酶制劑在啤酒生產中的應用及原理

許彥 張平

摘 要：酶制劑在啤酒生產中的應用較為廣泛，酶制劑的使用，能降低啤酒生產成本，在液化、糖化、啤酒澄清、防腐以及防止老化過程中應用效果明顯。該文詳細介紹了啤酒生產環節使用的酶制劑及其應用原理。

關鍵詞：啤酒生產；酶制劑；應用及原理

中圖分類號 Q55 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）09-42-02

酶是由活細胞產生的具有特定催化作用的蛋白質，又稱生物催化劑。酶制劑是應用一定的方法，將酶從細胞中提取出來，加工成一定規格的制劑。本文介紹酶制劑在啤酒生產中的應用及其原理。

啤酒是以大麥為主料，以大米等淀粉質原料為輔料，麥芽及輔料經糖化發酵而成的酒精飲料。啤酒生產時，淀粉質原料不能直接被微生物利用，需水解成可發酵性的小分子。大麥發芽成麥芽后，會產生各種水解酶類。借助麥芽自身產生的各種水解酶，將麥芽及輔料中的淀粉和蛋白質等高分子化合物分解成可溶性小分子，如糖類、糊精、氨基酸、短肽等。

啤酒生產中添加輔料，可降低生產成本，提高麥汁收率，調整麥汁成分穩定及改善啤酒風味。淀粉質輔料的用量一般是20%～30%，在外加酶制劑作用下，可提高到70%～80%。外加酶制劑可補充麥芽酶系的不足，與麥芽中的各種水解酶共同作用將原料中的大分子水解成可被微生物直接利用的小分子物質。添加酶制劑以后，麥汁的最終發酵度均在72%以上，使啤酒發酵度能夠高于70%[1]。

1 輔料淀粉液化

在高溫條件下，淀粉易吸水膨漲，結構變得松散，水分子進入淀粉分子間隙并與淀粉結合形成膠狀，這一過程為糊化。淀粉原料的液化一般選用a-淀粉酶。a-淀粉酶是一種內切酶，能隨機水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的a-1，4葡萄糖苷鍵。α-淀粉酶分為3種：高溫型淀粉酶，最適溫度為95～100℃；中溫型淀粉酶，最適溫度70～90℃；低溫型淀粉酶，最適溫度為30～45℃。在糊化過程中，一般加入中、高溫型淀粉酶，淀粉酶易和松散的淀粉分子結合并水解淀粉，使淀粉糊化和液化交替進行，相互促進，淀粉液化成可溶于水的糊精、低聚糖、麥芽糖以及葡萄糖[2]。

2 糖化

糖化在糖化鍋中進行，輔料的糊化醪（液化）和麥芽中淀粉受到麥芽中水解酶及外加酶制劑作用，形成以麥芽糖為主的可發酵性糖。這一過程添加的酶有：β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、半纖維素酶等。

2.1 β-淀粉酶 β-淀粉酶是外切酶，作用于a-1，4糖苷鍵，從淀粉或低聚糖非還性末端開始，每次切下一個麥芽糖單位。作用于直鏈淀粉，產物是麥芽糖；作用于支鏈淀粉，產物是麥芽糖及β-極限糊精。在啤酒釀造中，β-淀粉酶的使用可提高麥芽的糖化力，改進麥汁糖分的組成，進而改善啤酒的揮發性香氣的組分。

2.2 糖化酶 糖化酶是一種外切型淀粉酶，能水解淀粉、低聚糖以及極限糊精的a-1，4糖苷鍵、a-1，6糖苷鍵與a-1，3糖苷鍵。因此，理論上講，糖化酶可將淀粉100%轉變成葡萄糖。麥芽中糖化酶的含量或外加糖化酶都可使麥芽汁和啤酒中極限糊精的含量減少，提高麥芽汁的發酵能力，也能降低啤酒中糖的含量，而釀造出低糖啤酒。因此，糖化酶在淀粉徹底降解中必不可少。

2.3 支鏈淀粉酶 支鏈淀粉酶主要有兩類：一類是來源于植物，稱為極限糊精酶或R-酶，另一類來源于微生物，稱為普魯蘭酶。支鏈淀粉酶能水解支鏈淀粉和極限糊精中的a-1，6糖苷鍵，配合α-淀粉酶使用，能有效提高麥汁的發酵度。

2.4 半纖維素酶 半纖維素為幾種不同類型的單糖構成的雜多聚糖。半纖維素存在于麥芽及淀粉質輔料的皮殼中，且親水性強，是造成麥芽汁過濾困難的主要原因。麥芽自身所含的半纖維素酶少，活力低，原料皮殼中只有部分半纖維素被水解。糖化過程中，添加半纖維素酶，可有效水解皮殼中的半纖維素，變成可被水解為可發酵性糖，降低皮殼持水性，提高麥芽汁過濾效率并且提高麥汁收得率。

3 啤酒澄清

啤酒在貯存過程中，由于環境條件的作用，如光照、氧氣、震動等，會產生渾濁、沉淀等現象[3]。此類渾濁的形成，和啤酒中殘留的蛋白質關系密切，嚴重影響啤酒的質量和在市場上的競爭力。添加蛋白酶可分解啤酒中的大分子蛋白質，可有效去除啤酒中的沉淀物。另外，麥芽汁中的蛋白質組分，可被蛋白酶水解，提供啤酒酵母發酵過程中需要的氮源。在啤酒澄清過程中，主要用到木瓜蛋白酶、生姜蛋白酶。

3.1 木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶可水解啤酒中的各種蛋白質。將其用于處于冷凍貯存過程的啤酒中，能水解啤酒中的蛋白質，生成更多的多肽或氨基酸，保證啤酒在冷凍貯存過程中的高澄清度，增加啤酒的泡沫，也能改善啤酒的口感，提高了啤酒泡沫覆蓋度，氨基酸含量均有不同程度的增加，從而提高了啤酒的營養價值[4-5]。

3.2 生姜蛋白酶 生姜蛋白酶是一種硫醇蛋白酶，最適溫度為60℃。生姜蛋白酶將酒中大分子蛋白質和蛋白類色素等物質分解為穩定性高的多肽、氨基酸等物質，提高澄清度。啤酒中含有的少量蛋白質類色素分子，另外還有部分色素與蛋白質結合，使啤酒呈現出顏色。生姜蛋白酶能有效去除蛋白質以及蛋白質類色素，使色度下降。生姜蛋白酶處理啤酒，不僅能提高啤酒的澄清度和色度，而且能較長時間保持澄清效果及各項指標的穩定性[6]。

3.3 中性蛋白酶 中性蛋白酶水解蛋白質為多肽和a-氨基酸，最適pH6.5～7.5、溫度45～55℃。啤酒釀造過程的糖化階段，添加中性蛋白酶有利于增加麥芽汁中α-氨基酸態氮含量、降低麥汁濁度，改善麥汁質量，提高麥汁的穩定性[7]。

4 防止啤酒老化

啤酒風味的老化是氧自由基（O2—）及由其引起的一系列氧化還原反應所造成的。啤酒生產過程中，形成了大量風味老化物質的前體，如氨基酸、脂肪酸等，這些物質在啤酒貯存過程中因氧自由基的直接氧化而發生氧化和降解，產生羰基化合物和揮發性醛類化合物，這些化合物是造成啤酒老化味的主要來源[8]。另一方面，氧也是引起啤酒老化的一個重要原因。

4.1 超氧化物歧化酶 在啤酒釀造過程中的自氧化和酶催化的氧化反應可產生超氧陰離子自由基O2—[9]。氧自由基易引起啤酒風味的老化。超氧化物歧化酶催化O2—形成為H2O2和O2。H2O2可由H2O2酶水解成H2O和O2。因此，SOD和H2O2酶協同作用，可消除啤酒中的O2—，并將O2—轉變成無毒的H2O和O2，防止啤酒老化。在糖化過程中，麥芽SOD酶活力漸漸減弱，對麥汁的保護作用逐漸下降。添加外源SOD后，可有效地提高麥汁的內源性抗氧化[10]。

4.2 葡萄糖氧化酶 高溫殺菌時，酒液中含有的溶解氧及瓶頸空氣的氣態氧，引起啤酒強烈氧化，產生老化味。添加葡萄糖氧化酶，在酒液中殘余糖存在的情況下，與氧作用生成葡萄糖酸內酯而消耗溶解氧；可去除啤酒中的溶解氧以及瓶頸的氣態氧，防止啤酒的氧化變質。葡萄糖酸內酯較穩定，對啤酒的質量及風味無副作用[11]。

5 啤酒防腐保鮮—溶菌酶

溶菌酶作用于革蘭氏陽性菌細胞胞壁的N-乙酰胞壁酸與N-脫氫基葡萄糖之間β-1，4糖苷鍵，從而破壞細菌細胞壁使細菌溶解死亡；但對啤酒酵母不起作用[12]。溶菌酶可應用于啤酒生產的發酵期、包裝啤酒、鮮啤、生啤、純生啤等方面。由于添加量少，作用效果好，是一種有效的防腐保鮮方法。

6 結語

啤酒生產過程中，麥芽中含有的水解酶對原料的液化、糖化有一定效果，添加酶制劑能補充麥芽水解酶的不足，提高輔料的比例，提高出汁率，提高啤酒的發酵度，進而降低生產成本。另外，酶制劑在啤酒澄清、防止啤酒老化以及啤酒防腐保鮮上的應用效果顯著，可有效改善啤酒的質量，提高啤酒的穩定性，保持啤酒的風味。隨著酶制劑的廣泛應用及發酵技術的不斷創新，新型的酶制劑及酶應用的新工藝在啤酒工業上將有更為廣闊的應用前景，進而推動啤酒工業的不斷發展。

參考文獻

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（責編：陶學軍）