1、酶制剂在啤酒酿造中的应用 王家林 韩华 (青岛科技大学生物工程与技术系，山东，青岛，266042) 摘要：随着啤酒工业的迅速发展，啤酒工业应用酶制剂的领域也在不断拓展， 酶制剂的应用不仅对稳定和提高啤酒质量有益，而且对改进啤酒酿造工艺过程、 开发新的酿造原料、新产品的研发、降低生产成本具有重大影响。本文就以啤 酒酶制剂原理及应用效果进行了简要综述。 关键词：酶制剂；啤酒；应用 Enzyme preparations in Beer Brewing WANG JIA LIN, Han Hua ( Department of Bioengineering and Tecnology , Qingd
2、ao University of Science Beer; Application 前言 啤酒的生产与酶有着密不可分的联系，传统的啤酒糖化是利用大麦发芽所 产生的内源性酶实现物质转化。随着生物技术的发展，利用微生物生产具有工 业化利用价值的各类酶制剂，其生产规模日益扩大，酶制剂品种也更加丰富。 随着啤酒生产规模的逐渐扩大和消费者对产品质量要求的提高，市场的竞争必 然激烈。在这种形势下，如何降低生产成本、缩短生产周期和提高啤酒质量对 于各生产企业来说，就变得越来越重要。 啤酒生产过程是一个产酶、用酶及灭酶的过程，啤酒酿造中的很多工艺都 是依据酶的特性来决定的。将现代酶技术与传统啤酒酿造技术相结
3、合，不仅对 稳定和提高啤酒质量有益，而且对降低生产成本、弥补麦芽质量缺陷、增加花 色品种、增加效益都大有好处。酶制剂工业的发展，使啤酒工业在一定程度上 减轻了对主原料的依赖性，使外加酶制剂逐步成为啤酒生产工艺的补充手段。 目前，具有多酶系、多用途的复合酶制剂越来越受到关注和重视 1。在传统啤 酒酿造中，由谷物原料制成啤酒的一个关键因素酶，来自于大麦芽。在使 用高比例辅料酿造啤酒时，显然需要添加一些辅助酶制剂。实际上，从辅料液 化、糖化到发酵等整个啤酒生产过程都涉及到酶制剂。目前在啤酒生产过程中 常用酶制剂有淀粉分解酶，如耐高温 -淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、真菌淀粉酶和 普鲁兰酶；纤维素和半纤维素分
4、解酶，包括纤维素酶、-葡聚糖酶和木聚糖酶 等。此外还有中性蛋白酶、-乙酰乳酸脱羧酶等等 2。 1各类酶制剂简介 啤酒外加酶制剂在啤酒酿造过程中的添加时段 1.1 辅料的糊化过程中，添加的酶制剂主要-淀粉酶。 1.1.1 -淀粉酶 -淀粉酶一般分为高温、中温和低温淀粉酶，高温淀粉酶作用温度在95- 100；中文淀粉酶作用温度在70-90；低温淀粉酶作用温度在30-45。根据 传统工艺特点，一般采用中、高温淀粉酶来液化，目前以高温淀粉酶为主。在 高温条件下，淀粉易吸水膨化，细胞壁容易破坏，而酶制剂在高温下活力加剧， 使淀粉糊化和液化交替进行、相互促进、协调，使淀粉乳黏度下降，淀粉液化 成糊精 3。
5、 1.2 在原料的糖化过程中，添加的酶制剂主要有-淀粉酶、糖化酶、普鲁兰酶、 木聚糖酶、戊聚糖酶、- 葡聚糖酶、中性蛋白酶。 1.2.1 -淀粉酶 -淀粉酶是将糊精水解为麦芽糖。麦汁的主要成分是麦芽糖，添加 -淀粉 酶将糊精转化为麦芽糖。 1.2.2 糖化酶 糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，它能将淀粉从非还原性末端水解-1，4葡萄糖 苷键，产生葡萄糖，也能缓解水解-1，6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。一般在 啤酒的生产过程中提高发酵度，生产干净爽快的干啤酒，添加糖化酶是最简单 有效的方法 4。 1.2.3 普鲁兰酶 普鲁兰酶能水解淀粉和糊精中的支链-D-1，4葡萄糖苷键的直链低聚糖。 由于- 淀粉酶和 -
6、淀粉酶对支链淀粉不起作用，这使得麦汁中存在一定量的界 限糊精，界限糊精酶的最佳温度是5560，失活温度是65，而外加普鲁兰 酶在65时仍有较好的活性，能起到提高发酵度的作用 5。所以，该酶可以和 糖化酶或者 -淀粉酶一起使用，生产高麦芽糖浆 6。 1.2.4 半纤维素酶 一般都将戊聚糖与木聚糖统称为半纤维素，半纤维素是麦芽细胞的支撑物， 存在于谷物或麦芽的皮壳中。半纤维素亲水性极强，它是造成麦汁过滤困难， 不易被冼糟水渗透的主要原因，它使麦汁吸附于麦糟中，从而降低了麦汁收得 率。在发芽中，皮壳细胞中的半纤维素物有少部分被分解，但终归麦芽本身所 含半纤维素酶活力极小。因此，胚乳细胞内容不易充分释
7、放，一定程度上影响 了各类酶系的作用效果，造成原料利用率的降低。在啤酒复合酶中复合半纤维 素酶，能充分释放麦芽中的各类酶活力，降低半纤维素的持水力，提高过滤速 度，过滤后麦糟更干，从而提高麦汁收得率。半纤维素酶一般在pH4.56.5， 温度5O65范围内活性最佳。 1.2.5 -葡聚糖酶 -葡聚糖存在于麦芽 (大麦 )胚乳细胞壁中，在制麦中，溶解良好的麦芽有 80的-葡聚糖被分解。但是，溶解不良的麦芽只有不到35的 -葡聚糖被分 解。-葡聚糖是造成麦汁粘度过高，使麦汁过滤和啤酒过滤困难，严重的还会 造成啤酒浑浊沉淀。糖化醪黏度过高而影响麦汁过滤的因素中有60以上是由 -葡聚糖引起的。糖化时，4
8、565原料中残留的 -葡聚糖会最大程度的溶出， 并与醪液中的水发生吸收-水化反应，引起醪液粘度的极大上升。发生这种现象 时说明原料在发芽时产生的内源性-葡聚糖酶活力不足或者细胞溶解情况不佳 (麦尖部分残留过多的-葡聚糖 )7。在工艺上可以改变粉碎条件 (如麦芽湿法粉 碎)和调整糖化条件(如低温和延长休止时间)来降低-葡聚糖的含量。实践证明， 麦芽溶解不好，调整任何糖化条件都是无济于事，因此必须外加-葡聚糖酶。 来源不同的-葡聚糖酶有不同的最佳 pH和温度，由于麦芽中 -葡聚糖酶耐温性 差，因此外加酶应使用耐高温性能的-葡聚糖酶，或者中温、耐高温 -葡聚糖 酶同时使用。在啤酒复合酶中，-葡聚糖酶
9、和半纤维素酶是最重要的组成部分。 它的补充加入，有效地降低了糖化中的-葡聚糖含量，降低麦汁粘度，提高过 滤速度和麦汁清亮度，同时改善了啤酒的过滤性能，提高了啤酒的非生物稳定 性。 1.2.6 蛋白酶 在啤酒酿造中，蛋白质的分解非常重要。为了保障啤酒酵母的繁殖和正常发酵 的需要，麦汁中的-氨基氮应不低于160mgL(11 。 P麦汁)。在制麦过程中，大 麦中蛋白质得到了良好的分解，在糖化时是蛋白质分解的延续。全麦芽或低辅 料比酿造啤酒时，麦芽中丰富的蛋白酶作用在蛋白休止时足以生成符合工艺要 求的泡沫蛋白和氨基酸。但是，在使用溶解不良的麦芽及辅料比高的酿造工艺 时，补充蛋白酶的活力就显得非常必要。
10、啤酒复合酶使用中性蛋白酶复配，中 性蛋白酶对谷物蛋白最为有效，它的最佳pH为6.57.5，最适温度在4060 之间。因此，一般啤酒复合酶添加在糖化锅时的温度为455O之间，以利于 蛋白酶的作用发挥 8。中性蛋白酶，分解麦芽中蛋白质的过程中在增加总氮的 同时,还分解麦汁中的高分子氮的含量，从而增加了低分子氮的含量。所以中性 蛋白酶的使用，使麦汁中含氮物质在各种组分比例中更合理，有助于提高啤酒 的品质。据童静荣报道 9，添加中性蛋白酶可以提高麦汁中-氨基氮的含量， 从麦汁隆丁区分结果看，使用国产麦芽并添加中性蛋白酶能有效地提高总氮含 量，改善隆丁区分比例。蛋白酶常以来源来命名，菠萝蛋白酶、木瓜蛋白
11、酶和 生姜蛋白酶、无花果蛋白酶(植物蛋白酶)、细菌蛋白酶和霉菌蛋白酶(微生物蛋 白酶) 等 10。在国外啤酒生产中, 植物来源的蛋白酶应用更普遍, 其中最常用 的是木瓜蛋白酶和无花果蛋白酶,其他植物蛋白酶如从磨菇和大麦中提取的蛋白 酶应用普遍程度略低于前两种 11.蛋白酶能水解啤酒中的蛋白质，而且还能部 分水解一些已形成的复合物，生成更多的多肽或氨基酸，保证啤酒在冷冻贮存 过程中的高澄清度，也能改善啤酒的口感、调节原有多肽和氨基酸的组成和比 例，提高啤酒泡沫覆盖度。生姜蛋白酶 12将酒中大分子蛋白质和蛋白类色素等 物质分解为稳定性高并能与考马斯亮蓝呈色的多肽、氨基酸等物质所致，提高 了澄清度；
12、生姜蛋白酶可减少啤酒中含有的少量蛋白质类色素或与蛋白质结合 的色素，使色度下降。 1.3 在发酵过程中，添加的酶制剂主要有真菌淀粉酶、糖化酶、-乙酰乳酸脱 羧酶、溶菌酶。 1.3.1 真菌淀粉酶 从米曲霉菌株中制成的真菌淀粉酶，是一种内切酶，从淀粉内部切割- 1，4糖苷键，不能切割-1，6糖苷键但可以绕过-1，6糖苷键继续作用能水解 直链淀粉和支链淀粉中的葡萄糖苷键，将未分解的部分淀粉和糊精分解成低聚 糖、麦芽糖，从而弥补了由于麦汁组成不佳带来的缺陷，提高了成品酒的发酵 度，解决了酒精度低的问题，降低了由于碳水化合物所引起的“冷浑浊”，提 高了成品酒的质量。 1.3.2 溶菌酶 溶菌酶是一种催
13、化细菌细胞壁中的肽多糖水解酶，它破坏细菌的细胞壁， 使细胞溶解死亡。溶菌酶专性抑制革兰阳性菌，对酵母等真核生物细胞不产生 任何作用。溶菌酶应用在酵母的重复使用、发酵初期、清酒罐、大包装啤酒、 鲜啤、生啤、纯生啤酒等方面。由于添加量少，作用效果好，是一种防腐保鲜 的有效方法。 1.3.3 -乙酰乳酸脱羧酶 啤酒成熟的一个重要方面是啤酒风味物质的成熟,双乙酰是主要指标之一。 双乙酰含量是成熟期的时间限制因子,双乙酰在啤酒罐装后的回升问题也不容忽 视。双乙酰的口味界限值为0.1mgL-0.15mgL，一般成品啤酒的双乙酰含量 应控制在0.1 mgL以下，才能控制双乙酰对啤酒风味的影响。啤酒酿造中控制
14、 双乙酰的一个主要方法是以-乙酰乳酸脱羧酶来改变代谢支路,将双乙酰的前体 物质- 乙酰乳酸直接快速地转化为乙偶姻,从而降低 -乙酰乳酸转变为双乙酰的 量,缩短啤酒发酵时间,减少成品啤酒中双乙酰的回升,提高啤酒风味稳定性 13。 1.4 在发酵成清酒后，外加酶制剂主要有-葡聚糖酶、真菌淀粉酶、中性蛋白 酶、溶菌酶、葡萄糖氧化酶、LLS催代酶。 1.4.1 葡萄糖氧化酶 葡萄糖氧化酶是一种天然食品添加剂，食用安全。主要作用是除去啤酒中 的溶解氧和瓶颈氧，阻止啤酒的氧化变质过程，它可以使氧与啤酒中的葡萄糖 生成葡萄糖酸内酯而消耗溶解氧。葡萄糖酸内酯较稳定，没有酸味、无毒副作 用，对啤酒的质量没有什么
15、影响，而且不具有氧化能力。葡萄糖氧化酶具有高 度专一性，不会对啤酒其它物质产生作用，所以，使用葡萄糖氧化酶有很好的 安全性。葡萄糖氧化酶在防止啤酒老化、保持啤酒原有风味、延长保质期方面 有显著效果。经试验证明，葡萄糖氧化酶与亚硫酸盐联合使用，去氧效果更好 14。葡萄糖氧化酶的价格适宜，添加量少，去氧效果佳，成本低，不需要增添 任何设备，不需改变原生产工艺，使用方便，适合大生产使用。 1.4.2 LLS催代酶 LLS催代酶是由青岛海洋大学李兰生首次发现并应用于啤酒生产中 15的，一 种来自海洋的纯天然环保型、使用安全的添加剂。催代酶是含有-C=C-、- COOH、-NH 2-等活性基团的高分子物
16、质，其功能主要是加快-乙酰乳酸转化 成双乙酰的非酶氧化速度，使双乙酰尽快生成，同时还可以激活酵母活性，然 后再通过快速的酶促反应提高双乙酰的还原速度，使其快速还原成3-羟基-2-丁 酮，最终达到降低双乙酰含量、缩短啤酒生产周期的目的，并避免了包装后双 乙酰的回升 16。 1.5 复合酶制剂 复合酶：单一酶制剂在啤酒生产上应用时，总会有一定的局限性。而将单一酶 制剂制成复合酶制剂则可弥补各个酶的缺点，得到较好的效果。如 -淀粉酶耐 温不耐酸，而 -淀粉酶不耐温，两者结合起来使用则可起到互补协同作用 17。 2 啤酒酶制剂的主要作用 1)提高辅料比例 2)提高发酵度 在糖化时或发酵前添加酶制剂，可
17、以大大提高发酵度，为生产干啤酒品种创造 了条件。 3)弥补麦芽质量差的缺陷 如果涉及麦芽质量波动和麦质较差，在液化和糖化时存在液化不彻底、糖化不 完全、收率低等现象，外加酶制剂可以弥补不足。 4)可提高-氨基氮含量 5)改善麦汁质量、加快啤酒过滤速度、提高麦汁收率 因为麦芽本身所含-葡聚糖酶不足，对 -葡聚糖分解不力，导致黏度过高，造 成啤酒过滤困难，对酒体和风味都会有影响。外加酶制剂可以改善过滤困难， 提高收率。 6)缩短发酵期 外加酶可以快速将-乙酰乳酸脱羧为羟丁酮，可避免产生双乙酰，使啤酒质量 保持较好的稳定性。 7)澄清啤酒 在啤酒中由于蛋白质和醛糖、酒花中多酚和胶体等物质形成絮状物，
18、这些物质 将会影响啤酒的稳定性，也影响啤酒透明度，容易引起酸败，外加蛋白酶可以 分解这些物质为小肽和氨基酸，对提高啤酒非生物稳定性起到良好作用。 8)防止啤酒酸败 在大罐清酒中加入溶菌酶，可以防止和抑制细菌的生长。 3展望 由于复合酶制剂具有高效、稳定、使用方便等特点，可以提高产品收得率和设 备利用率，它的应用越来越普遍，也是今后啤酒酶制剂发展的方向。酶制剂使 用时应注意添加细节，控制好生产过程中影响酶促反应的主要因素，如醪液浓 度、酶浓度、pH值、温度、激活剂、作用时间以及生产中的工艺设备情况等， 创造一个有利于酶制剂发挥最佳作用效果的外部环境，获得理想的啤酒产品质 量。同时，复合酶制剂使用
19、时必须明确其主要酶用和辅助功用，加强针对性， 酶作用条件的安排应以主要酶的工艺条件为主，兼顾其他辅助酶。酶制剂在啤 酒工业上的应用， 能够降低生产成本，改善产品质量，增加啤酒新品种，推动 啤酒工业的飞速发展，所以啤酒酶制剂有广阔的开发前景。 参考文献 1司笑丁. 啤酒糖化中的复合酶制剂浅述J.啤酒科技,2004(1):50-51. 2余有贵,杨再云. 酶制剂在啤酒酿造中的应用J.酿酒,2004,(5):46-49. 3扬正信,张驰.-液化酶在麦汁制备中的应用J.酿酒,2003,(3) :61. 4吴国杰,等.外加酶糖化法在干啤生产中的应用J.广东化工,1999,(2):25- 27. 5姜锡瑞
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