酶制劑在啤酒行業的應用

我國啤酒工業發展很快，幾十年內年產量便從10kt迅速增長到20000多kt，躍居為世界第二大啤酒生產國。隨著生產規模的逐漸擴大和消費者對產品質量要求的提高，市場的競爭必然日趨激烈。在這種形勢下，如何降低生產成本、縮短生產周期和提高啤酒質量對于各生產企業來說，就變得越來越重要。同時，啤酒生產上的一些因素，如麥芽的質量、麥汁的黏度和發酵度等，在不同程度上影響著啤酒的質量。如何降低生產成本、提高產量和穩定品質，減小這些不利因素的作用，正日益受到世界各國啤酒行業的重視。近些年酶學研究的發展和微生物酶制劑的開發利用，使上述問題的解決有了新的途徑。 　　

正確使用酶制劑，合理利用酶生物技術，使之在啤酒生產過程中發揮出最大功效是我們每個技術人員所追求的，本文就啤酒行業酶制劑的應用問題談一點看法。 　　

1.常用酶制劑的種類與特性 　　啤酒生產過程是一個產酶、用酶及滅酶的過程，啤酒釀造中的很多工藝條件都是依據酶的特性來決定的。將現代酶技術與傳統啤酒釀造技術相結合，不僅對穩定和提高啤酒質量有益，而且對降低生產成本、彌補麥芽質量缺陷、增加花色品種、增加效益都大有好處。 　　

酶制劑種類很多，功效不一，使用在啤酒生產過程中的工序也不一樣，目前啤酒生產常用酶制劑有耐高溫a-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、復合酶、a-乙酰乳酸脫羧酶、溶菌酶等。在實際生產中使用酶制劑首先要了解各種酶的作用機理、特性、底物和最終產物是什么，并要設計好應用的目的和所要達到的效果。在此將幾種常用酶制劑的特性作以簡要說明： 　　

1．1α-淀粉酶：α-淀粉酶只可作用于淀粉分子內任意α-1,4鍵,且從分子鏈的內部進行,故又稱內淀粉酶,屬于內切酶。在水溶液中α-淀粉酶能使淀粉分子迅速液化,產生較小分子的糊精,故也被稱為液化酶。α-淀粉酶作用于直鏈淀粉,分解產物為6～7個葡萄糖單位的短鏈糊精及少量的麥芽糖和葡萄糖,糊精還可以進一步水解。按理論最終產物為87%的α-麥芽糖和13%的葡萄糖。α -淀粉酶作用于支鏈淀粉只能任意水解α-1,4鍵,但不能分解α-1,6鍵也不能繞過α-1,6鍵。作用接近α-1,6鍵時速度放慢,其分解產物為α-界限糊精、麥芽糖和葡萄糖。常用的α-淀粉酶有耐高溫α-淀粉酶,真菌α-淀粉酶。啤酒生產中常用的耐高溫α-淀粉酶一般由地衣芽孢桿菌產生,pH在5.0～7.0內較穩定,尤以pH=6.0為佳,作用淀粉的最適溫度為90℃。,中溫α-淀粉酶也應用到啤酒生產中。單獨使用耐高溫α-淀粉酶比單獨使用中溫α-淀粉酶麥芽糊精收率高,透光率也較大,但黏度較高,將兩者結合起來使用,則可互相彌補不足,得到很好的效果。 　　耐高溫α-淀粉酶：pH最適范圍：5.5～7.0；溫度最適范圍：90oC以上；鈣離子濃度：50～70mg/kg；參考用量：0.1%。 　　

1．2糖化酶：糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶，它能將淀粉從非還原性末端水解α-1，4-葡萄糖苷鍵，產生葡萄糖，也能緩解水解α-1，6-葡萄糖苷鍵，轉化成葡萄糖。 　　pH最適范圍：4.0～4.5；溫度最適范圍：58～60oC；抑制劑：大部分重金屬；參考用量：50U/g。 　　

1．3普魯蘭酶：普魯蘭酶能水解淀粉和糊精中的支鏈α-D-1，6葡萄糖苷鍵生成含有α-D-1，4葡萄糖苷鍵的直鏈低聚糖。所以，該酶可以和糖化酶或者?-淀粉酶一起使用，生產高麥芽糖漿。 　　PH最適范圍：4.2～4.6；溫度最適范圍：55～65oC。 　　

1． 4蛋白酶：蛋白酶是分解蛋白質肽鍵一類酶的總稱,可分為內肽酶和端肽酶兩類。內肽酶能切斷蛋白質分子內部肽鍵,分解產物為小分子的多肽。端肽酶又分為羧肽酶和氨肽酶兩種。此外還有一種二肽酶,它分解二肽為氨基酸。羧肽酶是從游離羧基端切斷肽鍵,而氨肽酶則從游離氨基端切斷肽鍵。通常說的蛋白酶多是指內肽酶,而羧肽酶、氨肽酶和二肽酶總稱為肽酶或端肽酶。蛋白酶根據其最適PH不同分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶 　　

中性蛋白酶：溫度最適范圍：50oC（pH7.2）；pH最適范圍：6.8～8.0（37oC）。 　　

1． 5纖維素酶：纖維素酶是有綠色木霉經深層發酵制成的液體產品，是降解纖維素，生成葡萄糖的一組酶的總稱。它是由C1酶，?-1，4-葡聚糖酶（也稱CX 酶），?-葡聚糖苷酶組成。C1酶能在降解天然纖維素的降解過程中起主導作用；CX酶水解溶解的纖維素衍生物或者膨脹和部分降解纖維素；?-葡聚糖苷酶能水解纖維二糖和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖。 　　溫度最適范圍：50～55oC；pH最適范圍：4.0～5.0。 　　

1． 6?-葡聚糖酶：?-葡聚糖酶是一種葡萄糖內酶，能使麥芽和大麥?-葡聚糖（1，4-?-葡聚糖，1，3-?-葡聚糖）分解為3~5個葡萄糖單位的低聚糖。該酶可使麥芽汁的粘度降低，提高過濾速度。常用的?-葡聚糖酶主要包括:內-?-葡聚糖酶、外-?-葡聚糖酶及其復合酶試劑(如B2葡聚糖酶混合酶、耐溫?-葡聚糖酶復合酶等)。 　　

溫度最適范圍：50～60oC；pH最適范圍：5.0～7.0； 　　

1．7α-乙酰乳酸脫羧酶：α-乙酰乳酸脫羧酶可催化α-乙酰乳酸分解為2,3-丁二醇。 　　

雙乙酰含量是影響啤酒風味的重要因素,對啤酒質量具有決定性的影響,是品評啤酒成熟與否的主要依據。它的形成途徑為:糖類→丙酮酸→α-乙酰乳酸→ 雙乙酰。α-乙酰乳酸脫羧酶可調節雙乙酰前體物質走支路代謝途徑從而控制雙乙酰的含量，能催化α-乙酰乳酸直接形成羥基丁酮，從而有效防止雙乙酰的生成，使發酵周期大大縮短。 　　

溫度最適范圍：35～45oC；pH最適范圍：5.0～6.5。 　　

1．8復合酶：單一酶制劑在啤酒生產上應用時,總會有一定的局限性。而將單一酶制劑制成復合酶制劑則可彌補各個酶的缺點,得到較好的效果。如α-淀粉酶耐溫不耐酸,而?-淀粉酶不耐溫,兩者結合起來使用則可起到互補協同作用。國外商品化的復合酶制劑較多,如丹麥NOVO公司生產的Celluclast復合酶及含α-淀粉酶和?-葡聚糖酶的Brew2N2zymeGP復合酶,美國Snyder公司生產的含有α-淀粉酶、?-葡聚糖酶和蛋白酶的?-葡聚糖混合酶等復合酶制劑。我國也有一些公司和科研單位研制出了復合酶制劑,如黑曲霉F27固體曲(含有B2葡聚糖酶,A2淀粉酶和液化酶),安徽聚星公司的由芽孢桿菌得到的復合酶制劑(含有B2葡聚糖酶,A2淀粉酶和蛋白酶)。 　　

2.正確選擇酶制劑 　　酶制劑對底物的專一性已為世人所知，所以，為了達到某種目的而選用酶制劑用于生產時，必須針對性地選擇合適的酶制劑和應用方法。 　　2． 1根據需要選用酶制劑：應用于啤酒生產的酶制劑有很多，由于酶的專一性而各自具有不同的作用。啤酒企業首先要明確自己用酶的目的，然后去選擇能夠達到目的的酶制劑。一般來說，啤酒生產廠家應結合本廠產品的風格、生產原料的質量、生產工藝的各種參數和生產成本等因素，選擇適合于生產工藝和產品目的的酶制劑。 　　2．2選用高質量的酶制劑：酶制劑生產企業繁多，由于酶的來源、生產技術和裝備水平不同而導致產品之間的質量存在差異，其中主要是酶制劑的純度和衛生指標。一般而言，酶的純度以高為好，衛生指標應符合聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)對酶制劑所作的規定：細菌總數 　　

3.使用原則 　　

3．1確定酶制劑最佳用量：酶制劑用量不是一成不變的，應根據生產實際在實驗的基礎上靈活調整。酶制劑用量與酶的活力有關，企業確定酶的用量首先要檢測產品的酶活力是否與標識一致；然后根據生產商推薦的添加量，設計用量梯度方案進行實驗，在保證作用效果的前提下選擇最低的添加量。用酶量太少，達不到效果；用量過多造成浪費，甚至使酶與底物之間失去平衡，形成過度分解，在工藝和啤酒口感方面出現異常。如：在糖化過程中，糊化時應用a-淀粉酶，其用量控制在6單位／克大米就可以達到最佳效果，加量太大，容易在糖化過程中造成α、β-淀粉酶比例失調，麥汁中非還原糖含量高，造成發酵度低，最終使啤酒口感不爽，有甜膩感。 　　

3．2發揮酶制劑的最佳效果：酶制劑使用時應注意添加細節，控制好生產過程中影響酶促反應的主要因素，如醪液濃度、酶濃度、pH值、溫度、激活劑、作用時間以及生產中的工藝設備情況等，創造一個有利于酶制劑發揮最佳作用效果的外部環境，獲得理想的啤酒產品質量。同時，復合酶使用時必須明確其主要功用和輔助功用，加強針對性，酶作用條件的安排應以主要酶的工藝條件為主，兼顧其他輔助酶。 　　

3．3避免酶制劑的殘留：一些酶制劑具有較高的失活條件，如木瓜蛋白酶在啤酒經過60℃殺菌后仍具有活性。若添加階段不當，酶制劑就會殘留在成品啤酒中，帶來產品風味的變化。例如，為提高發酵度而在發酵環節使用液體糖化酶，由于巴氏殺菌過程無法使其失活(完全失活需2000PU以上)，啤酒在保質期內會出現口味變甜的現象。 　　4.辯證地看待酶制劑的應用 　　近年來，隨著啤酒市場的激烈競爭，穩定產品質量和降低生產成本已成為企業生存的兩大要點。外加酶的范圍已從糖化過程的糊化階段、糖化階段，發展到發酵過程、清酒過濾。從一定意義上來講，多種酶制劑的添加是現代啤酒釀造技術進步的一個重要標志，今后隨著啤酒技術的不斷發展，還有更多的酶制劑應用于啤酒生產。 　　

然而我們也應看到，目前市場上產品比較混亂，很多新的酶制劑產品缺乏完整的技術標準、檢驗數據，產品性能介紹，缺乏相應的理論依據和實驗數據。所以，對酶制劑不能盲目相信，把其看作是解決啤酒質量問題的靈丹妙藥是不妥的。不論酶制劑產品的生產者還是使用者都應對其抱以嚴肅、科學的態度，一切以數據、實踐為依據。 　　高品質的啤酒，只能來自優質穩定的原料，完善合理的工藝，先進的設備及管理。合理使用酶制劑只是一種輔助方法。因此，啤酒生產企業應根據本廠產品風格、生產原料及各種生產系數等有目的地選擇使用酶制劑。