啤酒中渾濁活性蛋白與泡沫蛋白及其相關性研究

高飛等

摘要 以啤酒中的蛋白質為研究對象，綜述了啤酒中渾濁活性蛋白、泡沫蛋白的生化性質、結構特點，并初步分析了渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間的相關性，為提高啤酒的品質和營養(yǎng)價值提供理論依據(jù)與技術參考。

關鍵詞 啤酒；渾濁活性蛋白；泡沫蛋白；相關性

中圖分類號 S609.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-04041-02

Abstract With protein in beer as study object， the biochemical properties and structure characteristics of hazeactive protein and foam protein were summarized， the correlation between hazeactive protein and foam protein was analyzed， which will provide theoretical basis and technique reference for improving quality and nutrients of beer.

Key words Beer； Hazeactive protein； Foam protein； Correlation

啤酒是一種有豐富營養(yǎng)成分的酒精飲料，又被稱為“液體面包”，深受消費者歡迎。作為一種復雜的膠體溶液，啤酒中含有多達1 000多種成分，如蛋白質、糊精、多酚等[1]。其蛋白質主要來自釀造用大麥，這些蛋白質在制麥和釀造過程中發(fā)生了一系列復雜的化學反應和酶解而最終留在啤酒中，并最終影響啤酒的非生物穩(wěn)定性（該研究中主要指與蛋白質有關的渾濁）和泡沫穩(wěn)定性[2]。蛋白質是引起啤酒渾濁的主要因素之一，又是呈現(xiàn)啤酒口感、構成啤酒泡沫、泡持性、掛杯等特性的不可或缺的物質[3]，當啤酒中多酚含量在90～100 mg/L，蛋白質含量在105～120 mg/L時，其口感和非生物穩(wěn)定性可得到良好的平衡[4]。如果其蛋白質含量過低，會顯著降低啤酒的口感，影響啤酒泡沫的形成及其品質；而蛋白質含量過高，又可能引起蛋白質-多酚互作作用而導致啤酒出現(xiàn)渾濁，影響啤酒膠體溶液的非生物穩(wěn)定性。筆者曾對模式渾濁活性蛋白與多酚的互作進行了初步探討，也驗證了蛋白質濃度及其與多酚互作對溶液非生物穩(wěn)定性的影響[5]。

有文獻報道，導致啤酒渾濁的主要原因是由富含高含量脯氨酸的蛋白質與具有高度聚合度的多酚物質互作引起的[6]。另一方面，啤酒泡沫已成為評價啤酒質量的一個重要指標而受到眾多消費者的關注。而啤酒中的蛋白質會直接影響到啤酒泡沫的起泡性、穩(wěn)定性及其質量[7]。在此，筆者主要對能引起啤酒渾濁的渾濁活性蛋白和形成泡沫的泡沫蛋白的性質及其相關關系進行綜述。

1 啤酒中渾濁活性蛋白

易與多酚物質互作形成渾濁的渾濁活性蛋白主要為2類：一類是富含脯氨酸或羥脯氨酸的蛋白或多肽，如大麥醇溶蛋白等；一類是富含組氨酸、甘氨酸、精氨酸和谷氨酸殘基的蛋白[8-10]。研究表明，由于與脯氨酸或羥脯氨酸相連的肽鍵存在空間障礙，無法自由旋轉并形成有序螺旋，氨基酸鏈中高含量的脯氨酸或羥脯氨酸使蛋白質高級結構變得無序和松散，并呈現(xiàn)出最大的疏水性結合表面，從而使這類蛋白質與多酚互作強烈，形成大量渾濁，甚至沉淀。蛋白質中的組氨酸、甘氨酸和精氨酸等堿性氨基酸比例高，也易使蛋白質變疏松，大量堿性氨基酸暴露在外，使得結構變松散，高度無序，易與多酚的芳香環(huán)發(fā)生作用而產(chǎn)生渾濁。而普通的球蛋白，由于結構緊湊有序，在溶液中疏水性氨基酸側鏈位于球蛋白內(nèi)部，暴露在外的、能與多酚結合的位點少，因而引起的渾濁能力亦弱[8]。

Mtsumawa指出，等電點在3～5的蛋白質易引起渾濁；Mussche還指出，分子量大的蛋白更易引發(fā)渾濁[11]。相關學者研究指出，啤酒渾濁活性蛋白是一類分子量在1～40 kU，等電點為4.0～4.2的多肽，其中分子量為5～12 kU的蛋白質對渾濁的形成有極為重要的作用[12]。Robinson等采用硅膠吸附富集和酶聯(lián)免疫技術對170個澳大利亞和國際大麥品種釀造的啤酒進行分析，發(fā)現(xiàn)分子量為5 kU和12 kU的2個蛋白與啤酒渾濁形成密切相關。同時發(fā)現(xiàn)存在分子量為12 kU蛋白的啤酒中形成的渾濁較多，未檢測到分子量為12 kU的蛋白的啤酒中形成的渾濁較少。分子量為12kU的蛋白是大麥醇溶蛋白的衍生物，含33.2%的脯氨酸，32.7%的谷氨酸或谷氨酰胺[8]。

林英輝等指出，分子量44 kU的蛋白質參與了渾濁的形成[13]。金蓓等進一步指出，參與啤酒渾濁的組分中蛋白成分含量較少，其分子量分布在40 kU左右、25～29 kU以及6.5～17.0 kU 3個區(qū)段，可能來源于麥芽中的水溶蛋白，另有一小部分來自麥芽醇溶蛋白。BEICMe[2，14]、germin E（Hordeum vulgare）和蛋白質Z 3種組分是啤酒渾濁形成的重要促進因子[2，15]。Elisabeth等指出，分子量在25～28 kU的多肽會增加啤酒渾濁的形成量[16]。

與啤酒中形成渾濁最為密切的蛋白質來源于富含脯氨酸和谷氨酸的大麥醇溶蛋白[17]。有文獻報道，來源于大麥清蛋白和球蛋白的酸性蛋白也會形成渾濁[18]。Outtrup指出，脯氨酸的含量及其在蛋白質分子中的具體分布情況均能影響啤酒渾濁的形成，且其所含氨基酸殘基的疏水性越強，其形成渾濁的能力越強[17]。

Asano和他的同事研究指出，渾濁活性蛋白除來源于富含脯氨酸的大麥的醇溶蛋白外，清蛋白和球蛋白衍生的多肽也會在大麥醇溶蛋白的衍生物之后作為冷渾濁從溶液中析出。而隨著時間的推移，啤酒中的泡沫蛋白也會逐漸從溶液中析出產(chǎn)生渾濁[13]。有文獻報道，硅膠能夠有效吸附啤酒中的渾濁活性蛋白，卻幾乎不能吸附泡沫活性蛋白，從而將被硅膠吸附的蛋白認定為啤酒渾濁活性蛋白。但啤酒渾濁活性蛋白的具體成分、各種成分含量及其來源等仍無法準確知曉[2]。JIN Bei等指出，對熱穩(wěn)定的大麥醇溶蛋白B和γ3在渾濁活性蛋白中的含量并不大，但卻是形成冷渾濁的核心物質[19]。此外，啤酒中的含巰基蛋白質若被氧化而以二硫鍵形成更大的分子，就可與聚多酚結合，形成渾濁[3]。

2 啤酒中泡沫蛋白

啤酒泡沫主要是由蛋白質、異律草酮、二氧化碳等成分構成[20]，泡沫蛋白質的疏水性越強其泡沫的穩(wěn)定性越好。目前疏水性蛋白中的蛋白質Z和脂轉移蛋白1（LTP1）被廣泛研究，亦有報道指出從谷物中分離出的脂轉移蛋白1的泡沫活性伴隨煮沸過程會顯著增加。蛋白質Z4對提升泡沫性能作用明顯，而Z7的作用恰好相反。此外，來源于酵母的硫氧蛋白卻可能對泡沫有不利影響[17]。

一些研究人員指出，形成泡沫蛋白的有分子量10 kU的LTP1、分子量40 kU的蛋白質Z以及分子量在15～30 kU的大麥醇溶蛋白[16]。

Picariello 等通過免疫方法證實了泡沫中的蛋白質來自醇溶蛋白及球蛋白的多肽，且蛋白與多糖結合更利于維持泡沫的穩(wěn)定[21]。此外，泡沫的穩(wěn)定還需要醇溶蛋白多肽、球蛋白多肽Z和LTP1處于合適的比例才可。谷物中含有小麥，其小麥多肽對泡沫的穩(wěn)定性十分有利[17]。

Michel Lopez等指出，泡沫蛋白中脯氨酸的含量較低[22]。Okada等發(fā)現(xiàn)，大麥α淀粉酶抑制劑二聚體1（BDAI1）也是泡沫蛋白的一種。這是一組疏水性蛋白質，它們具有相同的分子量，但等電點有所不同，其含量與泡沫的穩(wěn)定性呈正相關[23]。

3 啤酒中渾濁活性蛋白與泡沫蛋白的相關性

一直以來，人們以為渾濁活性蛋白來自醇溶蛋白，泡沫蛋白主要來自白蛋白，從而認定泡沫蛋白不參與渾濁反應。Mussche則認為，易引發(fā)渾濁的蛋白與形成泡沫的蛋白的等電點不同。直到Asano和他的同事所開展的試驗發(fā)現(xiàn)在啤酒的貯酒階段隨著泡沫功能的逐漸減弱，其析出的泡沫蛋白能引起渾濁，從而證實渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間無明顯的界限[11]。Ishibashi等的抗體試驗也證明，渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間存在一定的交叉性[24]。需要注意的是，如果一種物質不是引起渾濁的核心物質，也能偶然在渾濁顆粒表面上堆積[11]。

Outtrup指出，渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間沒有絕對的區(qū)分，但泡沫蛋白的疏水性較前者更為突出[17]。Ishibashi等曾使用抗體來區(qū)分渾濁活性蛋白與泡沫蛋白，結果表明，對泡沫蛋白其抗體反應是專一的，而對渾濁活性蛋白的抗體卻可以同時作用于泡沫蛋白和渾濁活性蛋白，表現(xiàn)出一定交叉性[24]。

4 結論

國內(nèi)外眾多學者對與多酚形成渾濁的渾濁活性蛋白開展了大量的理論研究與結構探討，對其分子量、等電點、氨基酸組成等生化特征進行了廣泛的研究與驗證；亦有對泡沫蛋白的分子量、泡沫穩(wěn)定性等進行了分析研究。但對啤酒中渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間的相關性研究鮮有涉及，依然有許多具體信息和未解問題值得去進一步探究，尤其是進一步厘清渾濁活性蛋白與泡沫蛋白之間的相關性，為生產(chǎn)上解決渾濁問題的同時，做到最低限度甚至不損害泡沫穩(wěn)定性及啤酒品質提供理論依據(jù)與技術參考。

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