纖維素酶在釀酒制作中的應用

容艷筠

（廣東科隆生物科技有限公司，廣東 江門 529100）

纖維素酶在釀酒制作中的應用

容艷筠

（廣東科隆生物科技有限公司，廣東 江門 529100）

本文旨在探討纖維素酶在釀酒制作中的應用情況。在實驗室的環境中，通過重復試驗，探索在糖化作用前，加入多少比例的纖維素酶才能達到提高出酒率，節省原料糧食的目的。

纖維素酶；糖化作用；出酒率

1　纖維素酶的相關研究概況

1.1纖維素酶簡介

纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱，它不是單種酶，而是起協同作用的多組分酶系。其中三種主要酶組份是Cx酶，也就是所謂的內切葡萄糖酶、C1酶，也就是所謂的外切葡萄糖酶和纖維素二糖酶（β-葡萄糖苷酶）。其作用機制如圖1所示。

圖1

用于食品釀造的纖維素酶多半是綠色木霉和康氏木霉，擬康氏木霉，它們的酶系很復雜，現已發現有纖維素酶、蛋白酶等。

在應用纖維素酶制劑時，有可能不僅是纖維素酶的作用，往往還是有其他一些酶共同參與作用的。下面主要就纖維素酶應用于制酒方面展開論述。

表1　幾種纖維酶的性質

1.2降解機理

其中外切葡萄糖酶也就是C1-酶，是對纖維素起最初作用的酶，它通過破壞纖維素鏈的結構，有些類似結晶體的結構，起到水化的作用，具體來說，是這種外切葡萄糖酶對不溶性纖維素表面起了作用，使得呈現結晶結構的纖維素鏈條開裂，長形鏈子狀的纖維素分子末端呈現部分游離的狀態，從而促進其水化；而內切葡萄糖酶，也就是Cx-酶是緊接著對已經水化了的前面的“產物”進行下一步的分解的酶，主要分解的是β-1，4鍵，繼而生成纖維二糖、纖維三糖等等。

而 β-葡萄糖苷酶，就是作用于低分子多糖，從非還原性末端游離出的葡萄糖，尤其是將前面外切和內切葡萄糖酶作用后產生的纖維二糖、纖維三糖以及其他低分子纖維糊精， 通過分解最基礎的G鍵，從而實現最終分解成葡萄糖的完整過程。

以上三種纖維素酶，只有活性比例都適當的時候，三種一起協同作用，才能最終實現對纖維素的降解。

1.3目前的應用情況

在進行酒精發酵時添加纖維素酶可顯著提高出酒率，同時縮短發酵時間。纖維素酶提高出酒率的原因可能有兩方面：一是原料中部分纖維素分解成葡萄糖供酵母使用分解成酒精；另一方面，由于纖維素酶對植物細胞壁的分解，有利于淀粉釋放和利用。從目前纖維素酶的活力水平來看，可能后者的作用更主要些。

2　在實驗室條件下探討纖維素酶在釀酒生產中的應用

2.1材料

實驗前預備的工具主要有見表2。

表2　纖維素酶對出酒率和醪液粘度的影響

2.2實驗室狀態下的酒精發酵過程演示

稱取玉米面100g，倒入錐形瓶中，注入300mL的自來水，要均勻，加入酶活力100000u/mL的耐高溫α-淀粉酶0.1mL，加入氯化鈣0.1g，充分搖勻，并把溶液的pH值調整至6.5，在0.1MPa的壓力下進行滅菌處理15分鐘，繼而等其冷卻到60℃，再把pH值調整至4.5，往錐形瓶中加入酶活力100000u/mL的糖化酶0.2mL，同時加入纖維素酶。維持錐形瓶內溶液的溫度在58℃～60℃左右。然后將糖化的醪液冷卻到30℃。

繼而加入一克的經過35℃活化過的活性干酵母，把錐形瓶放入30℃恒溫培養箱，發酵16h，到時間再把錐形瓶轉移到另一個34℃恒溫培養箱，發酵48h。

隨后，將錐形瓶內的醪液倒入1L的蒸餾瓶中，需要用250mL的蒸餾水分幾次細細的沖洗錐形瓶內壁，然后把沖洗液體倒入蒸餾瓶中。

接著進行蒸餾，用200mL的容量瓶接蒸餾出來的液體。

繼而用比重法測出原材料的淀粉的出酒率。

表3

3　出酒率的結果分析

3.1纖維素酶的用量直接影響結果

表4是根據不同比例的纖維素酶以及沒有添加纖維素酶的情況，導致的出酒率差異的比照。

通過表4，進一步確定了100g的玉米面里多少的纖維素酶的用量才達到最大的出酒率。

表4

3.2驗證結果

通過在糖化過程前加入纖維素酶11u/g，以及不加任何酶兩種情況進行平行對照，在重復2.2的實驗過程，在物理條件完全一致的情況下，得出結果，進而統計出酒率。

通過表5中數據顯示，充分說明了添加纖維素酶與沒有添加纖維素酶對照的樣品中，前者淀粉的出酒率明顯提高了1.2%不等。

表5

4　現階段纖維素酶在酒精生產中的作用總結

目前，纖維素酶的降解機理等，科學界還處于認識和摸索階段，但種種實驗和應用實例數據已經顯示了纖維素酶對于出酒率的提高確定性作用。

纖維素酶在釀酒產業中的應用，主要的化學作用，還是通過破壞原料纖維的長鏈分子的G鍵，使得長鏈結構的晶狀體，一步步的分解，溶出，成為單糖的分子結構，在糖化過程中達到預期的成糖效果。

事實上多種纖維素酶本身就已經對酒精發酵產生影響，時間段可劃分為前期和中期。前期加入纖維素酶和未加入纖維素酶的平行對照列表，顯示，前者明顯出酒效率會高于后者。但在中期尤其是后期，這種影響趨于模糊甚至可以忽略。尤其在加入酒用活性干酵母參與的酒精發酵過程，混合多種化學物質產生的發酵反應，具體發生的化學反應的機理，在科學界，還沒有準確的闡述。我們可以大膽的假想，如果前期的反應作用一直延續到中后期，將會極大的提高出酒的效率，也就是縮短了發酵的時間。而酒精本來又是可燃物質，這對于推動世界上最豐富的纖維素物質參與到未來世界的能源生產具有更加深遠的意義。

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