啤酒研究

哈尔滨商业大学

食品工程学院

生物工程专业一班

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论啤酒生产中应用酶加工技术的途径与可行性的工艺

方法

论啤酒生产中应用酶加工技术的途径与可行性的工艺

方法

一、引言

啤酒生产历史悠久, 大约起源于9000 年前的中东和古埃及地区. 本世纪初啤酒从欧洲传入中国. 新中国成立以后, 我国啤酒工业发展很快, 几十年内年产量便从10 kt 迅速增长到18000 多kt , 跃居为世界第二大啤酒生产国. 但我国人口众多, 人均年啤酒消费水平仅为13 L, 远远低于发达国家. 这说明了我国啤酒工业发展的潜力还很大. 随着各厂家的逐渐扩大和消费者对产品质量要求的提高, 市场的竞争必然日趋激烈. 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厂家来说, 就变得越来越重要. 同时, 啤酒生产上的一些因素, 如麦芽的质量、麦汁的黏度和发酵度等, 在不同程度上影响着啤酒的质量.

二、啤酒生产中常用的应用酶

1、淀粉酶

淀粉酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、支链淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶, 啤酒生产中主要应用α-淀粉酶和β-淀粉酶. 淀粉水解酶的主要作用是催化淀粉的水解, 将大分子淀粉分解为小分子的糊精、低聚糖和葡萄糖. 前者残存在啤酒中

及一起着丰富酒体, 提高醇厚口感的作用; 后者可被酵母所利用生成酒精, CO

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系列代谢副产物.

1.1α-淀粉酶、β-淀粉酶只可作用于淀粉分子内任意α-1, 4 键, 且从分子链的内部进行, 故又称内淀粉酶, 属于内切酶. 在水溶液中α-淀粉酶能使淀粉分子迅速液化, 产生较小分子的糊精, 故也被称为液化酶.α-淀粉酶作用于直链淀粉, 分解产物为6～7 个葡萄糖单位的短链糊精及少量的麦芽糖和葡萄糖, 糊精还可以进一步水解. 按理论最终产物为87%的α-麦芽糖和13%的葡萄糖.α

-淀粉酶作用于支链淀粉只能任意水解α-1, 4 键, 但不能分解α-1, 6 键也不能绕过α-1, 6 键. 作用接近α-1, 6 键时速度放慢, 其分解产物为-α界限

糊精、麦芽糖和葡萄糖.常用的α-淀粉酶有耐高温α-淀粉酶, 真菌α-淀粉酶.

啤酒生产中常用的耐高温α-淀粉酶一般由地衣芽孢杆菌产生, pH 在5. 0～7. 0 内较稳定, 尤以pH= 6. 0 为佳, 作用淀粉的最适温度为90℃[ 1]. 国际上, 由丹麦NOVO 公司提供的真菌-淀粉酶应用最广, 它由米曲霉菌产生, 最适pH 为5. 6～5. 8, 最适温度为60 ℃～65 ℃. 除了上述两种酶外, 中温α-淀粉酶也开始应用到啤酒生产中. 单独使用耐高温-淀粉酶比单独使用中温α-淀粉酶麦芽糊精收率高, 透光率也较大, 但黏度较高, 将两者结合起来使用, 则可互相弥补不足, 得到很好的效果[ 2] .

1. 2 β-淀粉酶β-淀粉酶是一种含- SH 基的外切酶, 作用于淀粉分子的非还原性末端, 依次地水解1 分子麦芽糖, 故作用速度缓慢.β -淀粉酶也只能作用于β-1, 4 键, 遇β-1, 6 键即停止水解, 它作用于直链淀粉产生β-麦芽糖, 作用于支链淀粉, 除了产生麦芽糖外, 还有界限糊精. 因为β-淀粉酶作用速度较慢, 所以需要与β-淀粉酶协同作用. 如果没有β-淀粉酶快速地产生大量糊精, 提供多量非还原性末端基, β-淀粉酶就难于实现快速糖化. 目前, 国内研制的β-淀粉酶主要有芽孢杆菌β-淀粉酶, 多黏芽孢杆菌β-淀粉酶及甘薯β-淀粉酶.

1. 3 支链淀粉酶支链淀粉酶又名R-酶、界限糊精酶或解支酶, 它可水解聚麦芽三糖和来自支链淀粉及糖原的界限糊精的内部β-1, 6 键. 来自微生物的与来自植物的支链淀粉酶很类似, 但它们的活性有区别, 前者能分解糖原, 而后者不能. 几十年来, 各国的科研人员已经开发出不少种解枝酶, 主要有R-酶( 来源于植物) 和普鲁兰酶( Pulluluanaese, 来源于微生物) , 它们主要应用在干啤酒生产中[ 3] . 美国威斯康星州Miller 酿造公司从大米中提取出了解支酶, 并成功地应用于生产低热量啤酒[ 4] .

2 蛋白酶

蛋白酶是分解蛋白质肽键一类酶的总称, 可分为内肽酶和端肽酶两类. 内肽酶能切断蛋白质分子内部肽键, 分解产物为小分子的多肽. 端肽酶又分为羧肽酶和氨肽酶两种. 此外还有一种二肽酶, 它分解二肽为氨基酸. 羧肽酶是从

游离羧基端切断肽键, 而氨肽酶则从游离氨基端切断肽键. 通常说的蛋白酶多是指内肽酶,而羧肽酶、氨肽酶和二肽酶总称为肽酶或端肽酶.啤酒生产中常用到的蛋白酶通常以来源来命名, 如胃蛋白酶( 动物蛋白酶) 、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、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. 我国广西地区盛产木瓜, 当地有一些生物公司( 如南宁华南生物公司) 从木瓜中提取木瓜蛋白酶, 该酶最适pH 为4～6, 最适温度为55 ℃～65 ℃[ 5, 6] . 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[ 7] .

3α-乙酰乳酸脱羧酶(α -ALDC)

α-乙酰乳酸脱羧酶可催化α-乙酰乳酸分解为2, 3-丁二醇. 双乙酰含量是影响啤酒风味的重要因素, 对啤酒质量具有决定性的影响, 是品评啤酒成熟与否的主要依据. 它的形成途径为: 糖类→丙酮酸→α-乙酰乳酸→双乙酰. 酰乳酸脱羧酶可调节双乙酰前体物质走支路代谢途径从而控制双乙酰的含量. 4 β-葡聚糖酶

β-葡聚糖酶是催化降解β-葡聚糖的一类酶. 麦芽中形成的-β葡聚糖酶最适温度为40 ℃～45 ℃, 如达到60 ℃时不到2 min 酶活力就会损失50% , 影响β-葡聚糖的降解. 因此通常需要向糖化醪中添加β-葡聚糖酶( 特别是耐温的酶) , 以弥补低质麦芽的缺陷, 降低糖化醪的黏度.常用的β-葡聚糖酶主要包括: 内--β葡聚糖酶、外-β-葡聚糖酶及其复合酶试剂( 如β-葡聚糖酶混合酶、耐温β-葡聚糖酶复合酶等) . 它们的特性及作用见表1[ 1, 8] .丹麦NOVO 公司的研究人员从70 年代末就开始研制α-葡聚糖酶制剂, 他们从微生物中提取出了内-β-葡聚糖酶并制成酶制剂. 经过不断完善, 已成功应用于啤酒生产中, 有效地降低了麦汁黏度, 改善了麦汁过滤

性能[9] .

5 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