパターンがLangenaekenらによって観察され、大麦デンプンのゲル化温度に近い62℃で20分後にほぼ全ての発酵性糖類が得られ、その後1℃/分の昇温速度で65℃まで短時間で昇温した。Durandらの研究では、63℃から72℃への昇温開始から発酵性糖類の最大濃度に達するまで約5分かかったことも報告されている。前述したように、α-アミラーゼ活性とβ-アミラーゼ活性は、新しく提案されたプロファイル（Figure 1とFigure 2）でも同等かそれ以上であったことから、β-アミラーゼ・レストとα-アミラーゼ・レストの最後の10分間の効果はわずかであることが示され、選択された時間短縮が正当化された。
同様に、麦汁中のα-アミラーゼ活性が高いほど、β-アミラーゼ・レスト中に発酵性糖類の生産が促進された可能性がある。α-アミラーゼ活性の至適温度は70-75℃であるにもかかわらず、抽出されたα-アミラーゼ活性の量は全マッシング中に最も高かった（Figure 1aおよびFigure 2a）。パイロット・スケールでの新しいプロファイルで得られた平均グルコース含量が高いこと（Table 4）は、α-グルコシダーゼがα-およびβ-アミラーゼよりも耐熱性が高いこと、特に40℃以上であることに起因している可能性がある。したがって、50℃での最初のレストは、この酵素の限界的な作用を可能にした可能性がある。しかし、統計学的有意性がないため、今後の研究で確認する必要がある。
マッシュインとプロテアーゼが少なくとも数分間は安定して活性化する45-55℃付近の温度での広範なレストは、一般的にビールの泡に悪影響を及ぼす。対照的に、マッシュインと50℃での5分間のレストを含む新しいプロファイルで醸造したビールは、元のプロファイルで醸造したビールよりも泡の安定性が有意に高かった（Table 4参照）。これは温度が低いため、システイン・プロテアーゼがホルデインから発泡性ポリペプチドを放出し、泡の安定性が向上したためと考えられる。β-Gプロファイルのタンパク質レストにおけるプロテアーゼ作用の付加的な利点は、β-アミラーゼの阻害タンパク質の分解であろう。ラボスケールで研究されたプロファイルのFAN含量が最終的に高いのは、カルボキシペプチダーゼの活性が65℃よりも45-55℃の方が高いためと考えられる。β-グルカナーゼ活性の増加は、少量のβ-グルカンを添加することで泡の安定性を向上させる可能性もある。しかし、本研究ではβグルカンやタンパク質のサイズや濃度を測定していないため、これについてはさらなる研究が必要である。とはいえ、調査した2つのパイロットスケール醸造のいずれにおいても、ろ過の問題は観察されなかった。
結論
本研究では、マッシング中のα-アミラーゼとβ-アミラーゼの酵素活性を測定することで、工業的なマッシングの時間-温度プロファイルの変更を検討した。これら2つの酵素活性を増加させる低温での初期マッシングにより、最大20分の時間短縮が可能であった。同時に、泡の安定性、糖組成、最終エタノール濃度が同程度であることから、麦汁と製造されたビールの主な品質パラメーターに悪影響を与えることなく、これを行うことができた。
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