食品酶学导论：酿造食品生产中的酶应用

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：因而，各种各样的发酵酿造食品均与酶的应用紧密相关。在生产中采用黑曲糖化酶、真菌β-淀粉酶和脱支酶等。目前此法仍在试验阶段，采用的设备为固定床和流化床生物反应器。在酒精生产中，淀粉质原料的蒸煮是一个关键工序。在酿造生产中此酶适用于蒸煮前的调浆工序，其最适温度为90～105℃，pH为5.5～7.0。酶法应用于白酒、黄酒、食醋和酱油的生产中，主要在加曲糖化过程中采用外加糖化酶，可加速糖化工序，便于缩短生产周期。

微生物是极为重要酶源。发酵、酿造食品实质上是内源酶或外源酶的作用。因而，各种各样的发酵酿造食品均与酶的应用紧密相关。

啤酒生产是以大麦为主要原料，大米或谷物和酒花为辅料。大麦制成麦芽，然后经过糊化、糖化、主发酵和后发酵等工序酿制成啤酒产品。整个过程都离不开植物细胞酶和微生物酶的作用。但是，由于原料质量的差别和内源酶的活性有所差异，导致影响糖化力、发酵度和产品风味。因此，在啤酒生产中除了采用啤酒专用淀粉糖浆代替部分辅料外，还可采用添加酶制剂解决以下问题。

1.提高辅料比例，改善啤酒口味

在啤酒生产中，一般添加大米、玉米、小麦等作为辅料，其辅料比例为30%左右，有的啤酒厂添加辅料高达40%～50%。提高辅料比例后，采用耐高温α-淀粉酶可降低粮耗，同时又可改善啤酒质量。其口感转向清爽型而受到顾客普遍欢迎。例如，美国啤酒辅料比例为40%～50%，制造出清爽型“百威啤酒”；丹麦用玉米渣为辅料，生产出世界有名的“嘉士伯啤酒”；我国北方大部分啤酒厂，辅料比例均在30%～45%，也同样可生产出优质啤酒。燕京啤酒提高辅料后，采用耐高温α-淀粉酶可以制造纯正、柔和、爽口驰名的啤酒。

2.提高发酵度

发酵度是指原麦芽汁中的浸出物被酵母发酵所消耗的量与原浸出物总量的比值。这是啤酒酿造的重要参数之一，也是检查啤酒质量的一个重要因素。采用外加酶的方法，可以弥补麦芽中内源酶的不足，可增加发酵性糖，提高啤酒酿造的发酵度。在生产中采用黑曲糖化酶、真菌β-淀粉酶和脱支酶等。

糖化酶最适温度60℃，pH4.0～4.5，加入量控制为10⁵U/mL，丹麦Novozyme公司生产的Fungamyl-8001真菌淀粉酶，最适温度50～60℃，pH6.0～7.0，加入量为20～30g/t麦芽汁。

脱支酶能切断淀粉分子中的α-1，6-糖苷键，异淀粉酶和普鲁兰酶均属于此类。但后者也能水解支链淀粉、糖原和其他β-极限糊精。丹麦Novozyme公司生产的Promozyme 200L能切支链的普鲁兰酶，可在糖化或发酵过程中提高其发酵度。

3.固定化酶的应用

传统的啤酒酿造，后发酵需3周左右时间。采用固定化酵母技术，有利于工艺革新，可大大缩短啤酒后发酵时间（为数天）。同时，可由原来分批发酵法改为连续化生产。目前此法仍在试验阶段，采用的设备为固定床和流化床生物反应器。

4.酶法降低双乙酰含量

双乙酰又名丁二酮（CH₃COCOCH₃），是啤酒酵母在发酵过程中形成的副产物。双乙酰会影响啤酒风味，是评价啤酒成熟与否的主要依据。双乙酰过量极大地影响啤酒风味，会使啤酒产生“馊饭味”。

一般成品啤酒的双乙酰含量不得超过0.1mg/L。在啤酒酿造中需要控制双乙酰的极限值0.1～0.15mg/L。双乙酰形成机理是由前体物质 α-乙酰乳酸和 α-乙酰羟基丁酸经非酶氧化脱羟而成。因此，加入α-乙酰乳酸脱羟酶使其前体 α-乙酸乳酸转化为3-羟基丙酮，从而有效地降低其双乙酰含量，可大大地加快啤酒的成熟和改善啤酒口感。Novozyme公司生产的α-乙酰乳酸脱羟酶Matarex能催化α-乙酰乳酸直接形成羟基丁酮。其用量为2mg/kg左右。

5.改善麦芽汁过滤

麦芽汁中存在的β-葡聚糖是一种黏性多糖，它由β-1，4键连接而成高分子多糖。大麦发芽过程中，大部分的β-葡聚糖被麦芽β-葡聚糖酶所降解，少量仍存留在麦芽内溶入到糖化醪中，会使糖化醪黏度升高，麦芽汁难以过滤。因此，采用外加β-葡聚糖酶是一个关键的工艺控制。一般添加β-葡聚糖酶后，麦芽汁过滤速度可加快33%，有效麦芽汁量也随之增加。

6.提高啤酒稳定性(www.chuimin.cn)

啤酒稳定性是指酿造的啤酒产品在保质期内无混浊、无杂味，保持口味纯正的能力。造成啤酒不稳定因素主要为生物混浊和非生物混浊。前者主要由微生物残留和污染引起的。因此，必须严格工艺操作和灭菌控制。而后者主要由蛋白质和多酚类物质引起的。同时，大麦中的β-球蛋白与麦芽汁中的大麦表皮和酒花花色苷以氢键结合形成沉淀。根据多年来生产实践证明，解决非生物混浊的有效方法，是采用酸性蛋白酶降解溶液中的蛋白质，包括木瓜蛋白酶或菠萝蛋白酶，这些酶液称为“酶清”，以解决啤酒澄清问题。有的还添加硅胶、聚酰胺树脂、尼龙66或PVPP（聚乙烯聚吡咯烷酮）等物质达到啤酒澄清目的。

我国国产木瓜蛋白酶活力一般为10⁵U/mL，pH3～9，作用温度60℃，在后发酵开始时添加，其添加量约为10g/t啤酒。此外，还有的采用葡萄糖氧化酶以除去啤酒中的溶解氧，以防止啤酒氧化变质，提高啤酒稳定性。

在酒精生产中，淀粉质原料的蒸煮是一个关键工序。采用连续高温蒸煮是我国的传统工艺，由于此法原料出酒率高，发酵容易控制，一直沿用至今。这一工艺必须采用耐高温 α-淀粉酶，此酶是一种内切淀粉酶，能随机水解淀粉α-1，4糖苷键变为可溶性糊精。在酿造生产中此酶适用于蒸煮前的调浆工序，其最适温度为90～105℃，pH为5.5～7.0。但此法需要高温、高压，会造成淀粉分解成不发酵性糖，其淀粉损失为1.2%左右，同时，还会造成设备腐蚀。随着酶制剂工业的发展，采用酶法低温或中温蒸煮工艺代替传统的高温蒸煮工艺是一个重要的技术革新。

低温蒸煮工艺采用α-淀粉酶经过液化喷射器，温度控制在80～85℃，而中温蒸煮工艺则采用耐高温α-淀粉酶，温度控制在100℃，对淀粉质原料进行充分糊化和液化。上述方法均已在山东省莒县酒厂、苏州太企酒精厂和东北某酒精厂得到有效的应用。

酒精生产中常用的糖化剂有麦芽、曲、糖化酶。随着酶制剂工业的发展，糖化酶作为糖化剂现已普遍得到应用。我国生产的糖化酶有两种规格：固态粉末状，酶活力为10⁵U/g；液态，酶活力为10⁵U/mL。一般加酶量控制在80×10⁵～120×10⁵U/g。

酶法应用于白酒、黄酒、食醋和酱油的生产中，主要在加曲糖化过程中采用外加糖化酶，可加速糖化工序，便于缩短生产周期。白酒包括大曲酒和小米曲酒。前者以高粱为主料，采用大曲和窖泥为糖化发酵剂，用地窖发酵生产茅台酒、五粮液等浓香大曲酒；后者则以大米为原料，采用小曲为糖化发酵剂，生产米香型白酒，例如桂林三花酒和五华长乐烧为代表的白酒。

传统大曲酒生产工艺是采用老五甑混蒸混烧法，其出酒率不高，为了提高出酒率，缩短生产周期和改革生产工艺，现在，已有一些厂开始应用糖化酶或采用活性干酵母。糖化酶的添加必须满足每克原料有120～140U/g的糖化力。以1t原料计算，必须用5×10⁴U/g的固体糖化酶量。可按式（11-1）计算：

固体糖化酶用量（%）=原料用量×糖化力单位-大曲用量×大曲糖化力/所用固体酶的糖化力

因此，对原料而言，酶活力为5×10⁴U/g的固体糖化酶的使用量为0.72/1000 =0.072%，即为0.07%～0.1%。

其生产工艺流程如图11-25所示。

图11-25 传统大曲酒生产工艺流程

传统小曲米酒以大米为原料经蒸煮后采用半固体发酵，边糖化边发酵。小曲为糖化发酵剂，出酒率不高，一般其出酒率在65%左右。为了提高其出酒率，采用添加糖化酶并与小曲中糖化酶协同作用，其生产工艺如图11-26所示。

图11-26 传统小曲米酒生产工艺流程

黄酒是我国三大传统酒之一，主要在我国南方江、浙一带盛产此类营养保健酒。为了提高黄酒生产效率，也同样在传统工艺生产基础上，在大米落缸发酵工序要适当添加糖化酶，与酵母起协同作用，边糖化边发酵，以提高黄酒质量和出酒率。

糖化酶加入量按大米量加入5×10⁴U/g，与小曲一起混合均匀后加入饭缸进行糖化发酵。

食品酶学导论：酿造食品生产中的酶应用

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